[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] 在现有技术中，存在多种用于车辆且具有功率分流功能的混合动力系统，这种混合动力系统能够实现车辆的速度和扭矩与发动机的速度和扭矩之间解耦。在该类型的混合动力系统中，典型地包括丰田的普锐斯第一代的单模式输入式功率分流混合动力系统，图1中示出了这种功率分流混合动力系统的结构示意图。

[0003] 如图1所示，该功率分流混合动力系统包括一个发动机ICE、第一电机EM1(主要用于发电)、第二电机EM2(主要用于产生驱动用的扭矩)、一个行星齿轮机构P以及差速器DM。具体地，该发动机ICE的输出轴与行星齿轮机构P的行星轮架的行星轮架轴以同轴的方式直接连接，第一电机EM1的输入/输出轴与行星齿轮机构P的太阳轮的太阳轮轴以同轴的方式直接连接，第二电机EM2的输入/输出轴与行星齿轮机构P的齿圈的齿圈轴以同轴的方式直接连接，上述齿圈通过包括带传动机构的一系列传动副与差速器DM传动联接。这样，第一电机EM1通常作为发电机以实现通过第一电机EM1对发动机ICE的转速进行调节并且第二电机EM2通常作为电动机以实现通过第二电机EM2对发动机ICE的扭矩进行调节，从而使得发动机ICE工作在最优的发动机工作点。但是，这种系统在车辆的速度达到较高的程度时会产生功率内循环，这时第二电机EM2作为发电机而第一电机EM1作为电动机，从而导致整个混合动力系统的工作效率和燃油消耗性变差。

[0024] 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传统的齿轮副等传递驱动力/扭矩。

[0025] (根据本发明的一实施方式的功率分流混合动力系统的结构)

[0026] 如图2所示，根据本发明的一实施方式的功率分流混合动力系统包括一个发动机ICE、两个电机(即第一电机EM1和第二电机EM2)、两个离合器(即第一离合器K1和第二离合器K2)、变速器和差速器DM。

[0027] 具体地，在本实施方式中，变速器包括彼此间隔开设置的两个行星齿轮机构(即第一行星齿轮机构P1和第二行星齿轮机构P2)，两个行星齿轮机构P1、P2以同轴的方式配置。

[0028] 进一步地，第一行星齿轮机构P1包括彼此啮合的第一太阳轮G11、多个第一行星轮G12和第一齿圈G13以及用于保持多个第一行星轮G12的第一行星轮架C1。该第一行星齿轮机构P1还包括与第一太阳轮G11连接的第一太阳轮轴S11、与第一行星轮架C1连接的第一行星轮架轴S12和与第一齿圈G13连接的第一齿圈轴S13。第一太阳轮轴S11、第一行星轮架轴S12和第一齿圈轴S13这三个轴的中心轴线彼此一致。第一行星轮架轴S12可以为实心轴，第一太阳轮轴S11为空心轴。第一行星轮架轴S12和第一太阳轮轴S11均直线状地朝向图2中的左侧延伸，第一行星轮架轴S12穿过第一太阳轮轴S11的内部。第一齿圈轴S13可以为实心轴，并且第一齿圈轴S13直线状地朝向图2中的右侧延伸。另外，第一太阳轮轴S11还固定有用于与第一电机输入/输出齿轮G3始终处于啮合状态的减速齿轮G14。

[0029] 第二行星齿轮机构P2包括彼此啮合的第二太阳轮G21、多个第二行星轮G22和第二齿圈G23以及用于保持多个第二行星轮G22的第二行星轮架C2。该第二行星齿轮机构P2还包括与第二太阳轮G21连接的第二太阳轮轴S21和与第二行星轮架C2连接的第二行星轮架轴S22。第二太阳轮轴S21可以为实心轴，并且第二太阳轮轴S21直线状地朝向图2中的右侧延伸。第二行星轮架轴S22可以为实心轴，并且第二行星轮架轴S22直线状地朝向图2中的左侧延伸。另外，第二齿圈G23相对于变速器的壳体固定。

