CN103640472A - 具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置及相应控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置及相应控制方法，包括：驱动电机；转向电机；直驶差速行星排；转向差速行星排；直驶制动器；转向变速机构，具有转向低挡和转向高挡，包括转向变速行星排、第一制动器和第一离合器，转向变速行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为35～45；不对称的左侧两挡变速器和右侧两挡变速器；伺服转向时在火控系统的指令控制下驱动车体实现设定的车体方向角和方向角速度。本发明的具有伺服转向功能的电传动装置，可提供60°/s～0.025°/s的车体方向角速度，并在火控系统的指令控制下实现车体与炮塔同向转动或反向转动，可提供90°/s～0.01°/s的车载武器方向瞄准角速度。
Description
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，具体是指一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置及相应控制方法。
背景技术
高机动性履带车辆的武器系统安装在可360°周向旋转的炮塔上，其水平方向瞄准是通过炮塔方向机驱动炮塔旋转来实现的，目前主要有电液式和电动式两种炮塔方向机，可实现的方向瞄准角速度为30°/s～0.025°/s。如果还要涵盖4000米射程和自动跟踪系统的瞄准要求，则最低稳定方向瞄准角速度应达到0.01°/s。
现有的高机动性履带车辆电传动装置均不具备伺服转向功能，武器系统的水平方向瞄准仍然是依靠炮塔方向机独立完成。虽然电传动装置可以轻松推动车体达到60°/s的最高方向角速度，但却无法实现0.025°/s的最低稳定方向角速度，其可实现的最低稳定方向角速度大于1°/s。因此，还存在着提供一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的需求。
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，提供一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置及相应控制方法。
本发明提供了一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，包括：驱动电机；转向电机；直驶差速行星排；转向差速行星排，其结构特征参数等于所述直驶差速行星排的结构特征参数减1；直驶制动器，其用于制动所述直驶差速行星排的行星架；转向变速机构，具有转向低挡和转向高挡，包括转向变速行星排、第一制动器和第一离合器，所述第一制动器用于制动所述转向变速行星排的齿圈，所述第一离合器用于连接所述转向变速行星排的齿圈和行星架，当所述第一制动器接合且所述第一离合器分离时实现所述转向低挡，当所述第一制动器分离且所述第一离合器接合时实现所述转向高挡；第一减速排，其用于所述驱动电机减速增矩；第二减速排，其用于所述转向电机减速增矩；其特征在于：所述转向变速行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为35～45；所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置还包括：不对称的左侧两挡变速器和右侧两挡变速器，各具有低挡、高挡和锁止挡，各包括两个行星排和两个换挡元件，其中，所述左侧两挡变速器的低挡速比与所述右侧两挡变速器的低挡速比的比值等于所述直驶差速行星排的结构特征参数，所述左侧两挡变速器的高挡速比与所述右侧两挡变速器的高挡速比的比值等于所述直驶差速行星排的结构特征参数；所述驱动电机的输出端通过所述第一减速排与所述直驶差速行星排的行星架相连接，所述直驶差速行星排的太阳轮与所述转向差速行星排的太阳轮固接后与所述左侧两挡变速器的输入端相连接，所述左侧两挡变速器的输出端与左侧主动轮相连接，所述直驶差速行星排的齿圈与所述转向差速行星排的行星架固接后与所述右侧两挡变速器的输入端相连接，所述右侧两挡变速器的输出端与右侧主动轮相连接，所述转向差速行星排的齿圈与所述转向变速行星排的行星架相连接，所述转向变速行星排的太阳轮通过所述第二减速排与所述转向电机的输出端相连接；以及伺服转向时，所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置在火控系统的指令控制下驱动车体实现设定的车体方向角和方向角速度。
