CN111376700B - 混合动力耦合系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明混合动力耦合系统及车辆，混合动力耦合系统，包括发动机、电机、第一行星排、第二行星排、第一制动器、第二制动器、第二离合器、第三离合器和输入轴；第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，第一行星架与第二齿圈连接，第一齿圈与第二行星架连接；发动机与电机均连接于输入轴；输入轴通过第二离合器与第一太阳轮相连，输入轴通过第三离合器与第二行星架相连；第一制动器用于制动第二行星架，第二制动器用于制动第二太阳轮；第一行星架输出动力至车轮；有利于减小系统负载，能够实现多种驱动模式，有更高的传动效率，提高整车的动力性能及经济性。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，特别是涉及混合动力耦合系统及车辆。
背景技术
动力系统包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动系统；它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。内燃机有一定的速度和扭矩范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态，这时或是油耗最小，或是有害排放最低，或是俩者皆然。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩。因此，实现内燃机的转速和扭矩最优，即动力最优状态，与驱动轮动力状态之匹配好，是变速器的首要任务。
目前市场上的变速器主要有有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器又细分为手动和自动两种。它们大多通过齿轮系或行星轮系不同的啮合排列来提供有限个离散的输出输入速比。两相邻速比之间驱动轮速度的调节则依靠内燃机的速度变化来实现。无级变速器，无论是机械式，液压式，或机一电式的，都能在一定速度范围内提供无限个连续可选用的速比，理论上说，驱动轮的速度变化完全可通过变速器来完成。这样，内燃机可以尽可能的工作在最佳速度范围内。同时无级变速器和有级变速器相比，具有调速平稳，能充分利用内燃机最大功率等诸多优点，因此，无级变速器多年来一直是各国工程师们研究的对象。
近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。电机串联混合系统中，内燃机一发电机一电动机一轴系一驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机一电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池，电容等联合使用时，该变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。
电机并联系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机一电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机一电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。
串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。但由于全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机一电，电一机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此，对电机的功率要求相对较低。整体系统的效率高。然而，此系统需两套独立的子系统，造价高。通常只用于弱混合系统。
现有的一种动力耦合系统，包含两个电机，一个由第一行星排和第二行星排组成的复合行星排，第一行星排包括第一太阳轮和第一行星架，第二行星排包括第二太阳轮和第二行星架，第一行星排和第二行星排共用齿圈，第一太阳轮与发电机相连，第一行星架与发动机相连，齿圈与差减相连，第二太阳轮与驱动电机相连，第二行星架与第二制动器相连；该方案虽然能通过合理的控制相关动力源，实现纯电动、混合驱动等工作模式，但不能实现发动机直驱模式。对于功率分流系统，E-CVT模式只是在中低速的时候，系统效率高，经济性较好；对于中高速，还是发动机直驱模式的系统效率高，经济性较好，因此不能实现发动机直驱模式的现有方案，必然导致动力性和经济性不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有方案动力耦合系统动力性和经济性不足的问题，提供一种混合动力耦合系统及车辆。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种混合动力耦合系统，包括发动机、电机、第一行星排、第二行星排、第一制动器、第二制动器、第二离合器、第三离合器和输入轴；第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第一行星架与所述第二齿圈连接，所述第一齿圈与所述第二行星架连接；
所述发动机与所述电机均连接于所述输入轴；
所述输入轴通过所述第二离合器与所述第一太阳轮相连，所述输入轴通过所述第三离合器与所述第二行星架相连；
所述第一制动器用于制动所述第二行星架，所述第二制动器用于制动所述第二太阳轮；
所述第一行星架输出动力至车轮。
