专利名称：一种履带车辆机电耦合传动装置的制作方法
一种履带车辆机电耦合传动装置 本发明涉及传动装置，具体地讲，涉及机电耦合传动装置。 [背景技术]目前，履带车辆电传动装置主要是双侧电机结构和横轴式结构。如图3为双侧电 机结构，如图4为横轴式结构。双侧电机结构形式比较简单，直线行驶时，通过主电机带动左右侧主动轮来实现， 而转向过程时，则通过控制左右侧牵引电机所产生的转速差来实现，为了在转向时能够满 足功率要求，牵引电机必须具备很大的功率，因此，这种方案对电机的要求很高，增加了电 机研制的难度；横轴式结构利用主轴、零轴及汇流行星排，解决了履带车辆转向时功率循环 问题，从而大大降低了对牵引电机的功率要求，但不足之处是直驶电机与转向电机以及变 速机构并排布置，增加了系统的轴向尺寸，不利于系统在整车中的布置。本发明的目的在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种履带车辆机电耦合 传动装置，该装置实现了功率耦合及变速一体化功能，综合了双侧电机结构和横轴式结构 两种方案的优点，解决了双侧电机结构对电机要求高及横轴式结构轴向尺寸大的缺陷；另 外，该装置巧妙利用行星排特性结合制动器、离合器实现了履带车辆的爬坡、正常行驶、中 心转向以及大半径转向功能，提高了整体布置的灵活性，有效地减小了传动系统的总体尺 寸。本发明提供的一种履带车辆机电耦合传动装置，包括发动机、发电机、电力控制单 元、电机A、电机B、功率耦合及变速机构和驱动轮A及驱动轮B，其改进之处在于所述功率耦 合及变速机构包括行星排B、行星排A、离合器Cl、离合器C2和制动器L ；所述行星排B和行 星排A的齿圈共用，共用齿圈连接制动器L ；所述星排B与行星排A的两太阳轮与共用齿圈 之间分别设有离合器Cl和离合器C2。本发明提供的第一优选的履带车辆机电耦合传动装置，所述电力控制单元与电机 A和电机B通过电缆连接，电机A和电机B的输出轴与功率耦合及变速机构两行星排的太阳 轮轴机械连接；功率耦合及变速机构两行星排的行星架轴作为两侧输出轴，其上分别设有 制动器B、制动器A、侧减速器B、侧减速器A、驱动轮B和驱动轮A。本发明提供的第二优选的履带车辆机电耦合传动装置，所述传动装置包括增速 箱、储能系统、侧减速器B和侧减速器A ；所述行星排B的太阳轮轴与电机B的输出轴机械 连接，行星排B的行星架轴作为输出轴，其上设有制动器B、侧减速器B、驱动轮B ；所述行星 排A的太阳轮轴与电机A的输出轴机械连接，行星排A的行星架轴作为输出轴，其上设有制 动器A、侧减速器A、驱动轮A ；所述电机B和电机A同时与电力控制单元通过电缆连接；所
3述电力控制单元分别与储能系统和发电机通过电缆连接，发电机与增速箱机械连接，增速 箱与发动机机械连接。本发明提供的履带车辆机电耦合传动装置，发动机、功率耦合及变速机构、电力控 制单元和储能系统的个数均为1个，电机采用两个，在此基础上，适当增加行星排及相应的 操纵元件，便可实现转向功率耦合及多档位变速机构。通过控制两电机的输出和离合器、制动器的闭合与断开，可以实现履带车辆的爬 坡、正常行驶、中心转向以及大半径转向。(1)爬坡控制制动器L闭合，离合器Cl和C2断开，电机A和B同向转动，且Ii1 = n2,则功率耦合及变速机构左右两侧输出扭矩和转速如下Tl = (Hk1)T1 = (l+k2) T2 = Te
_ _ n2 _通过功率耦合及变速机构，扭矩增大，转速降低，实现了车辆的爬坡行驶。(2)正常行驶控制制动器L断开，离合器Cl和C2闭合，电机A和B同向转动，且 H1 = η2，功率耦合及变速机构左右两侧输出扭矩和转速关系如下TL = T1 = T2 = TEnL = Ii1 = η2 = ηΕ功率耦合及变速机构的输入、输出扭矩，输入、输出转速大小相等，经行星架输出 后，驱动车辆的正常行驶。(3)中心转向控制制动器L闭合，Cl和C2断开，电机A和B反向同速转动，即Ii1 =_η2，功率耦合及变速机构左右两侧输出扭矩和转速如下Tl = (Hk1)T1 = (l+k2) T2 = Te
_ H1 _ Yi2通过功率耦合及变速机构，扭矩增大，转速降低，且两个电机同速反转实现了履带 车辆的中心转向。(4)大半径转向右转时，左侧驱动轮转速需高于右侧驱动轮转速，此时控制制动 器L断开，离合器Cl断开，离合器C2闭合，功率耦合及变速机构的扭矩、转速如下Tl = T^TJTknE = n2
_ - 2η = υ + nR由上式可以得出，为了满足车辆右转所需 > ηκ，控制电机A、B的输出转速满足 Ii1 > η2 艮阿。左转时，右侧驱动轮转速需高于左侧驱动轮转速，此时制动器L断开，离合器Cl闭 合，离合器C2断开，控制电机A、B的输出转速满足ri2 > H1即可。(5)故障模式若其中一个电机发生故障，则控制离合器Cl和C2闭合，制动器L断 开，通过另一电机驱动车辆行驶。假设右侧电机发生故障，功率耦合及变速机构左右两侧输出扭矩和转速如下
Tl = Te = /2nL = Ii1 = nE在保持该基本原理不变的情况下，根据总体设计要求，通过适当在功率耦合及变 速机构中增加行星排及离合器、制动器的个数，可增加档位数，进一步降低对电机的要求， 实现电机与车辆的合理匹配。与现有技术相比，本发明提供的一种履带车辆机电耦合传动装置，具有以下优占.
