一种混合动力汽车的耦合系统及混合动力汽车的制作方法

1.本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其是涉及一种混合动力汽车的耦合系统及具有该耦合系统的混合动力汽车。


背景技术：

2.汽车的耦合系统包括发动机(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。发动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，实现发动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。
3.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发动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，发动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，能充分利用发动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。
4.近年来，电机混合动力技术的诞生为实现发动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，发动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。
5.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。
6.现有串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。现有串联混合系统的缺点在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电，电机的转换，整个系统的效率较低。现有并联混合系统的优点在于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。现有并联混合系统的缺点在于需两套独立的子系统，造价高，通常只用于弱混合系统。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种耦合系统，具体地为机电耦合系统，旨在解决或至少部
分解决上述背景技术存在的不足。该耦合系统体积小，重量轻，传动效率高，造价低，适用范围广。
8.本发明提供一种混合动力汽车的耦合系统，包括发动机、发电机、驱动电机、动力输出机构、以及
9.传动系统，分别与所述发动机、所述发电机、所述驱动电机、所述动力输出机构传动连接；
10.其中，所述传动系统包括行星齿轮机构、第一轴齿传动机构、第一离合器；
11.所述行星齿轮机构分别与所述发动机、所述发电机和所述第一轴齿传动机构传动连接，用于将所述发动机提供的动力传输至所述发电机和所述第一轴齿传动机构；
12.所述第一轴齿传动机构分别与所述行星齿轮机构、所述动力输出机构和所述驱动电机传动连接，用于将所述行星齿轮机构和所述驱动电机提供的动力输出到所述动力输出机构。
13.在一种可实现的方式中，所述第一离合器位于所述发电机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴上；所述耦合系统的工作模式包括预设的发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式；所述发动机、发电机、驱动电机、第一离合器用于控制所述耦合系统的工作模式在所述发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式之间切换。
14.在一种可实现的方式中，所述传动系统还设置有第二离合器。
15.在一种可实现的方式中，所述耦合系统的工作模式包括预设的发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式；所述发动机、发电机、驱动电机、第一离合器及第二离合器用于控制所述耦合系统的工作模式在所述发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式之间切换。
16.在一种可实现的方式中，所述第一离合器位于所述发动机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴上，所述第二离合器位于所述发电机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴上；所述耦合系统切换到预设的发动机直驱模式时，所述第二离合器处于闭合状态且所述第一离合器处于脱离状态，所述发动机处于启动状态，所述发电机处于停止状态，所述驱动电机处于空转状态；所述发动机提供的动力通过所述行星齿轮机构全部传递至所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动机构将所述发动机提供的动力全部传动至所述动力输出机构。
17.在一种可实现的方式中，所述第一离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈和所述耦合系统的壳体之间，所述第二离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈和所述发电机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴之间；所述耦合系统切换到预设的发动机直驱模式时，所述第二离合器处于闭合状态且所述第一离合器处于脱离状态，所述发动机处于启动状态，所述发电机处于空转状态，所述驱动电机处于空转状态；所述发动机提供的动力通过所述行星齿轮机构全部传递至所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动机构将所述发动机提供的动力全部传动至所述动力输出机构。