可选地，还包括第一离合器，所述发动机的转轴通过所述第一离合器与所述输入轴相连。
可选地，所述第一太阳轮和所述第二太阳轮可转动地设于所述输入轴上；
所述第二离合器和所述第三离合器集成为共用离合器壳体的双离合器，所述双离合器位于所述第一太阳轮与所述第二太阳轮之间，所述离合器壳体设于所述输入轴上。
可选地，还包括中间轴和设于所述中间轴上的第一齿轮，所述第一行星架与第一齿轮啮合；
所述中间轴或所述第一齿轮输出动力至车轮。
可选地，所述混合动力耦合系统还包括固设于所述中间轴上的第二齿轮和用以连接于差速器的第三齿轮，所述第一齿轮固设于所述中间轴，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第一行星架的传动比小于1，所述第三齿轮与所述第二齿轮的传动比小于1；或者
所述混合动力耦合系统还包括用以连接于差速器的第三齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第一行星架的传动比小于1，所述第三齿轮与所述第一齿轮的传动比小于1。
可选地，所述输入轴通过增速齿轮组增速连接所述电机。
可选地，所述增速齿轮组为第三行星排，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；
所述发动机与所述电机同轴布置，所述输入轴的一端连接于所述发动机，另一端通过连接于所述第三行星架，所述第三太阳轮连接于所述电机，所述第三齿圈固定。
可选地，所述混合动力耦合系统具有第一纯电动模式、第二纯电动模式、第三纯电动模式、第四纯电动模式，第一混合驱动模式、第二混合驱动模式、第三混合驱动模式、第四混合驱动模式、第一发动机直驱模式、第二发动机直驱模式、第三发动机直驱模式及第四发动机直驱模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第一纯电动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第二纯电动模式；
结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第三纯电动模式；
分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第四纯电动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第一混合驱动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第二混合驱动模式；
结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第三混合驱动模式；
分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第四混合驱动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第一发动机直驱模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第二发动机直驱模式；
结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第三发动机直驱模式；
分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第四发动机直驱模式。
可选地，设有所述第一离合器时，所述混合动力耦合系统具有第一纯电动模式、第二纯电动模式、第三纯电动模式、第四纯电动模式，第一混合驱动模式、第二混合驱动模式、第三混合驱动模式、第四混合驱动模式、第一发动机直驱模式、第二发动机直驱模式、第三发动机直驱模式及第四发动机直驱模式；
分离所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第一纯电动模式；
分离所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第二纯电动模式；
分离所述第一离合器，结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第三纯电动模式；
分离所述第一离合器，分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第四纯电动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第一混合驱动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第二混合驱动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第三混合驱动模式；
结合所述第一离合器，分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第四混合驱动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第一发动机直驱模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第二发动机直驱模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第三发动机直驱模式；
结合所述第一离合器，分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第四发动机直驱模式。