根据本发明的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，所述左侧两挡变速器包括第一行星排、第二行星排和第二制动器和第二离合器，所述第一行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为12～16，所述第二行星排为普通排，所述第一行星排的太阳轮作为所述左侧两挡变速器的输入端，所述第一行星排的行星架作为所述左侧两挡变速器的输出端，另一端通过所述第二离合器与所述第二行星排的齿圈相连接，所述第二行星排的行星架固定，所述第二行星排的太阳轮与所述第一行星排的齿圈相连接，所述第二制动器用于制动所述第一行星排的齿圈；所述第二制动器接合且所述第二离合器分离时，所述左侧两挡变速器实现所述低挡；所述第二制动器分离且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述高挡；所述第二制动器接合且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述锁止挡；以及所述右侧两挡变速器包括第三行星排、第四行星排和第三制动器和第三离合器，所述第三行星排和所述第四行星排为普通排，所述第三行星排的太阳轮作为所述右侧两挡变速器的输入端，所述第三行星排的行星架作为所述右侧两挡变速器的输出端，另一端通过所述第三离合器与所述第四行星排的齿圈相连接，所述第四行星排的行星架固定，所述第四行星排的太阳轮与所述第三行星排的齿圈相连接，所述第三制动器用于制动所述第三行星排的齿圈；所述第三制动器接合且所述第三离合器分离时，所述右侧两挡变速器实现所述低挡；所述第三制动器分离且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述高挡；所述第三制动器接合且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述锁止挡。
根据本发明的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，所述左侧两挡变速器包括第一行星排、第二行星排和第二制动器和第二离合器，所述第一行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为12～16，所述第二行星排为普通排，所述第二行星排的太阳轮作为所述左侧两挡变速器的输入端，所述第一行星排的行星架作为所述左侧两挡变速器的输出端，所述第二离合器用于连接所述第二行星排三元件中的任意两个元件，所述第一行星排的齿圈固定，所述第二行星排的行星架与所述第一行星排的太阳轮相连接，所述第二制动器用于制动所述第二行星排的齿圈；所述第二制动器接合且所述第二离合器分离时，所述左侧两挡变速器实现所述低挡；所述第二制动器分离且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述高挡；所述第二制动器接合且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述锁止挡；以及所述右侧两挡变速器包括第三行星排、第四行星排和第三制动器和第三离合器，所述第一行星排和所述第二行星排为普通排，所述第三行星排的太阳轮作为所述右侧两挡变速器的输入端，所述第三行星排的行星架作为所述右侧两挡变速器的输出端，所述第三离合器用于连接所述第四行星排三元件中的任意两个元件，所述第三行星排的齿圈固定，所述第四行星排的行星架与所述第三行星排的太阳轮相连接，所述第三制动器用于制动所述第四行星排的齿圈；所述第三制动器接合且所述第三离合器分离时，所述右侧两挡变速器实现所述低挡；所述第三制动器分离且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述高挡；所述第三制动器接合且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述锁止挡。
根据本发明的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡或所述高挡，所述转向电机工作在锁止模式，所述驱动电机工作在电动模式，驱动车辆直驶；所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡或所述高挡，所述驱动电机工作在电动模式，所述转向变速机构挂所述转向高挡，所述转向电机工作在电动模式，驱动车辆转向；所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡，所述驱动电机工作在锁止模式，所述转向变速机构挂所述转向高挡，所述转向电机工作在电动模式，驱动车辆原位中心转向；以及所述左侧两挡变速器或所述右侧两挡变速器挂所述锁止挡，所述右侧两挡变速器或所述左侧两挡变速器挂低挡，所述驱动电机工作在电动模式，驱动车辆原地转向。
本发明提供了一种基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，伺服转向时，在火控系统的指令控制下，所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置驱动车体与炮塔方向机驱动的炮塔同向转动，实现的车载武器方向角为车体方向角与炮塔方向角之和，实现的车载武器方向瞄准角速度为车体方向角速度与炮塔方向角速度之和；或者所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置驱动车体与炮塔方向机驱动的炮塔反向转动，实现的车载武器方向角为车体方向角与炮塔方向角之差，实现的车载武器方向瞄准角速度为车体方向角速度与炮塔方向角速度之差。
