本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及一种干摩擦外控四挡变速器。
背景技术：
在混合动力汽车上，通常利用纯电机驱动起步的方式来规避汽车发动机低转速时的低效工作。为此，车上所匹配的变速器通常只有2至3挡。这种无法实现发动机直接起步的工作模式，在车辆馈电或电驱动系统故障时，车辆无法起步。
在传统四挡自动变速器的设计上，行星变速机构方面主要有辛普森式和拉维娜式等结构，并且利用箱内湿式多片离合器和制动器作为换挡控制元件，此类变速器属于at(液力自动变速器)。此外，专利cn201620174565公布了一种定轴齿轮系来实现4挡自动变速器，其换挡实现采用同步器方式，属于amt(电控机械自动变速器)范围。
缺点1：
对于at而言，液力变矩器的使用，降低了传动效率；其换挡控制元件与轮系传动机构集成在同一个箱体内，换档控制元件的摩擦发热和磨损微粒都会对箱内变速器油工作品质带来影响；传统3排行星轮系构型实现4挡时，往往在双行星排辛普森或拉维娜结构基础上直接加入具有2挡功能的一排行星轮系。这将导致行星轮系零件数多，加工成本高和装配工艺难度大等问题。
缺点2：
对于类似专利cn201620174565的amt变速器而言，实现速比改变在于改变传动齿轮的啮合状态来实现，换档冲击较大，响应时间较长，换档成功率较低，故障机率相对较高。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于解决目前利用纯电机驱动起步的方式来规避汽车发动机低转速时的低效工作，为此，车上所匹配的变速器通常只有2至3挡，然而少档位车的效率比较；且现在控制元件的摩擦发热和磨损微粒都会对箱内干摩擦外控式变速器油工作品质、换档冲击较大和响应时间较长等问题来提高换挡的稳定性。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种干摩擦外控四挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组、第一行星架、第二行星架、齿圈和箱体；
所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；
所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还与第一行星轮啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在第一行星架上；
所述第三齿轮组包括设置在第一行星架上的第三太阳轮和与第三太阳轮啮合的第三行星轮；所述第三行星轮设置在第二行星架上，还与齿圈啮合；所述第二行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；
所述换挡控制元件包含第一干摩擦式离合器、第二干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述第一干摩擦式离合器包括第一主动摩擦片和第一被动离合轮毂，所述第一主动摩擦片连接于动力输入轴，所述第一被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第二干摩擦式离合器包括第二主动摩擦片和第二被动离合轮毂，所述第二主动摩擦片连接于动力输出轴，所述第二被动离合轮毂与齿圈同轴连接；
所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太星轮，所述第二制动器用于制动齿圈。
作为本发明的一种优选结构，所述第一被动离合轮毂通过第一套筒轴连接第一太阳轮；所述第二被动离合轮毂通过第二套筒轴与齿圈连接，所述第一套筒轴和第二套筒轴分别通过轴承连接在箱体上。
作为本发明的一种优选结构，所述动力输入轴轴心与第一套筒轴轴心相同，所述输入轴的外径小于第一套筒轴内径；所述动力输出轴轴心与第二套筒轴轴心相同，所述输出轴的外径小于第二套筒轴内径。
作为本发明的一种优选结构，所述动力输入轴与第一套筒轴内径之间的间隙设有密封圈，所述动力输出轴与第二套筒轴内径之间的间隙设有密封圈。
作为本发明的一种优选结构，所述第一干摩擦式离合器和第一制动器设置在靠输入轴的箱体外侧，第二干摩擦式离合器和第二制动器设置在靠输出轴的箱体外侧。
有益效果：通过对第一离合器、第二离合器的控制、第一制动器和第二制动器的控制，实现多档位大调速范围的换档稳定性，减少变速器的径向和轴向尺寸，可以在混合动力动汽车上广泛的应用；与三挡变速器相比，不论电机单独驱动或发动机单独驱动，在不同路况工作时都能使动力机在更合理的状态下工作，达到降低能耗目的。本变速器在最常用的挡位(4挡或3挡)工作时，机械效率最高。该离合器将离合器设置在箱体外壳，减少了换档控制元件的摩擦发热和磨损微粒对箱内变速器油工作品质带来影响，从而提高了变速器的寿命和稳定性，减少了变速器的摩擦热影响传动组件，采用上述设计的行星轮系变速箱，提高换挡平顺性，加快了响应时间。
作为本发明的另一种优选结构一种干摩擦外控四挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组、第一行星架、第二行星架、齿圈和箱体；
所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；