本发明实施例提供了一种车辆，包括控制器和连接于所述控制器的电池；还包括前述混合动力耦合系统，所述发动机和所述电机连接于所述控制器并受所述控制器控制。
本发明实施例提供的混合动力耦合系统及车辆，设置了CR-CR复合行星排(即第一行星排和第二行星排)，通过控制第一制动器、第二制动器、第二离合器和第三离合器的工作状态(结合或分离)，能实现CR-CR复合行星排的四挡速比切换，从而使得电机或发动机驱动车轮时具有四个挡位，发动机和电机均能驱动车轮，发动机还能驱动电机发电，能够实现多种驱动模式且各驱动模式具有多个挡位，显著地提高了整车的动力性能，提高车辆经济性；
发动机和电机共用CR-CR复合行星排进行变速，结构简单、紧凑，减少了零件数量，有利于减小系统负载，提高整车的动力性能，有利于减小体积，降低了减速组件的成本；
混合驱动模式下，可通过CR-CR复合行星排调速，优化发动机的工作区间，提高车辆经济性；
设置一个电机用于驱动或发电，系统成本低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的混合动力耦合系统的结构简图一；
图2为图1所示混合动力耦合系统在第一纯电动模式下的动力传递路线图；
图3为图1所示混合动力耦合系统在第一纯电动模式下的共线图；
图4为图1所示混合动力耦合系统在第二纯电动模式下的动力传递路线图；
图5为图1所示混合动力耦合系统在第二纯电动模式下的共线图；
图6为图1所示混合动力耦合系统在第三纯电动模式下的动力传递路线图；
图7为图1所示混合动力耦合系统在第三纯电动模式下的共线图；
图8为图1所示混合动力耦合系统在第四纯电动模式下的动力传递路线图；
图9为图1所示混合动力耦合系统在第四纯电动模式下的共线图；
图10为图1所示混合动力耦合系统在第一混合驱动模式下的动力传递路线图；
图11为图1所示混合动力耦合系统在第一混合驱动模式下的共线图；
图12为图1所示混合动力耦合系统在第二混合驱动模式下的动力传递路线图；
图13为图1所示混合动力耦合系统在第二混合驱动模式下的共线图；
图14为图1所示混合动力耦合系统在第三混合驱动模式下的动力传递路线图；
图15为图1所示混合动力耦合系统在第三混合驱动模式下的共线图；
图16为图1所示混合动力耦合系统在第四混合驱动模式下的动力传递路线图；
图17为图1所示混合动力耦合系统在第四混合驱动模式下的共线图；
图18为本发明实施例提供的混合动力耦合系统的结构简图二；
说明书中的附图标记如下：
1、发动机；2、发电机；
3、第一行星排；31、第一太阳轮；33、第一行星架；34、第一齿圈；
4、第二行星排；41、第二太阳轮；43、第二行星架；44、第二齿圈；
5、第一离合器；6、第二离合器；7、第三离合器；8、第一制动器；9、第二制动器；
10、输入轴；11、中间轴；12、第一齿轮；13、第二齿轮；14、第三齿轮；
15、第三行星排；151、第三太阳轮；153、第三行星架；154、第三齿圈；
17、差速器；18、车轮。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图18所示，本发明实施例提供的混合动力耦合系统，包括发动机1、电机2、第一行星排3、第二行星排4、第一制动器8、第二制动器9、第二离合器6、第三离合器7和输入轴10；第一行星排3包括第一太阳轮31、第一行星架33和第一齿圈34，第二行星排4包括第二太阳轮41、第二行星架43和第二齿圈44，第一行星架33与第二齿圈44连接，第一齿圈34与第二行星架43连接；
发动机1与电机2均连接于输入轴10；
输入轴10通过第二离合器6与第一太阳轮31相连，输入轴10通过第三离合器7与第二行星架43相连；
第一制动器8用于制动第二行星架43，第二制动器9用于制动第二太阳轮41；
第一行星架33输出动力至车轮18。
其中，第一行星排3和第二行星排4连接成的整体结构即为CR-CR复合行星排。
使用时，结合第二离合器6，分离第三离合器7，结合第一制动器8，分离第二制动器9；或者，结合第二离合器6，分离第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9；或者，结合第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，分离第二制动器9；或者，分离第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9；通过对离合器(泛指第二离合器6和第三离合器7)和制动器(泛指第一制动器8和第二制动器9)进行前述四种工作状态的控制，能够实现CR-CR复合行星排传递动力的四种速比，从而实现发动机1或电机2驱动车轮18时的四个挡位，发动机1和电机2可单独驱动车轮18，也可共同驱动车轮18；
当发动机1和电机2共同参与驱动时，输入轴10和CR-CR复合行星排起到耦合动力的作用，并将耦合后的动力传递到车轮18。
本发明实施例提供的混合动力耦合系统，设置了CR-CR复合行星排，通过控制第一制动器8、第二制动器9、第二离合器6和第三离合器7的工作状态(结合或分离)，能实现CR-CR复合行星排的四挡速比切换，从而使得电机2或发动机1驱动车轮18时具有四个挡位，发动机1和电机2均能驱动车轮18，发动机1还能驱动电机2发电，能够实现多种驱动模式且各驱动模式具有多个挡位，显著地提高了整车的动力性能，提高车辆经济性；
发动机1和电机2共用CR-CR复合行星排进行变速，结构简单、紧凑，减少了零件数量，有利于减小系统负载，提高整车的动力性能，有利于减小体积，降低了减速组件的成本；
混合驱动模式下，可通过CR-CR复合行星排调速，优化发动机1的工作区间，提高车辆经济性；