根据本发明的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，伺服转向时，所述转向变速机构挂转向高挡，所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向电机工作在再生制动模式使车体方向角速度迅速减小到零，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
根据本发明的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，伺服转向时，驾驶员控制所述直驶制动器的接合程度进行车辆减速的同时所述转向电机和所述转向变速机构在所述火控系统的指令控制下驱动车体转向。
根据本发明的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，在所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡，所述转向变速机构挂所述转向高挡行驶过程中，当车载武器转向瞄准目标时，在所述火控系统的指令控制下所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向；以及在所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述高挡，所述转向变速机构挂所述转向高挡行驶过程中，当车载武器转向瞄准目标时，驾驶员控制所述直驶制动器的接合程度进行车辆减速的同时，在所述火控系统的指令控制下所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
根据本发明的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，在所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡，所述转向变速机构挂所述转向高挡原位中心转向时，当车载武器转向瞄准目标时，在所述火控系统的指令控制下所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
根据本发明的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，在所述左侧两挡变速器或所述右侧两挡变速器挂所述锁止挡，所述右侧两挡变速器或所述左侧两挡变速器挂所述低挡原地转向时，当车载武器转向瞄准目标时，所述驱动电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，驾驶员控制所述直驶制动器的接合程度进行车辆减速的同时，在所述火控系统的指令控制下所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
本发明的具有伺服转向功能的电传动装置，可提供60°/s～0.025°/s的车体方向角速度，而且在火控系统的指令控制下可实现车体与炮塔同向转动或反向转动，提供90°/s～0.01°/s的车载武器方向瞄准角速度。因此，根据本发明可以得到一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置。
附图说明
图1是本发明一具体实施例所涉及的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施例所涉及的电传动装置在伺服转向时的控制原理框图；
图3是本发明具体实施例所涉及的一种不对称左右两挡变速器的结构示意图；以及
图4是本发明具体实施例所涉及的另一种不对称左右两挡变速器的结构示意图。
图中：1，11分别是驱动电机和第一减速排；2，21分别是转向电机和第二减速排；3是直驶差速行星排；4是转向差速行星排；5是直驶制动器；6，60，61，62分别是转向变速机构、转向变速行星排、第一制动器和第一离合器；7，71，72，73，74分别是左侧两挡变速器、第一行星排、第二行星排、第二制动器和第二离合器；8，81，82，83，84分别是右侧两挡变速器、第三行星排、第四行星排、第三制动器和第三离合器；9L，9R分别是左侧主动轮和右侧主动轮；10是电传动装置；100是火控系统；101是炮塔方向机；102是炮塔；103是车体。
