该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。

1.本技术涉及汽车动力系统技术领域，特别是涉及一种混合动力耦合系统。


背景技术：

2.近年来，出于节能环保方面的考虑，混合动力车型日趋热销。混合动力车辆的动力源为内燃机和电动机，电动机低速大扭矩的特点弥补了内燃机尤其是涡轮增压内燃机在低速扭矩不足的缺点，使车辆的动力性能得到充分的保证。同级别车型中采用混合动力技术在不降低动力性的前提下可匹配小排量发动机，燃油消耗率和排放性能也大大得到了改善。
3.目前混合动力汽车的自动变速器一般只有一个档位和一种速比，这样发动机和驱动电机可能在某些工况下不能工作在最有效率区，无法同时兼容低速较高的动力性需求以及高速运行低电耗的经济性需求；而有些两档、三挡混合动力变速器采用同步器来进行换挡，换挡时间比较长，常有动力中断，换挡不平稳，容易产生打齿异响等问题。并且变速箱的布置方式多采用双电机、多电机或发电机布置方式，成本高，体积大，结构复杂。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型提供了一种混合动力耦合系统及车辆，以解决现有技术中驱动电机效率低，动力系统换挡容易卡滞的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
6.一种混合动力耦合系统，包括驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机、变速传动机构以及输出轴，所述变速传动机构包括第一齿圈、第一齿轮组、第二齿轮组以及用以固定所述第一齿圈的制动器；
7.所述第一齿轮组包括第一太阳轮、第一行星架和至少两个第一行星齿轮，所述第一行星齿轮设于第一太阳轮与所述第一齿圈之间，且安装于所述第一行星架上，所述第一太阳轮通过第一离合器与所述驱动电机的转子连接；
8.所述第二齿轮组包括第二太阳轮、第二行星架和至少两个第二行星齿轮，所述第二行星齿轮设于第二太阳轮与所述第一齿圈之间，且安装于所述第二行星架上，所述第二太阳轮通过第二离合器与所述驱动电机的转子连接，且所述第二行星架两端分别与所述第一行星架和所述输出轴固定连接。
9.在其中一个实施例中，所述第一太阳轮与所述第一行星齿轮的传动比大于所述第二太阳轮与所述第二行星齿轮的传动比。
10.在其中一个实施例中，所述第一太阳轮、所述第二太阳轮以及所述输出轴同轴心线设置。
11.在其中一个实施例中，所述第一太阳轮为空心轮，连接所述第二太阳轮与所述第二离合器的传动轴穿过所述第一太阳轮。
12.在其中一个实施例中，所述第一齿圈通过制动器固定在所述驱动单元的壳体上。
13.在其中一个实施例中，所述输出轴依次通过锥齿轮副和差速器与车辆的车轮轴传动连接。
14.在其中一个实施例中，其还包括为车辆电池充电的发电单元，所述发电单元包括发动机和发电机，所述发动机的输出轴通过行星齿轮组与所述发电机连接。
15.在其中一个实施例中，所述行星齿轮组包括第三行星架、第三太阳轮、第三行星齿轮和第二齿圈，所述第二齿圈与所述发动机的壳体固定连接，所述第三太阳轮通过连接板与所述发电机的转子固定连接，所述第三行星齿轮设于第三太阳轮与所述第二齿圈之间，且安装于所述第三行星架上，所述第三行星架与所述发动机的输出轴固定连接。
16.另一方面，本实用新型还提供了一种车辆，包括动力电池、连接于所述动力电池的电机控制器以及前述的混合动力耦合系统，所述发动机、所述发电机和所述驱动电机连接于所述电机控制器并受所述电机控制器控制。
17.本方案的有益效果：本实用新型采用双离合结合行星齿轮结构的方案，通过第一离合器和第二离合器来控制换挡，与传统同步器换挡相比，本换挡方式无动力中断现象，换挡平稳，无冲击，换挡较快；本方案利用双离合以及制动器实现了三挡变速模式，可以最大程度利用驱动电机的高效区间，提升效率；本方案采用行星齿轮结构，相比传统齿轮组啮合，结构更紧凑，空间占用小。
附图说明
18.图1为本实用新型混合动力耦合系统一实施例的示意图；
19.图2为本实用新型混合动力耦合系统纯电动一档模式的示意图；
20.图3为本实用新型混合动力耦合系统纯电动二档模式的示意图；
21.图4为本实用新型混合动力耦合系统纯电动三档模式的示意图；
22.图5为本实用新型混合动力耦合系统增程一档模式的示意图；
23.图6为本实用新型混合动力耦合系统增程一档模式的示意图；
24.图7为本实用新型混合动力耦合系统增程一档模式的示意图。
