一种车辆及其混合动力系统的制作方法

1.本技术涉及油电混合动力技术领域，特别涉及一种混合动力系统。本技术还涉及一种具有该混合动力系统的车辆。


背景技术：

2.目前，降低碳排放是交通行业重要的技术发展方向。
3.基于节能低碳技术发展，一些车辆，比如摩托车或全地形车电动化率已较高，但受到电池储能能力仍大幅低于燃料的储能能力，补能时间长，电动摩托车仍无法满足用户消除续驶里程的焦虑，同时，电动摩托车电机动力特性，使电动摩托车低速具有优异的动力性能，但受到电机功率密度及电池放电能力的影响，电动摩托车的高速动力性远低于燃油摩托车。因此，车辆行业通过采用混合动力技术结合了电机的低速性能优点和燃油机的高速性能优点，使混动摩托车的整体动力性优异，同时具有降低燃油消耗率的优势。
4.现有技术中，混合动力的摩托车较少，摩托车均采用脚变档变速器或cvt(continuously variable transmission一种连续变化速比的变速器，也叫无级变速器)自动变速才能实现发动机输出转速和驱动力满足整车行驶需求。然而，具有脚变档变速器的车辆操作复杂，需同时控制离合器和变档机构才能实现变速，cvt自动变速传动效率较低，远低于齿轮直接传动。因此，为了使摩托车的整体动力性能更优异，同时具有降低燃油消耗率的优势，本领域技术人员有必要适时提供一种传动系统更可靠、维护更方便，并能够实现节能减排提升经济效益和环境效益的混合动力系统及具有该混合动力系统的车辆。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种混合动力系统，该系统传动更可靠、维护更方便，并能够实现节能减排，从而提升经济效益和环境效益。本技术的另一目的是提供一种包括上述混合动力系统的车辆。
6.为实现上述目的，本技术提供一种混合动力系统，包括输出轴，还包括：
7.差速器总成，差速器总成包括差速器座、行星齿轮轴、差速器行星齿、差速器输出齿、发动机主减速从动齿和电机输入齿，其中，行星齿轮轴固定于差速器座，差速器行星齿可转动地安装于行星齿轮轴，差速器输出齿连接输出轴，并与差速器行星齿啮合，发动机主减速从动齿固定于差速器座上，电机输入齿可相对发动机主减速从动齿转动，电机输入齿与差速器行星齿啮合；
8.发动机总成，发动机总成包括内燃机和发动机主动齿，内燃机连接发动机主动齿，发动机主动齿与发动机主减速从动齿啮合；
9.第一控制电机，第一控制电机连接电机输入齿，且第一控制电机为双向旋转的电机；
10.第二控制电机，第二控制电机通过电机齿轮传动机构连接输出轴，且第二控制电机为双向旋转的电机。
11.在一些实施例中，两个差速器行星齿分别通过第一轴承和第二轴承与行星齿轮轴连接，使得两个差速器行星齿能够绕行星齿轮轴的轴线旋转。
12.在一些实施例中，发动机主减速从动齿通过第三轴承与电机输入齿连接，使得电机输入齿能够绕差速器总成的主中心轴线与发动机主减速从动齿相对旋转；
13.还包括第六轴承，差速器输出齿与第六轴承的内圈连接，差速器座与第六轴承的外圈连接，使得差速器输出齿能够绕差速器总成的主中心轴线与差速器座相对旋转。
14.在一些实施例中，还包括第四轴承和第五轴承，发动机主减速从动齿与第四轴承的内圈连接，差速器座与第五轴承的内圈连接，使得发动机主减速从动齿与差速器座二者能够绕差速器总成的主中心轴线旋转。
15.在一些实施例中，第一控制电机还包括第一电机输入轴，第一电机输入轴设有第一外花键，电机输入齿设有第一内花键，第一内花键与第一外花键配合，使得电机输入齿与第一电机输入轴二者能够绕差速器总成的主中心轴线旋转；
16.输出轴设有第二外花键，差速器输出齿设有第二内花键，第二内花键与第二外花键配合，使得差速器输出齿与输出轴二者能够绕差速器总成的主中心轴线旋转。
17.在一些实施例中，还包括控制系统，控制系统控制发动机总成、第一控制电机和第二控制电机，以使车辆处于：驻车充电状态、纯电低速行驶状态、行驶中启动发动机总成状态、混动低速行驶状态、缓加速行驶状态、中速行驶状态、高速行驶状态、急加速行驶状态、减速行驶状态或倒车行驶状态。
18.在一些实施例中，第一控制电机用于在车辆处于驻车时启动发动机总成、并在启动发动机总成后对车辆进行充电。
19.在一些实施例中，第二控制电机用于在车辆处于中速状态或减速状态时对车辆进行充电。
20.在一些实施例中，发动机总成和第二控制电机二者用于在车辆处于混动低速行驶状态、缓加速行驶状态或高速行驶状态时向输出轴提供动力，且第一控制电机用于在车辆处于混动低速行驶状态、缓加速行驶状态或高速行驶状态时对车辆进行充电。
21.本技术还提供一种车辆，包括上述任一项的混合动力系统，车辆为摩托车或全地形车。
22.相对于上述背景技术，本技术实施例所提供的混合动力系统，包括输出轴、差速器总成、发动机总成、第一控制电机和第二控制电机。其中，差速器总成包括差速器座、行星齿轮轴、差速器行星齿、差速器输出齿、发动机主减速从动齿和电机输入齿，行星齿轮轴固定于差速器座，差速器行星齿可转动地安装于行星齿轮轴，差速器输出齿连接输出轴，差速器输出齿与差速器行星齿啮合，发动机主减速从动齿固定于差速器座上，电机输入齿可相对发动机主减速从动齿转动，电机输入齿与差速器行星齿啮合；发动机总成包括内燃机和发动机主动齿，内燃机连接发动机主动齿，发动机主动齿与发动机主减速从动齿啮合；第一控制电机连接电机输入齿，电机输入齿与差速器行星齿啮合；第二控制电机通过电机齿轮传动机构连接输出轴。
