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CN107215196A - 一种混合动力系统及其驱动方法 - Google Patents

一种混合动力系统及其驱动方法 Download PDF

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CN107215196A
CN107215196A CN201710481789.0A CN201710481789A CN107215196A CN 107215196 A CN107215196 A CN 107215196A CN 201710481789 A CN201710481789 A CN 201710481789A CN 107215196 A CN107215196 A CN 107215196A
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CN
China
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motor
engine
clutch
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directional overrun
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骆汉军
陈尚云
蒋治
刘塞
陈荣彬
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Dongfeng Motor Co Ltd
Original Assignee
Dongfeng Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明公开一种混合动力系统及其驱动方法，混合动力系统，包括：双定转子电机、发动机、单向超越离合器、以及设置有离合器的传动机构，所述双定转子电机包括第一电机和第二电机，所述第一电机输入端与所述发动机输出端相连，所述第一电机输出端与单向超越离合器相连；所述第二电机输入端与单向超越离合器相连，所述第二电机输出端与所述传动机构连接。本发明两个电机的输出端之间通过单向超越离合器相连或分离，由于第一电机输入端与发动机相连，因此发动机以及两个电机能利用单向超越离合器进行动力模式切换，且结构紧凑。

Description

一种混合动力系统及其驱动方法
技术领域
本发明涉及车辆相关技术领域，特别是一种混合动力系统及其驱动方法。
背景技术
随着世界各国环境保护的措施越来越严格，混合动力车辆由于其节能、低排放等特点成为汽车研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。
混合动力汽车(Hybrid Vehicle)是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。
混合动力汽车，由于采用两个电机和发动机进行混合驱动，具有动力性好、经济性好和环保等优点。
然而，现有的混合动力汽车，由于动力系统体积较大，机舱布置较困难，同时控制难度和制造成本较高。
发明内容
基于此，有必要针对现有的混合动力汽车的混合动力系统体积较大的技术问题，提供一种混合动力系统及其驱动方法。
本发明提供一种混合动力系统，包括：双定转子电机、发动机、单向超越离合器、以及设置有离合器的传动机构，所述双定转子电机包括第一电机和第二电机，所述第一电机输入端与所述发动机输出端相连，所述第一电机输出端与单向超越离合器相连；所述第二电机输入端与单向超越离合器相连，所述第二电机输出端与所述传动机构连接；
当所述第一电机的转速小于所述第二电机的转速时，所述单向超越离合器分离所述第一电机输出端和所述第二电机输入端，当所述第一电机的转速等于所述第二电机的转速时，所述单向超越离合器接合所述第一电机输出端和所述第二电机输入端。
进一步的，所述第一电机为内转子电机，所述第二电机为外转子电机，所述内转子电机输出端与所述单向超越离合器的低速环相连；所述外转子电机输入端与所述单向超越离合器的高速环相连。
进一步的，所述第一电机和所述第二电机径向耦合，所述第一电机的第一定子与所述第二电机的第二定子相邻设置，且所述第一电机的第一定子与所述第二电机的第二定子共用同一冷却水道。
更进一步的，还包括具有开口的机壳、外端盖以及内端盖，所述第一电机和所述第二电机容置在所述机壳内，所述第一定子、所述第二定子分别固定在所述机壳上，所述第一定子和所述第二定子之间形成冷却水道，所述内端盖固定在所述冷却水道上，并与所述机壳形成容置所述第一电机的空间，所述第一电机输出端通过轴承固定在所述内端盖上，所述第二转子输入端设有容置腔，在所述容置腔内容置所述第一电机输出端、以及所述单向超越离合器，所述第一电机输入端通过轴承固定在所述机壳上，所述外端盖固定在所述机壳的所述开口，并与所述机壳形成容置所述第一电机和所述第二电机的空间，所述第二电机输出端通过轴承固定在所述外端盖上。
进一步的，还包括与所述双定转子电机电连接的蓄能装置。
再进一步的，所述第一电机为永磁同步电机，所述第一电机的转子上设有永磁体，所述第二电机为永磁同步电机，所述第二电机的转子上设有永磁体。
本发明提供一种如前所述的混合动力系统的驱动方法，其特征在于，包括：
获取当前车辆的运行模式；
根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机。