18.在一种可实现的方式中，所述第一离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈上，所述第二离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈和所述发电机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴之间；所述耦合系统切换到预设的发动机直驱模式时，所述第二离合器处于闭合状
态且所述第一离合器处于闭合状态，所述发动机处于启动状态，所述发电机处于空转状态，所述驱动电机处于空转状态；所述发动机提供的动力通过所述行星齿轮机构全部传递至所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动机构将所述发动机提供的动力全部传动至所述动力输出机构。
19.在一种可实现的方式中，所述耦合系统的工作模式包括预设的串联增程模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式；所述发动机、发电机、驱动电机、第一离合器及第二离合器用于控制所述耦合系统的工作模式在所述串联增程模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式之间切换。
20.在一种可实现的方式中，所述第一离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈和所述耦合系统的壳体之间，所述第二离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈和所述发电机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴之间；所述耦合系统切换到预设的串联增程模式时，所述第二离合器处于脱离状态且所述第一离合器处于闭合状态，所述发动机处于启动状态，所述发电机处于发电状态，所述驱动电机处于启动状态；所述发动机提供的动力通过所述行星齿轮机构全部传递至所述发电机；所述发电机将所述发动机提供的动力部分传递至所述驱动电机，所述驱动电机提供的动力通过所述第一轴齿传动机构全部传递至所述动力输出机构。
21.在一种可实现的方式中，所述传动系统还设置有第三离合器，所述第一离合器位于所述发动机与所述行星齿轮机构传动连接的传动轴上，所述第二离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈和所述耦合系统的壳体之间，第三离合器位于所述行星齿轮机构的齿圈上；所述耦合系统切换到预设的串联增程模式时，所述第二离合器处于闭合状态且所述第一离合器和所述第三离合器均处于脱离状态，所述发动机处于启动状态，所述发电机处于发电状态，所述驱动电机处于启动状态；所述发动机提供的动力通过所述行星齿轮机构全部传递至所述发电机；所述发电机将所述发动机提供的动力部分传递至所述驱动电机，所述驱动电机提供的动力通过所述第一轴齿传动机构全部传递至所述动力输出机构。
22.在一种可实现的方式中，所述第一轴齿传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一传动轴和第二传动轴；所述第一齿轮与所述驱动电机之间通过第一传动轴传动连接；所述第二齿轮分别与所述第一齿轮和所述行星齿轮机构的齿圈相啮合，将来自所述驱动电机和所述发动机提供的动力汇合；所述第三齿轮与所述第二齿轮通过所述第二传动轴传动连接；所述第三齿轮与所述第四齿轮传动连接将动力传递至所述动力输出机构。
23.一种混合动力汽车，包括如上述任一项所述的耦合系统。
24.本发明提供的耦合系统，通过在包括发动机、发电机、驱动电机、动力输出机构、传动机构的混合耦合系统中的传动组合切换动力源组合工作模式，该切换可使系统实现单电机纯电动模式、双电机纯电动模式、功率分流模式、发动机直驱模式、再生制动模式、驻车发电模式、串联增程模式、并联混动模式等多种工作模式，而发动机可以始终工作在最佳状态，系统以简单的结构获得高效的车辆整体燃油效率。其在动力调节方面可通过电池有效的补充动力轮所需的驱动动力从而更合理地调配发动机提供的动力，保持发动机的工作状态不受或少受路况的影响。同时，本系统还可回收制动时的动能，返送回储能器中。这些举措都大幅度地提高整体车辆的燃油效率。该耦合系统的发动机和发电机通过行星齿轮机构
连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积。在模式切换过程中，驱动电机可以始终处于工作状态，保证动力输出不中断。该耦合系统可以覆盖hev混合动力汽车车型和phev并联式混合动力汽车车型，平台化好发展前景广阔。
附图说明
25.图1为本发明实施例1中耦合系统的结构示意图；
26.图2为本发明实施例2中耦合系统的结构示意图；
27.图3为本发明实施例3中耦合系统的结构示意图；
28.图4为本发明实施例4中耦合系统的结构示意图；
29.图5为本发明实施例5中耦合系统的结构示意图；
30.图6为本发明实施例6中耦合系统的结构示意图。
具体实施方式
31.下面闭合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
