CN103640468B

CN103640468B - 侧变速箱及具有该侧变速箱的电传动装置

Info

Publication number: CN103640468B
Application number: CN201310713417.8A
Authority: CN
Inventors: 夏承钢; 孙江明
Original assignee: Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103640468A

Abstract

本发明提供了一种侧变速箱及具有该侧变速箱的电传动装置，其用作高机动性履带车辆双侧变速兼转向传动系，包括四个三元件行星排、三个离合器、四个制动器和箱体，具有低挡制动挡、低挡第三转向挡、低挡第二转向挡、低挡第一转向挡、低挡、高挡制动挡、高挡第三转向挡、高挡第二转向挡、高挡第一转向挡和高挡，低挡和高挡的速比根据直驶性能需求设置，低挡第三转向挡、低挡第二转向挡、低挡第一转向挡、高挡第三转向挡、高挡第二转向挡和高挡第一转向挡的速比根据转向性能需求设置，可以实现多个足够大的规定相对转向半径。因此，根据本发明可以得到一种直驶性能和转向性能均较优的侧变速箱及具有该侧变速箱的电传动装置。

Description

侧变速箱及具有该侧变速箱的电传动装置

技术领域

本发明涉及车辆电传动装置技术领域，特别涉及高机动性履带车辆电传动装置技术领域，具体是指一种侧变速箱及具有该侧变速箱的履带车辆电传动装置。

背景技术

在高机动性履带车辆传动系的发展历程中，出现过一种独特的双侧变速兼转向的传动系，其工作原理如下：直驶时，双侧变速箱挂相同挡位；转向时，低速侧侧变速箱降低一挡；一侧变速箱挂制动挡，可实现ρ=0.5的原地转向；当一侧变速箱挂1挡，另一侧变速箱挂倒挡，则可实现-0.5<ρ<0.5的原位中心转向。此类双侧变速箱从车体侧面的侧传动孔向内装入车体，通过前传动与发动机相连接，虽然其转向性能不佳，但却使得动力传动舱具有极高的功率密度，车体长度缩短近一米，可有效减小车辆外形轮廓，减少被发现和命中的概率，因此在俄罗斯的高机动性履带车辆上毫不犹豫地得到了广泛应用。

近半个世纪以来，主要有两种型号的双侧变速箱在数量巨大的高机动性履带车辆上使用，其中一种型号匹配最高转速2300rpm的柴油机使用，具有七个前进挡、一个倒挡和一个制动挡，另一种型号匹配最高转速20000rpm的燃气轮机使用，具有四个前进挡、一个倒挡和一个制动挡。

七挡侧变速箱的挡位速比依次为：8.1714/4.4/3.4856/2.7867/2.0274/1.4667/1.000，各挡位的规定相对转向半径ρ_n ^n-1依次为：0.5/1.667/4.3119/4.4873/3.170/3.1158/2.6427。四挡侧变速箱的挡位速比依次为：4.761/2.160/1.460/1.000，各挡位的规定相对转向半径ρ_n ^n-1依次为：0.5/1.43/2.58/2.67。各挡的规定转向半径本应随着挡位增加而逐渐增大，但以上数据表明，两种型号的双侧变速箱的中高挡规定转向半径偏小而不堪实用，过小的规定转向半径将导致高速行驶的车辆产生剧烈侧滑或向一侧倾覆。此外，车辆从直驶进入转向并向规定转向半径过渡时，须操纵着相应的摩擦元件处于打滑状态，因此不能实现精确转向，也由于过渡时间太长而影响操纵摩擦元件的寿命。

现有四挡或七挡侧变速箱的挡位划分和挡位速比主要是按照满足直驶性能需求设置的，对于转向性能需求只能适当兼顾，但实际使用经验表明，这对驾驶员操纵提出了较高的要求，过小的规定转向半径使得驾驶员不得不小心翼翼地驾驶车辆转向，以避免发生侧滑。改善现有七挡侧变速箱转向特性的方案措施如下（LiuXiuji.DesignofMulti-speedPlanetaryTransmission.Beijing.BeijingInstituteofTechnologyPress，1992）：对高挡增加一些专用于转向时一侧降速的挡来加大转向半径，保留原1、2、4、6和7挡作为直驶挡，原3和5挡作为转向挡，改善了原4挡和原6挡的规定转向半径，但原7挡的规定转向半径仍较小不堪实用。