23.可以理解的是，本技术实施例中，发动机总成、第一控制电机和第二控制电机三者均直接通过齿轮传动连接至输出端，发动机总成和第一控制电机处于动力输入端，第二控制电机并联在动力的输出端，且通过差速器总成代替传统的行星齿传动机构，差速器总成
作为各传动部件的功率分配的核心部件，可以实现发动机总成、第一控制电机和第二控制电机三者的功率分配和叠加。此外，第一控制电机和第二控制电机均为双向旋转的电机，也即第一控制电机和第二控制电机二者均能正、反方向旋转并具有正、反方向的扭矩输出，进而具有驱动和发电两种功能。
24.如此设置的混合动力系统，其有益效果主要包括：
25.其一，第一控制电机主要功能为发电，同时，第一控制电机能够在启动发动机总成和部分大动力输出需求时进行短时间驱动(向输出轴提供动力)；第二控制电机主要功能为驱动(向输出轴提供动力)，同时，第二控制电机能够在能量回收和中速行驶输出动力调节时进行发电。
26.其二，通过第一控制电机和第二控制电机对发动机总成的输出转速和功率的调节控制，以使发动机总成连续运行在高效率的使用区间，同时通过两个电机的输出调节，满足整车行驶动力需求。相对于仅采用燃油发动机作为动力输出的摩托车，采用本技术设置方式的摩托车具有更低的油耗和排放。
27.其三，由于发动机总成、第一控制电机和第二控制电机三者分别连接在差速器总成的三个连接端，这样可以使输出端的转速和动力实现连续的变化，相当于传统摩托车的cvt变速机构的功能，而在本技术中，由于变速机构的各连接部分均为齿轮传动，传动效率远高于普通的cvt变速机构。同时，由于本技术的混合动力系统具有连续变化输出转速和动力的能力，因此，本技术的混合动力系统能够覆盖整车输出的全工况范围，无需其它的变速机构，并具有自动变速的能力，实现了自动变速系统的功能。
28.其四，相较于现有技术，本技术提供的混合动力系统及具有该系统的车辆，取消了常规摩托车发动机的手动档位变速器及换档机构，能够实现纯电动和发动机+电机混合动力输出的模式，并能够实现车速自动变化的功能，通过控制电机并接合传动系统结构，还能够实现对发动机传动比全范围连续变化，控制输出端的转速和扭矩。由于取消了带档位变速器(或cvt)，因此，本技术无需具备对档位变速器变档的控制，使控制方案和结构更简单、成本更低，由于不具备摩托车式离心式cvt变速器，采用发动机直接通过传动齿将动力直接输出，传动效率远高于cvt变速器，解决了cvt传动的低效率和皮带耐久性低的问题，同时，由于取消原摩托车发动机的发电机和启动电机，通过控制mg1电机即可实现发动机的启停控制，无启动过程的机械噪音，使得启动更平顺。
29.综上，本技术实施例提供的混合动力系统的传动更可靠、维护更方便，并能够实现节能减排提升经济效益和环境效益。此外，具有上述混合动力系统的车辆，比如摩托车或全地形车，同样具有上述有益效果。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
31.图1为本技术实施例中混合动力系统的结构示意图；
32.图2为图1所示混合动力系统的剖视图；
33.图3为图2所示混合动力系统的爆炸图；
34.图4为图3所示混合动力系统中差速器总成的装配示意图；
35.图5为本技术实施例中混合动力系统在驻车充电状态的第一阶段时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
36.图6为本技术实施例中混合动力系统在驻车充电状态的第二阶段时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
37.图7为本技术实施例中混合动力系统在纯电低速行驶状态下发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
38.图8为本技术实施例中混合动力系统在纯电行驶中启动内燃机状态第一阶段发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
39.图9为本技术实施例中混合动力系统在纯电行驶中启动内燃机状态第二阶段发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
40.图10为本技术实施例中混合动力系统在混动低速行驶状态下发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
41.图11为本技术实施例中混合动力系统在缓加速行驶状态下发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
42.图12为本技术实施例中混合动力系统在中速行驶状态下发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
43.图13为本技术实施例中混合动力系统在高速行驶状态下发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
44.图14为本技术实施例中混合动力系统在急加速行驶状态的第一阶段时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
45.图15为本技术实施例中混合动力系统在急加速行驶状态的第二阶段时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