进一步的，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
纯电动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，所述发动机不工作，所述第一电机不工作，控制所述第二电机驱动控制所述第二电机驱动，使得所述单向超越离合器处于分离状态；或者
发动机单独驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述发动机驱动工作，控制所述第一电机零转矩输出，控制所述第二电机零转矩输出，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
发动机与第二电机共同驱动模式下，控制所述发动机驱动工作，控制所述第一电机零转矩输出，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态，所述传动机构的离合器处于接合状态；或者
发动机与双定转子电机共同驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述发动机驱动，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
增程驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述第一电机在所述发动机带动下发电，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速小于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于分离状态。
进一步的，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
发动机起动模式下，如果当前车辆状态为行车过程中，则所述传动机构的离合器处于接合状态，起动所述发动机，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速小于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于分离状态；或者
发动机起动模式下，如果当前车辆状态为驻车过程中，则所述传动机构的离合器处于分离状态，起动所述发动机，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机零转矩输出，使得所述单向超越离合器处于接合状态。
进一步的，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
驻车怠速充电模式下，所述传动机构的离合器处于分离状态，控制所述第一电机在所述发动机带动下发电，控制所述第二电机发电，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
制动能量回收模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，所述发动机不工作，所述第一电机不工作，控制所述第二电机发电，使得所述单向超越离合器处于分离状态。
本发明两个电机的输出端之间通过单向超越离合器相连或分离，由于第一电机输入端与发动机相连，因此发动机以及两个电机能利用单向超越离合器进行动力模式切换，可实现混合动力的纯电驱动、发动机单独驱动、增程模式驱动、发动机与电机混合驱动、怠速充电、制动能力回收等功能。同时，由于混合动力系统仅有一根输出端，对传动系统要求低，可以只配合单级减速器实现动力输出，整体结构得以缩小。同时由于单向超越离合器的分离和接合无需手动操作，整车控制系统相对简单，用户操作较为简便。
附图说明
图1为本发明一种混合动力系统的双定转子电机结构示意图；
图2为本发明一种混合动力系统的系统模块图；
图3为单向超越离合器的示意图；
图4为本发明混合动力系统的驱动方法的工作流程图；
图5为纯电动模式示意图；
图6为发动机单独驱动模式示意图；
图7为发动机与第二电机共同驱动模式示意图；
图8为发动机与双定转子电机共同驱动模式示意图；
图9为增程驱动模式示意图；
图10为发动机起动模式一种情况示意图；
图11为发动机起动模式另一情况示意图；
图12为驻车怠速充电模式示意图；
图13为制动能量回收模式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1和图2所示为本发明一种混合动力系统，包括：双定转子电机、发动机1、单向超越离合器2、以及设置有离合器的传动机构6，所述双定转子电机包括第一电机4和第二电机5，所述第一电机输入端41与所述发动机1输出端相连，所述第一电机输出端42与单向超越离合器2相连；所述第二电机输入端51与单向超越离合器2相连，所述第二电机输出端52与所述传动机构6连接；
当所述第一电机4的转速小于所述第二电机5的转速时，所述单向超越离合器2分离所述第一电机输出端42和所述第二电机输入端51，当所述第一电机4的转速等于所述第二电机5的转速时，所述单向超越离合器2接合所述第一电机输出端42和所述第二电机输入端51。
具体来说，第一电机输入端41与所述发动机1输出端相连，而第一电机输出端42和第二电机输入端51通过单向超越离合器2接合或分离。