基于现有七挡双侧变速箱的并联式混合动力电传动装置也已出现（AHybrid-ElectricDriveConceptForHighSpeedTrackedVehicles，ésMobilgépek，No.2.，（2008），pp.80.-88.），200kW柴油发动机并联200kW驱动电机后同轴配置在两侧变速箱之间，保留了动力传动舱高功率密度的优点，但转向性能仍没有得到改善。

现有七挡侧变速箱出现在近半个世纪前，其后简化形成了现有四挡侧变速箱，但自现有四挡侧变速箱在三十年前公开以来，再也没有出现过新行星结构方案的侧变速箱，也没有公开过匹配电传动装置使用的新行星结构方案侧变速箱。因此，还存在着提供一种直驶和转向性能均较优的侧变速箱及具有该侧变速箱的履带车辆电传动装置的可能。

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，提供一种直驶和转向性能均较优的侧变速箱及具有该侧变速箱的履带车辆电传动装置。

本发明提供了一种侧变速箱，其用作高机动性履带车辆的双侧变速兼转向传动系，包括：第一行星排，其为三元件行星排，包括第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架；第二行星排，其为三元件行星排，包括第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架；第三行星排，其为三元件行星排，包括第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架；第四行星排，其为三元件行星排，包括第四太阳轮、第四齿圈和第四行星架；箱体；其特征在于：所述侧变速箱还包括：第一制动器，其用于制动所述第二太阳轮；第二制动器，其用于制动所述第二齿圈；第三制动器，其用于制动所述第四行星架；第四制动器，其用于制动所述第四齿圈；第一离合器，其用于连接所述第一齿圈和所述第二太阳轮；第二离合器，其用于连接所述第二齿圈和所述第四太阳轮；第三离合器，其用于连接所述第三齿圈和所述第四行星架；以及所述第一齿圈作为所述侧变速箱的输入端，所述第一行星架与所述第四太阳轮相连接，所述第一太阳轮与所述第二行星架相连接，所述第三行星架与所述箱体固接，所述第三太阳轮与所述第四齿圈相连接，所述第四行星架作为所述侧变速箱的输出端与主动轮直接连接。

根据本发明的侧变速箱，所述侧变速箱具有低挡和高挡，并对所述低挡和所述高挡分别设置了三个转向挡，低挡的转向挡包括低挡第三转向挡、低挡第二转向挡、低挡第一转向挡、高挡的转向挡包括高挡第三转向挡、高挡第二转向挡和高挡第一转向挡，其中，其中，当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现低挡第三转向挡；当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现低挡第二转向挡；当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现低挡第一转向挡；当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现低挡；当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现高挡第三转向挡；当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现高挡第二转向挡；当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现高挡第一转向挡；以及当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现高挡。

根据本发明的侧变速箱，所述低挡和所述高挡的速比根据直驶性能需求设置；所述低挡第三转向挡、所述低挡第二转向挡、所述低挡第一转向挡、所述高挡第三转向挡、所述高挡第二转向挡和所述高挡第一转向挡的速比根据转向性能需求设置，其中，所述低挡第三转向挡的速比根据第三规定相对转向半径和所述低挡的速比来设置；所述低挡第二转向挡的速比根据第二规定相对转向半径和所述低挡的速比来设置；所述低挡第一转向挡的速比根据第一规定相对转向半径和所述低挡的速比来设置；所述高挡第三转向挡的速比根据所述第三规定相对转向半径和所述高挡的速比来设置；所述高挡第二转向挡的速比根据所述第二规定相对转向半径和所述高挡的速比来设置；所述高挡第一转向挡的速比根据所述第一规定相对转向半径和所述高挡的速比来设置，且两挡位的速比比值Δ与规定相对转向半径ρ的关系为：

ρ = \frac{Δ + 1}{2 (Δ - 1)} .

