混合电驱动装置的制作方法

1.本发明涉及车辆传动及驱动技术领域，尤其涉及商用车混合电驱动装置领域，具体是指一种混合电驱动装置。


背景技术：

2.现有的商用车混合电驱动装置，多在离合器和变速箱之间配置一电机模块构成并联混合电驱动装置，在车辆起步时电机推动车辆起步到一定车速时离合器接合发动机开始驱动车辆，电机可助推或转入发电模式，发电给蓄电装置充电；在运行过程中根据能量管理策略，电机可助推或发电，调整发动机的工作点使其接近bsfc曲线，以提高能效；车辆制动时，电机转入再生制动模式，回收能量给蓄电装置充电。在商用车上还有一种串联式的混合电驱动装置，即发动机不直接驱动车辆，其只工作在高效率区驱动发电机发电，驱动电机则直接或通过变速箱驱动车辆。
3.上述的混合电驱动装置，不可避免地存在以下问题：当高压电气系统出现故障，例如蓄电装置或者电机出现故障时，不具有跛足回家的功能，而这对于运输货物的车辆是非常严重的问题，货物不仅不能按时运达目的地，而且有时限保存要求的货物还可能损坏，因此不能完全满足商用车的需求。即使是并联混合电驱动装置，也存在着发动机运行时，电机被拖动会造成能量的损失且也可能造成高压电气系统的损坏或者不安全。因此，市场还期待提供一种具有较完整的跛足回家功能且能提高能效的混合电驱动装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足能效高、功能完整、适用范围较为广泛的混合电驱动装置。
5.为了实现上述目的，本发明的混合电驱动装置如下：
6.该混合电驱动装置，其主要特点是，所述的装置包括发动机、第一电机、第二电机和变速机构，所述的变速机构包括输入轴、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、输出轴和前传动齿轮组，所述的第一电机与第一中间轴连接，所述的第二电机与第二中间轴连接，所述的发动机与输入轴连接，所述的输入轴通过前传动齿轮组与第三中间轴连接，所述的发动机通过主离合器与输入轴连接；
7.所述的装置还包括第一挡位齿轮组、第二挡位齿轮组、第三挡位齿轮组，所述的第一挡位齿轮组设置在所述的第一中间轴与输出轴之间，所述的第二挡位齿轮组设置在所述的第二中间轴与输出轴之间，所述的第三挡位齿轮组设置在所述的第三中间轴与输出轴之间。
8.较佳地，所述的第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴同轴配置，且所述的第三中间轴套设在第二中间轴的外侧，所述的第二中间轴套设在第一中间轴的外侧；所述的输入轴与输出轴同轴配置。
9.较佳地，所述的装置还包括第一换挡元件和第二换挡元件，所述的第一换挡元件
可选择地使所述的第一中间轴与第二中间轴接通，第二换挡元件可选择地使所述的第二中间轴与第三中间轴接通。
10.较佳地，所述的第三挡位齿轮组包括一挡齿轮组、倒挡齿轮组和第三换挡元件，所述的一挡齿轮组包括一挡主动齿轮和一挡从动齿轮，所述的倒挡齿轮组包括倒挡主动齿轮、倒挡惰轮和倒挡从动齿轮，所述的一挡主动齿轮和倒挡主动齿轮固接在第三中间轴上，所述的一挡从动齿轮和倒挡从动齿轮空套在输出轴上且通过第三换挡元件可选择地与输出轴接通。
11.较佳地，所述的第一挡位齿轮组包括二挡齿轮组、三挡齿轮组和第四换挡元件，所述的二挡齿轮组包括二挡主动齿轮和二挡从动齿轮，所述的三挡齿轮组包括三挡主动齿轮和三挡从动齿轮，所述的二挡主动齿轮和三挡主动齿轮固接在第一中间轴上，所述的二挡从动齿轮和三挡从动齿轮空套在输出轴上且通过第四换挡元件可选择地与输出轴接通。
12.较佳地，所述的第二挡位齿轮组包括四挡齿轮组和最高挡齿轮组，所述的四挡齿轮组包括四挡主动齿轮和四挡从动齿轮，所述的最高挡齿轮组包括最高挡主动齿轮和最高挡从动齿轮，所述的四挡主动齿轮空套在第二中间轴上且通过第一换挡元件可选择地与第二中间轴接通，所述的四挡从动齿轮固接在输出轴上，所述的最高挡主动齿轮空套在第三中间轴上且通过第二换挡元件可选择地与第三中间轴接通，所述的最高挡从动齿轮固接在输出轴上。
13.较佳地，所述的第二挡位齿轮组还包括五挡齿轮组、六挡齿轮组和第五换挡元件所述的五挡齿轮组包括五挡主动齿轮和五挡从动齿轮，所述的六挡齿轮组包括六挡主动齿轮和六挡从动齿轮，所述的五挡主动齿轮和六挡主动齿轮固接在第二中间轴上，所述的五挡从动齿轮和六挡从动齿轮空套在输出轴上且通过第五换挡元件可选择地与输出轴接通。