32.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
33.本发明的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本发明请求保护的范围。
34.如图1所示，本发明实施例1提供的耦合系统是能够将发动机101和驱动电机103的动力混合输出至发电机102及动力输出机构104的适用于混合动力车辆使用的动力装置。包括发动机101、发电机102、驱动电机103、动力输出机构104、行星齿轮机构201、齿轮304、齿轮305、齿轮306、齿轮307、齿轮308、传动轴401、传动轴402、传动轴403、传动轴404、第一离合器501。其中本实施例1中的第一离合器501具体为离合器，其他轴齿关系详细见图1。
35.具体地，行星齿轮机构201由齿圈601，行星架701，太阳轮301，行星轮302和行星轮303组成。其中行星架701通过传动轴404传动连接发动机101，太阳轮301与发电机102通过传动轴401传动连接，齿轮304为齿圈601上的外齿，齿轮304与齿圈601为一体结构。传动轴401上设置有第一离合器501，当第一离合器501闭合时可以对传动轴401制动，相当于传动轴401静止不传动，太阳轮301的位置固定且不可以自旋，此时发电机102动力停止传动。
36.具体地，传动轴403传动连接驱动电机103和齿轮306。
37.具体地，齿轮305连接齿轮304和齿轮306，将来自发动机101、发电机102和驱动电机103的动力通过传动轴402，齿轮307和齿轮308传递至动力输出机构104。
38.更进一步地，耦合系统的工作模式有单电机纯电动模式、功率分流模式、发动机直驱模式、再生制动模式以及驻车发电模式。通过切换耦合系统的工作模式。分别实现第一离合器501的脱离和闭合，发动机101的启停，发电机102启停和驱动电机103的启停。当耦合系统的工作模式切换时，驱动电机103可以始终处于工作状态，保证耦合系统的整体动力输出不中断。相比于现有技术本田immd和丰田ths，本发明的耦合系统具备的模式更多，优势互补，增加的发动机直驱模式可以解决功率分流系统的功率回流问题，也可以解决串并联系
统的电传动效率低的问题。
39.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于单电机纯电动模式。此时驱动电机103产生的动力依次通过传动轴403，齿轮306，齿轮305，传动轴402，齿轮307，齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在单电机纯电动模式的时候只由驱动电机103一个动力源驱动。
40.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于功率分流模式。在功率分流模式发电机102利用行星齿轮机构额外的转速自由度，作为发动机101的转速调节器，通过发电机102来调节发动机101的转速，将发动机101转速和车轮端解藕。此时，为了维持行星齿轮机构扭矩平衡，发电机102必须被动接收部分发动机扭矩(注:固定比例的发动机101扭矩，非扭矩解藕)，由此实现对发动机101机械功率进行分流。发电机102产生的电功率可以直接提供给驱动电机103或存入电池。通过驱动电机103来调节发动机101的扭矩，让发动机101的转速和扭矩都工作在低油耗的工作点。耦合系统工作在功率分流模式的时候由发动机101、发电机102和驱动电机103三个动力源驱动。
41.具体地，通过分别控制第一离合器501处于闭合状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于空转状态，这样就使得耦合系统处于发动机直驱模式。此时发动机101产生的动力依次通过传动轴404、行星架701、行星轮302和行星轮303、齿圈601，齿轮304、齿轮305、传动轴402、齿轮307、齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在发动机直驱模式的时候只有发动机101一个动力源驱动。
42.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于停机状态，驱动电机103处于发电状态，这样就使得耦合系统处于再生制动模式。此时发电机101和发动机102与驱动电机103传动连接，使发电机101和发动机102的部分机械能通过传动系统驱动驱动电机103转化为电能，存储在电池中。
43.具体地，通过分别控制第一离合器501处于闭合状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于驻车发电模式。此时发动机101产生的动力依次通过传动轴404、行星架701、行星轮302和行星轮303、齿圈601、齿轮305、齿轮306、传动轴403输出至驱动电机103。此时驱动电机103产生的电功率输出至电池内储存。实现驻车发电模式的发电功能。耦合系统工作在驻车发电模式的时候只有发动机101一个动力源驱动。
44.具体地，当耦合系统切换工作模式的时候，通过电池供电驱动电机103可以始终处于启动状态，保持耦合系统输出动力不中断。
45.本实施方式中的耦合系统，采用单排行星齿轮机构及轴齿机构传动，通过多个离合器组合控制动力的传递和分配，通过分别控制发动机101、发电机102及驱动电机103的启动和停止，第一离合器501的脱离和闭合，实现单电机纯电动模式、功率分流模式、发动机直驱模式、再生制动模式、驻车发电模式多种工作模式的切换。该耦合系统的发动机101和发电机102通过行星齿轮机构连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机102体积。在模式切换过程中，驱动电机103可以始终处于工作状态，保证动力输出不中断。该系统可以覆盖hev混合动力汽车车型和phev并联式混合动力汽车车型，平台化好发展前景广阔。在动力