根据本发明的侧变速箱，当左侧变速箱和右侧变速箱同时挂所述低挡或所述高挡，实现车辆直驶；当所述左侧变速箱挂所述低挡，所述右侧变速箱挂所述低挡第三转向挡，实现所述第三规定相对转向半径的车辆转向；当所述左侧变速箱挂所述低挡，所述右侧变速箱挂所述低挡第二转向挡，实现所述第二规定相对转向半径的车辆转向；当所述左侧变速箱挂所述低挡，所述右侧变速箱挂所述低挡第一转向挡，实现所述第一规定相对转向半径的车辆转向；当所述左侧变速箱挂所述高挡，所述右侧变速箱挂所述高挡第三转向挡，实现所述第三规定相对转向半径的车辆转向；当所述左侧变速箱挂所述高挡，所述右侧变速箱挂所述高挡第二转向挡，实现所述第二规定相对转向半径的车辆转向；以及当所述左侧变速箱挂所述高挡，所述右侧变速箱挂所述高挡第一转向挡，实现所述第一规定相对转向半径的车辆转向。

根据本发明的侧变速箱，所述侧变速箱还具有低挡制动挡和高挡制动挡，其中，当所述第一离合器、所述第一制动器和所述第四制动器分离，所述第二离合器、所述第二制动器、所述第三离合器和所述第三制动器接合时，所述侧变速箱实现低挡制动挡；以及当所述第一离合器、所述第一制动器和所述第三离合器分离，所述第二离合器、所述第二制动器、所述第三制动器和所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现高挡制动挡。

根据本发明的侧变速箱，当所述左侧变速箱或所述右侧变速箱挂所述低挡或所述高挡，所述右侧变速箱或左侧变速箱对应挂所述低挡制动挡或所述高挡制动挡，实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的车辆转向。

本发明提供了一种电传动装置，其包括：至少一个驱动电机，所述侧变速箱为两个。

根据本发明的电传动装置，所述驱动电机的左右输出端分别与两个所述侧变速箱的输入端相连接。

本发明提供了一种混合动力电传动装置，其包括：发动机、至少一个电动/发电机、前传动、倒顺机构，所述侧变速箱为两个，其中，所述倒顺机构的左右输出端分别与两个所述侧变速箱的输入端相连接。

根据本发明的混合动力电传动装置，所述混合动力电传动装置还包括至少一个功率分流行星排。

本发明的侧变速箱，具有四个三元件行星排与包括三个离合器和四个制动器在内共七个操纵摩擦元件，设置了高挡和低挡两个前进挡，并对应设置了高挡和低挡的第一、第二和第三转向挡，其速比根据第一、第二和第三规定相对转向半径设置，可以实现多个足够大的规定转向半径。因此，根据本发明可以得到一种直驶和转向性能均较优的侧变速箱及具有该侧变速箱的履带车辆电传动装置。

附图说明

图1是本发明具体实施例所涉及的侧变速箱的结构示意图。

图2是本发明具体实施例所涉及的具有侧变速箱的单驱动电机电传动装置结构示意图；

图3是本发明具体实施例所涉及的具有侧变速箱的双驱动电机电传动装置结构示意图；

图4是本发明具体实施例所涉及的具有侧变速箱的功率分流式混合动力电传动装置结构示意图；

图5是本发明具体实施例所涉及的具有侧变速箱的并联式混合动力电传动装置结构示意图；以及

图6是现有七挡侧变速箱的结构示意图；

图7是现有四挡侧变速箱的结构示意图。

图中：10，10L，10R分别是侧变速箱、左侧变速箱和右侧变速箱；1，1S，1R，1C分别是第一行星排、第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架；2，2S，2R，2C分别是第二行星排、第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架；3，3S，3R，3C分别是第三行星排、第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架；4，4S，4R，4C分别是第四行星排、第四太阳轮、第四齿圈和第四行星架；5箱体；6主动轮；C1，B1，C2，B2，C3，B3，B4，C0分别是第一离合器、第一制动器、第二离合器、第二制动器、第三离合器、第三制动器、第四制动器和横轴离合器；7，7L，7R，7A，7B分别是驱动电机、左驱动电机、右驱动电机、第一电动/发电机和第二电动/发电机；81，82分别是发动机和燃气轮机；91，92，93分别是功率分流行星排、前传动和倒顺机构。

