CN103332109A - 一种履带车辆机电耦合传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种履带车辆机电耦合传动装置，属于车辆传动装置的布置或安装领域。所述传动装置包括发动机、功率耦合机构、两驱动电机、电力控制单元和储能系统，所述功率耦合机构包括两行星排与差速器。履带车辆直线行驶时，本发明的传动装置通过控制两个驱动电机同速实现；履带车辆转向时，内侧的转向循环功率一部分通过内侧电机做发电机以电功率形式回收传给外侧驱动电机，一部分以机械方式通过功率耦合机构输出到外侧履带。本发明传动装置去掉了履带车辆双流传动的转向齿轮组和零轴，避免了带横轴零差速机电复合驱动型式存在的系统功率浪费，使得系统效率得到充分利用。由于功率耦合机构的发明，降低了双侧独立电机驱动型式对电机的高要求。

Description

一种履带车辆机电耦合传动装置

技术领域

本发明涉及车辆传动装置的布置或者安装领域，具体是涉及一种履带车辆机电耦合传动装置。

背景技术

国内外履带车辆电传动装置研究主要集中在双侧电机独立驱动型式、带横轴式零差速复合驱动型式和双电动机与转向电机联合驱动型式。

如图1为双侧电机独立驱动型式，双侧电机独立驱动型式结构比较简单，直线行驶时，通过双侧驱动电机同速带动左右侧主动轮来实现，而在转向过程时，则通过控制左右侧电机速差来实现，为了在转向时能够满足功率需求，牵引电机必须具备较大的功率。因此这种方案对电机的要求很高，增加了电机研制的难度。如图2为带横轴零差速机电复合驱动型式，横轴式结构直线行驶时，通过直驶电机驱动主动轮实现，转向过程中利用汇流行星排及零轴，解决了履带车辆转向时功率循环的问题，但不足之处是直驶时转向电机不能利用，存在系统浪费，直驶电机和转向电机并排布置，增加了系统的轴向尺寸，不利于系统在整车中的布置。双电机与转向电机联合驱动结构型式，直驶时，通过左右侧电机同速实现，转向时，转向电机提供转向功率，通过转向传动轴调节两侧履带速度，产生转速差来实现转向。双电机与转向电机联合驱动的结构型式在国外也曾经被广泛研究，如图3为昆腾公司的双电机与转向电机联合驱动构型方案，转向时通过两个转向电机和位于中部的“控制差速器”来实现转向，通过发动机-发电机组向所有电机提供动力。但不足之处在于电机数量的增加使得成本、空间布置以及控制难度增加。图4为通用动力公司提出的“多模混联式混合动力驱动结构”，该驱动结构既可以采用发动机动力输出直接驱动两侧链轮，也可驱动发电机发电供直驶电机和转向电机使用,实现四种模式的切换，提高了整车运行车速范围。该方案引入动力电池储能系统，提高了系统效率和功率平衡，但是由于系统工作灵活性使得控制自由度更大，难度增加。从基本原理来看图3和图4所示的结构型式接近于带横轴零差速机电复合驱动型式。

从系统效率利用角度考虑，以图2所示的双电机独立驱动型式为基础的履带车辆机电复合传动更具优势，省去横轴部分，没有转向电机，能够简化系统，减少装置的纵向空间尺寸。但是双侧电机独立驱动型式对单侧驱动电机要求过高。

发明内容

本发明的目的是提出一种履带车辆机电耦合传动装置，本发明从履带车辆转向循环功率问题导致的对电机要求过高、降低控制难度以及充分利用系统效率角度出发，提出一种新型的双侧驱动兼具转向功能的履带车辆机电耦合传动装置，解决双侧电机独立驱动型式对牵引电机要求高以及横轴式系统效率低的缺点，能够很好的实现履带车辆爬坡、正常行驶、中心转向以及大半径转向的功能，提高了整体布置的紧凑性，有效减小传动装置总体尺寸。

本发明提供一种履带车辆的机电耦合传动装置，包括发动机、发电机、电力控制单元、驱动电机A、驱动电机B、功率耦合机构和驱动轮A及驱动轮B。所述驱动电机A和驱动电机B与电力控制单元通过电缆连接，所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。其改进之处在于所述功率耦合机构包括行星排A、行星排B和差速器；所述行星排B和行星排A的齿圈共用，共用齿圈与差速器壳齿轮啮合；所述驱动电机A和驱动电机B的输出轴与功率耦合机构的两行星排的太阳轮轴机械连接；所述功率耦合机构两行星排的行星架轴作为两侧输出轴，其上直接连接驱动轮。