14.采用了本发明的混合电驱动装置，发动机可以利用全部的挡位而第一电机和第二电机只能利用部分的挡位，在车辆中低速行驶时，第二换挡元件和第三换挡元件挂空挡，第一换挡元件挂空挡或者将第一输入轴和第二输入轴结合，第四换挡元件挂二档或者三挡，此时与第三输入轴啮合相关齿轮不被拖动，当车辆中高速行驶时，第三换挡元件和第四换挡元件挂空挡，第一换挡元件和第二换挡元件可选择的使得发动机在四挡或者五挡驱动，此时第一电机和第一输入轴啮合相关齿轮不被拖动，降低车辆行驶时内部的拖曳损失，提高电驱动系统能效。在高压电气系统出现故障时可以通过第一换挡元件和第二换挡元件挂空挡使得第一电机和第二电机不被发动机拖动，发动机单独驱动车辆完成跛足回家，从而得到一种跛足回家功能完整且能提高能效的混合电驱动装置。
附图说明
15.图1为本发明的混合电驱动装置的实施例的结构示意图。
16.图2为本发明的混合电驱动装置的另一具体实施例的结构示意图。
17.图3为本发明的混合电驱动装置的第一实施例纯电动驱动挂二挡结构示意图。
18.图4为本发明的混合电驱动装置的第一实施例纯电动驱动二挡升三挡中间过程结构示意图。
19.图5为本发明的混合电驱动装置的第一实施例纯电动驱动挂三挡结构示意图。
20.附图标记：
[0021]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发动机
[0022]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电机
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第二电机
[0024]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
变速机构
[0025]
41
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第一中间轴
[0026]
42
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第二中间轴
[0027]
43
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第三中间轴
[0028]
44
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输入轴
[0029]
45
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输出轴
[0030]
46
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后传动齿轮组
[0031]
47
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第一挡位齿轮组
[0032]
471
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二挡齿轮组
[0033]
4711
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二挡主动齿轮
[0034]
4712
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二挡从动齿轮
[0035]
472
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三挡齿轮组
[0036]
4721
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
三挡主动齿轮
[0037]
4722
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
三挡从动齿轮
[0038]
473
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第四换挡元件
[0039]
48
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第二挡位齿轮组