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具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的结构示意图。参照图1，具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置10包括：驱动电机1；转向电机2；直驶差速行星排3；转向差速行星排4，其结构特征参数等于直驶差速行星排3的结构特征参数减1；直驶制动器5，其用于制动直驶差速行星排3的行星架；转向变速机构6，其包括转向变速行星排60、第一制动器61和第一离合器62，第一制动器61用于制动转向变速行星排60的齿圈，第一离合器62用于连接转向变速行星排60的齿圈和行星架，当第一制动器61接合且第一离合器62分离时实现转向低挡，当第一制动器61分离且第一离合器62接合时实现转向高挡；第一减速排11，其用于驱动电机1减速增矩；第二减速排21，其用于转向电机2减速增矩。
转向变速行星排60为内外啮合双联排，其结构特征参数介于35～45之间。转向低挡的速比为转向变速行星排60的结构特征参数加1，如果在上述范围内选数值39，则转向低挡的速比为40。转向高挡的速比为1。在正常的行驶过程中，转向变速机构6挂转向高挡。行驶过程中的正常转向由驾驶员通过方向盘或驾驶操纵杆完成。
伺服转向时，电传动装置10在火控系统100的指令控制下驱动车体103实现期望的车体方向角和方向角速度。这意味着在伺服转向时，电传动装置10在火控系统100的指令控制下，对转向电机2的转速和转矩、转向变速机构6的挡位进行精确控制，以满足车载武器快速精确瞄准的需求。
电传动装置10还包括不对称的左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8，各具有低挡、高挡和锁止挡，各包括两个行星排、一个离合器和一个制动器，且左侧两挡变速器7的低挡速比与右侧两挡变速器8的低挡速比的比值等于直驶差速行星排3的结构特征参数，左侧两挡变速器7的高挡速比与右侧两挡变速器8的高挡速比的比值等于直驶差速行星排3的结构特征参数。
现有的电传动装置全部采用左右对称的两侧两挡变速器，根本不涉及到采用左右不对称两侧两挡变速器的可能。本具体实施例中，由于需要对直驶差速行星排3和转向差速行星排4造成的左右不对称的输出进行补偿，因此配置了非常规的不对称左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8，其速比比值必须满足相应的关系以保证左右对称输出。
驱动电机1的输出端通过第一减速排11与直驶差速行星排3的行星架相连接，直驶差速行星排3的太阳轮与转向差速行星排4的太阳轮固接后与左侧两挡变速器7的输入端相连接，左侧两挡变速器7的输出端与左侧主动轮9L相连接，直驶差速行星排3的齿圈与转向差速行星排4的行星架固接后与右侧两挡变速器8的输入端相连接，右侧两挡变速器8的输出端与右侧主动轮9R相连接，转向差速行星排4的齿圈与转向变速行星排60的行星架相连接，转向变速行星排60的太阳轮通过第二减速排21与转向电机2的输出端相连接。
与常规的双侧停车制动器不同，直驶制动器5只对车辆纵向进行制动，对车辆转动不制动，而前者在制动时对车辆转动也制动。由于车辆减速和车辆转向互不影响，即在驾驶员控制直驶制动器5的接合程度进行车辆减速的同时转向电机2和转向变速机构6在火控系统100的指令控制下也可以驱动车体103进行转向，缩短了射击反应时间。因此，在车辆伺服转向时制动踏板仍由驾驶员控制，加速踏板也由驾驶员控制，并在转向瞄准中保持较稳定的车速，以利于瞄准射击。
图2是本发明具体实施例所涉及的电传动装置在伺服转向时的控制原理框图。参考图2，伺服转向时，火控系统100计算出期望的车载武器方向角θ和方向角速度ω后，根据设定的条件将其分解成车体103和炮塔102期望的方向角θ1、θ2和方向角速度ω1、ω2指令，将其发送给电传动装置10的控制器（未示出）和炮塔方向机101进行执行。在紧急情况下，驾驶员也可以及时介入并超越伺服转向。
θ=θ1+θ2；（1）
ω=ω1+ω2；（2）
根据式（2）可知，在车载武器需要高的方向瞄准角速度时，在火控系统的指令控制下，电传动装置10驱动车体103与炮塔方向机101驱动的炮塔102同向转动，实现的车载武器方向角为车体方向角与炮塔方向角之和，实现的车载武器方向瞄准角速度为车体方向角速度与炮塔方向角速度之和，因此可以实现更高的车载武器方向瞄准角速度；以及在车载武器需要低的方向瞄准角速度时，电传动装置10驱动车体103与炮塔方向机101驱动的炮塔102反向转动，实现的车载武器方向角为车体方向角与炮塔方向角之差，实现的车载武器方向瞄准角速度为车体方向角速度与炮塔方向角速度之差，因此可以实现更低的车载武器方向瞄准角速度。
在电传动装置10的驱动下，车体103的方向角速度可以超过30°/s。如果要将车载武器最低稳定方向瞄准角速度减小到0.01°/s，一个前提条件是车体103的最低稳定方向角速度也达到0.025°/s，如此也将带来协调控制的便利。例如，如果车体103与炮塔102反向转动，且炮塔102的瞄准角速度为0.035°/s时，则车体103的瞄准角速度达到0.025°/s或0.045°/s时，车载武器的最低稳定方向瞄准角速度为0.01°/s，满足远程射击和自动跟踪系统的瞄准需求。
伺服转向时，转向变速机构6挂转向高挡，转向电机2驱动车体103向目标侧快速转向到车载武器基本指向目标的方向后，转向电机2工作在再生制动模式，车体103的方向角速度迅速减小到接近零，转向变速机构6挂转向低挡，挂挡完成后转向电机2驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向。