当第一电机在发动机驱动或者双电机控制器3控制下，使得第一电机4的转速等于第二电机5的转速时，单向超越离合器2接合所述第一电机输出端42和所述第二电机输入端51，从而实现发动机、第一电机和第二电机的功能耦合，而当所述第一电机4的转速小于所述第二电机5的转速时，单向超越离合器2分离所述第一电机输出端42和所述第二电机输入端51，则第一电机、发动机与第二电机单机分离，分别实现独立功能。其中一个实施例中，单向超越离合器2可以集成于双定转子电机内部。在其中一个实施例中，也可以是两个单电机控制器分别控制第一电机和第二电机。
因此，可以通过控制发动机、第一电机、第二转子电子的工作状态，来实现各种模式的切换。
同时，第二电机输出端52作为所述混合动力系统的输出端，因此，混合动力系统的输出端只有一根，可以只配合单级减速器实现动力输出，整体的结构得以缩小。第二电机输出端52与传动机构6相连，实现对整车的驱动，传动机构6还可以包括减速器等。
本发明两个电机的输出端之间通过单向超越离合器相连或分离，由于第一电机输入端与发动机相连，因此发动机以及两个电机能利用单向超越离合器进行动力模式切换，可实现混合动力的纯电驱动、发动机单独驱动、增程模式驱动、发动机与电机混合驱动、怠速充电、制动能力回收等功能。同时，由于混合动力系统仅有一根输出端，对传动系统要求低，可以只配合单级减速器实现动力输出，整体结构得以缩小。同时由于单向超越离合器的分离和接合无需手动操作，整车控制系统相对简单，用户操作较为简便。在其中一个实施例中，所述第一电机4为内转子电机，所述第二电机5为外转子电机，所述单向超越离合器2为单向超越离合器，所述内转子电机输出端42与所述单向超越离合器的低速环相连；所述外转子电机输入端51与所述单向超越离合器的高速环相连。
如图3所示，单向超越离合器的低速环22转速为n2，高速环21转速为n1，当转速n2<n1，单向超越离合器的低速环与高速环分离，当转速n2＝n1时，单向超越离合器的低速环与高速环接合，接合后低速环可与高速环实现转矩叠加输出。
在其中一个实施例中，所述第一电机4和所述第二电机5径向耦合，所述第一电机4的第一定子43与所述第二电机5的第二定子53相邻设置，且所述第一电机4的第一定子43与所述第二电机5的第二定子53共用同一冷却水道7。
具体来说，第一电机4包括有第一定子43和第一转子44，第二电机5包括第二定子53和第二转子54。
通过将第一定子43和第二定子53相邻设置，使得第一定子43和第二转子54能共用同一冷却水道7，通过对冷却水道的高度设计，可以消除两个定子之间的磁场耦合。
在其中一个实施例中，还包括具有开口的机壳10、外端盖13以及内端盖11，所述第一电机4和所述第二电机5容置在所述机壳10内，所述第一定子43、所述第二定子53分别固定在所述机壳10上，所述第一定子43和所述第二定子53之间形成冷却水道7，所述内端盖11固定在所述冷却水道7上，并与所述机壳10形成容置所述第一电机4的空间，所述第一电机输出端42通过轴承12固定在所述内端盖11上，所述第二转子输入端51设有容置腔511，在所述容置腔511内容置所述第一电机输出端42、以及所述单向超越离合器2，所述第一电机输入端41通过轴承12固定在所述机壳10上，所述外端盖14固定在所述机壳10的所述开口，并与所述机壳10形成容置所述第一电机4和所述第二电机5的空间，所述第二电机输出端52通过轴承12固定在所述外端盖14上。
在其中一个实施例中，还包括设置在所述第二电机输入端51的转速传感器8。转速传感器类型可以为旋转变压器、霍尔传感器或其他适用于电机测速的传感器。
由于混合动力系统的输出端只有一根，因此本实施例在第二电机输入端51设置转速传感器8，即可以获得混合动力系统的驱动转速，方便测量。
在其中一个实施例中，还包括与所述双定转子电机电连接的蓄能装置9。
蓄能装置9可以为用于混合动力汽车的各类电池或其他蓄能装置。
本实施例增加蓄能装置9，蓄能装置9可以通过双电机控制器向双定转子电机供电，也可以由双定转子电机中的第一电机或者第二电机通过双电机控制器进行充电。
在其中一个实施例中，所述第一电机4为永磁同步电机，所述第二电机5为永磁同步电机。
本实施例采用永磁同步电机，提供驱动或发电效率。
如图4所示，本发明混合动力系统的驱动方法的工作流程图，包括：
步骤S401，获取当前车辆的运行模式；
步骤S402，根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机。
本实施例根据不同的运行模式，通过控制发动机、第一电机和所述第二电机的转速，从而满足不同运行模式的需要，实现在不同运行模式下切换。
在其中一个实施例中，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
纯电动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，所述发动机不工作，所述第一电机不工作，控制所述第二电机驱动控制所述第二电机驱动，使得所述单向超越离合器处于分离状态；或者
发动机单独驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述发动机驱动工作，控制所述第一电机零转矩输出，控制所述第二电机零转矩输出，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
发动机与第二电机共同驱动模式下，控制所述发动机驱动工作，控制所述第一电机零转矩输出，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态，所述传动机构的离合器处于接合状态；或者