[0030] 进一步地，在本实施方式中，第一齿圈轴S13与第二行星轮架轴S22以同轴的方式直接连接。上述“以同轴的方式直接连接”表示第一齿圈轴S13与第二行星轮架轴S22可以为同一个轴或者第一齿圈轴S13与第二行星轮架轴S22两者之间以同轴的方式刚性连接。第一齿圈轴S13和第二行星轮架轴S22通过必要的传动机构(图中未示出，例如带传动机构和/或齿轮传动副等)与差速器DM传动联接。

[0031] 在本实施方式中，一方面，发动机ICE的输出轴与第一行星齿轮机构P1的第一行星轮架轴S12优选经由扭矩减振器TD传动联接，使得扭矩减振器TD能够起到衰减来自发动机ICE的扭振的作用；另一方面，发动机ICE的输出轴还经由第一离合器K1与差速器DM传动联接。这样，当第一离合器K1接合时，发动机ICE的输出轴能够经由第一离合器K1而不经由第一行星齿轮机构P1向差速器DM传递扭矩；当第一离合器K1分离时，发动机ICE的输出轴能够向第一行星齿轮机构P1的第一行星轮架轴S12传递扭矩，从而经由第一行星齿轮机构P1向例如差速器DM的其它部件传递扭矩。

[0032] 在本实施方式中，第一电机EM1的输入/输出轴通过由第一电机输入/输出齿轮G3和减速齿轮G14构成的减速齿轮副与第一行星齿轮机构P1的第一太阳轮轴S11传动联接，使得第一电机EM1和第一行星齿轮机构P1之间能够双向传递驱动力/扭矩。在第一电机EM1由作为储能装置的示例的电池(未示出)供给电能的情况下，第一电机EM1作为电动机向第一太阳轮轴S11传递驱动力/扭矩，在第一电机EM1获得来自第一太阳轮轴S11传递驱动力/扭矩的情况下，第一电机EM1作为发电机向电池充电。由于第一电机EM1的输入/输出轴通过由第一电机输入/输出齿轮G3和减速齿轮G14构成的减速齿轮副向第一太阳轮轴S11传递扭矩，因此，一方面，第一电机EM1的额定输出转矩不需要很大即可满足需要，从而降低第一电机EM1所耗费的成本，另一方面，与第一电机EM1和第一太阳轮轴S11以同轴的方式直接连接的方案相比能够减小混合动力系统的轴向尺寸。

[0033] 在本实施方式中，第二电机EM2的输入/输出轴经由第二离合器K2与第二行星齿轮机构P2的第二太阳轮轴S21传动联接，并且第二电机EM2的输入/输出轴与第二太阳轮轴S21同轴地配置，使得第二电机EM2和第二行星齿轮机构P2之间能够双向传递驱动力/扭矩。在第二离合器K2接合且第二电机EM2由电池(未示出)供给电能的情况下，第二电机EM2作为电动机向第二太阳轮轴S21传递驱动力/扭矩，在第二离合器K2接合且第二电机EM2获得来自第二太阳轮轴S21传递驱动力/扭矩的情况下，第二电机EM2作为发电机向电池充电。

[0034] 由于该第二行星齿轮机构P2的第二齿圈G23相对于变速器的壳体固定，因此第二行星齿轮机构P2主要作为第二电机EM2的减速机构，这样第二电机EM2的额定输出转矩不需要很大即可满足需要，从而降低第二电机EM2所耗费的成本。优选地，第二行星齿轮机构P2设置于第二电机EM2的转子的内侧且在轴向上与第二电机EM2重叠，这样能够缩短整个混合动力系统的轴向尺寸。

[0035] 在本实施方式中，第一离合器K1和第二离合器K2可以均为爪式离合器，这样可以大幅节省混合动力系统的成本。

[0036] 以上详细地说明了根据本发明的一实施方式的功率分流混合动力系统的具体结构，以下将举例说明该功率分流混合动力系统的工作模式及扭矩的传递路径。

[0037] (根据本发明的一实施方式的功率分流混合动力系统的工作模式及扭矩的传递路径)

