本實用新型涉及混合動力汽車的動力系統技術領域，更具體的是涉及一種機電集成混合動力系統及具有該機電集成混合動力系統的混合動力汽車。

背景技術：

隨著石油資源的缺乏和人們環保意識的提高，以及越來越嚴格的環境保護法規的要求，迫切需要可節省能源和低排放甚至是零排放的綠色環保汽車產品。為此，世界各國政府以及各大汽車制造商都在加大力度開發各種不同類型的新能源汽車。混合動力汽車是新能源汽車的一種，與傳統內燃機相比，混合動力汽車是指使用兩種以上能量來源的車輛。

最常見的油電混合動力汽車(Hybrid electric vehicle，簡稱HEV)具有發動機和電動機，發動機消耗燃油，牽引電動機消耗動力電池的電能。近年來，用于混合動力汽車的混合動力驅動系統及其工作模式已成為研究熱點。

由于混合動力驅動系統涉及傳統發動機驅動以及電動機驅動，結構往往比較復雜，占用空間較大，影響車輛其他部件的布置。一方面目前比較主流的電機并聯式混合動力系統中，普遍是電機采用盤式結構，安裝在發動機與變速器之間，占用一定的軸向尺寸，造成動力總成軸向長度大，在整車上布置困難。由于受尺寸限制，電機的功率一般不大，純電動下動力性能較差。另一方面，目前混合動力變速箱集成電機的方案中普遍采用一擋齒輪結構，一般很少采用多擋齒輪結構，要獲得動力性和經濟都滿意往往比較困難。

申請號為CN201420395631.3的中國專利揭示了一種電動汽車動力耦合系統，該電動汽車動力耦合系統包括：發動機，與發動機同軸相連的發電機，設置在發動機與發電機之間的離合器，通過傳動裝置分別與離合器和差速器相連的驅動電機。該電動汽車動力耦合系統，雖然各部件布局比較合理，結構緊湊，有利于裝配且節省空間，提高了車內空間利用率。但是，該電動汽車動力耦合系統在發動機參與驅動時，只有一個固定傳動比的擋位，會導致整個動力耦合系統的動力性受限，不利于發動機工作的效率，經濟性也還有進一步提升的空間。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種機電集成混合動力系統，其各部件布局合理，結構緊湊，解決目前的混合動力系統占用空間大、在整車上布置困難的問題，且在發動機參與驅動時有兩個擋位可以選擇，解決了目前的混合動力系統在發動機參與驅動時只有一個固定傳動比的擋位的問題，優化了發動機的工作范圍，動力性和經濟性能好。

本實用新型實施例提供的一種機電集成混合動力系統，包括：

發動機；

發電機，通過發動機輸出軸與發動機同軸相連；

行星齒輪系，包括齒圈、行星架和太陽輪，太陽輪通過發動機輸出軸與發動機同軸相連；

制動器，與行星齒輪系的齒圈相連；

離合器，設置在發動機輸出軸與行星齒輪系的行星架之間；

驅動電機，通過傳動裝置與差速器相連；

其中，傳動裝置包括第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、差速器齒輪、中間軸和驅動電機輸出軸；

第一齒輪與行星齒輪系的行星架固定相連；

第二齒輪和第三齒輪位于中間軸上，第二齒輪與第一齒輪相互嚙合；

驅動電機輸出軸與驅動電機相連，第四齒輪位于驅動電機輸出軸上并與第二齒輪相互嚙合；

差速器齒輪與差速器相連接并與第三齒輪相互嚙合；

差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力分別傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。

進一步地，機電集成混合動力系統具有純電動模式、增程模式和混合驅動模式。

進一步地，在純電動模式下，發動機和發電機均不工作，制動器解除制動，離合器斷開，驅動電機的動力經第四齒輪到第二齒輪再經第三齒輪到差速器齒輪減速后傳遞給差速器，差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。

進一步地，在增程模式下，制動器解除制動，離合器斷開，發動機啟動，發動機帶動發電機發電以向動力電池或給驅動電機供電，驅動電機的動力經第四齒輪到第二齒輪再經第三齒輪到差速器齒輪減速后傳遞給差速器，差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。

進一步地，在混合驅動模式下，制動器制動，離合器斷開，發動機的動力經發動機輸出軸到行星齒輪系的太陽輪、再經行星齒輪系的行星架、第一齒輪、第二齒輪傳遞到中間軸與驅動電機的動力耦合，驅動電機的動力經第四齒輪到第二齒輪再經第三齒輪到差速器齒輪減速后傳遞給差速器，差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。