46.图16为本技术实施例中混合动力系统在纯电状态下减速行驶时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
47.图17为本技术实施例中混合动力系统在混动状态下减速行驶时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
48.图18为本技术实施例中混合动力系统在纯电状态下倒车行驶时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
49.图19为本技术实施例中混合动力系统在纯电状态下倒车行驶时启动内燃机过程发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
50.图20为本技术实施例中混合动力系统在混动状态下倒车行驶时发动机总成、第一控制电机、第二控制电机的运行状态示意图；
51.图21为本技术实施例中混合动力系统中内燃机在高效率区间运行的示意图。
52.其中：
53.1-差速器总成、11-差速器座、12-行星齿轮轴、13-差速器行星齿、14-差速器输出齿、15-主中心轴线、16-发动机主减速从动齿、17-电机输入齿、101-第一轴承、102-第二轴承、103-第三轴承、104-第四轴承、105-第五轴承、106-第六轴承；
54.2-发动机总成、21-内燃机、22-曲轴、23-发动机主动齿；
55.3-第一控制电机、31-第一电机输入轴；
56.4-第二控制电机、41-第二电机输入轴、42-电机齿轮传动机构、421-电机主动齿、422-电机从动齿；
57.5-输出轴。
具体实施方式
58.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
59.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
60.需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
61.本技术实施例所提供的混合动力系统，包括差速器总成1、发动机总成2、第一控制电机3、第二控制电机4和输出轴5。
62.请参阅图1至图4，其中，差速器总成1包括差速器座11、行星齿轮轴12、差速器行星齿13、差速器输出齿14、发动机主减速从动齿16和电机输入齿17，行星齿轮轴12固定于差速器座11，并且行星齿轮轴12能够随差速器座11一同围绕差速器总成1的主中心轴线15旋转，差速器行星齿13可转动地安装于行星齿轮轴12，差速器输出齿14连接输出轴5，差速器输出齿14与差速器行星齿13啮合，发动机主减速从动齿16固定于差速器座11上，电机输入齿17可相对发动机主减速从动齿16转动，电机输入齿17与差速器行星齿13啮合；发动机总成2包括内燃机21和发动机主动齿23，内燃机21连接发动机主动齿23，发动机主动齿23与发动机主减速从动齿16啮合，以实现动力传递；第一控制电机3连接电机输入齿17，电机输入齿17与差速器行星齿13啮合，以实现动力传递；第二控制电机4通过电机齿轮传动机构42连接输出轴5，以实现动力传递。
63.可以理解的是，本技术实施例中，发动机总成2、第一控制电机3和第二控制电机4三者均直接通过齿轮传动连接至输出端，中间无离合器结构，传动系统更可靠，维护更简便。发动机总成2和第一控制电机3处于动力输入端，第二控制电机4并联在动力的输出端，且通过差速器总成1代替传统的行星齿传动机构，差速器总成1作为各传动部件的功率分配的核心部件，可以实现发动机总成2、第一控制电机3和第二控制电机4三者的功率分配和叠加。
64.此外，第一控制电机3和第二控制电机4均为双向旋转的电机，也即第一控制电机3和第二控制电机4二者均能正、反方向旋转并具有正、反方向的扭矩输出，进而具有驱动和发电两种功能。比如，在第一控制电机3具有正向(或反向)扭矩沿正向(或反向)旋转时，第一控制电机3用于向发动机总成2提供动力，在第一控制电机3沿反向(或正向)旋转时，第一控制电机3用于产生电能，以实现向车辆充电；在第二控制电机4具有正向(或反向)扭矩沿正向(或反向)旋转时，第二控制电机4用于向输出轴5提供动力，在第二控制电机4沿反向
(或正向)旋转时，第二控制电机4用于产生电能，以实现向车辆充电。
65.这样一来，第一控制电机3主要功能为发电，同时，第一控制电机3能够在启动发动机总成2和部分大动力输出需求时进行短时间驱动(向输出轴5提供动力)，第二控制电机4主要功能为驱动(向输出轴5提供动力)，第二控制电机4能够在能量回收和中速行驶输出动力调节时进行发电。
66.与此同时，通过第一控制电机3和第二控制电机4对发动机总成2的输出转速和功率的调节控制，以使发动机总成2连续运行在高效率的使用区间，同时通过两个电机的输出调节，满足整车行驶动力需求。相对于仅采用燃油发动机作为动力输出的摩托车，采用本技术设置方式的摩托车具有更低的油耗和排放。
67.此外，由于发动机总成2、第一控制电机3和第二控制电机4三者分别连接在差速器总成1的三个连接端，这样可以使输出端的转速和动力实现连续的变化，相当于传统摩托车的cvt变速机构的功能，而在本技术中，由于变速机构的各连接部分均为齿轮传动，传动效率远高于普通的cvt变速机构。同时，由于本技术的混合动力系统具有连续变化输出转速和动力的能力，因此，本技术的混合动力系统能够覆盖整车输出的全工况范围，无需其它的变速机构，并具有自动变速的能力，实现了自动变速系统的功能。