调节方面，本系统可通过电池有效的补充动力轮所需的驱动动力从而更合理地调配发动机101的动力，保持发动机101的工作状态不受或少受路况的影响。发动机101可始终工作在设定的最佳状态，以提高整车的效率。同时，本系统还可回收制动时的动能，输入回电池中。这些举措都大幅度地提高整体车辆的燃油效率。
46.如图2所示，本发明实施例2提供的耦合系统是能够将发动机101和驱动电机103的动力混合输出至发电机102及动力输出机构104的适用于混合动力车辆使用的动力装置。包括发动机101、发电机102、驱动电机103、动力输出机构104、行星齿轮机构201、齿轮304、齿轮305、齿轮306、齿轮307、齿轮308、传动轴401、传动轴402、传动轴403、传动轴404、第一离合器501、第二离合器502。其中本实施例2中的第一离合器501具体为单向离合器，第二离合器502具体为制动器，其他轴齿关系详细见图2。
47.具体地，行星齿轮机构201由齿圈601，行星架701，太阳轮301，行星轮302和行星轮303组成。其中行星架701通过传动轴404传动连接发动机101，太阳轮301与发电机102通过传动轴401传动连接，齿轮304为齿圈601上的外齿，齿轮304与齿圈601为一体结构。传动轴404上设置有第一离合器501，当发动机101输出动力发电机102接受动力时传动轴404是一个转动方向，此时单向离合器脱离，传动轴404正常转动；当发电机102输出动力时是另一个相反的转动方向，此时第一离合器501结合，传动轴404被固定，行星架701也被固定，发电机102的动力传递至第一轴齿传动机构。当第一离合器501闭合时可以对传动轴404制动，相当于传动轴404静止不传动，行星架701的位置固定，行星轮302和行星轮303位置固定但可以自旋，此时发动机101的动力停止传动。传动轴401上设置有第二离合器502，当第二离合器502闭合时可以对传动轴401制动，相当于传动轴401静止不传动，太阳轮301的位置固定且不可以自旋，此时发电机102动力停止传动。
48.具体地，传动轴403传动连接驱动电机103和齿轮306。
49.具体地，齿轮305连接齿轮304和齿轮306，将来自发动机101、发电机102和驱动电机103的动力通过传动轴402，齿轮307和齿轮308传递至动力输出机构104。
50.更进一步地，耦合系统的工作模式有单电机纯电动模式、双电机纯电动模式、功率分流模式、发动机直驱模式、再生制动模式以及驻车发电模式。通过切换耦合系统的工作模式。分别实现第一离合器501的脱离和闭合，第二离合器502的脱离和闭合，发动机101的启停，发电机102启停和驱动电机103的启停。当耦合系统的工作模式切换时，驱动电机103可以始终处于工作状态，保证耦合系统的整体动力输出不中断。相比于现有技术本田immd和丰田ths，本发明的耦合系统具备的模式更多，优势互补，增加的发动机直驱模式可以解决功率分流系统的功率回流问题，也可以解决串并联系统的电传动效率低的问题。
51.具体地，通过分别控制第一离合器501和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于单电机纯电动模式。此时驱动电机103产生的动力依次通过传动轴403，齿轮306，齿轮305，传动轴402，齿轮307，齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在单电机纯电动模式的时候只由驱动电机103一个动力源驱动。
52.具体地，通过分别控制第一离合器501处于闭合状态和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于双电机纯电动模式。此时发电机102产生的动力依次通过传动轴401、太
阳轮301、行星轮302和行星轮303、齿圈601、齿轮304输出至齿轮305。此时驱动电机103产生的动力依次通过传动轴403，齿轮306输出至齿轮305。齿轮305整合来自发电机102和驱动电机103的动力后通过传动轴402，齿轮307，齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在双电机纯电动模式的时候由发动机101和驱动电机103两个动力源驱动。
53.具体地，通过分别控制第一离合器501和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于功率分流模式。在功率分流模式发电机102利用行星齿轮机构额外的转速自由度，作为发动机101的转速调节器，通过发电机102来调节发动机101的转速，将发动机101转速和车轮端解藕。此时，为了维持行星齿轮机构扭矩平衡，发电机102必须被动接收部分发动机扭矩(注:固定比例的发动机101扭矩，非扭矩解藕)，由此实现对发动机101机械功率进行分流。发电机102产生的电功率可以直接提供给驱动电机103或存入电池。通过驱动电机103来调节发动机101的扭矩，让发动机101的转速和扭矩都工作在低油耗的工作点。耦合系统工作在功率分流模式的时候由发动机101、发电机102和驱动电机103三个动力源驱动。