進一步地，在混合驅動模式下，制動器解除制動，離合器結合，行星齒輪系的太陽輪與行星架固定相連，發動機的動力經發動機輸出軸到第一齒輪，再經第二齒輪傳遞到中間軸與驅動電機的動力耦合，驅動電機的動力經第四齒輪到第二齒輪再經第三齒輪到差速器齒輪減速后傳遞給差速器，差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。

進一步地，發電機位于發動機與行星齒輪系之間；第一齒輪空套于發動機輸出軸上并位于發電機與行星齒輪系之間。

進一步地，離合器包括相互配合的主動部分和從動部分，離合器的主動部分與發動機輸出軸相連，離合器的從動部分與行星齒輪系的行星架相連。

進一步地，機電集成混合動力系統還包括減震器，減震器設置在發動機與發電機之間。

本實用新型實施例還提供一種混合動力汽車，該混合動力汽車包括上述的機電集成混合動力系統。

本實用新型實施例提供的機電集成混合動力系統，包括發動機、發動機輸出軸、發電機、行星齒輪系、制動器、離合器、驅動電機和差速器；發動機、發電機以及行星齒輪系通過發動機輸出軸同軸相連；行星齒輪系包括齒圈、行星架和太陽輪；差速器通過傳動裝置與驅動電機相連；傳動裝置包括第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、差速器齒輪、中間軸和驅動電機輸出軸；第一齒輪空套于發動機輸出軸上并位于發電機和行星齒輪系之間與行星齒輪系的行星架固定相連；第二齒輪和第三齒輪位于中間軸上，第二齒輪與第一齒輪相互嚙合；第四齒輪位于驅動電機輸出軸上并與第二齒輪相互嚙合；差速器齒輪與差速器相連接并與第三齒輪相互嚙合；差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力分別傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。機電集成混合動力系統的各部件布局合理，結構緊湊，有利于裝配且節省空間，提高了車內空間利用率，克服現有并聯式混合動力汽車及其動力總成尺寸空間大，結構復雜等缺點。機電集成混合動力系統通過對制動器制動或解除制動、以及控制離合器的結合或斷開，可以實現純電動模式、増程模式、混合驅動模式等多種工作模式。其中，在混合驅動模式下發動機參與驅動時具有兩個擋位可選擇，解決了目前的混合動力系統在發動機參與驅動時只有一個固定傳動比的擋位的問題，優化了發動機的工作范圍，動力性和經濟性能好；機電集成混合動力系統即使在驅動電機失效的時候，依靠發動機驅動也可以繼續行駛，汽車的可靠性增加。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統的結構示意圖。

圖2是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統的控制流程示意圖。

圖3是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統工作在純電動模式下的動力傳遞示意圖。

圖4是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統工作在增程模式下的動力傳遞示意圖。

圖5是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統工作在混合驅動模式一擋下的動力傳遞示意圖。

圖6是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統工作在混合驅動模式二擋下的動力傳遞示意圖。

圖7是本實用新型實施例的機電集成混合動力系統工作在制動能量回收模式下的動力傳遞示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本實用新型進行詳細說明如下。

本實用新型實施例提供一種機電集成混合動力系統，其結構如圖1所示，機電集成混合動力系統包括發動機11、發電機13、行星齒輪系14、制動器16、離合器17、驅動電機18和差速器19。

發動機11例如為汽油發動機或柴油發動機。

發動機輸出軸12，與發動機11相連，用于傳遞發動機11輸出的動力。

發電機13，通過發動機輸出軸12與發動機11同軸相連；發電機例如為外繞組內永磁體的永磁同步電機。

行星齒輪系14，包括齒圈141、行星架142和太陽輪143。行星齒輪系14的太陽輪143通過發動機輸出軸12與發動機11同軸相連，即發動機11、發電機13和行星齒輪系14同軸相連，本實施例中，發電機13位于發動機11與行星齒輪系14之間。

制動器16，與行星齒輪系14的齒圈141相連，用于對行星齒輪系14的齒圈141進行制動；本實施例中，制動器16固定在變速器殼體15上，但并不以此為限。制動器16例如可以為鉗盤式制動器、液壓摩擦片式制動器或電磁制動器等。

