技术领域
[0001] 本
发明涉及混合动力汽车，具体地说，本发明涉及一种混合动力汽车动力耦合装置及变速系统。
背景技术
[0002] 目前，混合动力汽车按
电机和
发动机的连接方式不同被分为三种类型，一是仅以电机驱动汽车，发动机用作对电机进行充电的“
串联混合动力”汽车，二是同时采用电机和发动机作为动力驱动汽车行驶的“并联混合动力”车辆，三是使用上述两种方式的“串并联混合动力”或称为“混联混合动力”汽车。其中，“并联混合动力”汽车因其结构复杂，轴向尺寸大，布置困难，由于是在前驱前置型混合动力汽车动力进行布置更加困难。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种紧凑型的混合动力汽车动力耦合装置。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种混合动力汽车动力耦合装置，该动力耦合装置设在汽车
变速器的
箱体内，动力耦合装置包括电机、
行星轮系、
制动器和
离合器，电机与行星轮系集成一体，电机包括
定子和
转子，转子与行星轮系的
太阳轮连接，发动机的动力输出端与行星轮系的齿圈连接，变速箱的
输入轴与行星轮系的
行星架连接，发动机的动力经齿圈输出到变速器，制动器与发动机的动力输出端连接，制动器用于控制发动机的
锁定与松开，离合器设在齿圈与太阳轮之间，离合器用于控制太阳轮与齿圈的结合与分离，制动器和离合器由汽车控制系统控制进行分离或结合。
[0005] 在车辆静止时，整车挂P档或采用
车轮制动，起动机带动发动机起动，所述制动器和所述离合器分离，发动机处于松开状态，所述齿圈与所述太阳轮处于分离状态，发动机通过所述行星轮系带动所述电机反向空转。
[0006] 在车辆纯电动行驶时，所述制动器锁定，所述发动机处于锁定状态，所述离合器分离，所述齿圈与所述太阳轮处于分离状态，所述电机通过所述行星轮系将动力传递至所述变速器，电机的输出
扭矩通过行星轮系得以放大。
[0007] 在车辆停车发电时，整车挂P档或采用车轮制动，所述制动器和所述离合器分离，所述发动机输出功率，发动机通过所述行星轮系带动所述电机反向空转，电机处于发电状态。
[0008] 在车辆由发动机驱动进行起步时，整车由P档转D档或R档，松开整车制动
踏板，所述制动器和所述离合器分离，发动机正转输出正扭矩，电机反转输出正扭矩，动力耦合装置输出正扭矩至变速器驱动车辆起步；电机并由负转速逐渐
加速到正转速，直到与发动机同转速，离合器切换成结合状态，车辆进入并联驱动状态，电机提供辅助动力，发动机与电机共同驱动车辆行驶。
[0009] 在车辆处于高速并联驱动时，所述制动器分离，所述离合器结合，所述发动机停止喷油，所述电机正转并输出负扭矩，电机进入发电模式，回收整车
能量。
[0010] 在车辆处于调速模式下的
再生制动时，且车辆处于中低速行驶时，所述制动器锁定，所述离合器分离，电机正转输出制动扭矩，电机进入发电模式，回收整车能量。
[0011] 本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述动力耦合装置的混合动力汽车变速系统，其还包括变速器和同步器换向机构，变速器连接在同步器换向机构和动力耦合装置之间，发动机的动力经动力耦合装置输出到变速器。
[0013] 本发明采用上述技术方案，与
现有技术相比，可以取消原有变速箱中
液力变矩器及行星轮换向机构，并将动力耦合装置与变速箱集成为一体，占据原有液力变矩器及行星轮换向机构的空间，使得动力耦合装置整体结构紧凑，从而提高
动力总成系统的集成度，便于向不同车型平台的移植；本变速系统采用同步器换向方式，与原有行星轮换向方式比，具有结构简单、效率高的优点；本动力耦合装置中能够实现整车的无滑模起步，无摩擦能量损耗，可以替代传统变速箱的液力变矩器，进而提高系统的效率；本动力耦合装置的发动机和电机分别与行星轮系统的齿圈和太阳轮连接，利用行星轮系的双轴输入特性，可以在原有变速箱的
