具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明一实施例提出一种混合动力耦合系统，图1为本实施例混合动力耦合系统的结构示意图，参阅图1，本实施例混合动力耦合系统包括发动机1、传动机构2、离合器3、行星排4、制动器5、驱动电机6和差速器7，所述行星排4包括太阳轮41、行星架42和齿圈43；所述离合器3的主动部分通过所述传动机构2与所述发动机1输出端连接，从动部分与所述齿圈43连接；所述太阳轮41与所述驱动电机6的输出端连接，所述行星架42与所述差速器7连接，所述齿圈43、行星架42均与所述制动器5连接；所述差速器7用于与汽车的驱动轮8连接，带动驱动轮8转动。

具体而言，所述发动机1和所述驱动电机6为汽车提供驱动力，所述传动机构2用于将发动机1输出的驱动力传递至离合器3处，本实施例中传动机构2可以选择齿轮组件，以达到传递驱动力的目的即可，本实施例中不做具体限定，应当理解为任一种能够实现本实施例发动机1驱动力传递的机构均在本实施例的保护范围之内。

基于本实施例的混合动力耦合系统，汽车行驶过程中，通过获取当前电池SOC值、当前整车需求功率以及当前车速，并将当前电池SOC值、当前整车需求功率以及当前车速分别与对应的阈值一一进行比较，并根据比较结果控制本实施例的混合动力耦合系统的各个元件的工作。

其中，如果当前电池SOC值<第一预设SOC阈值或当前整车需求功率>预设功率阈值，且当前车速≤第一预设车速阈值，则设置所述发动机1启动、所述驱动电机6启动、所述离合器3闭合、所述制动器5脱开以使得汽车处于功率分流驱动模式；所述第一预设车速阈值为根据当前油门踏板开度查询预设表格获得，所述预设表格存储有不同油门踏板开度与对应不同第一预设车速阈值的标定值。

功率分流驱动模式工作原理具体如下：所述离合器3闭合，所述制动器5脱开，所述发动机1带动所述离合器3转动，所述离合器3带动所述齿圈43转动，所述驱动电机6带动所述太阳轮41转动，最终，所述发动机1和所述驱动电机6共同带动所述行星架42转动，所述行星架42带动所述差速器7转动，所述差速器7带动汽车的驱动轮8转动。

并且，所述行星排4的太阳轮41输入转矩Ts、齿圈43输入转矩Tr、行星架42输入转矩Tc满足以下关系：

Ts：Tr：Tc＝1：k：-(1+k)

并且，所述行星排4的太阳轮41转速Ns、齿圈43转速Nr、行星架42转速Nc满足以下关系：

Ns+k×Nr＝(1+k)×Nc

其中，k为行星排4特征值。

其中，如果当前电池SOC值<第一预设SOC阈值或当前整车需求功率>预设功率阈值，且当前车速>第一预设车速阈值时，则设置所述发动机1启动、所述驱动电机6启动、所述离合器3和所述制动器5均闭合以使得汽车处于并联驱动模式。

所述并联驱动模式的工作原理具体如下：所述离合器3闭合，所述制动器5闭合，所述太阳轮41、所述行星架42以及所述齿圈43的转速一致，即Ns＝Nr＝Nc。最终，所述发动机1带动所述离合器3转动，所述离合器3带动所述齿圈43转动，所述齿圈43直接带动行星架42转动，所述行星架42带动所述差速器7转动，所述差速器7带动汽车的驱动轮8转动。

通过以上实施例的描述可知，本实施例混合动力耦合系统利用预设车速阈值界定出低车速和高车速，充分利用了行星排4和动力耦合系统串并联结构的优势，在汽车低车速运行时采用功率分流驱动模式驱动汽车运行，在汽车高车速运行时采用并联驱动模式驱动汽车运行，能够兼顾功率分流结构和串并联结构的优点。并且，本实施例系统由于驱动电机6直接与轮端相连接，在绝大部分情况下，换挡、启动发动机1以及模式切换都不会动力中断，驱动电机6端与轮端传动机构2简单，驱动电机6驱动、回收时机械效率高。

可以理解的是，一般的混动构型为了应对低SOC低车速的工况，要么采用两个驱动电机6，一驱动电机6用来发电另外一驱动电机6用来驱动，要么采用复杂的传动结构。而本实施例采用行星架42应对低速低SOC的驱动需求，结构简单，制造成本低，易于大规模推广应用。

基于以上实施例，在一具体实施例中，如果当前电池SOC值>第一预设SOC阈值，且当前整车需求功率<预设功率阈值时，则设置所述发动机1停机、所述驱动电机6启动、所述离合器3脱开、所述制动器5闭合以使得汽车处于纯电驱动模式。