68.相较于现有技术，本技术提供的混合动力系统及具有该系统的车辆，取消了常规摩托车发动机的手动档位变速器及换档机构，能够实现纯电动和发动机+电机混合动力输出的模式，并能够实现车速自动变化的功能，通过控制电机并接合传动系统结构，还能够实现对发动机传动比全范围连续变化，控制输出端的转速和扭矩。由于取消了带档位变速器(或cvt)，因此，本技术无需具备对档位变速器变档的控制，使控制方案和结构更简单、成本更低，同时，由于不具备摩托车式离心式cvt变速器，采用发动机直接通过传动齿将动力直接输出，传动效率远高于cvt变速器。
69.现有技术中，差速器的应用范围高于普通行星齿轮组，技术成熟度更高。在本技术实施例中，差速器行星齿13和差速器输出齿14，以及差速器行星齿13和电机输入齿17的配合均采用锥齿轮配合，相较于传统圆柱齿轮配合的行星齿轮传动结构，本技术采用锥齿轮配合的传动结构，降低了行星齿轮组合对制造精度的要求，通过装配使配合间隙的可调整范围更大，有利于降低生产难度。
70.综上，本技术实施例提供的混合动力系统的传动更可靠、维护更方便，并能够实现节能减排提升经济效益和环境效益。
71.下面结合具体实施例说明本技术的混合动力系统。
72.在一些实施例中，两个差速器行星齿13分别通过第一轴承101和第二轴承102与行星齿轮轴12连接，使得两个差速器行星齿13能够绕行星齿轮轴12的轴线旋转。
73.具体地，上下两个差速器行星齿13沿行星齿轮轴12的轴线方向间隔分布，上方的差速器行星齿13与下方的差速器行星齿13分别安装于第一轴承101和第二轴承102的外圈上，第一轴承101和第二轴承102的内圈固定于行星齿轮轴12上，如此一来，上下两个差速器行星齿13能够绕行星齿轮轴12的轴线自由旋转。
74.与此同时，上下两个差速器行星齿13均同时与电机输入齿17和差速器输出齿14的齿形啮合，以实现相互传递扭矩。
75.在一些实施例中，发动机主动齿23与发动机主减速从动齿16啮合，发动机主减速
从动齿16通过第三轴承103与电机输入齿17连接，使得电机输入齿17能够绕差速器总成1的主中心轴线15与发动机主减速从动齿16相对旋转。
76.需要说明的是，发动机主动齿23固定于内燃机21的曲轴22的一端，与曲轴22一同旋转；同时，发动机主动齿23与装配于差速器总成1上的发动机主减速从动齿16相啮合，传递动力。在本实施例中，曲轴22上的发动机主动齿23可经过一级减速将动力传递到差速器总成1，但设计方案中包含曲轴22上的发动机主动齿23可经过多级减速将动力传递到差速器总成1，本实施对此并不作具体限制。
77.具体地，电机输入齿17装配于第三轴承103的内圈上，第三轴承103装配于发动机主减速从动齿16上，如此一来，电机输入齿17与发动机主减速从动齿16能够围绕差速器总成1的主中心轴线15旋转，同时，电机输入齿17与发动机主减速从动齿16可相对转动。
78.在一些实施例中，混合动力系统还包括第四轴承104和第五轴承105，发动机主减速从动齿16固定于差速器座11上，且发动机主减速从动齿16与第四轴承104的内圈连接，差速器座11与第五轴承105的内圈连接，第四轴承104的外圈和第五轴承105的外圈均装配于外部壳体，这样一来，发动机主减速从动齿16和差速器座11分别由第四轴承104和第五轴承105支承，发动机主减速从动齿16与差速器座11二者能够绕差速器总成1的主中心轴线15一同旋转。
79.在一些实施例中，混合动力系统还包括第六轴承106，差速器输出齿14装配于第六轴承106的内圈，第六轴承106的外圈装配于差速器座11上，这样一来，差速器输出齿14与差速器座11能够围绕差速器总成1的主中心轴线15旋转，同时差速器输出齿14与差速器座11可相对旋转。
80.在一些实施例中，第一控制电机3还包括第一电机输入轴31，第一电机输入轴31设有第一外花键，电机输入齿17设有第一内花键，第一内花键与第一外花键配合，使得电机输入齿17与第一电机输入轴31二者能够绕差速器总成1的主中心轴线15一同旋转。
81.需要说明的是，第一控制电机3的第一电机输入轴31与第一控制电机3为同一轴，但本设计方案中第一电机输入轴31与第一控制电机3可为不同轴，第一控制电机3可以通过变速与第一电机输入轴31联动。
82.在一些实施例中，输出轴5设有第二外花键，差速器输出齿14设有第二内花键，第二内花键与第二外花键配合，使得差速器输出齿14与输出轴5二者能够绕差速器总成1的主中心轴线15一同旋转。
83.此外，第二控制电机4包括第二电机输入轴41，电机齿轮传动机构42包括电机主动齿421和电机从动齿422，电机主动齿421固定于第二电机输入轴41，电机主动齿421与第二电机输入轴41一同转动，传递动力，电机从动齿422固定于输出轴5，并与输出轴5一同转动，传递动力。电机主动齿421与电机从动齿422啮合，使第二控制电机4和输出轴5相互传递动力。
84.需要注意的是，本技术实施例中第二控制电机4的第二电机输入轴41上的电机主动齿421经过一级变速将动力传递到输出轴5上的电机从动齿422，但本设计方案中电机主动齿421与电机从动齿422可不直接啮合，而第二电机输入轴41可经多级变速将动力传递到输出轴5，或不需要电机齿轮传动机构42，第二电机输入轴41与输出轴5为同一轴。
85.在一些实施例中，混合动力系统还包括控制系统，控制系统用于控制发动机总成
