[0001] 本发明涉及车辆领域，更具体地涉及一种混合动力系统及包括该混合动力系统的混合动力车辆。

[0002] 具有双离合变速器和一个电机的混合动力系统常用于混合动力车辆并且可以用于多种混合动力模式。在具有双离合变速器和一个电机的混合动力车辆中，根据电机的位置，该混合动力车辆具有多种架构。其中一种架构是电机在双离合变速器的两个离合单元之后与双离合变速器的输入轴传动联接。

[0003] 图1是示出了一种采用双离合变速器和一个电机的根据现有技术的混合动力系统的连接结构的示意图。如图所示，该混合动力系统包括发动机ICE、双离合变速器DCT和电机EM。发动机ICE经由双离合变速器DCT的双离合器(包括两个离合单元K1和K2)能够与双离合变速器DCT的两个输入轴选择性地传动联接。电机EM则经由齿轮传动机构和一个同步啮合机构与双离合变速器DCT的输入轴和输出轴选择性地传动联接。该混合动力系统存在如下两个明显的缺陷：

[0004] 一方面，该混合动力系统的方案基于传统的双离合变速器DCT，双离合变速器DCT的双离合器包括两个干式离合单元K1和K2，这导致了整个混合动力系统的结构复杂，成本增大；以及

[0005] 另一方面，电机EM的输入/输出轴与双离合变速器DCT的输入轴和输出轴平行设置，因此电机EM需要经由多级齿轮传动机构和一个同步啮合机构与双离合变速器DCT的输入轴和输出轴选择性地传动联接，这导致了变速器的结构复杂，从而使得整个混合动力系统的结构复杂。

[0023] 下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。在本发明中，“传动联接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩，如无特殊说明，表示这两个部件之间采用直接连接或者经由齿轮机构传递驱动力/扭矩。

[0024] (根据本发明的一实施方式的混合动力系统的结构)

[0025] 如图2所示，根据本发明的一实施方式的混合动力系统包括一个发动机ICE、一个电机EM、一个离合器K0、变速器TM和差速器DM。

[0026] 具体地，在本实施方式中，发动机ICE相对于电机EM位于与变速器TM所在侧的相反侧，并且发动机ICE的输出轴经由离合器K0能够与变速器TM的第一输入轴S11传动联接。优选地，发动机ICE的输出轴与变速器TM的第一输入轴S11同轴配置。当离合器K0接合时，发动机ICE的输出轴与变速器TM的第一输入轴S11实现传动联接；当离合器K0分离时，发动机ICE的输出轴与变速器TM的第一输入轴S11的传动联接断开。

[0027] 在本实施方式中，电机EM的输入/输出轴与变速器TM的第二输入轴S12以同轴的方式直接连接，使得电机EM和变速器TM之间能够双向传递驱动力/扭矩。上述“以同轴的方式直接连接”表示电机EM的输入/输出轴与变速器TM的第二输入轴S12可以为同一个轴或者电机EM的输入/输出轴与变速器TM的第二输入轴S12两者之间以同轴的方式刚性连接。在电机EM由电池(未示出)供给电能的情况下，电机EM作为电动机向变速器TM的第二输入轴S12传递驱动力/扭矩，在电机EM获得来自第二输入轴S12的驱动力/扭矩的情况下，电机EM作为发电机向电池充电。

[0028] 在本实施方式中，离合器K0是传统的仅具有一个离合单元的离合器，优选通过传统的干式双离合器(如图1中包括离合单元K1、K2的双离合器)移除一个离合单元形成，这样根据本发明的混合动力系统的变速器TM能够在对现有技术的双离合变速器进行较小改动的情况下实现，从而节省了成本。另外，在本实施方式中，离合器K0可以整合到电机EM的转子的内侧且在轴向上与电机EM重叠，使得能够缩短整个混合动力系统的轴向尺寸。

