CN102431437A - 履带车辆的混合动力电传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种履带车辆的混合动力电传动装置，包括：发动机，用于提供驱动车辆行驶的第一动力源；功率分流机构，用于将发动机动力分解成用于行驶和用于发电的两路功率流；起动发电机，用于起动发动机和发电；驱动电机，用于提供驱动车辆行驶的第二动力源；直驶变速机构；复合制动机构；转向助力机构，用于增大转向流功率；转向制动机构；转向电机；直驶差速行星排和转向差速行星排，用于直驶和转向两路功率流的汇流与差速；右侧和左侧传动，用于匹配右侧和左侧主动轮的转速；变速主轴，用于直驶变速机构与直驶差速行星排之间的动力传递；右横轴和左横轴，用于直驶差速行星排和转向差速行星排与右侧传动和左侧传动之间的动力传递。

Description

履带车辆的混合动力电传动装置

技术领域

本发明涉及车辆动力传动装置，特别涉及一种履带车辆的混合动力电传动装置，具体涉及一种结构紧凑的功率分流式混合动力电传动装置。

背景技术

履带车辆的混合动力电传动装置，应提供与车辆高机动性相结合的最佳的重量、体积和成本的技术方案。特别地，混合动力电传动装置应具有高功率密度，其体积紧凑，占用空间小，以便于进行车辆总体布置。混合动力电传动装置主要有串联式、并联式和功率分流式混合动力电传动装置三类。

美国专利US4998591公开了一种串联式混合动力电传动装置，其提供了总体布置上的灵活性，可将发电机组和电传动装置分开安装，两者之间只需要通过电缆相连接。但是，由于需要把发动机的动力全部转换成电能，而且车辆行驶所需的动力完全由驱动电机提供，因此，需要大功率的发电机组、驱动电机和逆变器。而这些部件的总体积比传统的动力传动装置的体积要大得多。虽然能够优化发动机的工作点和回收制动能量，但能量的多次转换降低了系统的能量效率。此外，发动机不直接驱动车辆，系统的可靠性完全取决于电机系统。

美国专利US7757797B2公开了一种并联式混合动力电传动装置，其在发动机和液力变矩器之间增加了一台与发动机飞轮或液力变矩器泵轮相连接的中等功率的电动/发电机，系统的电功率和所需要的逆变器相对较小。而且由于该电动/发电机与发动机直接相连接，因此只有在发动机高速时才能够提供较大的发电功率。车辆低速行驶时，该电动/发电机工作在电动模式下，所需的电能均由蓄电装置提供，因此，需要大功率的蓄电装置。此外，由于发动机直接驱动车辆，因此，系统具有较高的可靠性。

从性能、重量、体积、成本和风险来看，串联式和并联式混合电传动装置显然都不是最佳方案，而功率分流式混合电传动装置综合了机械和电力驱动二者的优点，具有显著的总体性能优势。功率分流式混合动力电传动装置包括了一个功率分流装置、至少一台发电机和至少一台驱动电机，通过功率分流装置可将发动机的转速和车速解耦，而且一部分发动机动力直接驱动车辆，另一部分动力则通过发电机转换成电能提供给驱动电机，因此，系统具有很高的能量效率和可靠性。

美国专利US2007/0102209A1公开了一种履带车辆的功率分流式混合动力电传动装置，其包括纵置的发动机和由至少两台电动/发电机、带闭锁离合器的行星排耦合器组成的动力耦合装置，其中发动机与行星排耦合器的齿圈相连接，一台电动/发电机与行星排耦合器的太阳轮相连接，另一台电动/发电机与行星排耦合器的行星架相连接后连接到机械传动装置的输入端，机械传动装置包括常规的零轴和两端的差速行星排。

美国专利US7201691B2公开了一种履带车辆的电动液力转向机构，其包括同轴配置和布置在零轴上的转向电机、两个带闭锁离合器的液力偶合器和相应的传动齿轮。在转向电机不能提供所需的转向力矩时液力偶合器充油，提供小半径转向所需的助力转矩。

上述混合动力电传动装置及电动液力转向机构存在以下问题：发动机与行星排耦合器齿圈相连接，车速较低时，与行星排耦合器行星架相连接的电动/发电机工作在电动模式下，其转速也较低，与行星排耦合器太阳轮相连接的电动/发电机工作在发电模式下，其转速较低，发电功率较低，也使得该电动/发电机的体积增大；纵置的发动机和动力耦合装置不可避免地增大了混合动力电传动装置的体积；包括零轴、相应的传动齿轮和支承结构的机械传动装置也增大了混合动力电传动装置的体积和质量，而且使得箱体结构复杂；同轴配置和布置在零轴上的转向电机直径受到较大的限制，不能提供较大的转向力矩，导致液力偶合器的充油频率将增加。

因此，还存在着进一步减小履带车辆的混合动力电传动装置体积的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种结构紧凑的履带车辆的混合动力电传动装置。