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，具有以下优点：

1、通过功率耦合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，相比于双侧电机独立驱动结构型式大大降低了对电机的要求，降低了电机的研发难度；

2、本发明所述的传动装置相比于横轴式结构省去了零轴和转向电机，简化了驱动系统，能够减少传动系统总体尺寸。

附图说明

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：现有技术履带车辆电传动装置——双侧电机结构；

图3是：现有技术履带车辆电传动装置——横轴式机构；

图4是：现有技术履带车辆电传动装置——昆腾公司EMT系统构型方案；

图5是：现有技术履带车辆电传动装置——通用公司多模混联式混合动力驱动方案；

图中：1、储能系统；2、电力控制单元；3、发电机；4、增速箱；5、发动机；6、驱动轮A；7、驱动电机A；8、差速器；9、驱动电机B；10、驱动轮B；11行星排A；12行星排B。

具体实施方式

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进行详细的说明。

本发明致力于提供一种新型的适合于履带车辆的机电耦合传动装置，所述传动装置主要由两个驱动电机和一个功率耦合机构组成，功率耦合机构包括行星排A、行星排B和差速器。驱动电机在实际应用中可以根据情况嵌入变速机构，变速机构可以设计成不同档位以满足多种不同工况的需求。驱动系统除可以是电机外也可以是泵马达等其他驱动方式，利用本发明的功率耦合机构构成履带车辆双侧驱动兼转向的复合传动装置。

履带车直驶时，控制驱动电机A7和驱动电机B9同速即可，以驱动电机A7侧为例，动力从驱动电机A7输出后，一部分通过行星排A11传递给行星架输出，一部分动力通过输入到差速器8，通过差速器壳传递给行星排A11和B12的共用齿圈，再传递给行星架输出，实现直驶过程中的功率耦合。

转向时，通过相应的控制算法控制驱动电机A7和驱动电机B9运行在不同转速，通过两个驱动电机转速差来实现预期的转向目标。现以驱动电机A7为转向时的外侧电机为例进行说明。转向时，由于转向阻力矩的存在，导致在转向过程中，内侧驱动电机B9受到的阻力与直驶时受到的行驶阻力方向相反，成为与驱动电机B9转速方向相同的驱动力，进而内侧驱动电机B9的转向循环功率一部分以机械方式通过功率耦合机构的共用齿圈输出到外侧行星排A11的行星架驱动外侧履带，一部分通过内侧驱动电机B9做发电机以电功率回收传递给外侧驱动电机A7，减少了对外侧驱动电机A7驱动功率需求。

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，但这些改变或者变更军未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种履带车辆机电复合传动装置，所述传动装置包括发动机(5)、发电机(3)、电力控制单元(2)、储能系统(1)、驱动电机A(7)、驱动电机B(9)、功率耦合机构、驱动轮A(6)和驱动轮B(10)，其特征在于所述功率耦合机构包括差速器(8)、行星排A(11)和行星排B(12)：所述行星排A(11)和行星排B(12)齿圈共用，共用齿圈与差速器(8)外壳齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于所述行星排A(11)和行星排B(12)的太阳轮轴作为差速器(8)的左右两侧输入轴；差速器外壳作为差速器(8)的动力输出装置，并与两行星排(11、12)的共用齿圈啮合。

3.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于所述的电力控制单元(2)与驱动电机A(7)和驱动电机B(9)通过电缆连接，驱动电机A(7)和驱动电机B(9)的输出轴与功率耦合机构的两行星排(11、12)的太阳轮轴机械连接；功率耦合机构的行星排(11，12)的行星架轴作为两侧输出轴，其上有驱动轮A(6)和驱动轮B(10)。

4.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(4)和储能系统(1)；所述行星排A(11)的太阳轮轴与驱动电机A(7)的输出轴机械连接，行星排A(11)的行星架轴作为输出轴；所述行星排B(12)的太阳轮轴与驱动电机B(9)的输出轴机械连接，行星排B(12)的行星架轴作为输出轴；所述驱动电机A(7)和驱动电机B(9)同时与电力控制单元(2)通过电缆连接；所述电力控制单元(2)分别于储能系统(1)和发电机(3)通过电缆连接，发电机(3)与增速箱(4)机械连接，增速箱(4)与发动机(5)机械连接。

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