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是本发明具体实施例所涉及的侧变速箱的结构原理示意图。参照图1，用作高机动性履带车辆双侧变速兼转向传动系的侧变速箱10包括：第一行星排1，其为三元件行星排，包括第一太阳轮1S、第一齿圈1R和第一行星架1C；第二行星排2，其为三元件行星排，包括第二太阳轮2S、第二齿圈2R和第二行星架2C；第三行星排3，其为三元件行星排，包括第三太阳轮3S、第三齿圈3R和第三行星架3C；第四行星排4，其为三元件行星排，包括第四太阳轮4S、第四齿圈4R和第四行星架4C；箱体5；第一制动器B1，其用于制动第二太阳轮2S；第二制动器B2，其用于制动第二齿圈2R；第三制动器B3，其用于制动第四行星架4C；第四制动器B4，其用于制动第四齿圈4R；第一离合器C1，其用于连接第一齿圈1R和第二太阳轮2S；第二离合器C2，其用于连接第二齿圈2R和第四太阳轮4S；第三离合器C3，其用于连接第三齿圈3R和第四行星架4C；以及第一齿圈1R作为侧变速箱10的输入端，第一行星架1C与第四太阳轮4S相连接，第一太阳轮1S与第二行星架2C相连接，第三行星架3C与箱体5固接，第三太阳轮3S与第四齿圈4R相连接，第四行星架4C作为侧变速箱10的输出端与主动轮6直接连接。

表1是本发明具体实施例所涉及的侧变速箱的操纵摩擦元件状态表。侧变速箱10具有低挡和高挡，并对低挡和高挡分别设置了三个转向挡，即低挡第三转向挡、低挡第二转向挡、低挡第一转向挡、高挡第三转向挡、高挡第二转向挡和高挡第一转向挡。参考表1，当第一离合器C1分离，第一制动器B1接合，第二离合器C2分离，第二制动器B2接合，第三离合器C3接合，第三制动器B3分离，第四制动器B4分离时，侧变速箱10实现低挡第三转向挡；当第一离合器C1接合，第一制动器B1分离，第二离合器C2分离，第二制动器B2接合，第三离合器C3接合，第三制动器B3分离，第四制动器B4分离时，侧变速箱10实现低挡第二转向挡；当第一离合器C1分离，第一制动器B1接合，第二离合器C2接合，第二制动器B2分离，第三离合器C3接合，第三制动器B3分离，第四制动器B4分离时，侧变速箱10实现低挡第一转向挡；以及当第一离合器C1接合，第一制动器B1分离，第二离合器C2接合，第二制动器B2分离，第三离合器C3接合，第三制动器B3分离，第四制动器B4分离时，侧变速箱10实现低挡。

当第一离合器C1分离，第一制动器B1接合，第二离合器C2分离，第二制动器B2接合，第三离合器C3分离，第三制动器B3分离，第四制动器B4接合时，侧变速箱10实现高挡第三转向挡；当第一离合器C1接合，第一制动器B1分离，第二离合器C2分离，第二制动器B2接合，第三离合器C3分离，第三制动器B3分离，第四制动器B4接合时，侧变速箱10实现高挡第二转向挡；当第一离合器C1分离，第一制动器B1接合，第二离合器C2接合，第二制动器B2分离，第三离合器C3分离，第三制动器B3分离，第四制动器B4接合时，侧变速箱10实现高挡第一转向挡；当第一离合器C1接合，第一制动器B1分离，第二离合器C2接合，第二制动器B2分离，第三离合器C3分离，第三制动器B3分离，第四制动器B4接合时，侧变速箱10实现高挡。

表1侧变速箱操纵摩擦元件状态表（×分离，○接合）

C1

B1

C2

B2

C3

B3

B4

低挡第三转向挡

×

○

×

○

×

低挡第二转向挡

○

×

○

×

低挡第一转向挡

×

○

×

○

×

低挡

○

×

○

×

○

×

高挡第三转向挡

×

○

×

○

×

○

高挡第二转向挡

○

×

○

×

○

高挡第一转向挡

×

○

×

○

高挡

○

×

○

×

○

侧变速箱10的低挡和高挡的速比根据直驶性能需求设置。直驶挡的挡位速比和数量可根据动力装置的转矩适应性系数或扩速比，以及常规高机动性履带车辆约12的传动范围类比确定。对于转矩适应性系数或扩速比为4的动力装置，只要设置低挡和高挡两个挡位即可，且低挡和高挡的速比比值接近3即可。

低挡第三转向挡、低挡第二转向挡、低挡第一转向挡、高挡第三转向挡、高挡第二转向挡和高挡第一转向挡的速比根据转向性能需求设置。其中，低挡第三转向挡的速比根据第三规定相对转向半径ρ₃和低挡的速比来设置；低挡第二转向挡的速比根据第二规定相对转向半径ρ₂和低挡的速比来设置；低挡第一转向挡的速比根据第一规定相对转向半径ρ₁和低挡的速比来设置；高挡第三转向挡的速比根据第三规定相对转向半径ρ₃和高挡的速比来设置；高挡第二转向挡的速比根据第二规定相对转向半径ρ₂和高挡的速比来设置；高挡第一转向挡的速比根据第一规定相对转向半径ρ₁和高挡的速比来设置。第一、第二和第三规定相对转向半径依次减小，即ρ₁>ρ₂>ρ₃。