与常规换挡过程不同，转向变速机构6在换挡时无须保持车体103的方向角速度。在车载武器基本指向目标的方向后，转向阻力和转向电机2提供的再生制动转矩使车体103的方向角速度迅速减小到零，此时转向变速机构6的换挡过程可极快完成，其后转向电机2反向转动驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向。由于转向低挡速比为40，转向电机2的输出转矩只要达到其最大转矩的1/40～2/40即可缓慢而坚定地驱动车体103转向。
在伺服转向的整个过程中，炮塔方向机101驱动炮塔102带动车载武器始终向目标侧转向，在转向变速机构6挂转向高挡的第一阶段，转向电机2驱动车体103与炮塔102同向转动，车载武器可快速指向目标，在转向变速机构6挂转向低挡的第二阶段，转向电机2驱动车体103与炮塔102反向转动，不仅可提供精确瞄准所需的较低稳定方向瞄准角速度，而且车体103的运动轨迹呈“之”字形或“S”形，且非匀速运动，干扰对方瞄准，提供机动防护。
应该指出，在伺服转向的整个过程中炮塔102的方向瞄准角速度不必设置得非常低，即使较高也是可以的，而且是有益的。当车体103与炮塔102反向转动时，合成的车载武器方向瞄准角速度可以达到很小，只要车体103的方向角速度的数值与炮塔102的接近，因此车体103的方向角速度也可以较高，这对于提高机动防护效果是有利的。
图3是本发明具体实施例所涉及的一种不对称左右两挡变速器的结构示意图。参考图3，左侧两挡变速器7包括第一行星排71、第二行星排72和第二制动器73和第二离合器74，第一行星排71为内外啮合双联排，其结构特征参数介于12～15之间，第二行星排72为普通排，第一行星排71的太阳轮作为左侧两挡变速器7的输入端，第一行星排71的行星架的一端作为左侧两挡变速器7的输出端，另一端通过第二离合器74与第二行星排72的齿圈相连接，第二行星排72的行星架固定，第二行星排72的太阳轮与第一行星排71的齿圈相连接，第二制动器73用于制动第一行星排71的齿圈。
右侧两挡变速器8包括第三行星排81、第四行星排82和第三制动器83和第三离合器84，第三行星排81和第四行星排82为普通排，其结构特征参数介于1.5～4之间，第三行星排81的太阳轮作为右侧两挡变速器8的输入端，第三行星排81的行星架的一端作为右侧两挡变速器8的输出端，另一端通过第三离合器84与第四行星排82的齿圈相连接，第四行星排82的行星架固定，第四行星排82的太阳轮与第三行星排81的齿圈相连接，第三制动器83用于制动第三行星排81的齿圈。
第二制动器73接合且第二离合器74分离时，左侧两挡变速器7实现低挡；第二制动器73分离且第二离合器74接合时，左侧两挡变速器7实现高挡；以及第二制动器73接合且第二离合器74接合时，左侧两挡变速器7实现锁止挡。
第三制动器83接合且第三离合器84分离时，右侧两挡变速器8实现低挡；第三制动器83分离且第三离合器84接合时，右侧两挡变速器8实现高挡；以及第三制动器83接合且第三离合器84接合时，右侧两挡变速器8实现锁止挡。
左侧两挡变速器7的低挡、高挡速比为1+k1+k1k2和1+k1；右侧两挡变速器8的低挡、高挡速比为1+k3+k3k4和1+k3，其中，k1、k2、k3和k4分别是第一行星排71、第二行星排72、第三行星排81和第四行星排82的结构特征参数，k1在12～16之间选择，k2、k3和k4在普通排的结构特征参数范围1.5～4.5之间选择。选择k1、k2、k3和k4分别为14，2.143，4，2.5，则左侧两挡变速器7的低挡、高挡速比为45和15，右侧两挡变速器8的低挡、高挡速比为15和5。则直驶差速行星排3的结构特征参数为3，转向差速行星排4的结构特征参数为2。
图4是本发明具体实施例所涉及的另一种不对称左右两挡变速器的结构示意图。参考图3，左侧两挡变速器7包括第一行星排71、第二行星排72和第二制动器73和第二离合器74，第一行星排71为内外啮合双联排，其结构特征参数介于12～15之间，第二行星排72为普通排，第二行星排72的太阳轮作为左侧两挡变速器7的输入端，第一行星排71的行星架作为左侧两挡变速器7的输出端，第二离合器74用于连接第二行星排72三元件中的任意两个元件，第一行星排71的齿圈固定，第二行星排72的行星架与第一行星排71的太阳轮相连接，第二制动器73用于制动第二行星排72的齿圈。
右侧两挡变速器8包括第三行星排81、第四行星排82和第三制动器83和第三离合器84，第三行星排81和第四行星排82为普通排，其结构特征参数介于1.5～4之间，第四行星排82的太阳轮作为右侧两挡变速器8的输入端，第三行星排81的行星架作为右侧两挡变速器8的输出端，第三离合器84用于连接第四行星排82三元件中的任意两个元件，第三星排81的齿圈固定，第四行星排82的行星架与第三行星排81的太阳轮相连接，第三制动器83用于制动第四行星排82的齿圈。