25.说明书附图中的附图标记包括：驱动电机1、第二离合器2、第一离合器3、第一太阳轮4、第一行星齿轮5、第一行星架6、第二行星齿轮7、第一齿圈8、制动器9、第二行星架10、第二太阳轮11、输出轴12、锥齿轮副13、车轮轴14、发动机15、第三行星架16、第三太阳轮17、第三行星齿轮18、第二齿圈19、发电机20、连接板21。
具体实施方式
26.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
27.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
28.本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内
容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
29.本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“纵向”、“横向”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，亦仅为了便于简化叙述，而不是指示或暗示所指的装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.参见图1，本实用新型提供的混合动力耦合系统，包括驱动单元，驱动单元包括驱动电机1、变速传动机构以及输出轴12，变速传动机构包括第一齿圈8、第一齿轮组、第二齿轮组以及用以固定第一齿圈8的制动器9；
31.第一齿轮组包括第一太阳轮4、第一行星架6和至少两个第一行星齿轮5，第一行星齿轮5设于第一太阳轮4与第一齿圈8之间，且安装于第一行星架6上，第一太阳轮4通过第一离合器3与驱动电机1的转子连接；
32.第二齿轮组包括第二太阳轮11、第二行星架10和至少两个第二行星齿轮7，第二行星齿轮7设于第二太阳轮11与第一齿圈8之间，且安装于第二行星架10上，第二太阳轮11通过第二离合器2与驱动电机1的转子连接，第二行星架10两端分别与第一行星架6和输出轴12固定连接。
33.基于上述示例，工作原理如下：
34.结合第一离合器3，断开第二离合器2时，驱动电机1的动力可通过第一齿轮组传递至第二行星架10，并通过与第二行星架10固定连接的输出轴12进行第一速比的动力输出；
35.结合第二离合器2，断开第一离合器3时，驱动电机1的动力可通过第二齿轮组传递至输出轴12，并通过输出轴12进行第二速比的动力输出；
36.结合第一离合器3和第二离合器2，断开制动器9时，变速传动机构会固定为一个整体，驱动电机1的动力可通过变速传动机构形成的整体传递给输出轴12，并通过输出轴12进行第三速比的动力输出。
37.本实用新型采用双离合结合行星齿轮结构的方案，通过第一离合器3和第二离合器2来控制换挡，与传统同步器换挡相比，本换挡方式无动力中断现象，换挡平稳，无冲击，换挡较快；本方案利用双离合以及制动器9实现了三挡变速模式，可以最大程度利用驱动电机1的高效区间，提升效率；本方案第一齿轮组和第二齿轮组为行星齿轮系，采用行星齿轮结构，相比传统齿轮组啮合，结构更紧凑，空间占用小。
38.下面结合附图对本混合动力耦合系统的组成结构进行详细描述。
39.图1是本混合动力耦合系统的结构示意图。
40.参见图1，在本实施例中，驱动电机1、离合器、变速传动机构以及输出轴12依次连接，使本混合动力耦合系统整体为纵向布置，适于动力总成为纵置的车辆。
41.其中，变速传动机构为具有两个传动路径的行星排结构，其整体结构紧凑，占用空间小，利于车辆动力总成的空间布局。
42.具体地，参见图1至图3，在本实施例中，第一传动路径上的传动部件包括第一太阳
轮4、第一行星齿轮5、第一行星架6和第二行星架10；第二传动路径上的传动部件包括第二太阳轮11、第二行星齿轮7和第二行星架10。
43.第一传动路径传递动力时，第一太阳轮4转动带动第一行星齿轮5绕第一太阳轮4公转，第一行星齿轮5公转带动第一行星架6公转，然后第一行星架6再带动第二行星架10转动，实现动力传递。
44.第二传动路径传递动力时，第二太阳轮11转动带动第二行星齿轮7绕第二太阳轮11公转，第二行星齿轮7公转带动第二行星架10转动，实现动力传递。