设置一个电机2用于驱动或发电，系统成本低。
其中，电机2为电动/电机(M/G)，可用于发电和驱动。
具体地，电机2还作为启动电机使用，用于启动发动机1。若电机2不驱动、不发电，且发动机1驱动时，电机2启动发动机1后停止工作；若电机2驱动或发电，且发动机1驱动时，电机2启动发动机1后保持工作状态。
为简化结构和增加稳定性，优选第一行星架33与第二齿圈44为一体结构，第一齿圈34与第二行星架43为一体结构。
在一实施例中，如图1和图18所示，还包括第一离合器5，发动机1的转轴通过第一离合器5与输入轴10相连。通过控制第一离合器5的通断，来实现发动机1是否工作的控制；在需要发动机1驱动车轮18或驱动电机2发电时，结合第一离合器5即可，不需发动机1工作时，分离第一离合器5以减少系统负载，保护发动机1。
在一实施例中，如图1和图18所示，第一太阳轮31和第二太阳轮41可转动地设于输入轴10上，有利于提高CR-CR复合行星排的结构稳定性及传动平稳性。
在一实施例中，如图1和图18所示，第二离合器6和第三离合器7集成为共用离合器壳体的双离合器，双离合器位于第一太阳轮31与第二太阳轮41之间，离合器壳体设于输入轴10上。结构更为简单、紧凑，有利于混合动力耦合系统的小型化及减小系统负载。
此外，如图1和图18所示，混合动力耦合系统还包括差速器17，第一行星架33连接于差速器17，差速器17驱动车轮18。
在一实施例中，如图1和图18所示，还包括中间轴11和设于中间轴11上的第一齿轮12，第一行星架33与第一齿轮12啮合，中间轴11或第一齿轮12输出动力至车轮18。结构简单，均能够将动力传递至车轮18。
在一实施例中，还包括用以连接于差速器17的第三齿轮14，第三齿轮14与第一齿轮12啮合；第一行星架33输出的动力，经第一齿轮12、第三齿轮14，传递到差速器17，如此实现第一齿轮12输出动力至车轮18(可参考图1，取消图1的第二齿轮13，将第一齿轮12与第三齿轮14啮合)。
可优选第一齿轮12与第一行星架33的传动比小于1，第一行星架33和第一齿轮12组成一级减速齿轮副，还可优选第三齿轮14与第一齿轮12的传动比小于1，第一齿轮12和第三齿轮14组成一级减速齿轮副；通过该优选方案，经CR-CR复合行星排输出的动力，经过一级或两级减速后再输送至差速器17，实现发动力或电机2的减速输出，简化了结构，能更好地匹配车轮18的动力需求。更优选地，将第一齿轮12和第三齿轮14组成的减速齿轮副设为混合动力耦合系统的主减速齿轮副。
在一实施例中，如图1和图18所示，混合动力耦合系统还包括固设于中间轴11上的第二齿轮13和用以连接于差速器17的第三齿轮14，第一齿轮12固设于中间轴11，第三齿轮14与第二齿轮13啮合；第一行星架33输出的动力，经第一齿轮12传递到中间轴11，再经中间轴11传递到第二齿轮13和第三齿轮14，再传递到差速器17，如此实现中间轴11输出动力至车轮18。
可优选第一齿轮12与第一行星架33的传动比小于1，第一行星架33和第一齿轮12组成一级减速齿轮副，还可优选第三齿轮14与第二齿轮13的传动比小于1，第二齿轮13和第三齿轮14组成一级减速齿轮副；通过该优选方案，经CR-CR复合行星排输出的动力，经过一级或两级减速后再输送至差速器17，实现发动力或电机2的减速输出，简化了结构，能更好地匹配车轮18的动力需求。更优选地，将第二齿轮13和第三齿轮14组成的减速齿轮副设为混合动力耦合系统的主减速齿轮副。
在一实施例中，如图1和图18所示，发动机1和电机2同轴设置，且分别位于输入轴10的两端；结构简单、紧凑，有利于减小系统负载，增加CR-CR复合行星排的传动平稳性。
在一实施例中，输入轴10通过增速齿轮组增速连接电机2，从输入轴10到电机2，经过一级齿轮副(增速齿轮副)升速降扭，可有效减小电机2体积，当电机2参与驱动时，从电机2到输入轴10，经过增速齿轮副实现降速升扭。
具体地，未图示地，增速齿轮副包括设于输入轴10上的第五齿轮和设于电机2的转轴上的第六齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合；结构简单、紧凑，有利于减小系统负载，保证了传动的平稳性。
优选地，如图18所示，增速齿轮组为第三行星排15，第三行星排15包括第三太阳轮151、第三行星架153和第三齿圈154；
发动机1与电机2同轴布置，输入轴10的一端连接于发动机1，另一端通过连接于第三行星架153，第三太阳轮151连接于电机2，第三齿圈154固定。结构简单、紧凑，能够实现电机2驱动车轮18时从电机2到输入轴10减速传递动力，电机2发电时从输入轴10到电机2增速传递动力。
以下对涉及制动器(泛指第一制动器8、第二制动器9)和离合器(泛指第一离合器5、第二离合器6、第三离合器7)的控制的优选实施例进行说明：
当设有第一离合器5时,混合动力耦合系统具有纯电动模式(具有四挡：第一纯电动模式、第二纯电动模式、第三纯电动模式、第四纯电动模式)、混合驱动模式(具有四挡：第一混合驱动模式、第二混合驱动模式、第三混合驱动模式、第四混合驱动模式)、发动机直驱模式(具有四挡：第一发动机直驱模式、第二发动机直驱模式、第三发动机直驱模式及第四发动机直驱模式)等多种工作模式；
其中，前述各工作模式以表1进行体现。
表1
以下各模式，结合图2至图17说明混合动力耦合系统的动力传递路线，其中图3、图5、图7、图9、图11、图13、图15和图17中，S1表示第一太阳轮31，S2表示第二太阳轮41，C1表示第一行星架33，C2表示第二行星架43，R1表示第一齿圈34，R2表示第二齿圈44，E1表示电机2，ICE表示发动机1，OUT表示输出；
(1)第一纯电动模式