左侧两挡变速器7的低挡、高挡速比为（1+k1）（1+k2）和1+k1；右侧两挡变速器8的低挡、高挡速比为（1+k3）（1+k4）和1+k3，其中，k1、k2、k3和k4分别是第一行星排71、第二行星排72、第三行星排81和第四行星排82的结构特征参数，k1在12～16之间选择，k2、k3和k4在普通排的结构特征参数范围1.5～4.5之间选择。选择k1、k2、k3和k4分别为14，2，4，2，则左侧两挡变速器7的低挡、高挡速比为45和15，右侧两挡变速器8的低挡、高挡速比为15和5。则直驶差速行星排3的结构特征参数为3，转向差速行星排4的结构特征参数为2。
挡位对应的换挡元件的操纵与上述第一种的相同，于此不再赘述。
左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡或高挡，转向电机2工作在锁止模式，驱动电机1工作在电动模式，驱动车辆直驶；左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡或高挡，转向电机2工作在电动模式，转向变速机构6挂转向高挡，驱动电机1工作在电动模式，驱动车辆转向；左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡，驱动电机1工作在锁止模式，转向变速机构6挂所述转向高挡，转向电机2工作在电动模式，驱动车辆原位中心转向；以及左侧两挡变速器7或右侧两挡变速器8挂锁止挡，右侧两挡变速器8或左侧两挡变速器7挂低挡，驱动电机1工作在电动模式，驱动车辆原地转向。
高机动性履带车辆要求具有静对静、静对动和动对动的高首发命中率，其中，最苛刻的动对动射击条件为在中等起伏地面上，车速为20～25km/h，目标运动速度为18～22km/h。在较高车速下，车辆颠簸厉害导致首发命中率大幅下降，因此在瞄准射击时车速多控制在20～25km/h。由于驱动电机1具有至少4倍的扩速比，低挡速比和高挡速比的比值接近3，对于最高车速75km/h，其低挡最高车速可达到25km/h，因此挂高挡或低挡均可将车速控制在所需的车速范围。
在左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡，转向变速机构6挂转向高挡行驶过程中，当车载武器转向瞄准目标时，在火控系统100的指令控制下转向电机2驱动车体103向目标侧快速转向到基本指向目标的方向后，转向变速机构6挂转向低挡，转向电机2驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向。
在左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂高挡，转向变速机构6挂转向高挡行驶过程中，当车载武器转向瞄准目标时，在驾驶员控制直驶制动器5的接合程度进行车辆减速的同时，在火控系统100的指令控制下转向电机2驱动车体103向目标侧快速转向到车载武器基本指向目标的方向后，转向变速机构6挂转向低挡，转向电机2驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向。
在左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡原位中心转向时，当车载武器转向瞄准目标时，在火控系统100的指令控制下转向电机2驱动车体103向目标侧快速转向到车载武器基本指向目标的方向后，转向变速机构6挂转向低挡，转向电机2驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向。
在左侧两挡变速器7或右侧两挡变速器8挂锁止挡，右侧两挡变速器8或左侧两挡变速器7挂低挡原地转向时，驱动电机1驱动车体103向目标侧快速转向到车载武器基本指向目标的方向后，驾驶员控制直驶制动器5的接合程度进行车辆减速的同时，在火控系统100的指令控制下转向变速机构6挂转向低挡，转向电机2驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向。
在对付突然出现在侧后的目标时，原地转向可以比原位中心转向提供更高的车体方向角速度，这是因为原地转向时驱动电机1的动力全部由外侧主动轮输出，而且能够利用车辆惯性辅助转向，快速将装甲最厚的车体103或炮塔102的前部转到对准威胁来自的方向，也有利于提高车辆的防护能力。
应该指出，火控系统100并不完全局限于上述伺服转向模式，可根据实际条件进行相应的操作。例如，目标出现在接近正前方的较远距离上，转向变速机构6直接挂转向低挡，转向电机2驱动车体103向偏移目标侧缓慢平稳转向；在某些条件下，车体103不一定能够转向，车载武器的转向主要由炮塔方向机101驱动炮塔102转动来完成；在车体103的方向角速度较高又需要低的车载武器方向瞄准角速度时，电传动装置10驱动的车体103与炮塔方向机101驱动的炮塔102反向转动，车载武器方向瞄准角速度可达到0.01°/s，此时并不需要炮塔方向机101工作在0.025°/s状态下，更高的角速度也是允许的，例如5°/s，只要车体103的方向角速度略大于或者略小于5°/s，例如5.01°/s或4.99°/s，即可合成得到0.01°/s。