当左侧变速箱10L或右侧变速箱10R同时挂低挡或高挡时，实现车辆直驶；当左侧变速箱10L挂低挡，右侧变速箱10R挂低挡第三转向挡，实现第三规定相对转向半径ρ₃的车辆转向；当左侧变速箱10L挂低挡，右侧变速箱10R挂低挡第二转向挡，实现第二规定相对转向半径ρ₂的车辆转向；当左侧变速箱10L挂低挡，右侧变速箱挂低挡第一转向挡，实现第一规定相对转向半径ρ₁的车辆转向。

当左侧变速箱10L挂高挡，右侧变速箱10R挂高挡第三转向挡，实现第三规定相对转向半径ρ₃的车辆转向；当左侧变速箱10L挂高挡，右侧变速箱10R挂高挡第二转向挡，实现第二规定相对转向半径ρ₂的车辆转向；以及当左侧变速箱10L挂高挡，右侧变速箱10R挂高挡第一转向挡，实现第一规定相对转向半径ρ₁的车辆转向。

应该指出，虽然对低挡和高挡都设置了三个转向挡，都可以实现三个规定相对转向半径，但在车速较高时，并非三个规定相对转向半径都可用，因为过小的转向半径会导致车辆侧滑或倾覆。因此，挂低挡车速较低时，可用三个规定相对转向半径转向，随着车速的增加挂高挡后，中等车速时只有第一和第二规定相对转向半径可用，较高车速时则只有第一规定相对转向半径可用，如此可以保证车辆行驶安全性。

根据图1和表1对侧变速箱10的挡位速比i_n进行计算，得到的结果见表2，其中k₁、k₂、k₃和k₄分别是第一、第二、第三和第四行星排的结构特征参数。三个规定相对转向半径ρ_n根据式（1）进行计算，式中Δ为两挡位的速比比值：

ρ = \frac{Δ + 1}{2 (Δ - 1)} - - - (1)

表2挡位速比和规定相对转向半径

根据Δ和ρ的分布范围，选择合适的k₁和k₂数值。参考常规高机动性履带车辆的常用规定相对转向半径的数值范围，对于三个规定相对转向半径ρ_n，分别选择ρ₁＝8～9，ρ₂=5～6和ρ₃＝3～4，则Δ₁=1.1176～1.1333，Δ₂=1.1818～1.2222，Δ₃=1.2857～1.4。试算后选择k₁=3.0，k₂=1.65。

根据最高车速选择高挡传动比和k₄，并考虑布置B4所需的空间。选择k₄=4，则高挡速比为5。根据低挡与高挡的速比比值应小于驱动电机近4的扩速比，选择k₃=2.25，则低挡速比为14，两者的比值为2.8。据此计算的挡位速比和规定相对转向半径的具体数值见表3。

表3挡位速比和规定相对转向半径的具体数值

挡位速比i_n

规定相对转向半径ρ_n

低挡第三转向挡	18.667	3.5
			低挡第二转向挡	16.581	5.92
低挡第一转向挡	15.761	8.45
			低挡	14	（25.7km/h）
高挡第三转向挡	6.667	3.5
			高挡第二转向挡	5.922	5.92
高挡第一转向挡	5.629	8.457 -->
			高挡	5.0	（72km/h）

出于提高生产工艺性的考虑，希望k₁=k₂=k₃，更进一步地实现三个行星排的齿数均相同，齿宽因受力条件不同而略有所不同或也采取相同的，大大简化了加工过程。试算后选择k₁=k₂=k₃=2.25，所得结果如表31所示。k₁、k₂、k₃和k₄具体数值的选择，带来工艺性和规定相对转向半径的差异，可根据实际需要选择合适的数值。

表31挡位速比和规定相对转向半径的具体数值

	挡位速比i_n	规定相对转向半径ρ_n
			低挡第三转向挡	20.222	2.75
低挡第二转向挡	17.790	4.19
			低挡第一转向挡	15.915	7.81
低挡	14	（25.7km/h）
			高挡第三转向挡	7.222	2.75
高挡第二转向挡	6.353	4.19
			高挡第一转向挡	5.684	7.81
高挡	5.0	（72km/h）