分离第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，结合第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1不工作，电机2驱动，以建立第一纯电动模式；
具体地，如图2所示，该驱动模式下的动力传递路线为：电机2－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图3所示，在第一纯电动模式下，电机2输出动力给第一太阳轮31，第二行星架43和第一齿圈34在第一制动器8的作用下不转动，第一行星架33与第二齿圈44的转速相等，第二太阳轮41与第一太阳轮31的转动方向相反，第一行星架33的转速小于第一太阳轮31的转速，第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2驱动车轮18时的动力减速传递。
当动力电池电量充足，车速要求为低速时，混合动力耦合系统可进入第一纯电动模式。
(2)第二纯电动模式
分离第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9，发动机1不工作，电机2驱动，以建立第二纯电动模式；
具体地，如图4所示，该驱动模式下的动力传递路线为：电机2－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图5所示，在第二纯电动模式下，电机2输出动力给第一太阳轮31，第二太阳轮41在第二制动器9的作用下不转动，第一行星架33与第二齿圈44的转速相等，第二行星架43和第一齿圈34的转速相等，第一行星架33的转速大于第二行星架43的转速，第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2驱动车轮18时的的动力减速传递。
当动力电池电量充足，车速要求为中低速时，混合动力耦合系统可进入第二纯电动模式。
(3)第三纯电动模式
分离第一离合器5，结合第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1不工作，电机2驱动，以建立第三纯电动模式；
具体地，如图6所示，该驱动模式下的动力传递路线为：电机2－〉输入轴10－〉第二离合器6、第三离合器7－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图7所示，在第三纯电动模式下，CR-CR复合行星排整体旋转，电机2通过第二离合器6和第三离合器7输出动力给CR-CR复合行星排，第一太阳轮31、第二行星架43、第一齿圈34、第一行星架33、第二齿圈44和第二太阳轮41的转速相等，第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2驱动车轮18时的动力传递且速比为1。
当动力电池电量充足，车速要求为中高速时，混合动力耦合系统可进入第三纯电动模式。
(4)第四纯电动模式
分离第一离合器5，分离第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9，发动机1不工作，电机2驱动，以建立第四纯电动模式；
具体地，如图8所示，该驱动模式下的动力传递路线为：电机2－〉输入轴10－〉第三离合器7－〉第二行星架43－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图9所示，在第四纯电动模式下，电机2输出动力给第二行星架43，第二太阳轮41在第二制动器9的作用下不转动，第二行星架43和第一齿圈34的转速相等，第一行星架33与第二齿圈44的转速相等，第一行星架33的转速大于第二行星架43的转速，第一太阳轮31的转速大于第一行星架33的转速，第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2驱动车轮18时的动力增速传递。
当动力电池电量充足，车速要求为高速时，混合动力耦合系统可进入第四纯电动模式。
综上，通过离合器和制动器的工作状态的切换，能够实现纯电动模式的四个挡位，从而实现更好的动力匹配。
(5)第一混合驱动模式
结合第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，结合第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1驱动，电机2辅助驱动，以建立第一混合驱动模式；
具体地，如图10所示，该驱动模式下的动力传递路线1为：电机2－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图11所示，在第二混合驱动模式，电机2和发动机1同时输出动力给第一太阳轮31，再经第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2和发动机1驱动车轮18时的动力减速传递(CR-CR复合行星排的动力传递过程与第一纯电动模式相同，此处不再赘述)。
车速要求为低速时，混合动力耦合系统可进入第一混合驱动模式。
(6)第二混合驱动模式
结合第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9，发动机1驱动，电机2辅助驱动，以建立第二混合驱动模式；
具体地，如图12所示，该驱动模式下的动力传递路线1为：电机2－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图13所示，在第二混合驱动模式下，电机2和发动机1同时输出动力给第一太阳轮31，再经第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2和发动机1驱动车轮18时的动力减速传递(CR-CR复合行星排的动力传递过程与第二纯电动模式相同，此处不再赘述)。