54.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于空转状态，这样就使得耦合系统处于发动机直驱模式。此时发动机101产生的动力依次通过传动轴404、行星架701、行星轮302和行星轮303、齿圈601，齿轮304、齿轮305、传动轴402、齿轮307、齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在发动机直驱模式的时候只有发动机101一个动力源驱动。
55.具体地，通过分别控制第一离合器501和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于停机状态，驱动电机103处于发电状态，这样就使得耦合系统处于再生制动模式。此时发电机101和发动机102与驱动电机103传动连接，使发电机101和发动机102的部分机械能通过传动系统驱动驱动电机103转化为电能，存储在电池中。
56.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于驻车发电模式。此时发动机101产生的动力依次通过传动轴404、行星架701、行星轮302和行星轮303、齿圈601、齿轮305、齿轮306、传动轴403输出至驱动电机103。此时驱动电机103产生的电功率输出至电池内储存。实现驻车发电模式的发电功能。耦合系统工作在驻车发电模式的时候只有发动机101一个动力源驱动。
57.具体地，当耦合系统切换工作模式的时候，通过电池供电驱动电机103可以始终处于启动状态，保持耦合系统输出动力不中断。
58.如图3所示，在另一实施例3中，行星齿轮机构上设置有两个离合器，分别为第一离合器501，第二离合器502。其中本实施例3中的第一离合器501具体为制动器。第一离合器501主动端通过花键与齿圈601连接，另一端固定在壳体上，当第一离合器501闭合时可以对齿圈601制动，相当于齿圈601与壳体固连，此时齿圈静止不传动，其他轴齿传动。第二离合器502主动端与传动轴401依靠花键连接，从动端与齿圈601依靠花键连接，当第二离合器502闭合时可以对齿圈601与太阳轮301固连，此时太阳轮301、传动轴401、第二离合器502和齿圈601四者可视为一个整体转动，即行星齿轮机构整体旋转。其他轴齿关系详细见图3。
59.具体地，本实施例中的耦合系统可以实现单电机纯电动模式、并联混动模式、发动
机直驱模式、功率分流模式、串联增程模式、再生制动模式和驻车发电模式。
60.具体地，通过分别控制第一离合器501和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于单电机纯电动模式。此时驱动电机103产生的动力依次通过传动轴403，齿轮306，齿轮305，传动轴402，齿轮307，齿轮308输出至耦合系统外。耦合系统工作在单电机纯电动模式的时候只由驱动电机103一个动力源驱动。
61.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于并联混动模式。此时发动机101产生的动力依次通过传动轴404、行星架701、行星轮302和行星轮303、齿圈601、齿轮304输出至齿轮305。此时驱动电机103产生的动力依次通过传动轴403、齿轮306输出至齿轮305。齿轮305整合来自发动机101和驱动电机103的动力后通过传动轴402、齿轮307、齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在并联混动模式的时候由发动机101和驱动电机103两个动力源驱动。
62.具体地，通过分别控制第一离合器501处于脱离状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于停止状态，驱动电机103处于空转状态，这样就使得耦合系统处于发动机直驱模式。此时发动机101产生的动力依次通过传动轴404、行星架701、行星轮302和行星轮303、齿圈601，齿轮304，齿轮305，传动轴402，齿轮307，齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在发动机直驱模式的时候只由发动机101一个动力源驱动。
63.具体地，通过分别控制第一离合器501和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于功率分流模式。在功率分流模式发电机102利用行星齿轮机构额外的转速自由度，作为发动机101的转速调节器，通过发电机102来调节发动机101的转速，将发动机101转速和车轮端解藕。此时，为了维持行星齿轮机构扭矩平衡，发电机102必须被动接收部分发动机扭矩(注:固定比例的发动机101扭矩，非扭矩解藕)，由此实现对发动机101机械功率进行分流。发电机102产生的电功率可以直接提供给驱动电机103或存入电池。通过驱动电机103来调节发动机101的扭矩，让发动机101的转速和扭矩都工作在低油耗的工作点。耦合系统工作在功率分流模式的时候由发动机101、发电机102和驱动电机103三个动力源驱动。
64.具体地，通过分别控制第一离合器501处于闭合状态，第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于串联增程模式。此时发动机101产生的动力依次通过齿圈601，太阳轮301，传动轴401输出至发电机102。此时发电机102产生的电功率提供给驱动电机103。此时驱动电机103产生的动力依次通过传动轴403，齿轮306，齿轮305，传动轴402，齿轮307，齿轮308输出至动力输出机构104。耦合系统工作在串联增程模式的时候由发动机101和发电机102两个动力源驱动。