本发明的履带车辆的混合动力电传动装置，其包括：发动机，其用于提供驱动车辆行驶的第一动力源；功率分流机构，其用于将发动机动力分解成用于行驶和用于发电的两路功率流，包含第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；起动发电机，其用于起动发动机和发电，包含起动发电机转子轴；驱动电机，其用于提供驱动车辆行驶的第二动力源，包含中空的驱动电机转子轴；直驶变速机构，其用于车辆直驶驱动特性变换；复合制动机构，其用于车辆纵向制动；转向助力机构，其用于增大转向流功率；转向制动机构，其用于车辆转向制动；直驶差速行星排和转向差速行星排，其用于直驶和转向两路功率流的汇流与差速；转向电机，其用于驱动车辆转向，包含中空的转向电机转子轴；左侧传动和右侧传动，其用于匹配左侧主动轮和右侧主动轮的转速，具有不同的传动比；变速主轴，其用于直驶变速机构与直驶差速行星排之间的动力传递，为一中空轴；左横轴和右横轴，其用于直驶差速行星排和转向差速行星排与左侧传动和右侧传动之间的动力传递。

根据该混合动力电传动装置的结构，构成混合动力电传动装置的上述部件被分别配置和布置在相平行的第一轴线和第二轴线上，并通过功率分流机构相连接；在第一轴线上从左到右依次同轴配置和布置起动发电机、功率分流机构和发动机；在第二轴线上从左到右依次同轴配置和布置左侧传动、复合制动机构、直驶变速机构、功率分流机构、驱动电机、转向助力机构、转向制动机构、直驶差速行星排、转向差速行星排、转向电机和右侧传动；变速主轴配置和布置成贯穿于驱动电机转子轴；左横轴配置和布置成贯穿于变速主轴；右横轴配置和布置成贯穿于转向电机转子轴。

根据该混合动力电传动装置的结构，发动机的输出端与功率分流机构的第一输入端相连接，功率分流机构的第一输出端与起动发电机的输入端相连接，驱动电机的输出端与功率分流机构的第二输入端相连接，功率分流机构的第二输出端与直驶变速机构的输入端相连接，直驶变速机构的输出端与复合制动机构相连接，并通过变速主轴与直驶差速行星排的直驶差速行星排行星架相连接，驱动电机的前端通过转向助力机构与转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接，转向制动机构与转向差速行星排齿圈相连接，转向电机的输出端与转向差速行星排齿圈相连接，直驶差速行星排的直驶差速行星排齿圈与转向差速行星排的转向差速行星排行星架相连接，并通过右横轴与右侧传动的输入端相连接，右侧传动的输出端与右侧主动轮相连接，直驶差速行星排的直驶差速行星排太阳轮与转向差速行星排的转向差速行星排太阳轮相连接，并通过左横轴与左侧传动的输入端相连接，左侧传动的输出端与左侧主动轮相连接。

根据该混合动力电传动装置的结构，直驶差速行星排特征参数kt、转向差速行星排特征参数ks、右侧传动传动比icr和左侧传动传动比icl满足以下条件：kt＝icl/icr和ks＝icl/icr-1。

根据该混合动力电传动装置的结构，功率分流机构，其包括功率分流行星排和中央传动齿轮，功率分流行星排包括功率分流行星排太阳轮、功率分流行星排行星轮、功率分流行星排行星架和功率分流行星排齿圈，其中功率分流行星排行星架与发动机相连接，功率分流行星排太阳轮与起动发电机转子轴相连接，中央传动齿轮包括第一齿轮、惰轮和第二齿轮，其中第一齿轮与功率分流行星排齿圈相连接，第一齿轮通过惰轮连接第二齿轮，第二齿轮与驱动电机转子轴相连接。

根据该混合动力电传动装置的结构，起动发电机，其具有电动模式和发电模式。

根据该混合动力电传动装置的结构，在发动机起动时，起动发电机工作在电动模式，拖动发动机起动；以及在车辆行驶时，起动发电机工作在发电模式，其发出的电力提供给驱动电机或转向电机，或给蓄电装置充电。

根据该混合动力电传动装置的结构，驱动电机，其具有闭锁模式、电动模式和回馈发电模式。

根据该混合动力电传动装置的结构，在发动机起动时，驱动电机工作在闭锁模式，将功率分流机构的第二输入端抱死；在车辆行驶时，驱动电机工作在电动模式，驱动车辆行驶；以及在车辆制动时，驱动电机工作在回馈发电模式，其发出的电力提供给蓄电装置充电。

根据该混合动力电传动装置的结构，直驶变速机构，其包括拉维娜式行星排、太阳轮离合器、齿圈离合器、太阳轮制动器和齿圈制动器，拉维娜式行星排包含第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、复合行星架和复合齿圈，太阳轮离合器用于连接驱动电机转子轴和第一太阳轮，齿圈离合器用于连接驱动电机转子轴和复合齿圈，太阳轮制动器用于制动第二太阳轮，齿圈制动器用于制动复合齿圈。