所述纯电驱动模式的工作原理具体如下：所述离合器3脱开所述制动器5闭合，所述太阳轮41、所述行星架42、所述齿圈43的转速一致，即Ns＝Nr＝Nc。所述驱动电机6转动，带动所述太阳轮41转动，所述太阳轮41带动所述行星架42转动，所述行星架42带动所述差速器7转动，所述差速器7带动汽车的驱动轮8转动，即由所述驱动电机6直接驱动汽车。

其中，不同驱动模式之间离合器3、制动器5的状态如下表1所示：

表1

在一具体实施例中，如图2所示，所述传动机构2包括第一轴21和第二轴25，所述第一轴21一端与所述发动机1输出端连接，所述第一轴21上设置有一档齿轮22、同步器23和二档齿轮24，所述第二轴25上设置有第一齿轮26和第二齿轮27，所述一档齿轮22与所述第一齿轮26啮合，所述二档齿轮24与所述第二齿轮27啮合，所述同步器23用于控制所述第一档位齿轮或所述第二档位齿轮与所述第一轴21同步结合或分离。

其中，所述第一档位齿轮与所述第一齿轮26之间，以及所述第二档位齿轮与所述第二齿轮27之间分别形成不同的传动比，使得发动机1-轮端具有两个档位，相当于传统车的三档和四档。

其中，在汽车处于功率分流驱动模式时，在所述同步器23的作用下，所述第一档位齿轮与所述第一轴21结合，所述第二档位齿轮与所述第一轴21分离；此时，所述发动机1带动所述第一轴21、所述第一挡位齿轮、所述第一齿轮26、所述第二轴25转动，所述第二轴25带动所述离合器3转动，所述离合器3带动所述齿圈43转动，所述驱动电机6带动所述太阳轮41转动，最终，所述发动机1和所述驱动电机6共同带动所述行星架42转动，所述行星架42带动所述差速器7转动，所述差速器7带动汽车的驱动轮8转动。

其中，在汽车处于并联驱动模式时，如果第一预设车速阈值<当前车速≤第二预设车速阈值，则在所述同步器23的作用下，所述第一档位齿轮与所述第一轴21结合，所述第二档位齿轮与所述第一轴21分离；此时，所述发动机1带动所述第一轴21、所述第一挡位齿轮、所述第一齿轮26、所述第二轴25转动，所述第二轴25带动所述离合器3转动，所述离合器3带动所述齿圈43转动，所述驱动电机6带动所述太阳轮41转动，最终，所述发动机1和所述驱动电机6共同带动所述行星架42转动，所述行星架42带动所述差速器7转动，所述差速器7带动汽车的驱动轮8转动。

其中，在汽车处于并联驱动模式时，如果第二预设车速阈值<当前车速，则在所述同步器23的作用下，所述第一档位齿轮与所述第一轴21分离，所述第二档位齿轮与所述第一轴21结合；此时，所述发动机1带动所述第一轴21、所述第二挡位齿轮、所述第二齿轮27、所述第二轴25转动，所述第二轴25带动所述离合器3转动，所述离合器3带动所述齿圈43转动，所述驱动电机6带动所述太阳轮41转动，最终，所述发动机1和所述驱动电机6共同带动所述行星架42转动，所述行星架42带动所述差速器7转动，所述差速器7带动汽车的驱动轮8转动。

其中，所述第二预设车速阈值为根据当前油门踏板开度查询预设表格获得，所述预设表格存储有不同油门踏板开度与对应不同第二预设车速阈值的标定值。

需说明的是，由于功率分流驱动模式适用的当前车速范围较窄，所以功率分流时，发动机1一直处于第一档。发动机1的换挡只适用于并联驱动模式。需要换挡的时候，脱开所述离合器3，所述驱动电机6输出力矩跟随整车需求，所述发动机1自行控制自身转速，换挡拨杆将同步器23换向另一端，成功换挡至第二档后，所述发动机1调节转速使所述离合器3左右两端速差小于一定预设值，然后所述离合器3结合。

具体而言，本实施例系统并联驱动模式下的发动机1-轮端具有两个档位，相当于传统车的三档和四档，发动机1-轮端采用两个传动档位，充分地利用了发动机1的高效燃油区域，并且传动机构2简单，机械传递效率高，尽可能使发动机1处于最佳燃油消耗区域并尽可能减小能量转换损失，使得汽车的燃油经济性得到大大的提高。

本发明另一实施例还提出一种混合动力耦合系统的控制方法，其用于控制如上述实施例所述混合动力耦合系统的在汽车行驶过程中的工作，图3为本实施例控制方法的流程图，参阅图3，本实施例方法具体包括如下步骤：

