一种双电机双行星排混合动力系统的制作方法

1.本实用新型涉及动力系统技术领域，具体是一种双电机双行星排混合动力系统。


背景技术：

2.现有的车辆的混合动力系统包括发动机、电机和传动系统(变速器)，电机有单电机方案和双电机方案，传动系统有普通齿轮变速器或减速器，也有带行星排的功率分流变速器，行星排有单排、双排、三排等方案。
3.行星排机构具有多自由度的特点，能实现多个工作点的自由控制，因此在混合动力总成系统中可以利用两个电机，通过两个电机对发动机的转速和转矩完全解耦，使发动机与电机的切换点可以自由控制，实现无极变速，并最大限度地提高混合动力总成系统燃油经济性。
4.如图1所示，双电机双行星排混合动力系统，其工作原理：发动机与第一电机e1连接第一行星排，输出混合动力；第二电机e2通过两挡齿轮机构连接第二行星排，与发动机、第一电机的动力通过共用的齿圈进行合流，增加动力输出。
5.而上述的现有技术中存在以下缺陷：
6.(1)采用二级行星排共用齿圈的布置方案，行星排受径向空间限制，减速增扭作用受限，主要动力输出的第二电机e2的动力无法提升，输出功率不足，因此只适合中轻型车量应用，无法适配重型车辆；
7.(2)采用二级行星排共用齿圈的布置方案，两个电机的最高转速较低，峰值扭矩较大，电机成本高；
8.(3)两个电机采用的同轴布置方案，造成动力总成轴向长度较大，效率下降，且对布置空间要求高，车型适配性较差。
9.发动机或电机的扭矩就是指发动机、电机从曲轴端或输出端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机或电机的转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。
10.公开于以上背景技术部分的信息仅仅皆在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

11.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种双电机双行星排混合动力系统，目的是为了解决现有技术中动力总成轴向长度，电机成本高，空间布置要求高，适应性差，车型适配性差等问题。
12.为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案如下：
13.一种双电机双行星排混合动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机，壳体，以及由内到外同轴设置的中心轴、第一空心轴、第二空心轴，所述中心轴、第一空心轴、第二空心
轴、第一电机、第二电机均设置在壳体内，其中：
14.所述中心轴前端穿出壳体外连接发动机的输出端，中心轴的后端通过第一行星排与所述第一空心轴传动连接，所述第一行星排的后端通过过渡轴传动连接有第二行星排，所述第二行星排的后端通过输出轴穿出壳体外与车轮系统传动连接；
15.在所述第一空心轴上设置有第一空心轴齿轮ⅰ，所述第一电机的输出轴设置有第一电机齿轮，所述第一空心轴齿轮ⅰ与第一电机齿轮之间通过第一减速齿轮啮合；
16.在所述第二空心轴上设置有调速机构，所述第二电机与调速机构传动连接，所述调速机构与所述输出轴传动连接。
17.进一步地，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架以及第一齿圈，所述中心轴与第一行星架固定连接，第一太阳轮固设于第一空心轴，第一行星轮安装在第一行星架上，所述第一行星轮分别与第一太阳轮和第一齿圈相啮合。
18.进一步地，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架以及第二齿圈，所述第一齿圈通过过渡轴与第二太阳轮传动连接，第二行星轮安装在第二行星架上，所述第二行星轮分别与第二太阳轮和第二齿圈相啮合；所述第二行星架通过输出轴与车轮系统传动连接。
19.进一步地，所述调速机构包括在所述第二空心轴上由前端至后端依次设置的二挡齿轮、第二空心轴齿轮ⅰ、一档齿轮、爬坡档齿轮、第二空心轴齿轮ⅱ、第二空心轴齿轮ⅲ，其中所述第二空心轴齿轮ⅰ、第二空心轴齿轮ⅱ、第二空心轴齿轮ⅲ分别与第二空心轴固定连接，所述二挡齿轮、一档齿轮、爬坡档齿轮分别穿设在第二空心轴上；其中，二挡齿轮、第二空心轴齿轮ⅰ、一档齿轮、爬坡档齿轮、第二空心轴齿轮ⅱ、第二空心轴齿轮ⅲ的传动比均不相同；