根据该混合动力电传动装置的结构，当齿圈离合器和齿圈制动器分离，太阳轮离合器和太阳轮制动器接合时，直驶变速机构实现前进1档，其传动比为1+krf/krr，其中krf为拉维娜式行星排的双行星排特征参数，krr为拉维娜式行星排的单行星排特征参数；当太阳轮离合器和齿圈制动器分离，齿圈离合器和太阳轮制动器接合时，直驶变速机构实现前进2档，其传动比为1+1/krr；当太阳轮制动器和齿圈制动器分离，太阳轮离合器和齿圈离合器接合时，直驶变速机构实现前进3档，其传动比为+1；当齿圈离合器和太阳轮制动器分离，太阳轮离合器和齿圈制动器接合时，直驶变速机构实现倒档，其传动比为1-krf；当太阳轮制动器、齿圈离合器和齿圈制动器分离，太阳轮离合器接合时，直驶变速机构实现空档；以及当太阳轮离合器和齿圈离合器分离，太阳轮制动器和齿圈制动器接合时，直驶变速机构实现驻车档。

根据该混合动力电传动装置的结构，复合制动机构包括与变速主轴相连接的、并联的液力减速器和停车制动器。

根据该混合动力电传动装置的结构，在车辆制动时，驱动电机工作在回馈发电模式提供再生制动转矩，液力减速器充油提供液力制动转矩，停车制动器接合提供机械制动转矩，制动变速主轴；以及在车辆原位中心转向时，停车制动器闭锁，将变速主轴抱死。

根据该混合动力电传动装置的结构，转向助力机构，其包括第一前传动齿轮、第二前传动齿轮、第一液力偶合器、第二液力偶合器，第一后传动齿轮和第二后传动齿轮，第一液力偶合器和第二液力偶合器对称布置在变速主轴两侧，并分别通过第一前传动齿轮和第二前传动齿轮与驱动电机转子轴相连接，还分别通过第一后传动齿轮和第二后传动齿轮与转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接，第一前传动齿轮和第二前传动齿轮的传动比值大小相等而方向相同，第一后传动齿轮和第二后传动齿轮的传动比值大小相等而方向相反。

根据该混合动力电传动装置的结构，在转向电机能够提供足够的转向转矩时，第一液力偶合器和第二液力偶合器无油空转；以及在转向电机不能提供足够的转向转矩时，第一液力偶合器或第二液力偶合器充油提供助力转矩。

根据该混合动力电传动装置的结构，转向电机具有闭锁模式、电动模式和回馈发电模式。

根据该混合动力电传动装置的结构，在车辆直驶时，转向电机工作在闭锁模式，将转向差速行星排的转向差速行星排齿圈抱死；在车辆转向时，转向电机工作在电动模式，驱动转向差速行星排齿圈转动；以及在车辆转向制动时，转向电机工作在回馈发电模式，提供再生制动转矩，制动转向差速行星排齿圈。

根据该混合动力电传动装置的结构，转向制动机构，其包括与转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接的转向制动器。

根据该混合动力电传动装置的结构，在转向电机能够提供足够的转向制动转矩时，转向制动器分离；在转向电机不能提供足够的转向制动转矩时，转向制动器接合，提供机械制动转矩，制动转向差速行星排齿圈；以及在转向电机不能提供足够的闭锁转矩时，转向制动器闭锁，将转向差速行星排齿圈抱死。

由于发动机、起动发电机和驱动电机与功率分流机构的连接关系，起动发电机的最高转速较高，可采用体积紧凑的高速电机；横置的发动机、起动发电机和驱动电机减小了混合动力电传动装置的体积；转向电机和驱动电机同轴布置，并通过转向助力机构相连接，因此转向电机的直径较大，可提供较大的输出转矩；采用普通行星排来代替等轴差速器，并在两侧匹配具有不同传动比的侧传动来实现左右对称输出，取消了零轴及相应的传动齿轮和支承结构，简化了箱体结构，使得混合动力电传动装置更加紧凑。

附图说明

图1是本发明的一具体实施例的系统框图。

图2是图1所示的具体实施例的详细系统框图。

图3是图1所示的具体实施例所涉及的功率分流机构、直驶变速机构、复合制动机构、转向助力机构和转向制动机构的详细系统框图。

图中：1，1r分别是驱动电机和驱动电机转子轴；2是直驶变速机构；20，211，212，221，222，23，24分别是拉维娜式行星排、第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、复合行星架和复合齿圈；25，26，27，28分别是太阳轮离合器、太阳轮制动器、齿圈离合器和齿圈制动器；3，31，32分别是复合制动机构、停车制动器和液力减速器；14是转向助力机构；141，142分别是第一前传动齿轮和第二前传动齿轮；143，144分别是第一液力偶合器和第二液力偶合器；145，146分别是第一后传动齿轮和第二后传动齿轮；4，4r分别是转向电机和转向电机转子轴；6，61分别是转向制动机构和转向制动器；7，8分别是直驶差速行星排和转向差速行星排；9，10分别是右侧传动和左侧传动；12是变速主轴；13a，13b分别是左横轴和右横轴；19，20分别是右侧主动轮和左侧主动轮；101是发动机；102，102g，102m分别是功率分流机构、功率分流行星排和中央传动齿轮；102s，102p，102c，102r分别是功率分流行星排太阳轮、功率分流行星排行星轮、功率分流行星排行星架和功率分流行星排齿圈；102m1，102mi，102m2分别是第一齿轮、惰轮和第二齿轮；103，103r分别是起动发电机和起动发电机转子轴；104是蓄电装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