发动机与双定转子电机共同驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述发动机驱动，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
增程驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述第一电机在所述发动机带动下发电，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速小于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于分离状态。
如图5所示，在纯电动模式下，发动机1和第一电机4均不工作，仅控制第二电机5驱动，此时单向超越离合器2分离，当传动机构6的离合器接合时，由第二电机5驱动整车。
如图6所示，在发动机单独驱动模式下，由于发动机1驱动，控制第一电机4零转矩输出，控制第二电机5零转矩输出，因此，第一电机4的转速等于第二电机5的转速，因此，单向超越离合器2接合第一电机输出端和第二电机输入端，使得发动机能通过第一电机驱动第二电机，当传动机构6的离合器接合时，驱动整车。
如图7所示，在发动机与第二电机共同驱动模式下，控制发动机1驱动，控制第一电机4零转矩输出，控制第二电机5驱动，即第一电机4由发动机1驱动，因此，当发动机1转速足够大，使得第一电机4的转速等于第二电机5的转速时，单向超越离合器2接合第一电机输出端和第二电机输入端，当传动机构6的离合器接合时，发动机能通过第一电机与第二电机共同驱动整车。
如图8所示，发动机与双定转子电机共同驱动模式下，控制发动机1驱动，控制第一电机4和第二电机5驱动，因此，当第一电机4的转速等于第二电机5的转速时，单向超越离合器2接合第一电机输出端和第二电机输入端，当传动机构6的离合器接合时，发动机、第一电机与第二电机共同驱动整车。
如图9所示，增程驱动模式下，控制发动机1、第一电机4发电，仅控制第二电机5驱动。所述第一电机转速小于所述第二电机转速，因此单向超越离合器2分离第一电机输出端和第二电机输入端，当传动机构6的离合器接合时，由第二电机驱动整车，而发动机、第一电机均用于发电，并存储电量到蓄能装置9。
在其中一个实施例中，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
发动机起动模式下，如果当前车辆状态为行车过程中，则所述传动机构的离合器处于接合状态，起动所述发动机，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速小于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于分离状态；或者
发动机起动模式下，如果当前车辆状态为驻车过程中，则所述传动机构的离合器处于分离状态，起动所述发动机，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机零转矩输出，使得所述单向超越离合器处于接合状态。
如图10所示，发动机起动模式下，如果当前车辆状态为行车过程中，起动发动机，控制第一电机4和第二电机5驱动，使得单向超越离合器2分离第一电机输出端和第二电机输入端，当传动机构6的离合器接合时，由第二电机驱动整车。
如图11所示，发动机起动模式下，如果当前车辆状态为驻车过程中起动发动机，控制第一电机4驱动，控制第二电机5零转矩输出，此时第二电机转速较低，因此，第一电机转速会等于第二电机转速，单向超越离合器2接合第一电机输出端和第二电机输入端。
在其中一个实施例中，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
驻车怠速充电模式下，所述传动机构的离合器处于分离状态，控制所述第一电机在所述发动机带动下发电，控制所述第二电机发电，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
制动能量回收模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，所述发动机不工作，所述第一电机不工作，控制所述第二电机发电，使得所述单向超越离合器处于分离状态。
如图12所示，驻车怠速充电模式下，控制发动机、第一电机、第二电机均用于发电，第一电机转速等于所述第二电机转速，因此单向超越离合器2接合第一电机输出端和第二电机输入端，共同进行发电，此时传动机构6的离合器分离。
如图13所示，制动能量回收模式下，发动机、第一电机不工作，控制第二电机发电，此时第一电机转速小于所述第二电机转速，因此单向超越离合器2分离第一电机输出端和第二电机输入端，仅由第二电机发电，并存储电量到蓄能装置9。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括：双定转子电机、发动机、单向超越离合器、以及设置有离合器的传动机构，所述双定转子电机包括第一电机和第二电机，所述第一电机输入端与所述发动机输出端相连，所述第一电机输出端与单向超越离合器相连；所述第二电机输入端与单向超越离合器相连，所述第二电机输出端与所述传动机构连接；
当所述第一电机的转速小于所述第二电机的转速时，所述单向超越离合器分离所述第一电机输出端和所述第二电机输入端，当所述第一电机的转速等于所述第二电机的转速时，所述单向超越离合器接合所述第一电机输出端和所述第二电机输入端。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一电机为内转子电机，所述第二电机为外转子电机，所述内转子电机输出端与所述单向超越离合器的低速环相连；所述外转子电机输入端与所述单向超越离合器的高速环相连。