^ \\\ ·1、通过一个功率耦合及变速机构，采用机械的方式解决了履带车辆转向时的功率 循环问题，较之双侧电机结构大大降低了对电机的要求，降低了电机的开发难度；较之横轴 式结构减少了转向齿轮组、零轴等转向系统，能够很好的减少传动系统总体尺寸；2、该机构具有变速功能，且变速档位可根据需求灵活增加，有利于电机与车辆的 合理匹配，实现履带车辆行驶要求；3、机电耦合传动装置通过合理控制两电机的转速和功率耦合及变速机构中离合 器、制动器的闭合与断开，进行变速、转向控制，实现履带车辆的爬坡、正常行驶、中心转向 以及大半径转向；4、功率耦合传动装置布置灵活、尺寸小，对电机要求相对较低；5、由于功率耦合及变速机构的发明，降低了对电机的要求，从而降低了电机的研 制风险，适用于履带车辆；6、去掉了履带车辆双流传动的转向齿轮组和零轴，布置灵活，可充分利用空间，结 构紧凑；7、通过一个耦合及变速机构，实现了功率耦合及变速一体化，取代了横轴式结构 中的变速机构及转向机构，结构较简单紧凑；8、均用两电机来实现直驶及转向，功率之和等于横轴式结构直驶电机的功率需 求，小于横轴式结构总的功率需求，横轴式有额外的转向电机用于转向。[附图及
]图1是本发明提供的一种机电耦合传动装置的连接关系图；图2是本发明提供的一种机电耦合传动装置的功率耦合及变速机构原理图；图中:1、驱动轮B ;2、侧减速器B ;3、制动器B ;4、电机B ;5、行星排B ;6、行星排A ； 7、电机A ;8、制动器A ;9、侧减速器A ;10、驱动轮A ;11、制动器L ;12、离合器Cl ；13、离合器 C2 ；14、发动机；15、增速箱；16、发电机；17、电力控制单元；18、储能系统；T1, T2分别为电机A、B的输出扭矩叫、Ii2分别为电机A、B的输出转速；TL, Te分别 为功率耦合及变速机构左右两侧的输出功率；rk、％分别为功率耦合及变速机构左右两侧 的输出转速；Tql、Tq2分别为两侧齿圈的输出功率；rv、nq2分别为两侧齿圈的输出转速；Tp Tj2分别为两侧行星架的输出功率；!^、 分别为两侧行星架的输出转速；Ttl、Tt2分别为两 侧太阳轮的输出功率；ntl、nt2分别为两侧太阳轮的输出转速；ki、k2为行星排特征参数，且& =k2。下面结合附图及具体实施例对本发明提供的一种履带车辆机电耦合传动装置控
5制方法作进一步更详细的说明。如图1所示虚线框内为本实施例的新型机电耦合传动装置的关键——功率耦合 及变速机构结构的基本型，在此基础上适当增加行星排及相应的操纵元件，便可实现转向 功率耦合及多档位变速机构，在本实施例中行星排为两排。(1)爬坡制动器L-Il闭合，制动器B-3和制动器A-8断开，离合器C1-12和离合 器C2-13断开，发动机14发出的功率经增速箱15传递给发电机16转化为电功率，此电功 率与储能系统18提供的电功率一起经电力控制单元17分配给两电机；电力控制单元17控 制电机A-7和电机B-4同向同速转动，将功率输出至功率耦合及变速机构行星排B-5和行 星排A-6的太阳轮，经过行星排B-5和行星排A-6的变速作用，由行星排B-5和行星排A-6 的行星架输出，转速降低，扭矩增大，再由行星架经过制动器B-3和制动器A-8以及侧减速 器B-2和侧减速器A-9进一步减速增扭，将功率分别输出至驱动轮B-I和驱动轮A-10，驱动 履带车辆爬坡。(2)正常行驶制动器L-Il断开，制动器B-3和制动器A-8断开，离合器C1-12和 离合器C2-13闭合，发动机14发出的功率经增速箱15传递给发电机16转化为电功率，此电 功率经电力控制单元17分配给两电机及必要时为储能系统18充电；电力控制单元17控制 电机A-7和电机B-4同向同速转动，将功率输出至功率耦合及变速机构两行星排B-5和行 星排A-6的太阳轮，行星排B-5和行星排A-6整体回转，由行星架输出的转速和扭矩不变， 再由行星架经过制动器B-3和制动器A-8以及侧减速器B-和侧减速器A-9减速增扭，将功 率分别输出至驱动轮B-I和驱动轮A-10，驱动履带车辆正常行驶。(3)中心转向制动器L-Il闭合，制动器B-3和制动器A-8断开，离合器C1-12和 离合器C2-13断开，发动机14发出的功率经增速箱15传递给发电机16转化为电功率，此 电功率与储能系统18提供的电功率一起经电力控制单元17分配给两电机；电力控制单元 17控制电机A-7和电机B-4反向同速转动，将功率输出至功率耦合及变速机构行星排B-5 和行星排A-6的太阳轮，经过行星排B-5和行星排A-6，由行星架输出的转速方向相反，转 速降低，扭矩增大，再由行星架经过制动器B-3和制动器A-8以及侧减速器B-2和侧减速器 A-9进一步减速增扭，将功率分别输出至驱动轮B-I和驱动轮A-10，实现履带车辆的中心转 向。