[0029] 进一步地，在本实施方式中，如图2所示，变速器TM包括第一输入轴S11、第二输入轴S12、第一输出轴S21和第二输出轴S22。第一输入轴S11是实心轴，第二输入轴S12是空心轴，第一输入轴S11穿过第二输入轴S12的内部，即第二输入轴S12外套于第一输入轴S11，并且第一输入轴S11与第二输入轴S12同轴配置。第一输入轴S11和第二输入轴S12能够分别独立地转动。第一输出轴S21与第一输入轴S11和第二输入轴S12间隔开地平行配置并且第二输出轴S22与第一输入轴S11和第二输入轴S12间隔开地平行配置。

[0030] 另外，该变速器TM还包括设置于各轴的多个挡位齿轮(齿轮G11-G5、GR)、同步啮合机构A1-A4以及第一输出轴输出齿轮G6和第二输出轴输出齿轮G7，并且该变速器TM还包括用于整个变速器TM输出的变速器输出齿轮G8。第一同步啮合机构A1设置于第一输入轴S11和第二输入轴S12，第二同步啮合机构A2和第三同步啮合机构A3设置于第一输出轴S21，第四同步啮合机构A4设置于第二输出轴S22。各同步啮合机构A1、A2、A3、A4均包括同步器、同步器齿轮和致动器。除了第一同步啮合机构A1用于使第一输入轴S11和第二输入轴S12传动联接而并不对应挡位齿轮之外，其它同步啮合机构A2、A3、A4分别对应于两个挡位齿轮。具体地，第二同步啮合机构A2对应于齿轮G22、G42，第三同步啮合机构A3对应于齿轮G12、G32，第四同步啮合机构A4对应于齿轮G5、GR。在这里需要说明的是，第一同步啮合机构A1的同步器设置于第一输入轴S11，而第一同步啮合机构A1的同步器齿轮G9固定于第二输入轴S12，这样通过第一同步啮合机构A1与同步器齿轮G9的接合能够实现第一输入轴S11和第二输入轴S12之间的传动联接。

[0031] 以下说明变速器TM的各轴的齿轮之间构成的齿轮副。

[0032] 齿轮G11固定于第一输入轴S11，齿轮G12设置于第一输出轴S21，齿轮G11与齿轮G12始终处于啮合状态以构成对应于第一挡前进挡位的齿轮副。

[0033] 齿轮G21固定于第二输入轴S12，齿轮G22与齿轮G12间隔开地设置于第一输出轴S21，齿轮G21与齿轮G22始终处于啮合状态以构成对应于第二挡前进挡位的齿轮副。

[0034] 齿轮G31与齿轮G11间隔开地固定于第一输入轴S11，齿轮G32与设置于第一输出轴S21的上述其它齿轮G12、G22间隔开地设置于第一输出轴S21，齿轮G31与齿轮G32始终处于啮合状态以构成对应于第三挡前进挡位的齿轮副。

[0035] 齿轮G41与齿轮G21间隔开地固定于第二输入轴S12，齿轮G42与设置于第一输出轴S21的上述其它齿轮G12、G22、G32间隔开地设置于第一输出轴S21，齿轮G41与齿轮G42始终处于啮合状态以构成对应于第四挡前进挡位的齿轮副。

[0036] 齿轮G5设置于第二输出轴S22，齿轮G31还与齿轮G5始终处于啮合状态以构成对应于第五挡前进挡位的齿轮副。

[0037] 齿轮GR与齿轮G5间隔开地设置于第二输出轴S22，齿轮G11与齿轮G12始终处于啮合状态，且齿轮G12还与齿轮GR始终处于啮合状态(如图2中的位于右侧的虚线所示)以构成对应于倒挡挡位的齿轮副。