[0040]
481
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四挡齿轮组
[0041]
4811
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四挡主动齿轮
[0042]
4812
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
四挡从动齿轮
[0043]
482
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
最高挡齿轮组
[0044]
4821
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
最高挡主动齿轮
[0045]
4822
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
最高挡从动齿轮
[0046]
483
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挡齿轮组
[0047]
4831
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
五挡主动齿轮
[0048]
4832
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五挡从动齿轮
[0049]
484
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六挡齿轮组
[0050]
4841
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六挡主动齿轮
[0051]
4842
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六挡从动齿轮
[0052]
485
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第五换挡元件
[0053]
49
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第三挡位齿轮组
[0054]
491
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一挡齿轮组
[0055]
4911
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一挡主动齿轮
[0056]
4912
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一挡从动齿轮
[0057]
492
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倒挡齿轮组
[0058]
4921
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倒挡主动齿轮
[0059]
4922
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倒挡惰轮
[0060]
4923
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倒挡从动齿轮
[0061]
493
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第三换挡元件
[0062]
51
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第一换挡元件
[0063]
52
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第二换挡元件
具体实施方式
[0064]
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0065]
本发明的该混合电驱动装置，其中包括发动机、第一电机、第二电机和变速机构，所述的变速机构包括输入轴、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、输出轴和前传动齿轮组，所述的第一电机与第一中间轴连接，所述的第二电机与第二中间轴连接，所述的发动机与输入轴连接，所述的输入轴通过前传动齿轮组与第三中间轴连接，所述的发动机通过主离合器与输入轴连接；
[0066]
所述的装置还包括第一挡位齿轮组、第二挡位齿轮组、第三挡位齿轮组，所述的第一挡位齿轮组设置在所述的第一中间轴与输出轴之间，所述的第二挡位齿轮组设置在所述的第二中间轴与输出轴之间，所述的第三挡位齿轮组设置在所述的第三中间轴与输出轴之间。
[0067]
作为本发明的优选实施方式，所述的第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴同轴配置，且所述的第三中间轴套设在第二中间轴的外侧，所述的第二中间轴套设在第一中间轴的外侧；所述的输入轴与输出轴同轴配置。
[0068]
作为本发明的优选实施方式，所述的装置还包括第一换挡元件和第二换挡元件，所述的第一换挡元件可选择地使所述的第一中间轴与第二中间轴接通，第二换挡元件可选择地使所述的第二中间轴与第三中间轴接通。
[0069]
作为本发明的优选实施方式，所述的第三挡位齿轮组包括一挡齿轮组、倒挡齿轮组和第三换挡元件，所述的一挡齿轮组包括一挡主动齿轮和一挡从动齿轮，所述的倒挡齿轮组包括倒挡主动齿轮、倒挡惰轮和倒挡从动齿轮，所述的一挡主动齿轮和倒挡主动齿轮固接在第三中间轴上，所述的一挡从动齿轮和倒挡从动齿轮空套在输出轴上且通过第三换挡元件可选择地与输出轴接通。
[0070]
作为本发明的优选实施方式，所述的第一挡位齿轮组包括二挡齿轮组、三挡齿轮组和第四换挡元件，所述的二挡齿轮组包括二挡主动齿轮和二挡从动齿轮，所述的三挡齿轮组包括三挡主动齿轮和三挡从动齿轮，所述的二挡主动齿轮和三挡主动齿轮固接在第一中间轴上，所述的二挡从动齿轮和三挡从动齿轮空套在输出轴上且通过第四换挡元件可选择地与输出轴接通。
[0071]
作为本发明的优选实施方式，所述的第二挡位齿轮组包括四挡齿轮组和最高挡齿轮组，所述的四挡齿轮组包括四挡主动齿轮和四挡从动齿轮，所述的最高挡齿轮组包括最高挡主动齿轮和最高挡从动齿轮，所述的四挡主动齿轮空套在第二中间轴上且通过第一换挡元件可选择地与第二中间轴接通，所述的四挡从动齿轮固接在输出轴上，所述的最高挡主动齿轮空套在第三中间轴上且通过第二换挡元件可选择地与第三中间轴接通，所述的最高挡从动齿轮固接在输出轴上。
[0072]
作为本发明的优选实施方式，所述的第二挡位齿轮组还包括五挡齿轮组、六挡齿轮组和第五换挡元件所述的五挡齿轮组包括五挡主动齿轮和五挡从动齿轮，所述的六挡齿轮组包括六挡主动齿轮和六挡从动齿轮，所述的五挡主动齿轮和六挡主动齿轮固接在第二中间轴上，所述的五挡从动齿轮和六挡从动齿轮空套在输出轴上且通过第五换挡元件可选择地与输出轴接通。
[0073]
本发明的具体实施方式中，如图1所示，混合电驱动装置，包括：发动机1；第一电机2；第二电机3；变速机构4，包括第一中间轴41、第二中间轴42、第三中间轴43、输入轴44、输出轴45和后传动齿轮组46，第一电机2与第一中间轴41连接，第二电机3与第二中间轴42连接，发动机1与输入轴44连接，输入轴44通过前传动齿轮组46与第三中间轴43连接；设置在第一中间轴41与输出轴45之间的第一挡位齿轮组47，设置在第二中间轴42与输出轴45之间的第二挡位齿轮组48，设置在第三中间轴43与输出轴45之间的第三挡位齿轮组49；第一换挡元件51可选择地使第一中间轴41与第二中间轴42接通，第二换挡元件52可选择地使第二中间轴42与第三中间轴43接通。
[0074]
由于第一电机、第二电机、发动机分别与第一中间轴、第二中间轴和第三中间轴连接，第一换挡元件可选择地使第一中间轴与第二中间轴接通，第二换挡元件可选择地使第二中间轴与第三中间轴接通，因此发动机可以利用全部的挡位而第一电机和第二电机只能利用部分的挡位，在高压电气系统出现故障时可以通过第一换挡元件和第二换挡元件挂空挡使得第一电机和第二电机不被发动机拖动，发动机单独驱动车辆完成跛足回家，从而得到一种跛足回家功能完整的混合电驱动装置。
[0075]