(4)大半径转向右转时，驱动轮A-IO的转速需高于驱动轮B-I的转速，此时，制 动器L-11断开，制动器B-3和制动器A-8断开，离合器C1-12断开，离合器C2-13闭合，通过 电力控制单元17控制电机A-7转速升高，保持或降低电机B-4的转速，则驱动轮A-IO转速 高于驱动轮B-1，实现履带车辆的右转；左转时，驱动轮B-I转速需高于驱动轮A-IO转速， 则制动器L-Il断开、离合器C1-12闭合，离合器C2-13断开，通过电力控制单元17控制电 机B-4转速升高，保持或降低电机A-7的转速，则驱动轮A-IO转速高于驱动轮B-I，实现履 带车辆的左转；在转向功率不足时，储能系统的功率可经过电力控制单元17为两电机提供 电功率。(5)故障模式若其中一电机发生故障，则闭合离合器C1-12和离合器C2-13，断开 制动器L-11，通过另一电机驱动车辆行驶。结合图2机电耦合传动装置的功率耦合及变速机构原理图，理解本实施例的的传 动装置。
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最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解技术 人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，但这 些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。
权利要求
一种履带车辆机电耦合传动装置，包括发动机(14)、发电机(16)、电力控制单元(17)、电机A(7)、电机B(4)、功率耦合及变速机构和驱动轮A(10)及驱动轮B(1)，其特征在于所述功率耦合及变速机构包括行星排B(5)、行星排A(6)、离合器C1(12)、离合器C2(13)和制动器L(11)；所述行星排B(5)和行星排A(6)的齿圈共用，共用齿圈连接制动器L(11)；所述星排B(5)与行星排A(6)的两太阳轮与共用齿圈之间分别设有离合器C1(12)和离合器C2(13)。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于所述电力控制单元(16)与电机A(7) 和电机B(4)通过电缆连接，电机A(7)和电机B(4)的输出轴与功率耦合及变速机构两行星 排(5)和(6)的太阳轮轴机械连接；功率耦合及变速机构的行星排(5)和(6)的行星架轴 作为两侧输出轴，其上分别设有制动器B (3)、制动器A (8)、侧减速器B (2)、侧减速器A (9)、 驱动轮B(I)和驱动轮A (10)。
3.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于所述传动装置包括增速箱(15)、储能 系统(18)、侧减速器B (2)和侧减速器A (9)；所述行星排B (5)的太阳轮轴与电机B (4)的输 出轴机械连接，行星排B(5)的行星架轴作为输出轴，其上设有制动器B(3)、侧减速器B(2)、 驱动轮B(I)；所述行星排A (6)的太阳轮轴与电机A (7)的输出轴机械连接，行星排A (6)的 行星架轴作为输出轴，其上设有制动器A(8)、侧减速器A(9)、驱动轮A(IO)；所述电机B(7) 和电机A(4)同时与电力控制单元(17)通过电缆连接；所述电力控制单元(17)分别与储能 系统(18)和发电机(16)通过电缆连接，发电机(16)与增速箱(15)机械连接，增速箱(15) 与发动机(14)机械连接。
全文摘要
本发明涉及一种履带车辆机电耦合传动装置，包括发动机、功率耦合及变速机构、两电机、电力控制单元和储能系统，所述两电机分别与功率耦合及变速机构两行星排的太阳轮联接，功率耦合及变速机构两行星排的齿圈共用，两太阳轮与共用齿圈之间设有离合器，共用齿圈带制动器，通过行星架输出；该传动装置去掉了履带车辆双流传动的转向齿轮组和零轴，布置灵活，可充分利用空间，结构紧凑。由于功率耦合及变速机构的发明，降低了对电机的要求，从而降低了电机的研制风险。
文档编号B60K17/12GK101985279SQ20101028493
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者万帆, 周广明, 孙占春, 张欣, 白宫鼎, 盖江涛, 马晓枫, 马田, 马长军 申请人:中国北方车辆研究所