此外，低挡第三转向挡的速比比低挡的大，也可用该挡爬极陡坡。当左侧变速箱10L和右侧变速箱10R同时挂低挡第三转向挡，车辆在附着力允许的条件下可以克服35度的陡坡。

侧变速箱10还具有低挡制动挡和高挡制动挡。表4是侧变速箱制动挡的操纵摩擦元件状态表。参考表4，低挡制动挡的传动比（即1+k₄+k₃k₄）大，需要第二离合器C2、第二制动器B2和第三制动器B3提供的制动转矩较小，而高挡制动挡的传动比（即1+k₄）小，需要第二离合器C2、第二制动器B2和第三制动器B3提供较大的制动转矩。在正常情况下，制动转矩主要由第二离合器C2或第二制动器B2提供，第三制动器B3只根据需要提供较小的辅助制动转矩。第三制动器B3制动与主动轮6直接连接的第四行星架4C，在第二离合器C2、第二制动器B2、第三制动器B3或第四制动器B4不能正常接合时提供全部制动转矩。

表4侧变速箱制动挡的操纵摩擦元件状态表（×分离，○接合）

C1

B1

C2

B2

C3

B3

B4

低挡制动挡

×

○

×

高挡制动挡

×

○

×

○

参考表1和表4可知，无论侧变速箱10挂哪一挡，第二离合器C2和第二制动器B2必有一个已经接合，当挂制动挡时，除了第一离合器C1和第一制动器B1分离外，只要控制第二离合器C2或第二制动器B2以及第三制动器B3的接合程度即可实现制动挡。

当左侧变速箱10L或右侧变速箱10R挂低挡或高挡，右侧变速箱10R或左侧变速箱10L对应挂低挡制动挡或高挡制动挡，实现ρ₄=0.5的第四规定相对转向半径的车辆转向。

图2和图3分别是具有侧变速箱的电传动装置的两个具体实施例，其中，图2是本发明具体实施例所涉及的单驱动电机电传动装置结构示意图，图3是本发明具体实施例所涉及的双驱动电机电传动装置结构示意图。

参考图2，驱动电机7的左右输出端分别与左侧变速箱10L和右侧变速箱10R的输入端相连接。参考图3，左驱动电机7L的输出端的一端与左侧变速箱10L的输入端相连接，右驱动电机7R的输出端的一端与右侧变速箱10R的输入端相连接，左驱动电机7L的输出端的另一端通过横轴离合器C0与右驱动电机7R的输出端的另一端相连接。

应该指出，侧变速箱10没有倒挡，倒车必须依靠驱动电机7或左驱动电机7L和右驱动电机7R的反转电动来实现。这也意味着图2的单驱动电机方案不具有原位中心转向能力，可依靠ρ₄=0.5的原地转向来弥补。图3的双驱动电机即左驱动电机7L和右驱动电机7R在横轴离合器C0分离后，分别工作在正转和反转电动模式，可实现原位中心转向。

图4和图5分别是具有该侧变速箱的混合动力电传动装置的两个具体实施例，其中，图4是本发明具体实施例所涉及的功率分流式混合动力电传动装置结构示意图，图5是本发明具体实施例所涉及的并联式混合动力电传动装置结构示意图。

参考图4，功率分流式混合动力电传动装置的混和动力模块包括发动机81、第一电动/发电机7A、第二电动/发电机7B、功率分流行星排91和前传动92，该模块的输出端与倒顺机构93相连接，倒顺机构93的左右输出端分别与左侧变速箱10L和右侧变速箱10R的输入端相连接。与图3的方案一样，该方案不具有原位中心转向能力。

参考图5，并联式混合动力电传动装置的燃气轮机82纵向布置，其通过前传动92与第一电动/发电机7A相连接，第一电动／发电机7A与左侧变速箱10L和右侧变速箱10R同轴配置，前传动92的另一输出端与倒顺机构93相连接，倒顺机构93的左右输出端分别与左侧变速箱10L和右侧变速箱10R的输入端相连接。与图3的方案一样，该方案不具有原位中心转向能力。

原则上，任何动力装置的扩速比或转矩适应性系数只要接近4就可以匹配侧变速箱10使用。具有双电动/发电机的混合动力模块可以轻易满足这一要求。柴油发动机的转矩适应性系数（达1.6）较小，只匹配一电动/发电机后难以得到较理想的输出特性。燃气轮机具有较大的转矩适应性系数（达2～2.5），匹配一电动/发电机后可以得到满意的输出特性。