车速要求为中低速时，混合动力耦合系统可进入第二混合驱动模式。
(7)第三混合驱动模式
结合第一离合器5，结合第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1驱动，电机2辅助驱动，以建立第三混合驱动模式；
具体地，如图14所示，该驱动模式下的动力传递路线1为：电机2－〉输入轴10－〉第二离合器6、第三离合器7－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第二离合器6、第三离合器7－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图15所示，在第三混合驱动模式下，CR-CR复合行星排整体旋转，电机2和发动机1通过第二离合器6和第三离合器7输出动力给CR-CR复合行星排，第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2和发动机1驱动车轮18时的动力传递且速比为1(CR-CR复合行星排的动力传递过程与第三纯电动模式相同，此处不再赘述)。
车速要求为中高速时，混合动力耦合系统可进入第三混合驱动模式。
(8)第四混合驱动模式
结合第一离合器5，分离第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9，发动机1驱动，电机2辅助驱动，以建立第四混合驱动模式；
具体地，如图16所示，该驱动模式下的动力传递路线1为：电机2－〉输入轴10－〉第三离合器7－〉第二行星架43－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第三离合器7－〉第二行星架43－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18。
如图17所示，在第四混合驱动模式下，电机2和发动机1输出动力给第二行星架43，第一行星架33输出动力至车轮18，如此通过CR-CR复合行星排实现电机2和发动机1驱动车轮18时的动力增速传递(CR-CR复合行星排的动力传递过程与第四纯电动模式相同，此处不再赘述)。
车速要求为高速时，混合动力耦合系统可进入第四混合驱动模式。
综上，通过离合器和制动器的工作状态的切换，能够实现混合驱动模式的四个挡位，从而实现更好的动力匹配。
(9)第一发动机直驱模式
结合第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，结合第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1驱动，电机2不工作或在发动机1的驱动下发电，以建立第一发动机直驱模式；
具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉电机2；
该驱动模式下发动机1驱动车轮18的动力传递路线及减速过程，请参阅图10-11。
当车速要求为低速时，混合动力耦合系统可进入第一发动机直驱模式；当动力电池电量不足时，可利用发动机1驱动电机2向动力电池发电。
(10)第二发动机直驱模式
结合第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9，发动机1驱动，电机2不工作或在发动机1的驱动下发电，以建立第二发动机直驱模式；
具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第二离合器6－〉第一太阳轮31－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉电机2；
该驱动模式下发动机1驱动车轮18的动力传递路线及减速过程，请参阅图12-13。
当车速要求为中低速时，混合动力耦合系统可进入第二发动机直驱模式；当动力电池电量不足时，可利用发动机1驱动电机2向动力电池发电。
(11)第三发动机直驱模式
结合第一离合器5，结合第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1驱动，电机2不工作或在发动机1的驱动下发电，以建立第三发动机直驱模式；
具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第二离合器6、第三离合器7－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉电机2；
该驱动模式下发动机1驱动车轮18的动力传递路线及减速过程，请参阅图14-15。
当车速要求为中高速时，混合动力耦合系统可进入第三发动机直驱模式；当动力电池电量不足时，可利用发动机1驱动电机2向动力电池发电。
(12)第四发动机直驱模式
结合第一离合器5，分离第二离合器6，结合第三离合器7，分离第一制动器8，结合第二制动器9，发动机1驱动，发动机1驱动，电机2不工作或在发动机1的驱动下发电，以建立第四发动机直驱模式；
具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉第三离合器7－〉第二行星架43－〉第一行星架33－〉第一齿轮12、中间轴11－〉第二齿轮13－〉第三齿轮14－〉差速器17－〉车轮18，
动力传递路线2为：发动机1－〉第一离合器5－〉输入轴10－〉电机2；该驱动模式下发动机1驱动车轮18的动力传递路线及减速过程，请参阅图16-17。