图1是本发明的一具体实施例的系统框图。参考图1，所述的混合动力电传动装置包括：发动机101，其用于提供驱动车辆行驶的第一动力源；功率分流机构102，其用于将发动机101的动力分解成用于行驶和用于发电的两路功率流，包含第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；起动发电机103，其用于起动发动机101和发电，包含起动发电机转子轴103r。

驱动电机1，其用于提供驱动车辆行驶的第二动力源，包含中空的驱动电机转子轴1r；直驶变速机构2，其用于车辆直驶驱动特性变换；复合制动机构3，其用于车辆纵向制动；转向助力机构14，其用于增大转向流功率；转向制动机构6，其用于车辆转向制动；直驶差速行星排7和转向差速行星排8，其用于直驶和转向两路功率流的汇流与差速；转向电机4，其用于驱动车辆转向，包含中空的转向电机转子轴4r；左侧传动10和右侧传动9，其用于匹配右侧主动轮20和左侧主动轮19的转速，具有不同的传动比。

变速主轴12，其用于直驶变速机构2与直驶差速行星排7之间的动力传递，为一中空轴；以及左横轴13a和右横轴13b，其用于直驶差速行星排7和转向差速行星排8与左侧传动10和右侧9传动之间的动力传递。

构成混合动力电传动装置的上述部件被分别配置和布置在相平行的第一轴线1y和第二轴线2y上，并通过功率分流机构102相连接。

在第一轴线1y上从左到右依次同轴配置和布置起动发电机103、功率分流机构102和发动机101。

在第二轴线2y上从左到右依次同轴配置和布置左侧传动10、复合制动机构3、直驶变速机构2、功率分流机构102、驱动电机1、转向助力机构14、转向制动机构6、直驶差速行星排7、转向差速行星排8、转向电机4和右侧传动9。

变速主轴12配置和布置成贯穿于驱动电机转子轴1r。

左横轴13a配置和布置成贯穿于变速主轴12，右横轴13b配置和布置成贯穿于转向电机转子轴4r。

构成混合动力电传动装置的上述部件间的连接关系如下：发动机101的输出端与功率分流机构102的第一输入端相连接，功率分流机构102的第一输出端与起动发电机103的输入端相连接，驱动电机1的输出端与功率分流机构102的第二输入端相连接，功率分流机构102的第二输出端与直驶变速机构2的输入端相连接。

直驶变速机构2的输出端与复合制动机构3相连接，并通过变速主轴12与直驶差速行星排7的直驶差速行星排行星架相连接。

驱动电机1的前端还通过转向助力机构14与转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈相连接，转向制动机构6与转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈相连接，转向电机4的输出端与转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈相连接。

直驶差速行星排7的直驶差速行星排齿圈与转向差速行星排8的转向差速行星排行星架相连接，并通过右横轴13b与右侧传动9的输入端相连接，右侧传动9的输出端与右侧主动轮19相连接。

直驶差速行星排7的直驶差速行星排太阳轮与转向差速行星排8的转向差速行星排太阳轮相连接，并通过左横轴13a与左侧传动10的输入端相连接，左侧传动10的输出端与左侧主动轮20相连接。

取消零轴及相应的固定轴传动齿轮和支承结构可简化传动装置的箱体结构，得到结构更紧凑的混合动力电传动装置。因此，采用特征参数k≠1的普通行星排代替k＝1的等轴差速器。

采用普通行星排得到的是左右不对称的输出效果，不能满足车辆直驶和转向的需求。因此，在两侧匹配不同的侧传动比来使两侧输出效果相同。

根据直驶时右侧主动轮19和左侧主动轮20的转速和转矩相等的要求，可导出直驶差速行星排特征参数kt、转向差速行星排特征参数ks、右侧传动传动比icr和左侧传动传动比icl满足以下条件：

kt＝icl/icr    ......(1)

ks＝icl/icr-1  ......(2)

在以上条件得到满足的前提下，其它工况下的右侧主动轮19和左侧主动轮20的输出效果与采用等轴差速器的输出效果相同，而且性能优良。

图2是图1所示的具体实施例所涉及的混合动力电传动装置的详细系统框图。图3是图1所示的具体实施例所涉及的功率分流机构、直驶变速机构、复合制动机构、转向助力机构和转向制动机构的详细系统框图。