2、第一控制电机3和第二控制电机4，以使车辆处于：驻车充电状态、纯电低速行驶状态、行驶中启动内燃机状态、混动低速行驶状态、缓加速行驶状态、中速行驶状态、高速行驶状态、急加速行驶状态、减速行驶状态或倒车行驶状态。
86.下面结合具体运行工况说明混合动力系统的工作过程。
87.经过发动机主动齿23与发动机主减速从动齿16啮合变速，将发动机端的扭矩传递到发动机主减速从动齿16上，发动机主减速从动齿16上的扭矩为t
ice从动
，转速为n
ice从动
，如图1方向顺时针为正；第一控制电机3(也称mg1电机)的第一电机输入轴31将扭矩传递到差速器总成1内的电机输入齿17，电机输入齿17上的扭矩为t
mg1
，转速为n
mg1
，如图1方向顺时针为正；第二控制电机4(也称mg2电机)端的扭矩为t
mg2
,转速为n
mg2
，如图1方向逆时针为正；经过mg2电机的电机主动齿421与mg2电机的电机从动齿422啮合变速，将mg2电机端的扭矩传递到输出轴5上，mg2电机的电机从动齿422上的扭矩为t
mg2从动
，如图1方向顺时针为正；差速器输出齿14上的扭矩为t
差速器输出
，如图1方向顺时针为正；输出轴5端的扭矩为总输出扭矩t
总输出
，如图1方向顺时针为正；根据设计结构，mg2电机的电机从动齿422、差速器输出齿14与输出轴5转速相同，转速为n
输出轴
，如图1方向顺时针为正。
88.根据设计结构，可得出下列矢量关系：
89.(1)t
总输出
＝t
差速器输出
+t
mg2从动
90.(2)t
差速器输出
＝t
ice从动
+t
mg1
91.(3)n
ice从动
＝(n
mg1
+n
输出轴
)/2
92.下面将本技术实施例中的混合动力系统在各运行工况下的发动机总成2、mg1电机、mg2电机的运行状态，分别由各状态图表示，其中，纵坐标代表各轴的转速，图中箭头方向即为扭矩方向，纵坐标的正负代表转速和扭矩的方向，当扭矩方向与转速方向相同时为驱动，当扭矩方向与转速方向相反时为从动(也即mg1、mg2电机为发电状态)。
93.一、驻车充电
94.阶段1(驻车启动内燃机21)：
95.如图5所示，mg1电机驱动，整车停止，输出轴5受到锁止不能转动，传动过程为：
96.mg1电机的第一电机输入轴31
→
电机输入齿17
→
差速器行星齿13
→
行星齿轮轴12
→
差速器座11
→
发动机主减速从动齿16
→
发动机主动齿23
→
内燃机21。
97.阶段2(驻车充电)：
98.如图6所示，输出轴5仍然受到锁止不能转动，mg1电机启动内燃机21后，内燃机21驱动mg1电机发电，传动过程为：
99.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
100.二、纯电低速行驶
101.如图7所示，整车低速行驶时，当电池电量高时，内燃机21不启动，n
ice从动
＝0，mg2电机驱动整车行驶，受内燃机21静止阻力，mg1电机断电反向空转，输出动力驱动车辆的传动过程为：
102.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
103.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动
齿422
→
输出轴5
→
差速器输出齿14
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
104.三、行驶中启动内燃机
105.阶段1：如图8所示，整车纯电行驶过程中，mg2电机提供整车行驶的驱动力，mg1电机反向空转，当需启动内燃机时，mg1电机为负的过程中，mg1电机由空转转换为发电，mg2电机除提供整车行驶的驱动力外，还为启动内燃机和mg1发电提供动力，传动过程为：
106.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
107.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5
→
差速器输出齿14
→
差速器行星齿13
→
行星齿轮轴12
→
差速器座11
→
发动机主减速从动齿16
→
发动机主动齿23
→
内燃机21；
108.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5
→
差速器输出齿14
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31；
109.阶段2：如图9所示，整车纯电行驶时启动内燃机的过程中，当mg1电机转速由负转换为正时，mg1电机由发电转换为驱动，提供内燃机21启动所需的转速和扭矩，直至内燃机21启动成功，传动过程为：
110.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
111.mg1电机的第一电机输入轴31
→
电机输入齿17
→
差速器行星齿13
→
行星齿轮轴12
→
差速器座11
→
发动机主减速从动齿16
→
发动机主动齿23
→
内燃机21。
112.四、混动低速行驶
113.如图10所示，整车低速行驶时，电池无法满足整车对于mg2电机的功率需求时，内燃机21启动，mg2电机提供整车行驶的部分驱动力，mg1电机通过控制转速和扭矩，结合差速器总成1的结构，对内燃机21输出的动力进行分配，一部分用于mg1电机发电，另一部分作为整车行驶驱动力，mg2电机和内燃机21通过分配后传递到输出轴5的动力共同驱动整车行驶，传动过程为：