65.具体地，通过分别控制第一离合器501和第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于停机状态，驱动电机103处于发电状态，这样就使得耦合系统处于再生制动模式。此时发电机101和发动机102与驱动电机103传动连接，使发电机101和发动机102的部分机械能通过传动系统驱动驱动电机103转化为电能，存储在电池中。
66.具体地，通过分别控制第一离合器501处于闭合状态，第二离合器502处于脱离状
态，发动机101处于启动状态，驱动电机103处于停止状态，这样就使得耦合系统处于驻车发电模式。此时发动机101产生的动力依次通过齿圈601，太阳轮301，传动轴401输出至发电机102。此时发电机102产生的电功率输出至动力输出机构104的电池内储存。实现驻车模式的发电功能。耦合系统工作在驻车发电模式的时候只有发动机101一个动力源驱动。
67.如图4所示，在另一实施例4中，行星齿轮机构上设置有三个离合器，分别为第一离合器501，第二离合器502和第三离合器503。其中本实施例4中的第一离合器501具体为单向离合器，第二离合器502具体为制动器。第一离合器501设置在发动机101的输出轴上，因为发动机101的输出轴和行星架701为一体结构，所以第一离合器501闭合时可以固定行星架701与发动机101的输出轴。第二离合器502设置在齿圈601上，闭合时可以固连齿圈601与壳体，起到制动齿圈的作用。齿轮304是齿圈602的外齿，第三离合器503设置在齿圈601和齿圈602之间。第三离合器503闭合时可以固连齿圈601、齿圈602与齿轮304，使齿圈601、齿圈602与齿轮304成为一个整体来传动。其他轴齿关系详细见图4。
68.具体地，本实施例中的耦合系统可以实现单电机纯电动模式、双电机纯电动模式、功率分流模式、串联增程模式、再生制动模式和驻车发电模式。
69.其中与实施例3相比新增双电机纯电动模式，具体地，通过模式切换控制机构控制第一离合器501处于闭合状态，第二离合器502处于脱离状态，第三离合器503处于脱离状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于双电机纯电动模式。此时相当于行星齿轮机构的两个行星轮302和303轮轴位置固定，发电机102产生的动力依次传动轴401、太阳轮301、行星轮302和行星轮303、齿圈601、齿圈602、齿轮304、齿轮305。驱动电机103产生的动力依次传动轴403、齿轮306、齿轮305。来自发动机102和驱动电机103的动力在齿轮305处汇合，通过轴齿传动机构输出至动力输出机构104。根据汽车的原理，纯电动汽车应该由一个电机加一个自动变速箱组成，以满足电动汽车低速、大扭矩、高续航的机动性。但目前国内还没有生产自动变速器的技术，所以纯电动汽车大多采用固定传动比驱动，影响爬坡和高速不能同时考虑，在高速旋转的情况下，电机效率会大大降低。为了解决这个问题，双电机纯电动模式使用两个电机，并通过一个运动合成器将它们有机地闭合起来。电机1承载低速高扭矩部分，电机2承载高速低扭矩部分。当达到必要的速度时，两台电机可以同时工作，兼顾低速爬坡和高速续航。在整个运行过程中，所有的档位都是自动切换的，从根本上改变了纯电动车的操控性，同时也最大化了它的续驶里程。耦合系统工作在双电机纯电动模式的时候由发电机102和驱动电机103两个动力源驱动。
70.本实施例4在双电机纯电动模式以外的其他工作模式与实施例3中的相对应的工作模式的传动相同，因此不再重复做说明。
71.如图5所示，在另一实施例5中，与实施例4相比实施例4的第一离合器501也就是单向离合器被替换为实施例5的第一离合器501也就是制动器。当第一离合器501闭合时固定发动机101的输出轴和行星架701。第二离合器502和第三离合器503为滑动设计，均可沿着传动轴304的轴向方向。当第二离合器502闭合时制动齿圈601，齿圈的位置被固定。当第三离合器503闭合时，齿圈601和齿圈602固连，齿轮304、齿圈602和齿圈601可视为一个整体传动。其他轴齿关系与实施例4一致。本实施例5在全部工作模式与实施例4中的相对应的工作模式的传动相同，因此不再重复做说明。实施例5说明在传动结构不变的情况下，本领域技
术人员可以对本发明的部分技术方案替换以实现同样的有益效果是可行的，而这一情况不脱离本发明技术方案的精神和范围。
72.如图6所示，在另一实施例6中，齿轮304为齿圈602的外齿，齿圈602与齿轮304为一体结构，齿圈602两端设置有花键分别与第一离合器501和第二离合器502连接。第一离合器501闭合时，齿圈601和齿圈602固连，此时齿圈601、齿圈602和齿轮304可视为一体结构，与实施例3中的齿圈601和齿轮304一体结构一致。第二离合器502闭合时，齿轮304、齿圈602、传动轴401和太阳轮301固连。其他轴齿关系详细见图6。
73.更进一步地，耦合系统的工作模式有单电机纯电动模式、并联混动模式、发动机直驱模式、功率分流模式、串联增程模式、再生制动模式以及驻车发电模式。
74.本实施例6在单电机纯电动模式、再生制动模式以及驻车发电模式与实施例3中的相对应的工作模式的传动相同，因此不再重复做说明。
75.具体地，通过模式切换控制机构控制第一离合器501处于脱离状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于停止状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于双电机纯电动模式。此时相当于行星齿轮机构不参与传动，发电机102和驱动电机103产生的动力通过轴齿传动机构输出至动力输出机构104。耦合系统工作在双电机纯电动模式的时候由发电机102和驱动电机103两个动力源驱动。