離合器17，設置在發動機輸出軸12與行星齒輪系14的行星架142之間；離合器17包括相互配合的主動部分和從動部分，離合器17的主動部分與發動機輸出軸12相連，離合器17的從動部分與行星齒輪系14的行星架142相連。離合器17例如可以為空心軸式多片離合器。

驅動電機18，通過傳動裝置與差速器19相連。

其中，傳動裝置包括第一齒輪21、第二齒輪22、第三齒輪23、第四齒輪24、差速器齒輪25、中間軸26和驅動電機輸出軸27。

第一齒輪21空套于發動機輸出軸12上并位于發動機11與行星齒輪系14之間。具體地，第一齒輪21位于發電機13與行星齒輪系14之間，第一齒輪21與行星齒輪系14的行星架142固定相連。

第二齒輪22和第三齒輪23位于中間軸26上，第二齒輪22與第一齒輪21相互嚙合。

驅動電機輸出軸27與驅動電機18相連，第四齒輪24位于驅動電機輸出軸27上并與第二齒輪22相互嚙合。

差速器齒輪25與差速器19相連接并與第三齒輪23相互嚙合。

差速器19通過第一驅動半軸31和第二驅動半軸32將動力分別傳遞到第一驅動輪41和第二驅動輪42。

為對發動機11的輸出進行緩沖和減震，本實用新型實施例還包括減震器20。減震器20設置在發動機11與發電機13之間。減震器20例如為扭轉減震器或液力耦合器。

為了便于對本實用新型提供的機電集成混合動力系統進行控制，本實用新型提供的機電集成混合動力系統還包括混合動力驅動系統總控制器(圖未示)、制動控制器(圖未示)及離合控制器(圖未示)，混合動力驅動系統總控制器用于控制發動機11、發電機13的啟動與停止，制動控制器用于控制制動器16制動與解除制動，離合控制器用于控制離合器17的結合與斷開。

本實施例的機電集成混合動力系統具有純電動模式、增程模式和混合驅動模式，可根據電池SOC值、車速以及油門深度的需求自動實現三種模式的切換，由此，本實施例的控制流程，請參照圖2所示，包括：

步驟S11，判斷電池SOC值與第一閾值的大小關系，或同時判斷電池SOC值與第一閾值的大小關系以及汽車車速與第二閾值的大小關系，或同時判斷電池SOC值與第一閾值的大小關系、汽車車速與第二閾值的大小關系以及油門深度與第三閾值的關系；

步驟S12，根據判斷結果，切換機電集成混合動力系統的工作模式；在進入混合驅動模式時根據電池SOC值、油門深度信號及車速信號進行判斷進入一檔或二檔。

第一閾值用于判斷電池SOC值的高低，第二閾值用于判斷車速的高低，第三閾值用于判斷油門深度的大小，本實施例不對第一閾值、第二閾值和第三閾值的取值范圍做限定，通常可以根據具體的控制策略自由設定，不同的控制策略下，第一閾值、第二閾值和第三閾值的取值都不盡相同。設定好第一閾值、第二閾值和第三閾值后，則自動判斷并根據判斷結果在三種模式間自動切換。

具體地，如圖3所示，當系統判斷進入純電動模式時，步驟S12包括：控制發動機11、發電機13均不工作，控制制動器16解除制動，控制離合器17斷開，驅動電機18的動力經第四齒輪24到第二齒輪22再經第三齒輪23到差速器齒輪25減速后傳遞給差速器19，差速器19通過第一驅動半軸31、第二驅動半軸32將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42，此時車輛以純電動模式行駛在全車速區域，動力傳遞路線如圖3中箭頭所示。

如圖4所示，當系統判斷進入增程模式時，步驟S12包括：控制制動器16解除制動，控制離合器17斷開，發動機11帶動發電機13發電，以向動力電池充電或給驅動電機18供電，驅動電機18的動力經第四齒輪24到第二齒輪22再經第三齒輪23到差速器齒輪25減速后傳遞給差速器19，差速器19通過第一驅動半軸31、第二驅動半軸32將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42，此時車輛以增程模式行駛在低速區域，動力傳遞路線如圖4中箭頭所示。