所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还与第一行星轮啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在第一行星架上；
所述第三齿轮组包括设置在第一行星架上的第三太阳轮和与第三太阳轮啮合的第三行星轮；所述第三行星轮设置在第二行星架上，还与齿圈啮合；所述第二行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；
所述换挡控制元件包含第一干摩擦式离合器、第二干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述第一干摩擦式离合器包括第一主动摩擦片和第一被动离合轮毂，所述第一主动摩擦片连接于动力输入轴，所述第一被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第二干摩擦式离合器包括第二主动摩擦片和第二被动离合轮毂，所述第二主动摩擦片连接于动力输出轴，所述第二被动离合轮毂与齿圈同轴连接；
所述所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太星轮，所述第二制动器用于制动齿圈；
所述干摩擦外控四挡变速器，其工作模式包括：低档模式、中档模式、中高档模式和高档模式；
低档模式：第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器刹紧，第二制动器刹紧；使第一太阳轮和齿圈被制动；动力传递路线：动力先由动力输入轴传递给第二太阳轮，并在制动第一太阳轮下动力传递到第一行星架和第三太阳轮，之后在制动齿圈下动力传递到第二行星架，经动力输出轴输出；
中档模式：第一干摩擦式离合器结合，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器松开，第二制动器刹紧；第一太阳轮和第二太阳轮同转速；齿圈被制动；动力传递路线：输入动力分为2路传递，一路传递给第二太阳轮，一路经第一离合器传递到第一太阳轮；由于第二太阳轮和第一太阳同转速，此时第二行星轮、第一行星轮和第一行星架作同速转动，动力经第一行星架传递到第三太阳轮，之后在制动齿圈下动力传递到第二行星架，经动力输出轴输出；
中高档模式：第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器结合，第一制动器刹紧，第二制动器松开；使第一排太阳轮、齿圈和第二行星架转速一致；动力传递路线：动力先由动力输入轴传递给第二太阳轮，并制动第一太阳轮下，动力传递到第一行星架和第三太阳轮，之后在第二离合器结合作用下，齿圈、第三太阳轮和第二行星架同转速运动，动力最后由后经第二行星架由动力输出轴输出；
高档模式：第一干摩擦式离合器结合，第二干摩擦式离合器结合，第一制动器松开，第二制动器松开；使第一太阳轮和第二太阳轮同转速，齿圈和第二星架转速一致；动力传递路线：动力输入分为2路，一路传递给第二太阳轮，一路经第一离合器传递到第一太阳轮；由于第二太阳轮和第一太阳轮同转速，第二星轮、第一行星轮和第一行星架作同速转动，动力经第一行星架传递到第三太阳轮，之后在第二离合器结合作用下，齿圈、第三太阳轮和第二行星架同转速运动，动力最后由后第二行星架上的动力输出轴输出。
附图说明
图1为本发明单齿圈干摩擦外挡四挡变速器结构简图；
标号说明：
101、动力输入轴；
102、动力输出轴；
111、第一离合器；
112、第二离合器；
121、第一制动器；
122、第二制动器；
131、壳体；
201、第一行星架；
202、第二行星架；
203、齿圈；
211、第一太阳轮；
212、第一行星轮；
221、第二太阳轮；
222、第二行星轮；
231、第三太阳轮；
232、第三行阳轮；
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
其设计理念在于将变速器分为离合器部分和变速箱部分，离合器部分为干部，其特点为无润滑油；变速箱部分为湿部，其特点带有有润滑油；行星轮系传动机构集成在湿部，而换档执行元件及制动元件都布置于干部。
请一并参照图1，如图1所示可知，本发明的一种优选实施例为，一种干摩擦外控四挡变速器，包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组、第一行星架、第二行星架、齿圈和箱体；
所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；
所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还与第一行星轮啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在第一行星架上；
所述第三齿轮组包括设置在第一行星架上的第三太阳轮和与第三太阳轮啮合的第三行星轮；所述第三行星轮设置在第二行星架上，还与齿圈啮合；所述第二行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；
所述换挡控制元件包含第一干摩擦式离合器、第二干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述第一干摩擦式离合器包括第一主动摩擦片和第一被动离合轮毂，所述第一主动摩擦片连接于动力输入轴，所述第一被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第二干摩擦式离合器包括第二主动摩擦片和第二被动离合轮毂，所述第二主动摩擦片连接于动力输出轴，所述第二被动离合轮毂与齿圈同轴连接；