114.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
115.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
差速器输出齿14
→
输出轴5；
116.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
117.五、缓加速行驶
118.如图11所示，当内燃机21运行时，增加内燃机21的驱动扭矩，并调整对mg1、mg2电机输出扭矩的控制，增加输出轴5上的总输出扭矩t
总输出
，实现缓加速行驶；此时，mg2电机和内燃机21共同驱动车辆行驶，缓加速时内燃机21的转速和输出扭矩逐渐增加，mg1电机发电，传动过程为：
119.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动
齿422
→
输出轴5；
120.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
差速器输出齿14
→
输出轴5；
121.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
122.六、中速行驶
123.如图12所示，整车中速行驶，内燃机21运行，内燃机21输出稳定的转速和稳定的扭矩，即n
ice从动
和t
ice从动
稳定，控制mg1电机处于n
mg1
＝0，mg2电机处于驱动或者发电，对整车行驶负载进行调节；此时，内燃机21驱动车辆行驶，mg2电机根据行驶总动力需求可进行驱动或发电，mg1电机维持静止，传动过程为：
124.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
差速器输出齿14
→
输出轴5；
125.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
126.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
差速器输出齿14
→
输出轴5
→
mg2电机的电机从动齿422
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的第二电机输入轴41。
127.七、高速行驶
128.如图13所示，整车高速行驶动力性需求大，内燃机21高转速高动力输出，部分动力提供mg1电机发电，剩余部分动力与mg2电机驱动动力共同作为整车的行驶驱动力，控制mg1电机的输出转速和扭矩可以调节内燃机21的工作转速及对应负载，同时调节通过差速器总成1输出到差速器输出齿14的扭矩；此时，mg2电机和内燃机21共同驱动车辆行驶，mg1电机发电，传动过程为：
129.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
130.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
差速器输出齿14
→
输出轴5；
131.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
132.八、急加速行驶
133.当驾驶员需求整车急加速行驶时，控制mg2电机大扭矩输出，先控制mg1电机快速提升内燃机21转速，内燃机21输出动力提升增大输出，然后控制mg1电机发电，内燃机21剩余部分动力与mg2电机驱动动力共同作为整车的行驶驱动力，实现总输出扭矩t
总输出
快速增加，输出轴5转速n
输出轴
快速提高。具体分为阶段1和阶段2：
134.阶段1：如图14所示，mg2电机大功率输出驱动车辆行驶，mg1和内燃机21驱动快速将内燃机21转速提升，传动过程为：
135.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
136.mg1电机的第一电机输入轴31
→
电机输入齿17
→
差速器行星齿13
→
行星齿轮轴12
→
差速器座11
→
发动机主减速从动齿16
→
发动机主动齿23
→
内燃机21。
137.阶段2：如图15所示，mg2电机和内燃机21共同驱动车辆行驶，内燃机21高功率输出，mg1电机发电，传动过程为：
138.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
139.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
差速器输出齿14
→
输出轴5；
140.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
141.九、减速行驶
142.纯电状态下减速行驶时，控制mg2电机由驱动转为发电，进行能量回收，混动状态下减速行驶时，mg2电机处于发电状态，进行能量回收，内燃机21变为从动，内燃机21不喷油，控制mg1电机转速为零。
143.如图16所示，纯电状态下的减速行驶：mg2电机发电，内燃机21静止(阻力大)，mg1电机空转，传动过程为：
144.输出轴5
→
mg2电机的电机从动齿422