发动机101，其提供了驱动车辆的第一动力源。现有的履带车辆发动机的体积和重量均较大，且为低速柴油机，其最高转速约3500rpm，不能满足混合动力电传动装置的要求。随着对于车辆及其部件的轻量化和小型化要求的日益增加，以及不断增加的车载电子/电力设备对于电能的需求，将开发和应用最高转速达到4500rpm的高速柴油机，或者具有高功率密度的其它类型热机，例如最高转速高达30000rpm的燃气轮机和转子发动机。

功率分流机构102，其包括功率分流行星排102g和中央传动齿轮102m。功率分流行星排102g包括功率分流行星排太阳轮102s、功率分流行星排行星轮102p、功率分流行星排行星架102c和功率分流行星排齿圈102r，功率分流行星排行星架102c与发动机101相连接，功率分流行星排太阳轮102s与起动发电机转子轴103r相连接。

中央传动齿轮102m包括第一齿轮102m1、惰轮102mi和第二齿轮102m2，其中第一齿轮102m1与功率分流行星排齿圈102r相连接，第一齿轮102m1通过惰轮102mi连接第二齿轮102m2，第二齿轮102m2与驱动电机转子轴1r相连接。

蓄电装置104分别与起动发电机103、驱动电机1和转向电机4电连接。起动发电机103，其具有电动模式和发电模式。在发动机101起动时，蓄电装置104提供电能，起动发电机103工作在电动模式，拖动发动机101起动。在车辆行驶时，起动发电机101工作在发电模式，其发出的电力提供给驱动电机1或转向电机4，或给蓄电装置104充电。

驱动电机1，其具有闭锁模式、电动模式和回馈发电模式。在发动机101起动时，驱动电机1工作在闭锁模式，将中央传动齿轮102m和功率分流行星排齿圈102r抱死。在车辆行驶时，驱动电机1工作在电动模式，驱动车辆行驶。在车辆制动时，驱动电机1工作在回馈发电模式，其发出的电力提供给蓄电装置104充电。

起动发电机103和驱动电机1可采用径向、轴向或横向磁通的感应电机或永磁电机来实现。其中，横向磁通永磁电机具有最高的功率密度，在大功率应用场合具有特别明显的优势。横向磁通电机还是本质上的容错电机，其一相出现故障时，剩余相还能正常工作。优选地，起动发电机103和驱动电机1采用横向磁通永磁电机来实现。

直驶变速机构2，其包括标准的拉维娜式行星排20、太阳轮离合器25、太阳轮制动器26、齿圈离合器27和齿圈制动器28。拉维娜式行星排20包含第一太阳轮211、第二太阳轮212、第一行星轮221、第二行星轮222、复合行星架23和复合齿圈24。

其中，第一太阳轮211、第一行星轮221、第二行星轮222、复合行星架23和复合齿圈24组成了拉维娜式行星排20的双行星排。第二太阳轮212、第二行星轮222、复合行星架23和复合齿圈24组成了拉维娜式行星排20的单行星排。

太阳轮离合器25用于连接驱动电机转子轴1r和第一太阳轮211，太阳轮制动器26用于制动第二太阳轮212，齿圈离合器27用于连接驱动电机转子轴1r和复合齿圈24，齿圈制动器28用于制动复合齿圈24。

当齿圈离合器27和齿圈制动器28分离，太阳轮离合器25和太阳轮制动器26接合时，直驶变速机构2实现前进1档，其传动比为1+krf/krr，其中krf为拉维娜式行星排20的双行星排特征参数，krr为拉维娜式行星排的单行星排特征参数。

当太阳轮离合器25和齿圈制动器28分离，齿圈离合器27和太阳轮制动器26接合时，直驶变速机构2实现前进2档，其传动比为1+1/krr。

当太阳轮制动器26和齿圈制动器28分离，太阳轮离合器25和齿圈离合器27接合时，直驶变速机构2实现前进3档，其传动比为+1。

当齿圈离合器27和太阳轮制动器26分离，太阳轮离合器25和齿圈制动器28接合时，直驶变速机构2实现倒档，其传动比为1-krf。

当太阳轮制动器26、齿圈离合器27和齿圈制动器28分离，太阳轮离合器25接合时，直驶变速机构2实现空档。

当太阳轮离合器25和齿圈离合器27分离，太阳轮制动器26和齿圈制动器28接合时，直驶变速机构2实现驻车档。

与发动机101相比，驱动电机1的转矩特性更优越，其转速和转矩范围至少可达到发动机的三倍以上。因此，与具有6个前进档和2个倒档的液力机械传动装置相比，直驶变速机构2的档位数可减少一半，采用3个前进档和1个倒档即可满足直驶变速的要求。

复合制动机构3，其包括与变速主轴12相连接的、并联的液力减速器32和停车制动器31。车辆制动时，驱动电机1工作在回馈发电模式，提供再生制动转矩，液力减速器32提供液力制动转矩，停车制动器31提供机械制动转矩，制动变速主轴12。