76.具体地，通过模式切换控制机构控制第一离合器501处于闭合状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于并联混动模式。此时本实施例6的耦合系统的传动与实施例3中并联混动模式一致，因此不再重复做说明。耦合系统工作在并联混动模式的时候由发动机101和驱动电机103两个动力源驱动。
77.具体地，通过模式切换控制机构控制第一离合器501处于闭合状态，第二离合器502处于闭合状态，发动机101处于启动状态，驱动电机103处于空转状态，这样就使得耦合系统处于发动机直驱模式。此时本实施例6的耦合系统的传动与实施例3中发动机直驱模式一致，因此不再重复做说明。耦合系统工作在发动机直驱模式的时候只有发动机101一个动力源驱动。
78.具体地，通过模式切换控制机构控制第一离合器501处于闭合状态，第二离合器502处于脱离状态，发动机101处于启动状态，发电机102处于启动状态，驱动电机103处于启动状态，这样就使得耦合系统处于功率分流模式。此时本实施例6的耦合系统的传动与实施例3中功率分流模式一致，因此不再重复做说明。耦合系统工作在功率分流模式的时候由发动机101、发电机102和驱动电机103三个动力源驱动。
79.本技术的另一方面的实施例还提供一种混合动力汽车，包括上述各个实施例的任意一个所述的耦合系统。
80.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种混合动力汽车的耦合系统，其特征在于，包括发动机(101)、发电机(102)、驱动电机(103)、动力输出机构(104)、以及传动系统，分别与所述发动机(101)、所述发电机(102)、所述驱动电机(103)、所述动力输出机构(104)传动连接；其中，所述传动系统包括行星齿轮机构(201)、第一轴齿传动机构、第一离合器(501)；所述行星齿轮机构(201)分别与所述发动机(101)、所述发电机(102)和所述第一轴齿传动机构传动连接，用于将所述发动机(101)提供的动力传输至所述发电机(102)和所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动机构分别与所述行星齿轮机构(201)、所述动力输出机构(104)和所述驱动电机(103)传动连接，用于将所述行星齿轮机构(201)和所述驱动电机(103)提供的动力输出到所述动力输出机构(104)。2.如权利要求1所述的耦合系统，其特征在于，所述第一离合器(501)位于所述发电机(102)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(401)上；所述耦合系统的工作模式包括预设的发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式；所述发动机(101)、发电机(102)、驱动电机(103)、第一离合器(501)用于控制所述耦合系统的工作模式在所述发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式之间切换。3.如权利要求1所述的耦合系统，其特征在于，所述传动系统还设置有第二离合器(502)。4.如权利要求3所述的耦合系统，其特征在于，所述耦合系统的工作模式包括预设的发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式；所述发动机(101)、发电机(102)、驱动电机(103)、第一离合器(501)及第二离合器(502)用于控制所述耦合系统的工作模式在所述发动机直驱模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式之间切换。5.如权利要求4所述的耦合系统，其特征在于，所述第一离合器(501)位于所述发动机(101)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(404)上，所述第二离合器(502)位于所述发电机(102)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(401)上；所述耦合系统切换到预设的发动机直驱模式时，所述第二离合器(502)处于闭合状态且所述第一离合器(501)处于脱离状态，所述发动机(101)处于启动状态，所述发电机(102)处于停止状态，所述驱动电机(103)处于空转状态；所述发动机(101)提供的动力通过所述行星齿轮机构(201)全部传递至所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动机构将所述发动机(101)提供的动力全部传动至所述动力输出机构(104)。6.如权利要求4所述的耦合系统，其特征在于，所述第一离合器(501)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)和所述耦合系统的壳体之间，所述第二离合器(502)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)和所述发电机(102)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(401)之间；所述耦合系统切换到预设的发动机直驱模式时，所述第二离合器(502)处于闭合状态且所述第一离合器(501)处于脱离状态，所述发动机(101)处于启动状态，所述发电机(102)处于空转状态，所述驱动电机(103)处于空转状态；所述发动机(101)提供的动力通过所述行星齿轮机构(201)全部传递至所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动