如圖5所示，當系統判斷進入混合驅動模式一擋時，步驟S12包括：進一步判斷進入混合驅動模式一擋時，控制制動器16制動，控制離合器17斷開，發動機11的動力經發動機輸出軸12到行星齒輪系14的太陽輪143、再經行星齒輪系14的行星架142到第一齒輪21、再第二齒輪22傳遞到中間軸26與驅動電機18的動力耦合，驅動電機18的動力經第四齒輪24到第二齒輪22再經第三齒輪23到差速器齒輪25減速后傳遞給差速器19，差速器19通過第一驅動半軸31、第二驅動半軸32將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42，此時車輛以混合驅動模式一擋行駛在中高速區域，動力傳遞路線如圖5中箭頭所示。

如圖6所示，當系統判斷進入混合驅動模式二擋時，步驟S12包括：進一步判斷進入混合驅動模式二擋時，控制制動器16解除制動，控制離合器17結合，此時行星齒輪系14的太陽輪143與行星架142固定相連，發動機11的動力經發動機輸出軸12直接到第一齒輪21，再經第二齒輪22傳遞到中間軸26與驅動電機18的動力耦合，驅動電機18的動力經第四齒輪24到第二齒輪22再經第三齒輪23到差速器齒輪25減速后傳遞給差速器19，差速器19通過第一驅動半軸31、第二驅動半軸32將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42，此時車輛以混合驅動模式二擋行駛在高速區域，動力傳遞路線如圖6中箭頭所示。

在上述增程模式中，當電池SOC值較低需要啟動發動機時，發電機13作為啟動電機使用，用于啟動發動機11，使發動機11帶動發電機13向動力電池充電或者給驅動電機18供電；當汽車需要高速行駛時，發電機13同樣將作為啟動電機使用，用于啟動發動機11，發動機11輸出驅動力矩，驅動電機18則輔助驅動，進入混合驅動模式。

上述三種模式以表格體現如下：

此外，汽車制動時，驅動電機18產生制動力矩制動車輪，同時其電機繞組中將產生感應電流向動力電池充電，實現制動能量的回收。由此，本實施例的控制方法還包括：

步驟S13，在制動時，控制驅動電機產生制動力矩并且在電機繞組中產生感應電流以向動力電池充電。

具體地，如圖7所示，步驟S13包括：在汽車制動時，第一驅動輪41、第二驅動輪42分別經第一驅動半軸31、第二驅動半軸32輸出力矩，產生的動力經差速器19到差速器齒輪25，再經第三齒輪23、第二齒輪22到第四齒輪24傳遞給驅動電機18，驅動電機18轉為發電機再生發電，其電機繞組將產生的感應電流向動力電池充電。此時車輛運行在制動能量回收模式下，動力傳遞路線如圖7中箭頭所示。

上述實施例中，提供了一種適用于混合動力汽車的機電集成混合動力系統，包括發動機、發動機輸出軸、發電機、行星齒輪系、制動器、離合器、驅動電機和差速器；發動機、發電機以及行星齒輪系通過發動機輸出軸同軸相連；行星齒輪系包括齒圈、行星架和太陽輪；差速器通過傳動裝置與驅動電機相連；傳動裝置包括第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、差速器齒輪、中間軸和驅動電機輸出軸；第一齒輪空套于發動機輸出軸上并位于發電機和行星齒輪系之間與行星齒輪系的行星架固定相連；第二齒輪和第三齒輪位于中間軸上，第二齒輪與第一齒輪相互嚙合；第四齒輪位于驅動電機輸出軸上并與第二齒輪相互嚙合；差速器齒輪與差速器相連接并與第三齒輪相互嚙合；差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力分別傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。機電集成混合動力系統的各部件布局合理，結構緊湊，有利于裝配且節省空間，提高了車內空間利用率，克服現有并聯式混合動力汽車及其動力總成尺寸空間大，結構復雜等缺點。

機電集成混合動力系統通過對制動器制動或解除制動、以及控制離合器的結合或斷開，可以實現純電動模式、増程模式、混合驅動模式等多種工作模式。其中，在混合驅動模式下發動機參與驅動時具有兩個擋位可選擇，解決了目前的混合動力系統在發動機參與驅動時只有一個固定傳動比的擋位的問題，優化了發動機的工作范圍，動力性和經濟性能好；機電集成混合動力系統即使在驅動電機失效的時候，依靠發動機驅動也可以繼續行駛，汽車的可靠性增加。

本實用新型實施例還提供一種混合動力汽車，該混合動力汽車包括如上所述的機電集成混合動力系統，關于該混合動力汽車的其他結構可以參見現有技術，在此不贅述。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。