车辆制动时，驱动电机1工作在回馈发电模式，回收车辆动能并将其转换成电能储存在电池、超级电容器、飞轮或其他类型的蓄电装置104中。因此，改善了车辆燃油经济性。在车速较高时进行制动，为了减小停车制动器31的磨损，并尽可能多地回收能量，驱动电机1提供较大的再生制动转矩。

液力减速器32在驱动电机1提供的再生制动转矩不够时参与工作，其提供的液力制动转矩与转速的平方成正比，在下长坡制动或持续长时间制动时，可显著减小停车制动器31的磨损。此外，液力减速器32还可用于消耗不能回收的能量，取消设置体积较大的制动电阻。

由于驱动电机1提供的再生制动转矩在低于一定转速时衰减到零，液力减速器32在转速较低时提供的液力制动转矩也较小，因此在车速较低或静止时，停车制动器31逐渐完全接合，提供全部停车制动转矩。

此外，在车辆原位中心转向时，为了得到稳定的ρ＝0中心转向，变速主轴12必须抱死。停车制动器31闭锁，将变速主轴12抱死。

转向助力机构14，其用于增大转向流功率。在转向电机4不能提供所需的转向功率时，例如在困难路面上进行原地转向或小半径转向，转向助力机构14接合，驱动电机1和转向电机4共同驱动车辆转向。在正常的行驶中，转向助力机构14分离，驱动电机1驱动车辆行驶，转向电机4驱动车辆转向。

此外，为了便于布置和安装，转向电机4的轴向长度也受到可利用的车内宽度的限制，因此，其功率等级不可能也不必达到能够实现车辆原位中心转向所需的功率等级。在匹配了转向助力机构14后，转向电机4的功率可以减小到发动机101的功率的1/3以下。

转向助力机构14，其包括第一前传动齿轮141和第二前传动齿轮142、第一液力偶合器143和第二液力偶合器144，第一后传动齿轮145和第二后传动齿轮146。第一液力偶合器143和第二液力偶合器144对称布置在变速主轴12两侧，并分别通过第一前传动齿轮141和第二前传动齿轮142与驱动电机转子轴1r相连接，还分别通过第一后传动齿轮145和第二后传动齿轮146与转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈相连接。

在大半径转向等一般情况下，转向电机4能够提供足够的转向转矩时，第一液力偶合器143和第二液力偶合器144无油空转。但由于转向电机4的功率较小，提供的转向转矩有限，不能满足困难地面和小半径转向的需要。

当外阻力较大，转向电机4不能提供足够的转向转矩时，第一液力偶合器143或第二液力偶合器144的阀门及时开放，充油的第一液力偶合器143或第二液力偶合器144开始提供助力转矩。由于液力偶合器不能反转传递功率，因此为向左和向右转向各设置了一个液力偶合器。

为此，驱动电机1被设置成只需要单向转动，直驶变速机构2设置了单独的倒档。由于驱动电机1只需要实现单向驱动，因此可以采用不对称的磁路设计，使驱动电机1具有更高的功率密度。

第一液力偶合器143和第二液力偶合器144至驱动电机转子轴1r或转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈的传动比应大小相等方向相反。因此，第一前传动齿轮141和第二前传动齿轮142的传动比大小相等而方向相同，第一后传动齿轮145和第二后传动齿轮146的传动比大小相等而方向相反。

转向电机4同轴配置和布置在驱动电机1的右侧，其外廓不超过驱动电机1形成的圆柱轮廓，因此，混合动力电传动装置的长度没有增加，结构非常紧凑。优选地，转向电机4也采用具有高功率密度和高可靠性的横向磁通永磁电机来实现。

转向电机4具有闭锁模式、电动模式和回馈发电模式。在车辆直驶时，转向电机4工作在闭锁模式，将转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈抱死。在车辆转向时，转向电机4工作在电动模式，驱动转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈转动。在车辆转向制动时，转向电机4工作在回馈发电模式，提供再生制动转矩，制动转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈。

转向电机4的闭锁模式用于将转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈抱死，右侧传动9和左侧传动10的输出转速相等，在两侧履带外阻力不等时，保证车辆直线行驶的稳定性。显然，转向电机4能够提供的闭锁转矩大小决定了车辆直线行驶的稳定性，因此，其闭锁转矩不能太小。

转向电机4的电动模式用于驱动转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈正转或反转，右侧传动9和左侧传动10的输出转速不等，右侧主动轮19和左侧主动轮20产生速差后驱动车辆向左或向右转向。

转向电机4工作在回馈发电模式时，可提供再生制动转矩，制动转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈。与车辆纵向制动不同，转向时的外阻力较大，而且转向的角速度不高，因此，利用转向电机4工作在回馈发电模式提供的再生制动转矩即可满足一般情况下的转向制动需求。

转向制动机构6，其包括转向制动器61。由于取消了两侧的停车制动器，而复合制动机构3只用于车辆纵向制动，因此，设置了转向制动器61。

在转向电机4能够提供足够的转向制动转矩时，转向制动器61分离。在转向电机4不能提供足够的转向制动转矩时，转向制动器61接合，提供机械制动转矩，制动转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈。在转向电机4不能提供足够的闭锁转矩时，转向制动器61闭锁，将转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈抱死。