步骤S10、汽车行驶过程中，获取当前电池SOC值、当前整车需求功率以及当前车速，并将当前电池SOC值、当前整车需求功率以及当前车速分别与对应的阈值一一进行比较；

步骤S21、如果当前电池SOC值<第一预设SOC阈值或当前整车需求功率>预设功率阈值，且当前车速≤第一预设车速阈值，则控制发动机启动、驱动电机启动、离合器闭合、制动器脱开以使得汽车处于功率分流驱动模式；

具体而言，所述功率分流驱动模式工作原理具体如下：所述离合器闭合，所述制动器脱开，所述发动机带动所述离合器转动，所述离合器带动所述齿圈转动，所述驱动电机带动所述太阳轮转动，最终，所述发动机和所述驱动电机共同带动所述行星架转动，所述行星架带动所述差速器转动，所述差速器带动汽车的驱动轮转动。

并且，所述行星排的太阳轮输入转矩Ts、齿圈输入转矩Tr、行星架输入转矩Tc满足以下关系：

Ts：Tr：Tc＝1：k：-(1+k)

并且，所述行星排的太阳轮转速Ns、齿圈转速Nr、行星架转速Nc满足以下关系：

Ns+k×Nr＝(1+k)×Nc

其中，k为行星排特征值。

步骤S22、如果当前电池SOC值<第一预设SOC阈值或当前整车需求功率>预设功率阈值，且当前车速>第一预设车速阈值，则控制发动机启动、驱动电机启动、离合器和制动器均闭合以使得汽车处于并联驱动模式。

具体而言，所述并联驱动模式的工作原理具体如下：所述离合器闭合，所述制动器闭合，所述太阳轮、所述行星架以及所述齿圈的转速一致，即Ns＝Nr＝Nc。最终，所述发动机带动所述离合器转动，所述离合器带动所述齿圈转动，所述齿圈直接带动行星架转动，所述行星架带动所述差速器转动，所述差速器带动汽车的驱动轮转动。

通过以上实施例的描述可知，本实施例混合动力耦合系统利用预设车速阈值界定出低车速和高车速，并且，预设车速阈值的选取考虑油门踏板开度的影响，在汽车低车速运行时采用功率分流驱动模式驱动汽车运行，在汽车高车速运行时采用并联驱动模式驱动汽车运行，能够兼顾功率分流结构和串并联结构的优点。

基于以上实施例方法，在一具体实施例中，参阅图4，所述方法还包括：

步骤S23、如果当前电池SOC值>第一预设SOC阈值，且当前整车需求功率<预设功率阈值，则控制发动机停机、驱动电机启动、离合器脱开、制动器闭合以使得汽车处于纯电驱动模式。

所述纯电驱动模式的工作原理具体如下：所述离合器脱开所述制动器闭合，所述太阳轮、所述行星架、所述齿圈的转速一致，即Ns＝Nr＝Nc。所述驱动电机转动，带动所述太阳轮转动，所述太阳轮带动所述行星架转动，所述行星架带动所述差速器转动，所述差速器带动汽车的驱动轮转动，即由所述驱动电机直接驱动汽车。

具体而言，本实施例中不同驱动模式的切换过程如下：

*纯电驱动模式切换至并联驱动模式；

从纯电驱动模式切换到并联驱动模式需要启动所述发动机，所述发动机启动完成后发出点火成功信号，此时，所述离合器脱开，所述发动机自行调整转速，使所述离合器左右两端的转速差<50rpm，所述离合器结合。

*并联驱动模式切换至纯电驱动模式；

并联驱动模式下，所述发动机逐渐减小力矩，同时所述驱动电机逐渐增加补偿扭矩，当所述发动机力矩<一定预设值的时候，所述离合器脱开，所述发动机停机，汽车进入纯电驱动模式。

*纯电驱动模式切换至功率分流驱动模式；

纯电驱动模式下，进入发动机启动，所述发动机成功启动后，所述制动器脱开，所述驱动电机进入转速控制模式，使所述离合器两端的转速差<一定预设值，然后所述离合器结合，所述驱动电机进入扭矩控制模式，汽车进入功率分流驱动模式。

*功率分流驱动模式切换至纯电驱动模式；

功率分流驱动模式下，脱开所述离合器，所述驱动电机进入转速控制模式，使得所述制动器两端的转速差<一定预设值，然后所述制动器闭合，所述驱动电机进入扭矩控制模式，汽车进入纯电驱动模式。

*功率分流驱动模式切换至并联驱动模式；

功率分流驱动模式下，所述发动机的扭矩跟随整车需求扭矩，同时所述驱动电机进入转速控制模式，调整转速，使得所述齿圈和所述行星架转速差<一定预设值，闭合所述制动器，汽车进入并联驱动模式。