20.所述第二空心轴一侧设置有第二电机中间轴，所述第二电机中间轴两端分别固定有第二电机中间轴前端齿轮、第二电机中间轴后端齿轮，所述第二电机中间轴前端齿轮、第二电机中间轴后端齿轮分别与二挡齿轮、一档齿轮啮合；所述第二电机的输出端设置有第二电机齿轮，第二电机齿轮与所述第二电机中间轴前端齿轮啮合；
21.所述第二空心轴一侧分别设置有爬坡档第一中间轴、爬坡档第二中间轴，所述爬坡档第一中间轴两端分别固定有爬坡挡第一中间轴前端齿轮、爬坡档第一中间轴后端齿轮，坡挡第一中间轴前端齿轮、爬坡档第一中间轴后端齿轮分别与爬坡档齿轮、第二空心轴齿轮ⅱ啮合；所述爬坡档第二中间轴两端分别固定有爬坡挡第二中间轴前端齿轮、爬坡档第二中间轴后端齿轮，坡挡第二中间轴前端齿轮通过爬坡挡过渡齿轮与所述第二空心轴齿轮ⅲ啮合，爬坡档第二中间轴后端齿轮与输出轴上固定的爬坡挡输出齿轮啮合。
22.进一步地，中心轴上设置有中心轴齿轮ⅰ，第一空心轴上设置有第一空心轴齿轮ⅱ，在所述壳体、中心轴齿轮ⅰ、第一空心轴齿轮ⅱ之间设有第一齿轮套。
23.进一步地，在所述二挡齿轮、第二空心轴齿轮ⅰ、一档齿轮之间设置有第二齿轮套；在一档齿轮与爬坡档齿轮之间设置有第三齿轮套。
24.进一步地，输出轴上设置有输出轴齿轮，在所述壳体、输出轴齿轮与第二齿圈之间设置有第四齿轮套。
25.进一步地，还包括取力机构，所述取力机构包括取力前轴、取力后轴、中心轴齿轮ⅱ；所述中心轴齿轮ⅱ设置于中心轴上；所述取力前轴与中心轴平行设置，所述取力前轴与
取力后轴同轴设置；所述取力前轴固设有取力前轴齿轮，所述取力后轴固设有取力后轴齿轮ⅰ，取力后轴上还套设有取力后轴齿轮ⅱ；所述取力前轴与中心轴通过中心轴齿轮ⅱ传动连接；取力后轴通过取力后轴齿轮ⅱ与第二电机中间轴前端齿轮连接。
26.进一步地，所述取力前轴齿轮、取力后轴齿轮ⅰ、取力后轴齿轮ⅱ之间设置有第五齿轮套。
27.本实用新型的有益效果：
28.1.本实用新型通过双行星排双电机的传动方式，通过第一行星排实现发动机的动力解耦，一部分传递给第二行星排，另一部分传递给第一电机进行发电。通过不同的模式切换，满足不同工况的使用需求；
29.2.本实用新型双电机采用平行轴布置方式，可大幅减少动力总成的轴向尺寸，在有限的公交客车安装空间内，布置方式更灵活；
30.3.本实用新型行星排输出的各驱动模式中，通过优化用发动机直接驱动车辆的传动效率最高的模式，提高整车系统节油率；
31.4.本实用新型能实现双电机共同以纯电驱动方式驱动车辆，相比其他行星排方案的纯电动驱动时只能单电机工作而言，本方案能使双驱动电机的峰值扭矩减少，电机尺寸明显减小，驱动电机的成本可减少，可从成本上提升该方案的核心竞争力；
32.5.本实用新型能适用于不同车型，包括可用于城市公交客车、公路客车、长途客车、新能源卡车、新能源汽车等领域。
附图说明
33.图1为现有技术中双电机双行星排混合动力系统的示意图。
34.图2为实施例1中一种双电机双行星排混合动力系统的示意图。
35.图3为实施例2中一种双电机双行星排混合动力系统的示意图。
36.图中，1
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发动机，11
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离合器，10
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壳体，12
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过渡轴，131
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主减速器，132
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左半轴，133
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右半轴，134
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左车轮，135
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右车轮，21
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第一电机，211
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第一减速齿轮，212