图6和图7分别是现有七挡侧变速箱和现有四挡侧变速箱的结构示意图。参考图6，该侧变速箱包括一复合行星排和四个简单行星排，其结构特征参数分别为：k₁=2.222，k₂=2.0，k₃=4.5714，k₄=2.1429，k₅=4.454。表5是现有七挡侧变速箱的挡位参数表，不合理的规定相对转向半径ρ清楚可见。

表5现有七挡侧变速箱的挡位参数表

表6是现有七挡侧变速箱改进后的挡位参数表。改进方案的行星排结构形式不变，仅各k值稍有改变：k₁=2.77，k₂=1.7，k₃=3.2，k₄=1.93，k₅=4.454。从表6中可看出，直接挡即原7挡的ρ仍然过小不堪实用。

表6现有七挡侧变速箱改进后的挡位参数表

侧变速箱10只有四个简单行星排，而现有七挡侧变速箱实际上具有五个行星排（复式行星排实际上是由两个简单行星排组成），即从输入端到主动轮之间有五个行星排，因此，本发明的侧变速箱10比现有七挡侧变速箱的结构更简单，体积更紧凑。

本发明的四个具体实施例的电传动装置和混合动力电传动装置，与其它高机动性履带车辆的电传动装置和混合动力电传动装置相比，没有单独设置的转向电机，结构紧凑和控制简单的优势非常明显，极有利于实现高功率密度动力传动舱。

本发明的具体实施例的侧变速箱，具有四个三元件行星排与包括三个离合器和四个制动器在内共七个操纵摩擦元件，设置了高挡和低挡两个前进挡，并对应设置了高挡和低挡的第一、第二和第三转向挡，其速比根据第一、第二和第三规定相对转向半径设置，可以实现多个足够大的规定相对转向半径。因此，根据本发明可以得到一种直驶和转向性能均较优的侧变速箱及具有该侧变速箱的履带车辆电传动装置。

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

1.一种侧变速箱，其用作高机动性履带车辆双侧变速兼转向传动系，包括：第一行星排，其为三元件行星排，包括第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架；第二行星排，其为三元件行星排，包括第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架；第三行星排，其为三元件行星排，包括第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架；第四行星排，其为三元件行星排，包括第四太阳轮、第四齿圈和第四行星架；箱体；其特征在于：

所述侧变速箱还包括：第一制动器，其用于制动所述第二太阳轮；第二制动器，其用于制动所述第二齿圈；第三制动器，其用于制动所述第四行星架；第四制动器，其用于制动所述第四齿圈；第一离合器，其用于连接所述第一齿圈和所述第二太阳轮；第二离合器，其用于连接所述第二齿圈和所述第四太阳轮；第三离合器，其用于连接所述第三齿圈和所述第四行星架；以及

所述第一齿圈作为所述侧变速箱的输入端，所述第一行星架与所述第四太阳轮相连接，所述第一太阳轮与所述第二行星架相连接，所述第三行星架与所述箱体固接，所述第三太阳轮与所述第四齿圈相连接，所述第四行星架作为所述侧变速箱的输出端与主动轮直接连接。

2.根据权利要求1所述的侧变速箱，其特征在于，

所述侧变速箱具有低挡和高挡，所述低挡设置有三个转向挡，包括低挡第三转向挡、低挡第二转向挡、低挡第一转向挡；

所述的高挡设置有三个转向挡，包括高挡第三转向挡、高挡第二转向挡和高挡第一转向挡，其中，

当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现所述低挡第三转向挡；

当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现所述低挡第二转向挡；

当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现所述低挡第一转向挡；

当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器接合，所述第三制动器分离，所述第四制动器分离时，所述侧变速箱实现所述低挡；

当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现所述高挡第三转向挡；

当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器分离，所述第二制动器接合，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现所述高挡第二转向挡；

当所述第一离合器分离，所述第一制动器接合，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现所述高挡第一转向挡；以及

当所述第一离合器接合，所述第一制动器分离，所述第二离合器接合，所述第二制动器分离，所述第三离合器分离，所述第三制动器分离，所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现所述高挡。