机构将所述发动机(101)提供的动力全部传动至所述动力输出机构(104)。7.如权利要求4所述的耦合系统，其特征在于，所述第一离合器(501)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)上，所述第二离合器(502)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)和所述发电机(102)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(401)之间；所述耦合系统切换到预设的发动机直驱模式时，所述第二离合器(502)处于闭合状态且所述第一离合器(501)处于闭合状态，所述发动机(101)处于启动状态，所述发电机(102)处于空转状态，所述驱动电机(103)处于空转状态；所述发动机(101)提供的动力通过所述行星齿轮机构(201)全部传递至所述第一轴齿传动机构；所述第一轴齿传动机构将所述发动机(101)提供的动力全部传动至所述动力输出机构(104)。8.如权利要求4所述的耦合系统，其特征在于，所述耦合系统的工作模式包括预设的串联增程模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式；所述发动机(101)、发电机(102)、驱动电机(103)、第一离合器(501)及第二离合器(502)用于控制所述耦合系统的工作模式在所述串联增程模式、功率分流模式、单电机纯电动模式、再生制动模式、驻车发电模式之间切换。9.如权利要求8所述的耦合系统，其特征在于，所述第一离合器(501)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)和所述耦合系统的壳体之间，所述第二离合器(502)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)和所述发电机(102)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(401)之间；所述耦合系统切换到预设的串联增程模式时，所述第二离合器(502)处于脱离状态且所述第一离合器(501)处于闭合状态，所述发动机(101)处于启动状态，所述发电机(102)处于发电状态，所述驱动电机(103)处于启动状态；所述发动机(101)提供的动力通过所述行星齿轮机构(201)全部传递至所述发电机(102)；所述发电机(102)将所述发动机(101)提供的动力部分传递至所述驱动电机(103)，所述驱动电机(103)提供的动力通过所述第一轴齿传动机构全部传递至所述动力输出机构(104)。10.如权利要求8所述的耦合系统，其特征在于，所述传动系统还设置有第三离合器(503)，所述第一离合器(501)位于所述发动机(101)与所述行星齿轮机构(201)传动连接的传动轴(404)上，所述第二离合器(502)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)和所述耦合系统的壳体之间，第三离合器(503)位于所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)上；所述耦合系统切换到预设的串联增程模式时，所述第二离合器(502)处于闭合状态且所述第一离合器(501)和所述第三离合器(503)均处于脱离状态，所述发动机(101)处于启动状态，所述发电机(102)处于发电状态，所述驱动电机(103)处于启动状态；所述发动机(101)提供的动力通过所述行星齿轮机构(201)全部传递至所述发电机(102)；所述发电机(102)将所述发动机(101)提供的动力部分传递至所述驱动电机(103)，所述驱动电机(103)提供的动力通过所述第一轴齿传动机构全部传递至所述动力输出机构(104)。11.如权利要求1-10中的任意一项所述的耦合系统，其特征在于，所述第一轴齿传动机构包括第一齿轮(305)、第二齿轮(306)、第三齿轮(307)、第四齿轮(308)、第一传动轴(402)和第二传动轴(403)；所述第一齿轮(305)与所述驱动电机(103)之间通过第一传动轴(402)传动连接；所述第二齿轮(306)分别与所述第一齿轮(305)和所述行星齿轮机构(201)的齿圈(601)相啮合，将来自所述驱动电机(103)和所述发动机(101)提供的动力汇合；所述第三齿轮(307)与所述第二齿轮(306)通过所述第二传动轴(403)传动连接；所述第三齿轮(307)
与所述第四齿轮(308)传动连接将动力传递至所述动力输出机构(104)。12.一种混合动力汽车，其特征在于，包括如权利要求1-11中的任一项所述的耦合系统。

技术总结
本发明提供一种混合动力汽车的耦合系统，包括发动机、发电机、驱动电机、动力输出机构、以及传动系统；传动系统分别与发动机、发电机、驱动电机、动力输出机构传动连接；其中，传动系统包括行星齿轮机构、第一轴齿传动机构和第一离合器，且通过分别控制发动机、发电机及驱动电机的启动和停止及第一离合器的脱离和闭合，该耦合系统可以实现多种工作模式的切换，以适应不同的工作环境；使发动机可始终工作在最佳状态，以提高整体车辆的燃油效率。以提高整体车辆的燃油效率。以提高整体车辆的燃油效率。


技术研发人员：朱洪兴 张卓凡
受保护的技术使用者：广州智源动力科技有限责任公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/6/28