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的第二电机输入轴41；
145.输出轴5
→
差速器输出齿14
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31；
146.如图17所示，混动状态下的减速行驶，mg2电机发电，mg1电机转速为零，传动过程为：
147.输出轴5
→
mg2电机的电机从动齿422
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的第二电机输入轴41；
148.输出轴5
→
差速器输出齿14
→
差速器行星齿13
→
行星齿轮轴12
→
差速器座11
→
发动机主减速从动齿16
→
发动机主动齿23
→
内燃机21；
149.十、倒车行驶
150.纯电状态下倒车行驶时，控制mg2电机反向驱动，推动整车反向行驶，电池处于低电量，整车连续反向行驶时，控制mg1电机驱动拖动内燃机21启动，内燃机21启动后，控制mg1电机转换为发电。
151.如图18所示，纯电状态下的倒车行驶，mg2电机驱动车辆行驶，内燃机21静止(阻力大)，mg1电机空转，传动过程为：
152.输出动力驱动车辆：mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
153.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5
→
差速器输出齿14
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31；
154.电池处于低电量，整车连续倒车行驶时，由纯电状态转换为混动状态，先倒车行驶中启动内燃机，再混动状态继续倒车行驶，具体分为纯电倒车行驶中启动内燃机和混动状态倒车行驶。
155.如图19所示，纯电倒车行驶中启动内燃机状态。mg2电机驱动车辆行驶，mg1电机驱动，启动内燃机，传动过程为：
156.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
157.mg1电机的第一电机输入轴31
→
电机输入齿17
→
差速器行星齿13
→
行星齿轮轴12
→
差速器座11
→
发动机主减速从动齿16
→
发动机主动齿23
→
内燃机21；
158.如图20所示，混动状态倒车行驶状态。内燃机启动后，mg2电机驱动车辆行驶，mg1电机发电，传动过程为：
159.mg2电机的第二电机输入轴41
→
mg2电机的电机主动齿421
→
mg2电机的电机从动齿422
→
输出轴5；
160.内燃机21
→
发动机主动齿23
→
发动机主减速从动齿16
→
差速器座11
→
行星齿轮轴12
→
差速器行星齿13
→
电机输入齿17
→
mg1电机的第一电机输入轴31。
161.可以理解的是，本技术实施例提供的混合动力系统通过对内燃机21进气量及喷油量的控制、mg1电机和mg2电机输出转速及扭矩的控制，满足整车行驶车速及工况负载的需求。同时，通过控制mg1电机和mg2电机，调整内燃机21的转速和负载，使内燃机21在万有特性图的高效率区间(见图21)运行，提高了内燃机总的燃油经济性。同时，本技术实施例提供的混合动力系统通过机械齿轮的动力传递，能最大程度将内燃机21的动力直接驱动整车行驶，降低了混动系统机械能与电能的转化总量，提升了系统综合效率，进一步降低整车行驶的燃油消耗。
162.综上所述，本技术提供一种强混的动力系统，取消了常规摩托车发动机的手动档位变速器及换档机构，能够实现纯电动和发动机+电机混合动力输出的模式，并能够实现车速自动变化的功能，通过控制电机并接合传动系统结构，还能够实现对发动机传动比全范围连续变化，控制输出端的转速和扭矩。由于取消了带档位变速器(或cvt)，因此，本技术无需具备对档位变速器变档的控制，使控制方案和结构更简单、成本更低，由于不具备摩托车式离心式cvt变速器，采用发动机直接通过传动齿将动力直接输出，传动效率远高于cvt变速器，解决了cvt传动的低效率和皮带耐久性低的问题，同时，由于取消原摩托车发动机的发电机和启动电机，通过控制mg1电机即可实现发动机的启停控制，无启动过程的机械噪音，使得启动更平顺。
163.此外，通过电机对发动机输出转速和功率的调节控制，使发动机连续运行在高热效率的使用区间，而常规的摩托车cvt变速器传动比仅受到发动机转速的影响，不能根据负荷对传动比进行调整控制，动力系统效率低。
164.本技术所提供的一种车辆，包括上述具体实施例所描述的混合动力系统；车辆可为摩托车或全地形车。
165.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
166.以上对本技术所提供的车辆及其混合动力系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术