当车速要求为高速时，混合动力耦合系统可进入第四发动机直驱模式；当动力电池电量不足时，可利用发动机1驱动电机2向动力电池发电。
(13)驻车发电模式
分离第一离合器5，结合第二离合器6，分离第三离合器7，结合第一制动器8，分离第二制动器9，发动机1不工作，电机2产生制动力矩并在其绕组中产生感应电流向动力电池电量充电，以建立驻车发电模式；
当车辆制动时，混合动力耦合系统可进入驻车发电模式，电机2产生制动力矩制动车轮18，同时电机2的绕组中将产生感应电流向动力电池充电，实现制动能量的回收。
当取消第一离合器5时，相应的取消对第一离合器5的控制，同时各工作模式的动力传递路线相应的不经过第一离合器5。
若设置有第三行星排15，输入轴10与电机2之间通过第三行星排15传递动力；当电机2参与驱动时：电机2－〉第三太阳轮151－〉第三行星架153－〉输入轴10；当电机2参与发电时，输入轴10－〉第三行星架153－〉第三太阳轮151－〉电机2。
本发明实施例还提供了车辆，包括控制器和连接于控制器的动力电池，还包括前述任一实施例述及的混合动力耦合系统，发动机1和电机2连接于控制器并受控制器控制。
采用前述混合动力耦合系统，电机2能在发动机1的驱动下为动力电池发电，动力电池能够为电机2提供驱动车轮18的动力，发动机1能够直接驱动车轮18，切换第一离合器5(若有设置)、第二离合器6、第三离合器7、第一制动器8及第二制动器9的工作状态，能够控制发动机1、电机2驱动车轮18的挡位，从而实现多种驱动模式的多个挡位，获得更高的传动效率；发动机直驱模式，避免了机-电、电-机的能量转换，提高了传动效率；发动机1和电机2共用减速组件，结构简单、紧凑，减少了零件数量，有利于减小负载，从而能进一步提高整车的动力性能，降低整车生产成本；混合驱动模式及纯电动模式下，电机2均参与驱动，避免动力中断；通过动力电池有效的补充车轮18所需的驱动动力从而更合理地调配内燃机的动力，保持内燃机的工作状态不受或少受路况的影响，适用于新能源汽车(如PHEV、HEV)。内燃机可始终工作在设定的最佳状态，以提高整车的燃油效率。
在一实施例中，可根据电池SOC值及车速需求自动切换混合动力耦合系统的多种驱动模式(纯电动模式、混合驱动模式及发动机直驱模式)，自动切换多种驱动模式的控制流程，包括如下步骤：
S1、控制器判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；
S2、控制器根据步骤S1的判断结果，切换混合动力耦合系统的工作模式；
S3、在制动时，控制器控制电机2产生制动力矩并且在其绕组中产生感应电流以向动力电池充电。
其中，第一阈值用于判断电池SOC值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值和第二阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值都不尽相同。在控制器中设定好第一阈值和第二阈值后，则控制器自动进行步骤S1的判断并根据步骤S1的判断结果在多种驱动模式间自动切换。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混合动力耦合系统，包括发动机、电机、第一行星排和第二行星排，第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第一行星架与所述第二齿圈连接，所述第一齿圈与所述第二行星架连接，其特征在于，还包括第一制动器、第二制动器、第二离合器、第三离合器和输入轴；
所述发动机与所述电机均连接于所述输入轴；
所述输入轴通过所述第二离合器与所述第一太阳轮相连，所述输入轴通过所述第三离合器与所述第二行星架相连；
所述第一制动器用于制动所述第二行星架，所述第二制动器用于制动所述第二太阳轮；
所述第一行星架输出动力至车轮。
2.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括第一离合器，所述发动机的转轴通过所述第一离合器与所述输入轴相连。
3.根据权利要求2所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力耦合系统具有第一纯电动模式、第二纯电动模式、第三纯电动模式、第四纯电动模式，第一混合驱动模式、第二混合驱动模式、第三混合驱动模式、第四混合驱动模式、第一发动机直驱模式、第二发动机直驱模式、第三发动机直驱模式及第四发动机直驱模式；
分离所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第一纯电动模式；
分离所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第二纯电动模式；
分离所述第一离合器，结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第三纯电动模式；
分离所述第一离合器，分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第四纯电动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第一混合驱动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第二混合驱动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第三混合驱动模式；