基础上进一步扩大速比范围，从而提高整车的动力性，也便于优化发动机的工作点提高整车的经济性；采用本动力耦和装置，整车能够实现所有混合动力功能，如纯电动行驶、发动机起动、动力辅助、再生制动、调速驱动及再生制动等功能，尤其是高速时，可以将离合器锁定，进入并联模式，能够进一步提高整车的动力性；变速系统采用单
驱动电机的方式实现插电式混合动力功能，具有成本低的优点；本动力耦合装置具有结构紧凑、传动效率高、成本低等诸多优点，能够满足插电式和非插电式
混合动力系统的耦合需求。
附图说明
[0014] 图1为本发明的动力耦合装置及变速系统的原理示意图；
[0015] 图2为本发明的动力耦合装置及变速系统与车辆其它部件连接的原理示意图；
[0016] 图3为本发明的动力耦合装置在车辆静止时工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0017] 图4为图3对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图；
[0018] 图5为本发明的动力耦合装置在车辆行驶时起动发动机时的工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0019] 图6为图5对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图；
[0020] 图7为本发明的动力耦合装置在车辆为纯电动行驶时的工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0021] 图8为图7对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图，图中Zs为太阳
轮齿数，Zr为齿圈齿数；
[0022] 图9为本发明的动力耦合装置在车辆停车时电机进行发电时的工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0023] 图10为图9对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图，图中Zs为太阳轮齿数，Zr为齿圈齿数；
[0024] 图11为本发明的动力耦合装置在发动机驱动车辆起步时的工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0025] 图12为图9对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图，图中Zs为太阳轮齿数，Zr为齿圈齿数；
[0026] 图13为本发明的动力耦合装置在并联驱动时的工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0027] 图14为图13对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图；
[0028] 图15为本发明的动力耦合装置在高速并联再生制动时的工作示意图，图中箭头表示能量流动方向；
[0029] 图16为图15对应的动力耦合装置工作时的发动机与电机的速度杠杆关系图；
[0030] 图17为本发明的动力耦合装置在调速模式下再生制动时的发动机与电机的速度杠杆关系图；
[0031] 图18为本发明的动力耦合装置在并联车速降低到中低速时再生制动时的发动机与电机的速度杠杆关系图；
[0032] 上述图中的标记均为：1、变速器；2、同步器换向机构；3、定子；4、转子；5、制动器；6、离合器；7、齿圈；8、太阳轮；9、发动机；10、电机；11、行星轮系。
具体实施方式
[0033] 如图1和图2所示，本发明一种混合动力汽车变速系统，其包括变速器1、同步器换向机构2和动力耦合装置，变速器1连接在同步器换向机构2和动力耦合装置之间，发动机9的动力经动力耦合装置输出到变速器1。该变速器1为CVT无级变速器。