对于图3和图4所示的具体实施例，可选择以下参数：直驶差速行星排3和转向差速行星排4的结构特征参数为3和2；转向变速行星排60的结构特征参数为39，则转向低挡和高挡速比为40和1；左侧两挡变速器7的低挡和高挡速比为45和15，右侧两挡变速器8的低挡和高挡速比为15和5，电传动装置10的低挡速比为15，高挡速比为5。考虑了左右不对称速比的补偿后，直驶差速行星排3和转向差速行星排4形成的直驶速比为1.5，转向速比为3.0。第一减速排11和第二减速排21的减速比分别为1.3和3。在最高车速75km/h的6s原位中心转向一周的性能要求下，驱动电机1和转向电机2的最高转速为6000rpm。
左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡行驶时，转向变速机构6挂转向低挡后，从转向电机2到主动轮9L和9R的总速比为15×3×40×3=5400，达到0.025°/s的最低稳定方向角速度时转向电机2的转速为165rpm。左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂高挡行驶时，转向变速机构6挂转向低挡后，从转向电机2到主动轮9L和9R的总速比为5×3×40×3=1800，达到0.025°/s的最低稳定方向角速度的转向电机2的转速为55rpm。
由于转向低挡时速比为40，转向电机2的驱动转矩可以减小到挂转向高挡驱动车辆转向时的1/40～2/40，而转向电机2在如此低的转速和转矩条件下完全可以提供稳定的输出，即可以作为伺服电机提供高精度的位置和速度控制，驱动车辆缓慢平稳转向。相比之下，其他电传动装置中由于没有一个单独设置的大减速比环节，实现同样方向瞄准角速度时其转向电机转速更低，用55rpm/40=1.4rpm，或165rpm/40=4rpm估算即得，而且其转向电机输出转矩并不能减小到1/40～2/40，仍然要输出接近最大转矩，即虽然很小的车体103方向角速度不需要较大的转向功率，但对于转向转矩的要求却并没有降低，其转向电机是在低速大转矩条件下工作的，而在这种条件下是难以保证稳定调速。根据现有电传动装置的结构，其驱动车体可达到的最低稳定方向角速度不小于1°/s。
左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡时，直驶制动器5完全接合，转向变速机构6挂转向高挡，转向电机2工作在6000rpm的最高转速，可驱动车辆在6s内原位中心转向一周，即车体103的最高方向角速度可达到60°/s。如式（2）所示，在需要更高的车载武器方向瞄准角速度时，电传动装置10驱动的车体103与炮塔方向机101驱动的炮塔102同向转动，则车载武器方向瞄准角速度最高可达到90°/s。
左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡时，转向变速机构6挂转向低挡，转向电机2工作在6000rpm的最高转速，则挂转向低挡所能达到的最高方向角速度为0.9°/s；左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂高挡时，挂转向低挡所能达到的最高方向角速度为2.7°/s。
本发明具体实施例的电传动装置还为取消旋转炮塔创造了条件，车载武器可刚性、可俯仰或者具有有限方向射界地安装在车体上，这将对子系统和整车总体产生重大的影响，例如可简化自动装弹机结构，提高装填速度，最大限度地降低车高和车重。由于车体103的最低稳定方向角速度达到了0.025°/s，而且左侧两挡变速器7和右侧两挡变速器8同时挂低挡时，转向电机2工作在66rpm可达到的车体103的最低稳定方向角速度为0.01°/s。
本发明具体实施例的电传动装置还可以用于无人地面履带车辆上，其正常行驶时的转向由自主驾驶系统控制，伺服转向时则由火控系统控制。
本发明具体实施例的具有伺服转向功能的电传动装置，可提供60°/s～0.025°/s的车体方向角速度，而且在火控系统的指令控制下可实现车体与炮塔同向转动或反向转动，提供90°/s～0.01°/s的车载武器方向瞄准角速度。因此，根据本发明可以得到一种具有伺服转向功能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 (10)
1.一种具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，包括：
驱动电机；转向电机；直驶差速行星排；转向差速行星排，其结构特征参数等于所述直驶差速行星排的结构特征参数减1；直驶制动器，其用于制动所述直驶差速行星排的行星架；转向变速机构，具有转向低挡和转向高挡，所述转向变速机构包括转向变速行星排、第一制动器和第一离合器，所述第一制动器用于制动所述转向变速行星排的齿圈，所述第一离合器用于连接所述转向变速行星排的齿圈和行星架，当所述第一制动器接合且所述第一离合器分离时实现所述转向低挡，当所述第一制动器分离且所述第一离合器接合时实现所述转向高挡；第一减速排，其用于所述驱动电机减速增矩；第二减速排，其用于所述转向电机减速增矩；其特征在于：