[0038] 在图2中示出的根据本发明的一实施方式的功率分流混合动力系统具有七种工作模式，具体地包括纯电机驱动模式(利用第二电机EM2)、纯发动机驱动模式、功率分流模式、并行驱动模式(利用第二电机EM2辅助发动机ICE用于驱动)、制动能量回收模式(利用第二电机EM2)、怠速充电模式(利用第一电机EM1)以及行驶/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利用第一电机EM1启动发动机ICE)。

[0039] 在包括根据本发明的功率分流混合动力系统的车辆行驶过程中，功率分流混合动力系统的控制模块能够根据车辆的速度控制功率分流混合动力系统使其实现如下三种驱动模式，即纯电机驱动模式、功率分流模式和纯发动机驱动模式。

[0040] 具体地，在车辆速度小于或等于第一预定速度的情况下(即当车辆低速行驶时)，功率分流混合动力系统处于纯电机驱动模式，其中

[0041] 第一离合器K1分离且第二离合器K2接合；

[0042] 第一电机EM1和发动机ICE处于停止状态，第二电机EM2处于运行状态并经由第二行星齿轮机构P2向差速器DM传递扭矩以用于驱动；

[0043] 这样，如图2所示，第二电机EM2经由第二太阳轮轴S21→第二太阳轮G21→第二行星轮G22→第二行星轮架C2→第二行星轮架轴S22向差速器DM传递扭矩以用于驱动。

[0044] 在车辆的速度大于第一预定速度且小于或等于第二预定速度的情况下(即当车辆中速行驶时)，功率分流混合动力系统处于功率分流模式，其中

[0045] 第一离合器K1分离且第二离合器K2接合；

[0046] 发动机ICE、第一电机EM1和第二电机EM2均处于运行状态；

[0047] 这样，如图2所示，发动机ICE向变速器传递的扭矩的一部分经由第一行星轮架轴S12→第一行星轮架C1→第一行星轮G12→第一齿圈G13→第一齿圈轴S13传递到差速器DM以用于驱动，而发动机ICE向变速器传递的扭矩的另一部分经由第一行星轮架轴S12→第一行星轮架C1→第一行星轮G12→第一太阳轮G11→第一太阳轮轴S11→减速齿轮G14→第一电机输入/输出齿轮G3传递到第一电机EM1使第一电机EM1对电池进行充电，第二电机EM2经由第二太阳轮轴S21→第二太阳轮G21→第二行星轮G22→第二行星轮架C2→第二行星轮架轴S22向差速器DM传递扭矩以用于驱动。

[0048] 在车辆的速度大于第二预定速度的情况下(即当车辆高速行驶时)，功率分流混合动力系统处于纯发动机驱动模式，其中

[0049] 第一离合器K1接合且第二离合器K2分离；

[0050] 发动机ICE处于运行状态，第一电机EM1处于运行状态或处于停止状态且第二电机EM2处于停止状态；

[0051] 这样，如图2所示，发动机ICE经由第一离合器K1直接向差速器DM传递扭矩以用于驱动，并且发动机ICE不会经由第一行星齿轮机构P1向差速器DM传递扭矩。

[0052] 需要说明的是，在功率分流混合动力系统处于纯发动机驱动模式时，能够通过控制第一电机EM1配合发动机ICE的运行使得发动机ICE不经由第一行星齿轮机构P1向差速器DM传递扭矩。另外，使第二离合器K2分离，能够使得第二电机EM2与混合动力系统的其它结构解耦，从而减小对发动机ICE的拖拽扭矩，进而提高了在纯发动机驱动模式下整个混合动力系统的效率。