3.根据权利要求2所述的侧变速箱，其特征在于，

所述低挡和所述高挡的速比根据直驶性能需求设置；以及

所述低挡第三转向挡、所述低挡第二转向挡、所述低挡第一转向挡、所述高挡第三转向挡、所述高挡第二转向挡和所述高挡第一转向挡的速比根据转向性能需求设置，其中，

所述低挡第三转向挡的速比根据第三规定相对转向半径和所述低挡的速比来设置，且所述低挡第三转向挡和所述低挡的速比比值Δ₃与第三规定相对转向半径ρ₃的关系为：

所述低挡第二转向挡的速比根据第二规定相对转向半径和所述低挡的速比来设置，且所述低挡第二转向挡和所述低挡的速比比值Δ₂与第二规定相对转向半径ρ₂的关系为：

所述低挡第一转向挡的速比根据第一规定相对转向半径和所述低挡的速比来设置，且所述低挡第一转向挡和所述低挡的速比比值Δ₁与第一规定相对转向半径ρ₁的关系为：

所述高挡第三转向挡的速比根据所述第三规定相对转向半径和所述高挡的速比来设置，且所述高挡第三转向挡和所述高挡的速比比值Δ₃与第三规定相对转向半径ρ₃的关系为：

所述高挡第二转向挡的速比根据所述第二规定相对转向半径和所述高挡的速比来设置，且所述高挡第二转向挡和所述高挡的速比比值Δ₂与第二规定相对转向半径ρ₂的关系为：

所述高挡第一转向挡的速比根据所述第一规定相对转向半径和所述高挡的速比来设置，且所述高挡第一转向挡和所述高挡的速比比值Δ₁与第一规定相对转向半径ρ₁的关系为：

4.根据权利要求3所述的侧变速箱，其特征在于，

当左侧变速箱和右侧变速箱同时挂所述低挡或所述高挡，实现车辆直驶；

当所述左侧变速箱挂所述低挡，所述右侧变速箱挂所述低挡第三转向挡，实现所述第三规定相对转向半径的车辆转向；

当所述左侧变速箱挂所述低挡，所述右侧变速箱挂所述低挡第二转向挡，实现所述第二规定相对转向半径的车辆转向；

当所述左侧变速箱挂所述低挡，所述右侧变速箱挂所述低挡第一转向挡，实现所述第一规定相对转向半径的车辆转向；

当所述左侧变速箱挂所述高挡，所述右侧变速箱挂所述高挡第三转向挡，实现所述第三规定相对转向半径的车辆转向；

当所述左侧变速箱挂所述高挡，所述右侧变速箱挂所述高挡第二转向挡，实现所述第二规定相对转向半径的车辆转向；以及

当所述左侧变速箱挂所述高挡，所述右侧变速箱挂所述高挡第一转向挡，实现所述第一规定相对转向半径的车辆转向。

5.根据权利要求4所述的侧变速箱，其特征在于，

所述侧变速箱还具有低挡制动挡和高挡制动挡，其中，

当所述第一离合器、所述第一制动器和所述第四制动器分离，所述第二离合器、所述第二制动器、所述第三离合器和所述第三制动器接合时，所述侧变速箱实现所述低挡制动挡；以及

当所述第一离合器、所述第一制动器和所述第三离合器分离，所述第二离合器、所述第二制动器、所述第三制动器和所述第四制动器接合时，所述侧变速箱实现所述高挡制动挡。

6.根据权利要求5所述的侧变速箱，其特征在于，

当所述左侧变速箱或所述右侧变速箱挂所述低挡或所述高挡，所述右侧变速箱或所述左侧变速箱对应挂所述低挡制动挡或所述高挡制动挡，实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的车辆转向。

7.一种基于权利要求1所述的侧变速箱的电传动装置，其特征在于，包括：

至少一个驱动电机，所述侧变速箱为两个。

8.根据权利要求7所述的电传动装置，其特征在于：

所述驱动电机的左输出端与其中一个所述侧变速箱的输入端相连接，所述的驱动电机的右输出端与另外一个所述侧变速箱的输入端相连接。

9.一种基于权利要求1所述的侧变速箱的混合动力电传动装置，其特征在于，包括：

发动机、至少一个电动/发电机、前传动、倒顺机构，所述侧变速箱为两个，其中，所述倒顺机构的左输出端与其中一个所述侧变速箱的输入端相连接且所述倒顺机构的右输出端与另外一个所述侧变速箱的输入端相连接。

10.根据权利要求9所述的混合动力电传动装置，其特征在于：

所述混合动力电传动装置还包括至少一个功率分流行星排。