45.参见图1，对应于上述具有两个传动路径的变速传动机构，驱动电机1的转子分别通过第一离合器3和第二离合器2与两个传动路径进行传动连接，即驱动电机1的转子与第一太阳轮4之间通过第一离合器3传动连接，同时，驱动电机1的转子与第二太阳轮11之间通过第二离合器2传动连接。基于此，驱动电机1的动力可通过第一离合器3以及第一传动路径传递至输出轴12，也可通过第二离合器2以及第二传动路径传递至输出轴12，实现多档位动力传递。
46.另外，参见图1，在本实施例中，第一齿圈8通过制动器9固定在驱动单元的壳体上。制动器9将第一齿圈8与壳体固定后，第一太阳轮4和第二太阳轮11可以带动第一行星齿轮5和第二行星齿轮7沿第一齿圈8运动，为其中两个档位的动力传递提供基础；而制动器9断开第一齿圈8和壳体之间的连接后，第一齿圈8可与第一齿轮组和第二齿轮组构成一个整体，为第三个档位的动力传递提供基础。
47.参见图1，在本实施例中，第一齿圈8的宽度大于或等于第一行星齿轮5的宽度和第二行星齿轮7的宽度之和，使第一行星齿轮5和第二行星齿轮7与第一齿圈8之间具有足够的啮合宽度，提升系统动力传递的稳定性，并且第一齿圈8可以较好的对第一行星齿轮5和第二行星齿轮7进行防护，避免了齿轮暴露在外灰尘、异物对其等造成影响。
48.在本实施例中，第一行星齿轮5和第二行星齿轮7均与第一齿圈8进行啮合，可以使两组齿轮组在横向方向的尺寸一致，利于动力系统的纵向布局。并且该种设置方式还可使第一传动路径进行动力传动时第二行星齿轮7也会沿第一齿圈8运动，因此即使第一齿圈8对应第一行星齿轮5的部分具有缺齿等缺陷时，也能通过第二行星齿轮7与第一齿圈8的啮合确保系统稳定的动力传递，同样的，第二传动路径进行动力传动时第一行星齿轮5也会沿第一齿圈8运动，因此即使第一齿圈8对应第二星齿轮7的部分具有缺齿等缺陷时，也能通过第一行星齿轮5与第一齿圈8的啮合确保系统稳定的动力传递，综上，本系统通过双重啮合给动力传递带来了双重保障，使系统的传动稳定性更高。
49.参见图1，在一示例中，第一太阳轮4与第一行星齿轮5的传动比大于第二太阳轮11与第二行星齿轮7的传动比。如此设置，使得本系统在驱动电机1输出功率相同的情况下，通过第一传动路径进行动力传递的输出轴12的转速要大于通过第二传动路径进行动力传递的输出轴12的转速，进而实现中速档和低速档的划分。
50.另外，参见图1，在本实施例中，第一太阳轮4的半径加上第一行星齿轮5的直径等于第二太阳轮11的半径加上第二行星齿轮7的直径，使第一齿轮组和第二齿轮组能够共用第一齿圈8。
51.参见图1，在一示例中，第一太阳轮4、第二太阳轮11以及输出轴12同轴心线设置，如此设置，使系统整体布置规整，减小横向尺寸，利于实现纵置后驱。
52.参见图1，第一太阳轮4为空心轮，与第二离合器2连接的中间轴穿过第一太阳轮4后与第二太阳轮11相连，以便实现第一太阳轮4和第二太阳轮11的同轴心线布置，进而为纵置后驱提供基础。
53.参见图1，在一示例中，输出轴12依次通过锥齿轮副13和差速器(图中未示出)与车辆的车轮轴14传动连接，以实现动力系统至车轮的动力传递。
54.另外，本系统还包括为车辆电池充电的发电单元，图2为本混合动力耦合系统中发电单元的结构示意图。
55.参见图2，本实施例中，发电单元具体包括发动机15和发电机20，发动机15的输出轴12通过行星齿轮组与发电机20增速连接。
56.其中，行星齿轮组包括第三行星架16、第三太阳轮17、第三行星齿轮18和第二齿圈19，第二齿圈19与发动机15的壳体固定连接，第三太阳轮17通过连接板21与发电机20的转子固定连接，第三行星齿轮18设于第三太阳轮17与第二齿圈19之间，且安装于第三行星架16上，第三行星架16与发动机15的输出轴12固定连接。
57.发电单元工作时，发动机15驱动第三行星架16转动，第三行星架16带动第三行星齿轮18绕第三太阳轮17公转，第三行星齿轮18公转带动第三太阳轮17转动，然后再通过连接板21将动力传递给发电机20的转子，进行发电。
58.本实施例中，发电单元的发动机15和发电机20通过行星齿轮组进行增速连接，可以大大提升发电效率。
59.据前所述，本实施例的驱动模式有纯电与混动两种方式，其工况有以下几种：
60.一、纯电模式
61.图2-图4是本实施例混合动力耦合系统工作于纯电动模式的示意图。
62.当电池电量充足的时候，整车可以以纯电动模式运行，如图2、图3、图4所示。
63.图2是纯电动一档模式，该模式下，第二离合器2结合，第一齿圈8通过制动器9与壳体固结，驱动电机1的动力依次通过第二太阳轮11、第二行星齿轮7、第二行星架10、输出轴12传递至锥齿轮副13，然后再经锥齿轮副13输出到车轮轴14，实现一档大速比输出。