[0038] 这样，通过采用上述结构，使得变速器TM的多个挡位齿轮G11-G5、GR彼此啮合以构成分别对应变速器TM的五个前进挡位和一个倒挡挡位的齿轮副，同步啮合机构A2-A4能够与对应的挡位齿轮接合或断开接合。当需要变速器TM进行换挡时，对应的同步啮合机构A1-A4的同步器进行动作来实现各轴之间的选择性地传动联接或断开传动联接。在该变速器TM中，发动机ICE和电机EM均能够使用所有挡位。具体地，发动机ICE不仅能够使用上述第一挡、第三挡、第五挡和倒挡，还能够在第一同步啮合机构A1接合的状态下使用上述第二挡和第四挡；类似地，电机EM不仅能够使用上述第二挡和第四挡，还能够在第一同步啮合机构A1接合的状态下使用上述第一挡、第三挡、第五挡和倒挡。

[0039] 另外，第一输出轴输出齿轮G6固定于第一输出轴G21并且与变速器TM的变速器输出齿轮G8始终处于啮合状态。这样，经由第一输出轴S21的驱动力/扭矩能够经由齿轮G6、G8向变速器TM的外部输出。第二输出轴输出齿轮G7固定于第二输出轴G22并且也与变速器输出齿轮G8始终处于啮合状态(如图2中位于左侧的虚线所示)。这样，经由第二输出轴S22的驱动力/扭矩能够经由齿轮G7、G8向变速器TM的外部输出。

[0040] 在本实施方式中，差速器DM的差速器输入齿轮与变速器TM的变速器输出齿轮G8始终处于啮合状态，使得差速器DM与变速器TM的第一输出轴S21和第二输出轴S22始终处于传动联接状态。在本实施方式中，差速器DM不包括在变速器TM中，但是根据需要也可以将差速器DM整合到变速器TM中。

[0041] 这样，来自发动机ICE和电机EM的驱动力/扭矩能够经由变速器TM传递到差速器DM，以进一步输出到车辆的车轮W。

[0042] 以上详细地说明了根据本发明的一实施方式的混合动力系统的具体结构，以下将举例说明该混合动力系统的工作模式及扭矩的传递路径。

[0043] (根据本发明的一实施方式的混合动力系统的工作模式及扭矩的传递路径)[0044] 在图2中示出的根据本发明的一实施方式的混合动力系统具有八种工作模式，这八种工作模式分别是纯电机驱动模式、纯发动机驱动模式(包括前进模式和倒车模式)、混合动力驱动模式、怠速时充电模式、行驶/静止时启动发动机模式(在纯电机驱动车辆行驶或车辆静止时启动发动机的工作模式)、制动能量回收模式、负载点转移模式以及换挡时扭矩补偿模式。

[0045] 当混合动力系统处于纯电机驱动模式时，以电机EM经由对应于第二挡前进挡位的齿轮副输出扭矩为例，

[0046] 电机EM处于运行状态；

[0047] 发动机ICE处于停止状态；

[0048] 离合器K0分离；

[0049] 在变速器TM中，第一同步啮合机构A1、第三同步啮合机构A3和第四同步啮合机构A4均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第二同步啮合机构A2与齿轮G22接合。

[0050] 这样，如图2所示，电机EM经由第二输入轴S12→齿轮G21→齿轮G22→第一输出轴S21→齿轮G6→齿轮G8向差速器DM传递扭矩以用于驱动。

[0051] 当混合动力系统处于纯发动机驱动模式(前进模式)时，以发动机ICE经由对应于第一挡前进挡位的齿轮副输出扭矩为例，

[0052] 电机EM处于停止状态；

[0053] 发动机ICE处于运行状态；

[0054] 离合器K0接合；

[0055] 在变速器TM中，第一同步啮合机构A1、第二同步啮合机构A2和第四同步啮合机构A4均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第三同步啮合机构A3与齿轮G12接合。

[0056] 这样，如图2所示，发动机ICE经由第一输入轴S11→齿轮G11→齿轮G12→第一输出轴S21→齿轮G6→齿轮G8向差速器DM传递扭矩以用于驱动。

[0057] 当混合动力系统处于纯发动机驱动模式(倒车模式)时，以发动机ICE经由对应于倒挡挡位的齿轮副输出扭矩为例，

[0058] 电机EM处于停止状态；

[0059] 发动机ICE处于运行状态；

[0060] 离合器K0接合；

[0061] 在变速器TM中，第一同步啮合机构A1、第二同步啮合机构A2和第三同步啮合机构A3均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第四同步啮合机构A4与齿轮GR接合。