如图1所示，第一中间轴41、第二中间轴42、第三中间轴43同轴配置，且第三中间轴43套设在第二中间轴42的外侧，第二中间轴42套设在第一中间轴41的外侧；输入轴44和输出轴45同轴配置。即三根中间轴为同轴配置，如此有利于设置第一换挡元件51和第二换挡元件52，以适时使三根中间轴接通或者断开。
[0076]
如图1所示，第三挡位齿轮组49包括一挡齿轮组491、倒挡齿轮组492和第三换挡元件493。第三挡位齿轮组49也可以设置更多的齿轮组以满足不同车型变速的需要，并不以此为限制。第三中间轴43与发动机1连接，因此跛足回家时，发动机1可以直接驱动这两个挡位齿轮组，而不需要与其他的中间轴产生动力联系，以免拖动两个电机。
[0077]
具体地，一挡齿轮组491包括一挡主动齿轮4911和一挡从动齿轮4912，倒挡齿轮组492包括倒挡主动齿轮4921、倒挡惰轮4922和倒挡从动齿轮4923，一挡主动齿轮4911和倒挡主动齿轮4921固接在第三中间轴43上，一挡从动齿轮4912和倒挡从动齿轮4923空套在输出轴45上且通过第三换挡元件493可选择地与输出轴45接通。
[0078]
如图1所示，第一挡位齿轮组47包括二挡齿轮组471、三挡齿轮组472和第四换挡元件473。即第一电机2直接驱动这两个挡位齿轮组，因此在第一换挡元件51断开时，可以由第一电机2驱动车辆行驶，第二换挡元件52使第二中间轴42与第三中间轴43接通，发动机1驱动第二电机3发电，实现串联起步工况。当第一换挡元件51和第二换挡元件52均接通时，发动机1的动力也可以传递到第一中间轴41上，利用二挡齿轮组471或三挡齿轮组472变速后驱动车辆。更多的挡位齿轮组也是可以的，可根据需要选配，并不以此为限制。
[0079]
具体地，二挡齿轮组471包括二挡主动齿轮4711和二挡从动齿轮4712，三挡齿轮组472包括三挡主动齿轮4721和三挡从动齿轮4722，二挡主动齿轮4711和三挡主动齿轮4721
固接在第一中间轴41上，二挡从动齿轮4712和三挡从动齿轮4722空套在输出轴45上且通过第四换挡元件473可选择地与输出轴45接通。
[0080]
如图1所示，第二挡位齿轮组48包括四挡齿轮组481和最高挡齿轮组482。第一换挡元件51为换挡同步器或者换挡齿套时，其可以实现挡位二选一，因此为了充分利用该装置的特点，设置了也用第一换挡元件51来实现换挡的四挡齿轮组481。此外，也设置了用第二换挡元件52来实现换挡的最高挡齿轮组482。显然，图1所示的变速机构中的最高档即为五挡，更多的挡位也是可以的。
[0081]
具体地，四挡齿轮组481包括四挡主动齿轮4811和四挡从动齿轮4812，最高挡齿轮组482包括最高挡主动齿轮4821和最高挡从动齿轮4822，四挡主动齿轮4811空套在第二中间轴42上且通过第一换挡元件51可选择地与第二中间轴42接通，四挡从动齿轮4812固接在输出轴45上，最高挡主动齿轮4821空套在第三中间轴43上且通过第二换挡元件52可选择地与第三中间轴43接通，最高挡从动齿轮4822固接在中间轴44上。
[0082]
图2所示为本发明另一具体实施例的混合电驱动装置的结构示意图。如图2所示，第二挡位齿轮组48还包括五挡齿轮组483、六挡齿轮组484和第五换挡元件485。
[0083]
具体地，五挡齿轮组483包括五挡主动齿轮4831和五挡从动齿轮4832，六挡齿轮组484包括六挡主动齿轮4841和六挡从动齿轮4842，五挡主动齿轮4831和六挡主动齿轮4841固接在第二中间轴42上，五挡从动齿轮4832和六挡从动齿轮4842空套在输出轴45上且通过第五换挡元件485可选择地与输出轴45接通。
[0084]
如图1所示的混合电驱动装置，在车辆正常驱动行驶时，中低速时可选择在二挡或三挡时由第一电机2和第二电机3提供动力，进行纯电动模式驱动，中高速时可选择在四挡或五档时由发动机1作为主要动力源提供动力，第一电机2和第二电机3根据需求可选择的作为补充动力源或者进行发电，使得发动机大部分时间工作在低油耗区，从而提高能效。
[0085]