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第一电机齿轮，22
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第二电机，221
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第二电机齿轮，222
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第二电机中间轴前端齿轮，223
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第二电机中间轴，224
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第二电机中间轴后端齿轮，31
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中心轴，310
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中心轴齿轮ⅰ，311
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中心轴齿轮ⅱ，312
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第一齿轮套，32
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第一空心轴，321
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第一空心轴齿轮ⅰ，322
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第一空心轴齿轮ⅱ，33
‑
第二空心轴，330
‑
第二空心轴齿轮ⅰ，331
‑
第二空心轴齿轮ⅱ，332
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第二空心轴齿轮ⅲ，41
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一挡齿轮，42
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二挡齿轮，43
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第二齿轮套，51
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爬坡挡齿轮，52
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第三齿轮套，53
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爬坡挡第一中间轴，531
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爬坡挡第一中间轴前端齿轮，532
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爬坡挡第一中间轴后端齿轮，54
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爬坡挡过渡齿轮，55
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爬坡挡第二中间轴，551
‑
爬坡挡第二中间轴前端齿轮，552
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爬坡挡第二中间轴后端齿轮，56
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爬坡挡输出齿轮，6
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第一行星架，61
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第一太阳轮，62
‑
第一行星轮，63
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第一齿圈，7
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第二行星架，71
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第二太阳轮，72
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第二行星轮，73
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第二齿圈，74
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第四齿轮套，75
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输出轴，751
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输出轴齿轮，81
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取力前轴齿轮，82
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取力前轴，83
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第五齿轮套，84
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取力后轴齿轮ⅱ，85
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取力后轴，86
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后轴齿轮ⅰ。
具体实施方式
37.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合
附图予以说明。在实施例的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.实施例1
39.根据本方案具体实施方式的一种双电机双行星排混合动力系统，主要包括：发动机1、第一电机21、第二电机22，壳体10、中心轴31、第一空心轴32、第二空心轴33、第一行星排、第二行星排；中心轴31、第一空心轴32、第二空心轴33、第一电机21、第二电机22均设置在壳体10内；第一空心轴32套设于中心轴31上，第二空心轴33套设于第一空心轴32上。
40.如图2所示，中心轴31前端穿出壳体10，并通过离合器11连接发动机1的输出端，用来输入发动机1的动力。
41.第一空心轴32通过第一行星排与中心轴31传动连接，具体的，参考图2所示，第一行星排包括第一太阳轮61、第一行星轮62、第一行星架6以及第一齿圈63，中心轴31与第一行星架6固定连接，第一太阳轮61固设于第一空心轴32，第一行星轮62安装在第一行星架6上，第一行星轮62分别与第一太阳轮61和第一齿圈63相啮合。
42.第二行星排通过第一行星排进行传动，具体的，第二行星排包括第二太阳轮71、第二行星轮72、第二行星架7以及第二齿圈73；第一齿圈63后端设置过渡轴12，过渡轴12与第二太阳轮71传动连接，第二行星轮72安装在第二行星架7上，第二行星轮72分别与第二太阳轮71和第二齿圈73相啮合。
43.第二行星排通过输出轴75连接到车轮系统中，具体的，第二行星架7与主减速器131通过输出轴75传动连接，主减速器131与左车轮134、右车轮135分别通过左半轴132、右半轴133传动连接。
44.第一电机21与第一空心轴32进行传动连接，具体的，第一电机21的输出轴设置有第一电机齿轮212，在第一空心轴32上设置有第一空心轴齿轮ⅰ321，第一空心轴齿轮ⅰ321与第一电机齿轮212之间通过第一减速齿轮211啮合。
45.第二电机22与第二空心轴33上的调速机构进行传动连接，具体的，调速机构包括在第二空心轴33上由前端至后端依次设置的二挡齿轮42、第二空心轴齿轮ⅰ330、一档齿轮41、爬坡档齿轮51、第二空心轴齿轮ⅱ331、第二空心轴齿轮ⅲ332，其中第二空心轴齿轮ⅰ330、第二空心轴齿轮ⅱ331、第二空心轴齿轮ⅲ332分别与第二空心轴33固定连接，二挡齿轮42、一档齿轮41、爬坡档齿轮51分别穿设在第二空心轴33上；其中，二挡齿轮42、第二空心轴齿轮ⅰ330、一档齿轮41、爬坡档齿轮51、第二空心轴齿轮ⅱ331、第二空心轴齿轮ⅲ332的传动比均不相同；第二空心轴33一侧设置有第二电机中间轴223，第二电机中间轴223两端分别固定有第二电机中间轴前端齿轮222、第二电机中间轴后端齿轮224，第二电机中间轴前端齿轮222、第二电机中间轴后端齿轮224分别与二挡齿轮42、一档齿轮41啮合；第二电机22的输出端设置有第二电机齿轮221，第二电机齿轮221与第二电机中间轴前端齿轮222啮合。