*并联驱动模式切换至功率分流驱动模式；

并联驱动模式下，调节所述发动机和所述驱动电机的输出扭矩，使之满足所述行星排的齿圈、行星架以及太阳轮的输入扭矩满足以下的关系式Ts：Tr：Tc＝1：k：-(1+k)，然后脱开所述制动器。

*并联驱动模式一、二档相互切换；

并联一档模式下，如果当前车速大于第二预设车速阈值的时候需要从并联一档切换至并联二档，反之，当前车速小于等于第二预设车速阈值的时候需要从并联二档切换至并联一档。切换过程为：发动机逐渐降低扭矩至零，电机同步输出补偿力矩，同步器脱开，发动机自行调节转速，使第一轴与中间轴转速同步，然后同步器拨向另一端并锁止，换挡成功后，发动机逐渐输出力矩。

基于以上实施例方法，在一具体实施例中，所述方法还包括：

当汽车处于并联驱动模式时，如果当前电池SOC值<第二预设SOC阈值，则控制驱动电机启动进行发电以对动力电池充电。

基于以上实施例方法，在一具体实施例中，所述控制发电机启动包括：

获取电池放电功率和当前车速；

如果电池放电功率≤预设放电功率阈值，或当前车速≤第三预设车速阈值时，则控制离合器脱开，并控制一12v电机(起动机)启动发动机；其中，起动机具体用于将蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的启动。

如果电池放电功率>预设放电功率阈值时，且当前车速>第三预设车速阈值时，则控制离合器滑摩以启动发动机，离合器滑摩过程中控制驱动电机额外输出补偿力矩以保证驾驶性，并且，发动机启动完成后发出点火成功信号，所述离合器脱开，所述发动机自行调整转速，使所述离合器左右两端的转速差<50rpm，所述离合器结合。

具体而言，在启动发电机时，通过12v电机启动和离合器滑摩启动两种方式，保证混动系统的恶劣环境适应能力的基础上兼顾了排放性和驾驶性。。

基于以上实施例方法，在一具体实施例中，所述控制方法还包括：

在汽车处于功率分流驱动模式时，控制所述同步器控制所述第一档位齿轮与所述第一轴结合，所述第二档位齿轮与所述第一轴分离；此时，所述发动机带动所述第一轴、所述第一挡位齿轮、所述第一齿轮、所述第二轴转动，所述第二轴带动所述离合器转动，所述离合器带动所述齿圈转动，所述驱动电机带动所述太阳轮转动，最终，所述发动机和所述驱动电机共同带动所述行星架转动，所述行星架带动所述差速器转动，所述差速器带动汽车的驱动轮转动。

在汽车处于并联驱动模式时，如果第一预设车速阈值<当前车速≤第二预设车速阈值，则控制所述同步器控制所述第一档位齿轮与所述第一轴结合，所述第二档位齿轮与所述第一轴分离；此时，所述发动机带动所述第一轴、所述第一挡位齿轮、所述第一齿轮、所述第二轴转动，所述第二轴带动所述离合器转动，所述离合器带动所述齿圈转动，所述驱动电机带动所述太阳轮转动，最终，所述发动机和所述驱动电机共同带动所述行星架转动，所述行星架带动所述差速器转动，所述差速器带动汽车的驱动轮转动。

在汽车处于并联驱动模式时，如果第二预设车速阈值<当前车速，则控制所述同步器控制所述第一档位齿轮与所述第一轴分离，所述第二档位齿轮与所述第一轴结合；此时，所述发动机带动所述第一轴、所述第二挡位齿轮、所述第二齿轮、所述第二轴转动，所述第二轴带动所述离合器转动，所述离合器带动所述齿圈转动，所述驱动电机带动所述太阳轮转动，最终，所述发动机和所述驱动电机共同带动所述行星架转动，所述行星架带动所述差速器转动，所述差速器带动汽车的驱动轮转动。

需说明的是，由于功率分流驱动模式适用的当前车速范围较窄，所以功率分流时，发动机一直处于第一档。发动机的换挡只适用于并联驱动模式。需要换挡的时候，脱开所述离合器，所述驱动电机输出力矩跟随整车需求，所述发动机自行控制自身转速，换挡拨杆将同步器换向另一端，成功换挡至第二档后，所述发动机调节转速使所述离合器左右两端速差<一定预设值，然后所述离合器结合。

具体而言，本实施例系统并联驱动模式下的发动机-轮端具有两个档位，相当于传统车的三档和四档，发动机-轮端采用两个传动档位，充分地利用了发动机的高效燃油区域，并且传动机构简单，机械传递效率高，尽可能使发动机处于最佳燃油消耗区域并尽可能减小能量转换损失，使得汽车的燃油经济性得到大大的提高。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。