在正常的行驶过程中，利用转向电机4工作在回馈发电模式而不是转向制动器61来制动转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈，可避免转向制动器61频繁地接合和分离。

对于坑陷驶出等极困难的情况，例如一侧履带陷入泥泞或打滑时，依靠另一侧履带推动所能发挥的直驶牵引力的大小，取决于转向电机4提供的最大闭锁转矩。当转向电机4提供的闭锁转矩不能将转向差速行星排8的转向差速行星排齿圈完全抱死时，转向制动器61闭锁。

在困难地面上原位中心转向时，停车制动器31闭锁，直驶变速机构2挂空档，转向助力机构14的第一液力偶合器143或第二液力偶合器144充油，驱动电机1和转向电机4共同驱动车辆向左或向右转向。

本发明实施例的混合动力电传动装置，适用于主动轮后置或前置的重型履带车辆。

如上所述，本发明实施例的混合动力电传动装置，由于发动机101、起动发电机103和驱动电机1与功率分流机构102的连接关系，起动发电机103的最高转速较高，可采用体积较小的高速电机；横置的发动机101、起动发电机103和驱动电机1减小了混合动力电传动装置的体积；转向电机4和驱动电机1同轴布置，并通过转向助力机构14相连接，因此，转向电机4的直径较大，可提供较大的输出转矩；采用普通行星排来代替等轴差速器，并在两侧匹配具有不同传动比的右侧传动9和左侧传动10来实现左右对称输出，取消了零轴及相应的传动齿轮和支承结构，简化了箱体结构，使得混合动力电传动装置更加紧凑。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种履带车辆的混合动力电传动装置，其包括：

发动机，其用于提供驱动车辆行驶的第一动力源；

功率分流机构，其用于将发动机动力分解成用于行驶和用于发电的两路功率流，包含第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

起动发电机，其用于起动发动机和发电，包含起动发电机转子轴；

驱动电机，其用于提供驱动车辆行驶的第二动力源，包含中空的驱动电机转子轴；

直驶变速机构，其用于车辆直驶驱动特性变换；

复合制动机构，其用于车辆纵向制动；

转向助力机构，其用于增大转向流功率；

转向制动机构，其用于车辆转向制动；

直驶差速行星排和转向差速行星排，其用于直驶和转向两路功率流的汇流与差速；

转向电机，其用于驱动车辆转向，包含中空的转向电机转子轴；

左侧传动和右侧传动，其用于匹配左侧主动轮和右侧主动轮的转速，具有不同的传动比；

变速主轴，其用于直驶变速机构与直驶差速行星排之间的动力传递，为一中空轴；以及

左横轴和右横轴，其用于直驶差速行星排和转向差速行星排与左侧传动和右侧传动之间的动力传递。

2.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

构成混合动力电传动装置的上述部件被分别配置和布置在相平行的第一轴线和第二轴线上，并通过功率分流机构相连接；

在第一轴线上从左到右依次同轴配置和布置起动发电机、功率分流机构和发动机；

在第二轴线上从左到右依次同轴配置和布置左侧传动、复合制动机构、直驶变速机构、功率分流机构、驱动电机、转向助力机构、转向制动机构、直驶差速行星排、转向差速行星排、转向电机和右侧传动；

变速主轴配置和布置成贯穿于驱动电机转子轴；

左横轴配置和布置成贯穿于变速主轴；以及

右横轴配置和布置成贯穿于转向电机转子轴。

3.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

发动机的输出端与功率分流机构的第一输入端相连接，功率分流机构的第一输出端与起动发电机的输入端相连接，驱动电机的输出端与功率分流机构的第二输入端相连接，功率分流机构的第二输出端与直驶变速机构的输入端相连接，直驶变速机构的输出端与复合制动机构相连接，并通过变速主轴与直驶差速行星排的直驶差速行星排行星架相连接，驱动电机的前端通过转向助力机构与转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接，转向制动机构与转向差速行星排齿圈相连接，转向电机的输出端与转向差速行星排齿圈相连接，直驶差速行星排的直驶差速行星排齿圈与转向差速行星排的转向差速行星排行星架相连接，并通过右横轴与右侧传动的输入端相连接，右侧传动的输出端与右侧主动轮相连接，直驶差速行星排的直驶差速行星排太阳轮与转向差速行星排的转向差速行星排太阳轮相连接，并通过左横轴与左侧传动的输入端相连接，左侧传动的输出端与左侧主动轮相连接。