原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种混合动力系统，包括输出轴(5)，其特征在于，还包括：差速器总成(1)，所述差速器总成(1)包括差速器座(11)、行星齿轮轴(12)、差速器行星齿(13)、差速器输出齿(14)、发动机主减速从动齿(16)和电机输入齿(17)，其中，所述行星齿轮轴(12)固定于所述差速器座(11)，所述差速器行星齿(13)可转动地安装于所述行星齿轮轴(12)，所述差速器输出齿(14)连接所述输出轴(5)，并与所述差速器行星齿(13)啮合，所述发动机主减速从动齿(16)固定于所述差速器座(11)上，所述电机输入齿(17)可相对所述发动机主减速从动齿(16)转动，所述电机输入齿(17)与所述差速器行星齿(13)啮合；发动机总成(2)，所述发动机总成(2)包括内燃机(21)和发动机主动齿(23)，所述内燃机(21)连接所述发动机主动齿(23)，所述发动机主动齿(23)与所述发动机主减速从动齿(16)啮合；第一控制电机(3)，所述第一控制电机(3)连接所述电机输入齿(17)，且所述第一控制电机(3)为双向旋转的电机；第二控制电机(4)，所述第二控制电机(4)通过电机齿轮传动机构(42)连接所述输出轴(5)，且所述第二控制电机(4)为双向旋转的电机。2.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，两个所述差速器行星齿(13)分别通过第一轴承(101)和第二轴承(102)与所述行星齿轮轴(12)连接，使得两个所述差速器行星齿(13)能够绕所述行星齿轮轴(12)的轴线旋转。3.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述发动机主减速从动齿(16)通过第三轴承(103)与所述电机输入齿(17)连接，使得所述电机输入齿(17)能够绕所述差速器总成(1)的主中心轴线(15)与所述发动机主减速从动齿(16)相对旋转；还包括第六轴承(106)，所述差速器输出齿(14)与所述第六轴承(106)的内圈连接，所述差速器座(11)与所述第六轴承(106)的外圈连接，使得所述差速器输出齿(14)能够绕所述差速器总成(1)的主中心轴线(15)与所述差速器座(11)相对旋转。4.如权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，还包括第四轴承(104)和第五轴承(105)，所述发动机主减速从动齿(16)与所述第四轴承(104)的内圈连接，所述差速器座(11)与所述第五轴承(105)的内圈连接，使得所述发动机主减速从动齿(16)与所述差速器座(11)二者能够绕所述差速器总成(1)的主中心轴线(15)旋转。5.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一控制电机(3)还包括第一电机输入轴(31)，所述第一电机输入轴(31)设有第一外花键，所述电机输入齿(17)设有第一内花键，所述第一内花键与所述第一外花键配合，使得所述电机输入齿(17)与所述第一电机输入轴(31)二者能够绕所述差速器总成(1)的主中心轴线(15)旋转；所述输出轴(5)设有第二外花键，所述差速器输出齿(14)设有第二内花键，所述第二内花键与所述第二外花键配合，使得所述差速器输出齿(14)与所述输出轴(5)二者能够绕所述差速器总成(1)的主中心轴线(15)旋转。6.如权利要求1-5任意一项所述的混合动力系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统控制所述发动机总成(2)、所述第一控制电机(3)和所述第二控制电机(4)，以使车辆处于：驻车充电状态、纯电低速行驶状态、行驶中启动所述发动机总成状态、混动低速行驶状态、缓加速行驶状态、中速行驶状态、高速行驶状态、急加速行驶状态、减速行驶状态或倒车行驶状态。
7.如权利要求6所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一控制电机(3)用于在车辆处于驻车时启动所述发动机总成(2)、并在启动所述发动机总成(2)后对车辆进行充电。8.如权利要求6所述的混合动力系统，其特征在于，所述第二控制电机(4)用于在车辆处于中速状态或减速状态时对车辆进行充电。9.如权利要求6所述的混合动力系统，其特征在于，所述发动机总成(2)和所述第二控制电机(4)二者用于在车辆处于混动低速行驶状态、缓加速行驶状态或高速行驶状态时向所述输出轴(5)提供动力，且所述第一控制电机(3)用于在车辆处于混动低速行驶状态、缓加速行驶状态或高速行驶状态时对车辆进行充电。10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的混合动力系统，所述车辆为摩托车或全地形车。

技术总结
本申请公开了一种车辆及其混合动力系统，混合动力系统包括输出轴、差速器总成、发动机总成、两个控制电机。差速器总成中，行星齿轮轴固定于差速器座，差速器行星齿安装于行星齿轮轴，差速器输出齿连接输出轴并与差速器行星齿啮合，发动机主减速从动齿固定于差速器座上，电机输入齿可相对发动机主减速从动齿转动并与差速器行星齿啮合；发动机总成的内燃机连接发动机主动齿，发动机主动齿与发动机主减速从动齿啮合；第一控制电机连接电机输入齿；第二控制电机连接输出轴。上述混合动力系统满足了整车行驶车速及工况负载的需求，提高了内燃机总的燃油经济性，通过机械齿轮的动力传递，降低了混动系统机械能与电能的转化总量，提升了系统综合效率。系统综合效率。系统综合效率。


技术研发人员：李鑫 王世龙 张斌 朱楷 石应辉
受保护的技术使用者：重庆隆鑫新能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/25