如图1所示的混合电驱动装置，三个动力源发动机1、第一电机2和第二电机3可通过第一换挡机构51、第二换挡机构52来实现动力组合叠加输出或分别输出，这样就使得在换挡时可选择的保持主要输出动力源保持输出不变，其余动力源预先挂高档以实现换挡过程中动力无中断。如图1所示混合电驱动装置在纯电动行驶模式下二挡升三挡，首先如图3所示处于挂2挡的状态，第二换挡元件52和第三换挡元件493挂空挡，第一换挡元件51可根据负载需求选择空挡或是将第一输入轴41和第二输入轴42固连，第四换挡元件473挂二挡，此时车辆保持二挡行驶。当满足升档条件时，如图4所示的状态此时第二换挡元件52和第三换挡元件493保持挂空挡，先将第一换挡元件51挂四挡，然后第四换挡元件473先退回空挡然后接着挂三挡，然后再将第一换挡元件51退回空挡或者根据负载需求选择将第一输入轴41和第二输入轴42固连，此时如图5所示属于挂3挡的状态，完成以上动作后实现二挡升三挡且整个过程动力无中断。
[0086]
如图1所示的混合电驱动装置，第一换挡元件51挂四挡时，可将第三换挡元件493和第四换挡元件473挂空挡，从而使得在车速较高时不参与驱动的第一电机2避免被拖动，从而提高能效。此时第二换挡元件52挂档使第二输入轴42与第三输入轴43接通时，发动机1可以利用四挡齿轮组481进行变速后驱动车辆。
[0087]
如图1所示的混合电驱动装置，第二换挡元件52挂五档时，可将第一换挡元件51、第三换挡元件493和第四换挡元件473挂空挡，此时第二电机3也可类似第一电机2不参与驱
动车辆也避免被拖动，从而提高了高车速运行时的能效。
[0088]
在纯电动行驶模式时，第二换挡元件52不使第二中间轴42与第三中间轴43接通时，则发动机1的动力不会传递到第二中间轴42上，因此即使发动机1不工作，也不必将离合器分离，即发动机1通过主离合器6与第三中间轴43连接，在纯电动模式时也无需特意分离，常闭的主离合器6同样能够满足纯电行驶模式的需求，而不必考虑因长期分离带来的其弹性零部件失效的问题。
[0089]
本发明具体实施例的混合电驱动装置，包括：发动机；第一电机；第二电机；变速机构，包括输入轴、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、输出轴和前传动齿轮组，所述的第一电机与第一中间轴连接，所述的第二电机与第二中间轴连接，所述的发动机与输入轴连接，所述的输入轴通过前传动齿轮组与第三中间轴连接；设置在所述的第一中间轴与输出轴之间的第一挡位齿轮组，设置在所述的第二中间轴与输出轴之间的第二挡位齿轮组，设置在所述的第三中间轴与输出轴之间的第三挡位齿轮组；第一换挡元件可选择地使所述的第一中间轴与第二中间轴接通，第二换挡元件可选择地使所述的第二中间轴与第三中间轴接通，第一电机、第二电机、发动机分别与第一中间轴、第二中间轴和第三中间轴连接，第一换挡元件可选择地使第一中间轴与第二中间轴接通，第二换挡元件可选择地使第二中间轴与第三中间轴接通，因此发动机可以利用全部的挡位而第一电机和第二电机只能利用部分的挡位，在车辆中低速行驶时，第二换挡元件和第三换挡元件挂空挡，第一换挡元件挂空挡或者将第一输入轴和第二输入轴结合，第四换挡元件挂二档或者三挡，此时与第三输入轴啮合相关齿轮不被拖动，当车辆中高速行驶时，第三换挡元件和第四换挡元件挂空挡，第一换挡元件和第二换挡元件可选择的使得发动机在四挡或者五挡驱动，此时第一电机和第一输入轴啮合相关齿轮不被拖动，降低车辆行驶时内部的拖曳损失，提高电驱动系统能效。在高压电气系统出现故障时可以通过第一换挡元件和第二换挡元件挂空挡使得第一电机和第二电机不被发动机拖动，发动机单独驱动车辆完成跛足回家，从而得到一种跛足回家功能完整且可以提高能效的混合电驱动装置。
[0090]
采用了本发明的混合电驱动装置，发动机可以利用全部的挡位而第一电机和第二电机只能利用部分的挡位，在车辆中低速行驶时，第二换挡元件和第三换挡元件挂空挡，第一换挡元件挂空挡或者将第一输入轴和第二输入轴结合，第四换挡元件挂二档或者三挡，此时与第三输入轴啮合相关齿轮不被拖动，当车辆中高速行驶时，第三换挡元件和第四换挡元件挂空挡，第一换挡元件和第二换挡元件可选择的使得发动机在四挡或者五挡驱动，此时第一电机和第一输入轴啮合相关齿轮不被拖动，降低车辆行驶时内部的拖曳损失，提高电驱动系统能效。在高压电气系统出现故障时可以通过第一换挡元件和第二换挡元件挂空挡使得第一电机和第二电机不被发动机拖动，发动机单独驱动车辆完成跛足回家，从而得到一种跛足回家功能完整且能提高能效的混合电驱动装置。
[0091]
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。