4.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

直驶差速行星排特征参数kt、转向差速行星排特征参数ks、右侧传动传动比icr和左侧传动传动比icl满足以下条件：kt＝icl/icr和ks＝icl/icr-1。

5.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

功率分流机构，其包括功率分流行星排和中央传动齿轮，功率分流行星排包括功率分流行星排太阳轮、功率分流行星排行星轮、功率分流行星排行星架和功率分流行星排齿圈，其中功率分流行星排行星架与发动机相连接，功率分流行星排太阳轮与起动发电机转子轴相连接，中央传动齿轮包括第一齿轮、惰轮和第二齿轮，其中第一齿轮与功率分流行星排齿圈相连接，第一齿轮通过惰轮连接第二齿轮，第二齿轮与驱动电机转子轴相连接。

6.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

起动发电机，其具有电动模式和发电模式。

7.根据权利要求6所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

在发动机起动时，起动发电机工作在电动模式，拖动发动机起动；以及

在车辆行驶时，起动发电机工作在发电模式，其发出的电力提供给驱动电机或转向电机，或给蓄电装置充电。

8.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

驱动电机，其具有闭锁模式、电动模式和回馈发电模式。

9.根据权利要求8所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

在发动机起动时，驱动电机工作在闭锁模式，将功率分流机构的第二输入端抱死；

在车辆行驶时，驱动电机工作在电动模式，驱动车辆行驶；以及

在车辆制动时，驱动电机工作在回馈发电模式，其发出的电力提供给蓄电装置充电。

10.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

直驶变速机构，其包括拉维娜式行星排、太阳轮离合器、齿圈离合器、太阳轮制动器和齿圈制动器，拉维娜式行星排包含第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、复合行星架和复合齿圈，太阳轮离合器用于连接驱动电机转子轴和第一太阳轮，齿圈离合器用于连接驱动电机转子轴和复合齿圈，太阳轮制动器用于制动第二太阳轮，齿圈制动器用于制动复合齿圈。

11.根据权利要求10所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

当齿圈离合器和齿圈制动器分离，太阳轮离合器和太阳轮制动器接合时，直驶变速机构实现前进1档，其传动比为1+krf/krr，其中krf为拉维娜式行星排的双行星排特征参数，krr为拉维娜式行星排的单行星排特征参数；

当太阳轮离合器和齿圈制动器分离，齿圈离合器和太阳轮制动器接合时，直驶变速机构实现前进2档，其传动比为1+1/krr；

当太阳轮制动器和齿圈制动器分离，太阳轮离合器和齿圈离合器接合时，直驶变速机构实现前进3档，其传动比为+1；

当齿圈离合器和太阳轮制动器分离，太阳轮离合器和齿圈制动器接合时，直驶变速机构实现倒档，其传动比为1-krf；

当太阳轮制动器、齿圈离合器和齿圈制动器分离，太阳轮离合器接合时，直驶变速机构实现空档；以及

当太阳轮离合器和齿圈离合器分离，太阳轮制动器和齿圈制动器接合时，直驶变速机构实现驻车档。

12.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

复合制动机构包括与变速主轴相连接的、并联的液力减速器和停车制动器。

13.根据权利要求12所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

在车辆制动时，驱动电机工作在回馈发电模式提供再生制动转矩，液力减速器充油提供液力制动转矩，停车制动器接合提供机械制动转矩，制动变速主轴；以及

在车辆原位中心转向时，停车制动器闭锁，将变速主轴抱死。

14.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

转向助力机构，其包括第一前传动齿轮、第二前传动齿轮、第一液力偶合器、第二液力偶合器，第一后传动齿轮和第二后传动齿轮，第一液力偶合器和第二液力偶合器对称布置在变速主轴两侧，并分别通过第一前传动齿轮和第二前传动齿轮与驱动电机转子轴相连接，还分别通过第一后传动齿轮和第二后传动齿轮与转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接，第一前传动齿轮和第二前传动齿轮的传动比值大小相等而方向相同，第一后传动齿轮和第二后传动齿轮的传动比值大小相等而方向相反。

15.根据权利要求14所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

在转向电机能够提供足够的转向转矩时，第一液力偶合器和第二液力偶合器无油空转；以及

在转向电机不能提供足够的转向转矩时，第一液力偶合器或第二液力偶合器充油提供助力转矩。

16.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

转向电机具有闭锁模式、电动模式和回馈发电模式。

17.根据权利要求16所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

在车辆直驶时，转向电机工作在闭锁模式，将转向差速行星排的转向差速行星排齿圈抱死；

在车辆转向时，转向电机工作在电动模式，驱动转向差速行星排齿圈转动；以及

在车辆转向制动时，转向电机工作在回馈发电模式，提供再生制动转矩，制动转向差速行星排齿圈。

18.根据权利要求1所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

转向制动机构，其包括与转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接的转向制动器。

19.根据权利要求18所述的履带车辆的混合动力电传动装置，其特征在于，

在转向电机能够提供足够的转向制动转矩时，转向制动器分离；

在转向电机不能提供足够的转向制动转矩时，转向制动器接合，提供机械制动转矩，制动转向差速行星排齿圈；以及

在转向电机不能提供足够的闭锁转矩时，转向制动器闭锁，将转向差速行星排齿圈抱死。

Images