结合所述第一离合器，分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第四混合驱动模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第一发动机直驱模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第二发动机直驱模式；
结合所述第一离合器，结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第三发动机直驱模式；
结合所述第一离合器，分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第四发动机直驱模式。
4.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述第一太阳轮和所述第二太阳轮可转动地设于所述输入轴上；
所述第二离合器和所述第三离合器集成为共用离合器壳体的双离合器，所述双离合器位于所述第一太阳轮与所述第二太阳轮之间，所述离合器壳体设于所述输入轴上。
5.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括中间轴和设于所述中间轴上的第一齿轮，所述第一行星架与第一齿轮啮合；
所述中间轴或所述第一齿轮输出动力至车轮。
6.根据权利要求5所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力耦合系统还包括固设于所述中间轴上的第二齿轮和用以连接于差速器的第三齿轮，所述第一齿轮固设于所述中间轴，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第一行星架的传动比小于1，所述第三齿轮与所述第二齿轮的传动比小于1；或者
所述混合动力耦合系统还包括用以连接于差速器的第三齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第一行星架的传动比小于1，所述第三齿轮与所述第一齿轮的传动比小于1。
7.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述输入轴通过增速机构增速连接所述电机。
8.根据权利要求7所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述增速机构为第三行星排，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；
所述发动机与所述电机同轴布置，所述输入轴的一端连接于所述发动机，另一端通过连接于所述第三行星架，所述第三太阳轮连接于所述电机，所述第三齿圈固定。
9.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力耦合系统具有第一纯电动模式、第二纯电动模式、第三纯电动模式、第四纯电动模式，第一混合驱动模式、第二混合驱动模式、第三混合驱动模式、第四混合驱动模式、第一发动机直驱模式、第二发动机直驱模式、第三发动机直驱模式及第四发动机直驱模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第一纯电动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第二纯电动模式；
结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第三纯电动模式；
分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机不工作，所述电机驱动，以建立所述第四纯电动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第一混合驱动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第二混合驱动模式；
结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第三混合驱动模式；
分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机辅助驱动，以建立所述第四混合驱动模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，结合所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第一发动机直驱模式；
结合所述第二离合器，分离所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第二发动机直驱模式；
结合所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，分离所述第二制动器，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第三发动机直驱模式；
分离所述第二离合器，结合所述第三离合器，分离所述第一制动器，结合所述第二制动器，所述发动机驱动，所述发动机驱动，所述电机不工作或在所述发动机的驱动下发电，以建立所述第四发动机直驱模式。
10.一种车辆，包括控制器和连接于所述控制器的电池，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的混合动力耦合系统，所述发动机和所述电机连接于所述控制器并受所述控制器控制。
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