[0053] 进一步地，控制模块还能够控制混合动力系统实现并行驱动模式，当混合动力系统处于并行驱动模式时，

[0054] 第一离合器K1分离且第二离合器K2接合；

[0055] 第一电机EM1处于停止状态，第二电机EM2和发动机ICE均处于运行状态；

[0056] 这样，如图2所示，第二电机EM2经由第二太阳轮轴S21→第二太阳轮G21→第二行星轮G22→第二行星轮架C2→第二行星轮架轴S22向差速器DM传递扭矩以用于驱动，并且发动机ICE经由第一行星轮架轴S12→第一行星轮架C1→第一行星轮G12→第一齿圈G13→第一齿圈轴S13向差速器DM传递扭矩以用于驱动。

[0057] 进一步地，控制模块还能够控制混合动力系统实现制动能量回收模式，当混合动力系统处于制动能量回收模式时，

[0058] 第一离合器K1分离且第二离合器K2接合；

[0059] 第二电机EM2处于运行状态，第一电机EM1处于停止状态，优选地发动机ICE也处于停止状态；

[0060] 这样，如图2所示，来自差速器DM的扭矩经由第二行星轮架轴S22→第二行星轮架C2→第二行星轮G22→第二太阳轮G21→第二太阳轮轴S21向第二电机EM2传递扭矩以使得第二电机EM2对电池进行充电。

[0061] 进一步地，控制模块还能够控制混合动力系统实现怠速充电模式，当混合动力系统处于怠速充电模式时，

[0062] 第一离合器K1和第二离合器K2均分离；

[0063] 第一电机EM1和发动机ICE均处于运行状态，第二电机EM2处于停止状态；

[0064] 这样，如图2所示，发动机ICE经由第一行星轮架轴S12→第一行星轮架C1→第一行星轮G12→第一太阳轮G11→第一太阳轮轴S11→减速齿轮G14→第一电机输入/输出齿轮G3向第一电机EM1传递扭矩以使第一电机EM1对电池进行充电。

[0065] 进一步地，控制模块还能够控制混合动力系统实现行驶/静止时启动发动机模式，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ICE为例，[0066] 第一离合器K1分离且第二离合器K2接合；

[0067] 第一电机EM1和第二电机EM2均处于运行状态，发动机ICE从停止状态向启动状态过渡；

[0068] 这样，如图2所示，第二电机EM2经由第二太阳轮轴S21→第二太阳轮G21→第二行星轮G22→第二行星轮架C2→第二行星轮架轴S22向差速器DM传递扭矩以用于驱动；同时第一电机EM1经由第一电机输入/输出齿轮G3→减速齿轮G14→第一太阳轮轴S11→第一太阳轮G11→第一行星轮G12→第一行星轮架C1→第一行星轮架轴S12向发动机ICE传递扭矩以用于发动机ICE的启动。

[0069] 另外，本发明还提供了一种包括上述功率分流混合动力系统的混合动力车辆。

[0070] 以上对本发明的具体实施方式进行了详细地阐述，但是还需要说明的是：

[0071] I.虽然在以上的具体实施方式中说明了第一离合器K1和第二离合器K2为爪式离合器，但是本发明不限于此。第一离合器K1和第二离合器K2还可以采用摩擦离合器，但是这会增加整个混合动力系统的成本。

[0072] II.虽然在以上的具体实施方式中说明了采用第二行星齿轮机构来作为第二电机EM2的减速机构，但是本发明不限于此。还可以采用例如与第一电机输入/输出齿轮G3和减速齿轮G14构成的减速齿轮副类似的减速机构来作为第二电机EM2的减速机构，但是这样会导致第二电机EM2需要采用偏置的结构。

[0073] III.另外，图2是示意性的，图中并未详细示出从发动机ICE的输出轴经由第一离合器K1到差速器DM的机械传动机构，也未详细示出从第一齿圈轴S13和第二行星轮架轴S22到差速器DM的机械传动机构。实际上，例如可以根据需要利用带传动机构或齿轮传动机构来实现上述的机械传动结构，在此就不进行详细地说明了。