[0034] 如图1和图2所示，混合动力汽车变速系统的动力耦合装置设在变速器1的箱体内，该动力耦合装置包括电机10、行星轮系11、制动器5和离合器6，电机10与行星轮系11集成一体，电机10包括定子3和转子4，转子4与行星轮系11的太阳轮8连接，发动机9的动力输出端与行星轮系11的齿圈7连接，变速箱的输入轴与行星轮系11的行星架连接，发动机9的动力经齿圈7输出到变速器1，制动器5与发动机9的动力输出端连接，制动器5用于控制发动机9的锁定与松开，离合器6设在齿圈7与太阳轮8之间，离合器6用于控制太阳轮8与齿圈7的结合与分离，制动器5和离合器6由汽车控制系统控制进行分离或结合。
[0035] 基于该动力耦和装置，整车能够实现所有混合动力功能，如纯电动行驶、发动机9起动、动力辅助、再生制动、调速驱动及再生制动等功能，通过对离合器6和制动器5的控制可以实现各工作模式的切换。尤其是高速时，可以将离合器6结合，进入并联模式，能够进一步提高整车的动力性。具体在实现各混合动力功能时，动力耦合装置的工作状态如下所述：
[0036] 1、图3为车辆静止发动机9起动：整车挂P档或车轮制动，制动器5分离，离合器6分离，起动机带动带动发动机9，发动机9带动齿圈7转动，齿圈7带动太阳轮8转动，太阳轮8带动电机10反方向空转，图4中1、2为起动过程切换图。
[0037] 2、图5为车辆行驶中起动发动机9：制动器5分离，离合器6分离，电机10不驱动，起动机带动发动机9起动，图6中1、2、3状态为发动机9起动切换图，随着发动机9的转速不断提高，发动机9带动齿圈7转动，太阳轮8的转速不断降低，直至电机10反方向空转。
[0038] 3、图7为纯电动行驶：制动器5锁定，离合器6分离，齿圈7固定不动，电机10驱动太阳轮8转动，太阳轮8带动行星轮转动，动力通过行星架传递至变速器1，此时电机10单独驱动整车，图8中可以看到电机10输出扭矩通过行星轮得以放大，从而保证了整车的纯电动加速性能。
[0039] 4、图9为停车发电：整车挂P档或车轮制动，制动器5分离，离合器6分离，发动机9正转输出正扭矩，发动机9输出功率。行星轮系的行星架固定，发动机9带动齿圈7转动，齿圈7通过行星轮带动太阳轮8转动，太阳轮8带动电机10反方向空转，电机10反转、正扭矩，吸收功率，处于发电状态。图10为停车发电时发动机9与电机10的速度杠杆图。
[0040] 5、图11为发动机9驱动车辆起步：整车由P档转D档（或R档），松开整车制动踏板；制动器5分离，离合器6分离，发动机9正转输出正扭矩；电机10在发动机9刚起动时为反转、正扭矩，系统输出正扭矩驱动车辆起步。
[0041] 当电机10由负转速加速到正转速，直到与发动机9同速，离合器6切换成结合状态，齿圈7与太阳轮8同步转动，车辆进入并联驱动状态。图12中1、2、3、4、5、6为各状态过渡示意图，到状态6时，离合器6结合。
[0042] 6、图14为并联驱动：在该模式下，制动器5分离，离合器6结合，可分为图14所示的几种情况：
[0043] （1）如图14（a），发动机9驱动，电机10与高压
电池之间的电连接断开，电机10仅空转，在低速时为零扭矩；
[0044] （2）如图14（b），发动机9驱动，电机10助力，发动机9与电机10共同驱动整车；
[0045] （3）如图14（c），发动机9驱动，电机10正转、负扭，进入发电模式，给高压电池充电。
[0046] 7、图15为高速并联时，制动器5分离，离合器6结合，发动机9停止喷油，电机10正转、负扭，进入发电模式，回收整车能量。
[0047] 8、图17为调速模式下的再生制动，制动器5分离，离合器6分离，
[0048] a、车辆高速运行，进入再生制动时，离合器6结合，进入高速并联再生制动模式，见图16状态描述；
[0049] b、车速较高，电机10正转，提供制动扭矩，迫使发动机9转速提高，产生较大倒拖扭矩，图17（a）中1、2为状态切换示意；
[0050] c、中低车速时，关闭发动机9，锁定制动器5，电机10正转，输出制动扭矩，进入发电状态，图17（b）中1、2为状态切换示意；
[0051] 9、图18为并联车速降低到中低速，发动机9关闭，制动器5锁定，电机10正转反扭，提供制动扭矩，并发电实现能量回收，图中1、2为状态切换示意。
[0052] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