所述所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太星轮，所述第二制动器用于制动齿圈。为了使离合能够起到更稳定的作用，作为本发明的一种优选实施例，本发明的一种优选实施例为所述干摩擦式离合器设置在行星轮系变速箱的输入端。
为了使箱体设计更加紧凑，本发明的一种优选实施例为：所述第一被动离合轮毂通过第一套筒轴连接第一太阳轮；所述第二被动离合轮毂通过第二套筒轴与齿圈连接，所述第一套筒轴和第二套筒轴分别通过轴承连接在箱体上。
为了能够使离合对变速起到作用，且考虑到箱体结构，本发明的一种优选实施例为：所述动力输入轴轴心与第一套筒轴轴心相同，所述输入轴的外径小于第一套筒轴内径；所述动力输出轴轴心与第二套筒轴轴心相同，所述输出轴的外径小于第二套筒轴内径。
为了是箱体内保持清洁，减少粉尘，作为本发明的一种优选实施例，所述动力输入轴与第一套筒轴内径之间的间隙设有密封圈，所述动力输出轴与第二套筒轴内径之间的间隙设有密封圈。
为了结构上根据紧凑，风尘不会落入到变速器中，所述第一干摩擦式离合器和第一制动器设置在靠输入轴的箱体外侧，第二干摩擦式离合器和第二制动器设置在靠输出轴的箱体外侧。
本发明的一种优选实施例为：一种干摩擦外控四挡变速器：包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组、第一行星架、第二行星架、齿圈和箱体；
所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；
所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还与第一行星轮啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在第一行星架上；
所述第三齿轮组包括设置在第一行星架上的第三太阳轮和与第三太阳轮啮合的第三行星轮；所述第三行星轮设置在第二行星架上，还与齿圈啮合；所述第二行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；
所述换挡控制元件包含第一干摩擦式离合器、第二干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述第一干摩擦式离合器包括第一主动摩擦片和第一被动离合轮毂，所述第一主动摩擦片连接于动力输入轴，所述第一被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第二干摩擦式离合器包括第二主动摩擦片和第二被动离合轮毂，所述第二主动摩擦片连接于动力输出轴，所述第二被动离合轮毂与齿圈同轴连接；
所述所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太星轮，所述第二制动器用于制动齿圈；
所述干摩擦外控四挡变速器，其工作模式包括：低档模式、中档模式、中高档模式和高档模式；
低档模式：第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器刹紧，第二制动器刹紧；使第一太阳轮和齿圈被制动；动力传递路线：动力先由动力输入轴传递给第二太阳轮，并在制动第一太阳轮下动力传递到第一行星架和第三太阳轮，之后在制动齿圈下动力传递到第二行星架，经动力输出轴输出；
中档模式：第一干摩擦式离合器结合，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器松开，第二制动器刹紧；第一太阳轮和第二太阳轮同转速；齿圈被制动；动力传递路线：输入动力分为2路传递，一路传递给第二太阳轮，一路经第一离合器传递到第一太阳轮；由于第二太阳轮和第一太阳同转速，此时第二行星轮、第一行星轮和第一行星架作同速转动，动力经第一行星架传递到第三太阳轮，之后在制动齿圈下动力传递到第二行星架，经动力输出轴输出；
中高档模式：第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器结合，第一制动器刹紧，第二制动器松开；使第一排太阳轮、齿圈和第二行星架转速一致；动力传递路线：动力先由动力输入轴传递给第二太阳轮，并制动第一太阳轮下，动力传递到第一行星架和第三太阳轮，之后在第二离合器结合作用下，齿圈、第三太阳轮和第二行星架同转速运动，动力最后由后经第二行星架由动力输出轴输出；
高档模式：第一干摩擦式离合器结合，第二干摩擦式离合器结合，第一制动器松开，第二制动器松开；使第一太阳轮和第二太阳轮同转速，齿圈和第二星架转速一致；动力传递路线：动力输入分为2路，一路传递给第二太阳轮，一路经第一离合器传递到第一太阳轮；由于第二太阳轮和第一太阳轮同转速，第二星轮、第一行星轮和第一行星架作同速转动，动力经第一行星架传递到第三太阳轮，之后在第二离合器结合作用下，齿圈、第三太阳轮和第二行星架同转速运动，动力最后由后第二行星架上的动力输出轴输出。
本发明专利应用于混合动力汽车变速器领域，利用单齿圈式的3排行星轮系，2个离合器和2个制动器实现4挡位变速功能。结构设计上，一方面将作为控制元件安置在变速箱外，避免控制元件的工作磨屑落入变速器内，导致磨屑对润滑油的污染；另一方面，比传统多排行星轮系零件数更少，装配工艺好。同时，具有换挡冲击小，换挡时间短的特点。使混合动力汽车能实现发动机的直接起步工作模式，提高动力机的平均运行效率。