[0062] 这样，如图2所示，发动机ICE经由第一输入轴S11→齿轮G11→齿轮G12→齿轮GR→第二输出轴S22→齿轮G7→齿轮G8向差速器DM传递扭矩以用于倒车驱动。

[0063] 当混合动力系统处于混合动力驱动模式时，以电机EM和发动机ICE经由对应于第二挡前进挡位的齿轮副输出扭矩为例，

[0064] 电机EM和发动机ICE均处于运行状态；

[0065] 离合器K0接合；

[0066] 在变速器TM中，第三同步啮合机构A3和第四同步啮合机构A4均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第一同步啮合机构A1接合并且第二同步啮合机构A2与齿轮G22接合。

[0067] 这样，如图2所示，电机EM经由第二输入轴S12→齿轮G21→齿轮G22→第一输出轴S21→齿轮G6→齿轮G8向差速器DM传递扭矩以用于驱动；发动机ICE经由第一输入轴S11→第二输入轴S12→齿轮G21→齿轮G22→第一输出轴S21→齿轮G6→齿轮G8向差速器DM传递扭矩。

[0068] 当混合动力系统处于怠速时充电模式时，

[0069] 电机EM和发动机ICE均处于运行状态；

[0070] 离合器K0接合；

[0071] 在变速器TM中，第二同步啮合机构A2、第三同步啮合机构A3和第四同步啮合机构A4均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第一同步啮合机构A1接合。

[0072] 这样，如图2所示，发动机ICE经由第一输入轴S11→第二输入轴S12向电机EM传递扭矩以使电机EM对电池进行充电。

[0073] 当混合动力系统处于行驶/静止时启动发动机模式时，以行驶时启动发动机为例，[0074] 电机EM处于运行状态；

[0075] 发动机ICE从停止状态向启动状态过渡；

[0076] 离合器K0接合；

[0077] 在变速器TM中，第三同步啮合机构A3和第四同步啮合机构A4均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第一同步啮合机构A1接合，第二同步啮合机构A2与齿轮G22接合。

[0078] 这样，如图2所示，电机EM经由第二输入轴S12→齿轮G21→齿轮G22→第一输出轴S21→齿轮G6→齿轮G8向差速器DM传递扭矩以用于驱动；同时电机EM经由第二输入轴S12→第一输入轴S11向发动机ICE传递扭矩以用于发动机ICE的启动。

[0079] 当混合动力系统处于制动能量回收模式时，以经由对应于第二挡前进挡位的齿轮副向电机EM传递扭矩为例，

[0080] 电机EM处于运行状态；

[0081] 优选地发动机ICE处于停止状态；

[0082] 离合器K0分离；

[0083] 在变速器TM中，第一同步啮合机构A1、第三同步啮合机构A3和第四同步啮合机构A4均处于与对应的齿轮断开接合的中性状态，第二同步啮合机构A2与齿轮G22接合。

[0084] 这样，如图2所示，来自差速器DM的扭矩经由齿轮G8→齿轮G6→第一输出轴S21→齿轮G22→齿轮G21→第二输入轴S12向电机EM传递扭矩以使得电机EM对电池进行充电。

[0085] 另外，在混合动力系统处于负载点转移模式时可以在电机EM和发动机ICE之间适当地分配扭矩以调节电机EM和发动机ICE的工作状态，以优化混合动力系统的整体效率。在混合动力系统处于换挡时扭矩补偿模式时，在基于发动机ICE的工况使得变速器TM进行换挡的过程中，电机EM能够在换挡期间持续进行扭矩输出，从而使得在混合动力系统进行换挡时不会出现扭矩中断的现象，进而提高车辆的行驶性能。

[0086] 综上，本发明提供了一种优选的混合动力系统，其挡位以及工作模式的数量可以根据需要进行调整，而并不限于上述具体实施方式所列举的示例。