64.图3是纯电动二档模式，该模式下，第一离合器3结合，第一齿圈8通过制动器9与壳体固结，驱动电机1的动力依次通过第一太阳轮4、第一行星齿轮5、第一行星架6、第二行星架10、输出轴12传递至锥齿轮副13，然后再经锥齿轮副13输出到车轮轴14，实现二档中速比输出。
65.图4是纯电动三挡模式，该模式下，制动器9断开，第一离合器3和第二离合器2结合，第一齿圈8、第一太阳轮4、第一行星齿轮5、第一行星架6、第二太阳轮11、第二行星齿轮7、第二行星架10和输出轴12固定为一个整体，驱动电机1通过变速传动机构整体将动力传递到锥齿轮副13，然后再经过锥齿轮副13输出到车轮轴14，实现三挡小速比输出。
66.二、增程模式
67.图5-图7是本实施例混合动力耦合系统工作于增程模式的示意图。
68.当电池电量低于一定值的时候，整车可以以增程模式运行，如图5、图6、图7所示。
69.图5是增程一档模式，该模式下，发动机15启动，拖动第三行星架16转动，并带动第三行星齿轮18绕第三太阳轮17公转，第三行星齿轮18公转带动第三太阳轮17转动，然后再通过连接板21将动力传递给发电机20的转子，从而实现从发动机15到发电机20的增速传
动，完成发电过程；同时第二离合器2结合，第一齿圈8通过制动器9与壳体固结，驱动电机1的动力依次通过第二太阳轮11、第二行星齿轮7、第二行星架10、输出轴12传递至锥齿轮副13，然后再经锥齿轮副13输出到车轮轴14，实现一档大速比输出。该模式下，发电单元处于发电模式，驱动单元处于一档模式，系统处于增程一档模式。
70.图6是增程二档模式，该模式下，发动机15启动，拖动第三行星架16转动，并带动第三行星齿轮18绕第三太阳轮17公转，第三行星齿轮18公转带动第三太阳轮17转动，然后再通过连接板21将动力传递给发电机20的转子，从而实现从发动机15到发电机20的增速传动，完成发电过程；同时第一离合器3结合，第一齿圈8通过制动器9与壳体固结，驱动电机1的动力依次通过第一太阳轮4、第一行星齿轮5、第一行星架6、第二行星架10、输出轴12传递至锥齿轮副13，然后再经锥齿轮副13输出到车轮轴14，实现二档中速比输出。该模式下，发电单元处于发电模式，驱动单元处于二档模式，系统处于增程二档模式。
71.图7是增程三档模式，该模式下，发动机15启动，拖动第三行星架16转动，并带动第三行星齿轮18绕第三太阳轮17公转，第三行星齿轮18公转带动第三太阳轮17转动，然后再通过连接板21将动力传递给发电机20的转子，从而实现从发动机15到发电机20的增速传动，完成发电过程；同时制动器9断开，第一离合器3和第二离合器2结合，第一齿圈8、第一太阳轮4、第一行星齿轮5、第一行星架6、第二太阳轮11、第二行星齿轮7、第二行星架10和输出轴12固定为一个整体，驱动电机1通过变速传动机构整体，将动力传递到锥齿轮副13，然后再经过锥齿轮副13输出到车轮轴14，实现三挡小速比输出。该模式下，发电单元处于发电模式，驱动单元处于三档模式，系统模式处于增程三挡模式。
72.本实施例中发电单元的发动机15和发电机20通过行星齿轮组连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机20的体积，提升发电单元的功率密度；发动机15、发电机20、驱动电机1同轴布置，利于实现纵置后驱；驱动电机1通过三个档位连接到车轮轴14，可以最大程度利用驱动电机1的高效区间，提升效率。并且本系统在车辆滑行时，同时断开制动器9、第一离合器3和第二离合器2，使驱动电机1与轮端断开，降低驱动电机1在滑行时的转速，从而降低驱动电机1的零扭矩控制功率，间接提高系统效率。
73.另一方面，本实用新型还提供了一种车辆，其包括动力电池、连接于动力电池的电机控制器以及前述任一实施例的混合动力耦合系统，发动机15、发电机20和驱动电机1连接于电机控制器并受电机控制器控制。
74.采用前述混合动力耦合系统，发动机15与发电机20连接成增程器，增程器在增程模式时工作为动力电池供电，而动力电池则为驱动电机1提供动力源。
75.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应理解以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
76.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。