本发明的另一种优选实施例为：本实施例中的一种干摩擦外控四挡变速器：包括箱外的换挡控制元件和行星轮系变速箱，所述行星轮系变速箱包括第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组、第一行星架、第二行星架、齿圈和箱体；
所述第一齿轮组包括第一太阳轮和与第一太阳轮啮合的第一行星轮；
所述第二齿轮组包括固定在动力输入轴上的第二太阳轮和与第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星轮还与第一行星轮啮合；所述第一行星轮和第二行星轮分别设置在第一行星架上；
所述第三齿轮组包括设置在第一行星架上的第三太阳轮和与第三太阳轮啮合的第三行星轮；所述第三行星轮设置在第二行星架上，还与齿圈啮合；所述第二行星架与动力输出轴一端连接，动力输出轴的另一端通过轴承连接在箱体上；
所述换挡控制元件包含第一干摩擦式离合器、第二干摩擦式离合器、第一制动器和第二制动器；所述第一干摩擦式离合器包括第一主动摩擦片和第一被动离合轮毂，所述第一主动摩擦片连接于动力输入轴，所述第一被动离合轮毂与第一太阳轮同轴连接；所述第二干摩擦式离合器包括第二主动摩擦片和第二被动离合轮毂，所述第二主动摩擦片连接于动力输出轴，所述第二被动离合轮毂与齿圈同轴连接；
所述所述第一制动器和第二制动器设置在箱体上，所述第一制动器用于制动第一太星轮，所述第二制动器用于制动齿圈；
所述第一被动离合轮毂通过第一套筒轴连接第一太阳轮；所述第二被动离合轮毂通过第二套筒轴与齿圈连接，所述第一套筒轴和第二套筒轴分别通过轴承连接在箱体上。
所述动力输入轴轴心与第一套筒轴轴心相同，所述输入轴的外径小于第一套筒轴内径；所述动力输出轴轴心与第二套筒轴轴心相同，所述输出轴的外径小于第二套筒轴内径。
所述动力输入轴与第一套筒轴内径之间的间隙设有密封圈，所述动力输出轴与第二套筒轴内径之间的间隙设有密封圈。
所述第一干摩擦式离合器和第一制动器设置在靠输入轴的箱体外侧，第二干摩擦式离合器和第二制动器设置在靠输出轴的箱体外侧。
假设第二太阳轮、第二行星轮、第一行星轮、第一太阳轮、第三太阳轮、第三行星轮，齿圈的齿数分别为z1，z2，z3，z4，z5，z6，z7。利用相对运动，得到三排轮系的运动学方程有：
公式1：
公式2：
变速结构有如下约束：
公式3：nh1＝n5
以上式中：n4为第一太阳轮转速，n1为第二太阳轮转速，n5为第三太阳轮5转速，n7为齿圈转速，nh1为第一行星架h1转速，nh2为第二行星架h2转速。
变速器具有4个挡位来适应驱动系统的不同工作状态需求，具体实施原理介绍如下。
(1)1挡位：第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器刹紧，第二制动器刹紧；使第一太阳轮和齿圈被制动；动力传递路线：动力先由动力输入轴传递给第二太阳轮，并在制动第一太阳轮下动力传递到第一行星架和第三太阳轮，之后在制动齿圈下动力传递到第二行星架，经动力输出轴输出；由公式1～3得到1挡传动比为：
(2)2挡位：第一干摩擦式离合器结合，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器松开，第二制动器刹紧；第一太阳轮和第二太阳轮同转速；齿圈被制动；动力传递路线：输入动力分为2路传递，一路传递给第二太阳轮，一路经第一离合器传递到第一太阳轮；由于第二太阳轮和第一太阳同转速，此时第二行星轮、第一行星轮和第一行星架作同速转动，动力经第一行星架传递到第三太阳轮，之后在制动齿圈下动力传递到第二行星架，经动力输出轴输出；联立公式1～3，可得到2挡传动比为：
(3)3挡位：第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器结合，第一制动器刹紧，第二制动器松开；使第一排太阳轮、齿圈和第二行星架转速一致；动力传递路线：动力先由动力输入轴传递给第二太阳轮，并制动第一太阳轮下，动力传递到第一行星架和第三太阳轮，之后在第二离合器结合作用下，齿圈、第三太阳轮和第二行星架同转速运动，动力最后由后经第二行星架由动力输出轴输出；联立公式1～3，得到3挡传动比为：
(4)4挡位：第一干摩擦式离合器结合，第二干摩擦式离合器结合，第一制动器松开，第二制动器松开；使第一太阳轮和第二太阳轮同转速，齿圈和第二星架转速一致；动力传递路线：动力输入分为2路，一路传递给第二太阳轮，一路经第一离合器传递到第一太阳轮；由于第二太阳轮和第一太阳轮同转速，第二星轮、第一行星轮和第一行星架作同速转动，动力经第一行星架传递到第三太阳轮，之后在第二离合器结合作用下，齿圈、第三太阳轮和第二行星架同转速运动，动力最后由后第二行星架上的动力输出轴输出。因此，整个复合行星轮系传动比为1，得到4挡传动比为：i4＝1。(n4＝n1且n7＝nh2)
(5)空挡：此时第一干摩擦式离合器分离，第二干摩擦式离合器分离，第一制动器松开，第二制动器松开。该挡位下，变速器处于空挡状态，输入轴的动力无法决定输入轴的运动状态。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效形状或结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。