46.调速机构与输出轴75传动连接，具体的，第二空心轴33一侧分别设置有爬坡档第一中间轴53、爬坡档第二中间轴55，爬坡档第一中间轴53两端分别固定有爬坡挡第一中间轴前端齿轮531、爬坡档第一中间轴后端齿轮532，爬坡挡第一中间轴前端齿轮531、爬坡档
第一中间轴后端齿轮532分别与爬坡档齿轮51、第二空心轴齿轮ⅱ331啮合；爬坡档第二中间轴55两端分别固定有爬坡挡第二中间轴前端齿轮551、爬坡档第二中间轴后端齿轮552，爬坡挡第二中间轴前端齿轮551通过爬坡挡过渡齿轮54与第二空心轴齿轮ⅲ332啮合，爬坡档第二中间轴后端齿轮552与输出轴75上固定的爬坡挡输出齿轮56啮合。
47.综上实现两个电机以及发动机的传动连接。
48.具体的，本实施例的混合动力系统还包括能够控制制动或联动进而调节模式选择的第一齿轮套312、第二齿轮套43、第三齿轮套52、第四齿轮套74，其中：
49.中心轴31上设置有中心轴齿轮ⅰ310，第一空心轴32上设置有第一空心轴齿轮ⅱ322，在壳体10、中心轴齿轮ⅰ310、第一空心轴齿轮ⅱ322之间设置所述第一齿轮套312。
50.第一齿轮套312包括驱动模式的三个档位：第一个是：第一齿轮套312可往前端滑动并同时与壳体10、中心轴齿轮ⅰ310连接，实现对中心轴31的制动。第二个是：第一齿轮套312可往后端滑动将中心轴31和第一空心轴32相连接，控制第一行星架6、第一太阳轮61同时同速转动。第三个是：第一齿轮套312保持原位不动，中心轴31和第一空心轴32以不同速率转动。
51.在二挡齿轮42、第二空心轴齿轮ⅰ330、一档齿轮41之间设置所述第二齿轮套43。
52.第二齿轮套43包括调速机构三个档位切换：第一个是：第二齿轮套43可向前端滑动使第二空心轴齿轮ⅰ330与二挡齿轮42啮合，则第二空心轴33与第二电机22通过第二电机中间轴前端齿轮222传动连接，实现其中第二档减速传动；第二个是：第二齿轮套43可向后端滑动使第二空心轴齿轮ⅰ330与一挡齿轮41啮合，则第二空心轴33与第二电机22通过第二电机中间轴后端齿轮224传动连接，实现其中第一档减速传动；第三个是：第二齿轮套43保持原位不动，则减速机构整体不与第二电机22传动。
53.在一档齿轮41与爬坡档齿轮51之间设置所述第三齿轮套52。
54.第三齿轮套52包括调速机构的两个档位切换：第一个是：当第二齿轮套43向后端滑动使第二空心轴齿轮ⅰ330与一挡齿轮41啮合，则第二空心轴33与第二电机22通过第二电机中间轴后端齿轮224传动连接，实现其中第一档减速传动时，第三齿轮套52滑动使一挡齿轮41与爬坡挡齿轮51连接，实现爬坡档的切换；第二个是：第三齿轮套52滑动使一挡齿轮41与爬坡挡齿轮51断开连接。
55.输出轴75上设置有输出轴齿轮751，在壳体10、输出轴齿轮751与第二齿圈73之间设置所述第四齿轮套74。
56.第四齿轮套74包括第二行星排的两个档位切换：第一个档位时，第四齿轮套74同时与第二齿圈73和壳体10连接，使得第二齿圈73与无法转动，此时动力从过渡轴12输入，带动第二行星架7以较快速度转动，从而对输出轴75输出动力，满足大功率输出。第二档位是：第四齿轮套74与同时输出轴齿轮751与第二齿圈73连接，第二行星架7和第二齿圈73同时以相同转速转动，动力从过渡轴12输入，直接带动整个第二行星排以较慢速度转动。
57.通过上述齿套运作，本系统可以实现如下运行模式：
58.1、纯电动模式
59.当第一齿轮套312往前端滑动与壳体10、中心轴齿轮ⅰ310连接，从而形成对中心轴31的制动。此时，发动机1暂时不提供动力，第一电机21驱动第一中心轴32转动，进而通过第一行星排、第二行星排将动力输出至输出轴75；同样的，第二电机22通过减速机构将动力输
出至输出轴75，系统以第一电机21和第二电机22的双电机共同以纯电驱动方式驱动车辆，相比其他行星排方案的纯电动驱动时只能单电机工作而言，该方案能减小第一电机21的扭矩和功率，减小系统成本。
60.2、纯发动机模式