3.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机径向耦合，所述第一电机的第一定子与所述第二电机的第二定子相邻设置，且所述第一电机的第一定子与所述第二电机的第二定子共用同一冷却水道。
4.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，还包括具有开口的机壳、外端盖以及内端盖，所述第一电机和所述第二电机容置在所述机壳内，所述第一定子、所述第二定子分别固定在所述机壳上，所述第一定子和所述第二定子之间形成冷却水道，所述内端盖固定在所述冷却水道上，并与所述机壳形成容置所述第一电机的空间，所述第一电机输出端通过轴承固定在所述内端盖上，所述第二转子输入端设有容置腔，在所述容置腔内容置所述第一电机输出端、以及所述单向超越离合器，所述第一电机输入端通过轴承固定在所述机壳上，所述外端盖固定在所述机壳的所述开口，并与所述机壳形成容置所述第一电机和所述第二电机的空间，所述第二电机输出端通过轴承固定在所述外端盖上。
5.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，还包括与所述双定转子电机电连接的蓄能装置。
6.根据权利要求1～5任一项所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一电机为永磁同步电机，所述第一电机的转子上设有永磁体，所述第二电机为永磁同步电机，所述第二电机的转子上设有永磁体。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的混合动力系统的驱动方法，其特征在于，包括：
获取当前车辆的运行模式；
根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机。
8.根据权利要求7所述的混合动力系统的驱动方法，其特征在于，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
纯电动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，所述发动机不工作，所述第一电机不工作，控制所述第二电机驱动控制所述第二电机驱动，使得所述单向超越离合器处于分离状态；
发动机单独驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述发动机驱动工作，控制所述第一电机零转矩输出，控制所述第二电机零转矩输出，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
发动机与第二电机共同驱动模式下，控制所述发动机驱动工作，控制所述第一电机零转矩输出，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态，所述传动机构的离合器处于接合状态；或者
发动机与双定转子电机共同驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述发动机驱动，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
增程驱动模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，控制所述第一电机在所述发动机带动下发电，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速小于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于分离状态。
9.根据权利要求7所述的混合动力系统的驱动方法，其特征在于，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
发动机起动模式下，如果当前车辆状态为行车过程中，则所述传动机构的离合器处于接合状态，起动所述发动机，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机驱动，且所述第一电机转速小于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于分离状态；或者
发动机起动模式下，如果当前车辆状态为驻车过程中，则所述传动机构的离合器处于分离状态，起动所述发动机，控制所述第一电机驱动，控制所述第二电机零转矩输出，使得所述单向超越离合器处于接合状态。
10.根据权利要求7所述的混合动力系统的驱动方法，其特征在于，所述根据车辆的运行模式，控制所述发动机、所述第一电机和所述第二电机，具体包括：
驻车怠速充电模式下，所述传动机构的离合器处于分离状态，控制所述第一电机在所述发动机带动下发电，控制所述第二电机发电，且所述第一电机转速等于所述第二电机转速，使得所述单向超越离合器处于接合状态；或者
制动能量回收模式下，所述传动机构的离合器处于接合状态，所述发动机不工作，所述第一电机不工作，控制所述第二电机发电，使得所述单向超越离合器处于分离状态。
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