61.当第一齿轮套312往后端滑动将中心轴齿轮ⅰ310、第一空心轴齿轮ⅱ322连接，此时中心轴31和第一空心轴32相连接。这时，由发动机1直接驱动车辆，这样的模式提高发动机直接驱动整车运行的使用概率，使动力总成系统的传动效率更高，降低系统的燃油消耗，提高整车系统节油率。纯发动机模式适用在高速工况，能节省油耗，该系统能同时使用到城市公交客车和长途高速客车。
62.3、混合驱动模式
63.该模式下，第一齿轮套312均不与壳体10、第一空心轴齿轮ⅱ322相连接，中心轴31与第一空心轴32保持非同速转动状态。这时，整车通过发动机1和第二电机22混合驱动输出动力，通过中心轴31将动力传输给第一空心轴32使其转动，进而使第一电机21发电。
64.4、回馈制动
65.当进行刹车时，反力矩通过第一行星排、第一空心轴32给第一电机21回收制动能量。
66.5、动力换挡
67.通过第二齿轮套43、第三齿轮套52的调节，即二挡齿轮42、一挡齿轮41、爬坡挡齿轮51分别对应高、中、低三挡减速控制，第二电机22通过第二电机中间轴223中间轴前端齿轮222、第二电机中间轴后端齿轮224分别和二挡齿轮42、一挡齿轮41啮合连接，也可以通过调速机构将电机扭矩传递到爬坡挡，实现动力输出，从而实现通过选择三种不同的档位输出不同扭矩。
68.本实施例示例性的示出了二挡齿轮42、一挡齿轮41、爬坡挡齿轮51组成的调速机构，根据其他实施例或实际应用中，该调速机构还可以为一档、两档或者三挡以上的设置。
69.因而，本发明的方案，能够双驱动电机的峰值扭矩减少，电机尺寸明显减小，驱动电机的成本可减少；可大幅减少动力总成的轴向尺寸，在有限的公交客车安装空间内，布置方式更灵活；可实现发动机直接驱动，提高整车系统节油率；同时本方案能减小双电机的扭矩、功率，减小系统成本；能适用于不同车型，包括可用于城市公交客车、公路客车、长途客车、新能源卡车、新能源汽车等领域，达到了本实用新型的目的。
70.实施例2
71.如图3所示，本实施例在实施例1的混合动力系统基础之上，还增加了取力机构，取力机构包括取力前轴82、取力后轴85、中心轴齿轮ⅱ311；中心轴齿轮ⅱ311设置于中心轴31上；取力前轴82与中心轴31平行设置，取力前轴82与取力后轴85同轴设置；取力前轴82固设有取力前轴齿轮81，取力后轴85固设有取力后轴齿轮ⅰ86，取力后轴上还套设有取力后轴齿轮ⅱ84；取力前轴齿轮81与中心轴31通过中心轴齿轮ⅱ311传动连接；取力后轴85通过取力后轴齿轮ⅱ84与第二电机中间轴前端齿轮222连接。
72.取力前轴齿轮81、取力后轴齿轮ⅰ86、取力后轴齿轮ⅱ84之间设置有第五齿轮套83。
73.第五齿轮套83包括取力模式的两个档位切换：第一种是：第五齿轮套83可以前端
滑动使前轴齿轮81与取力后轴齿轮ⅰ86连接，即取力前轴82、取力后轴85与中心轴31传动连接；第二种是：第五齿轮套83向后端滑动，使取力后轴齿轮ⅰ86和取力后轴齿轮ⅱ84连接，第三种是：第五齿轮套83原位保持不动。
74.因此在本实施例下的系统运行还可以采用工作模式如下：
75.1、机械取力模式
76.这种模式下，中心轴齿轮ⅱ311与前轴齿轮81相啮合，取力前轴82的取力前轴齿轮81与取力后轴85的取力后轴齿轮ⅰ86通过第五齿轮套83相连接。这时动力输出为：发动机1动力通过中心轴齿轮ⅱ311传递到取力前轴82，取力前轴82动力从取力后轴85输出，从而实现机械取力模式。
77.2、电动取力模式
78.在这种模式下，取力后轴齿轮ⅱ84与第二电机中间轴前端齿轮222，取力后轴85的取力后轴齿轮ⅱ84与第二电机中间轴223的第二电机中间轴前端齿轮222通过第五齿轮套83相连接。其动力的传输路径为：第二电机22的动力经由第二电机齿轮221传递给中间轴减速齿轮222，中间轴减速齿轮222与取力后轴齿轮ⅱ84相啮合，从而动力传到取力后轴85，从而实现电动取力模式。
79.此外，在一些实施例中，第一齿轮套312、第二齿轮套43、第三齿轮套52、第四齿轮套74、第五齿轮套83可以通过电控方式实现滑动切换。
80.综上可知，本实用新型具有双电机采用平行轴布置，能大幅减少动力总成的轴向长度，减少动力总成的布置空间，提高动力总成对不同车型的适用范围。通过设计双行星排与发动机的连接方式，提高发动机直接驱动整车运行的使用概率，使动力总成系统的传动效率更高，降低系统的燃油消耗。通过第一行星排实现发动机的动力解耦，一部分传递给第二行星排，另一部分传递给第一电机进行发电。通过不同的模式切换，满足不同工况的使用需求。
81.虽然，上文中已经用具体实施方式，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。