所述转向变速行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为35～45；
所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置还包括：不对称的左侧两挡变速器和右侧两挡变速器，各具有低挡、高挡和锁止挡，各包括两个行星排和两个换挡元件，其中，所述左侧两挡变速器的低挡速比与所述右侧两挡变速器的低挡速比的比值等于所述直驶差速行星排的结构特征参数，所述左侧两挡变速器的高挡速比与所述右侧两挡变速器的高挡速比的比值等于所述直驶差速行星排的结构特征参数；
所述驱动电机的输出端通过所述第一减速排与所述直驶差速行星排的行星架相连接，所述直驶差速行星排的太阳轮与所述转向差速行星排的太阳轮固接后与所述左侧两挡变速器的输入端相连接，所述左侧两挡变速器的输出端与左侧主动轮相连接，所述直驶差速行星排的齿圈与所述转向差速行星排的行星架固接后与所述右侧两挡变速器的输入端相连接，所述右侧两挡变速器的输出端与右侧主动轮相连接，所述转向差速行星排的齿圈与所述转向变速行星排的行星架相连接，所述转向变速行星排的太阳轮通过所述第二减速排与所述转向电机的输出端相连接；以及
伺服转向时，所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置在火控系统的指令控制下驱动车体实现设定的车体方向角和方向角速度。
2.根据权利要求1所述的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，其特征在于，
所述左侧两挡变速器包括第一行星排、第二行星排和第二制动器和第二离合器，所述第一行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为12～16，所述第二行星排为普通排，所述第一行星排的太阳轮作为所述左侧两挡变速器的输入端，所述第一行星排的行星架的一端作为所述左侧两挡变速器的输出端，另一端通过所述第二离合器与所述第二行星排的齿圈相连接，所述第二行星排的行星架固定，所述第二行星排的太阳轮与所述第一行星排的齿圈相连接，所述第二制动器用于制动所述第一行星排的齿圈；
所述第二制动器接合且所述第二离合器分离时，所述左侧两挡变速器实现所述低挡；
所述第二制动器分离且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述高挡；
所述第二制动器接合且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述锁止挡；以及
所述右侧两挡变速器包括第三行星排、第四行星排和第三制动器和第三离合器，所述第三行星排和所述第四行星排为普通排，所述第三行星排的太阳轮作为所述右侧两挡变速器的输入端，所述第三行星排的行星架的一端作为所述右侧两挡变速器的输出端，另一端通过所述第三离合器与所述第四行星排的齿圈相连接，所述第四行星排的行星架固定，所述第四行星排的太阳轮与所述第三行星排的齿圈相连接，所述第三制动器用于制动所述第三行星排的齿圈；
所述第三制动器接合且所述第三离合器分离时，所述右侧两挡变速器实现所述低挡；
所述第三制动器分离且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述高挡；
所述第三制动器接合且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述锁止挡。
3.根据权利要求1所述的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，其特征在于，
所述左侧两挡变速器包括第一行星排、第二行星排和第二制动器和第二离合器，所述第一行星排为内外啮合双联排，其结构特征参数范围为12～16，所述第二行星排为普通排，所述第二行星排的太阳轮作为所述左侧两挡变速器的输入端，所述第一行星排的行星架作为所述左侧两挡变速器的输出端，所述第二离合器用于连接所述第二行星排三元件中的任意两个元件，所述第一行星排的齿圈固定，所述第二行星排的行星架与所述第一行星排的太阳轮相连接，所述第二制动器用于制动所述第二行星排的齿圈；
所述第二制动器接合且所述第二离合器分离时，所述左侧两挡变速器实现所述低挡；
所述第二制动器分离且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述高挡；
所述第二制动器接合且所述第二离合器接合时，所述左侧两挡变速器实现所述锁止挡；以及
所述右侧两挡变速器包括第三行星排、第四行星排和第三制动器和第三离合器，所述第一行星排和所述第二行星排为普通排，所述第三行星排的太阳轮作为所述右侧两挡变速器的输入端，所述第三行星排的行星架作为所述右侧两挡变速器的输出端，所述第三离合器用于连接所述第四行星排三元件中的任意两个元件，所述第三行星排的齿圈固定，所述第四行星排的行星架与所述第三行星排的太阳轮相连接，所述第三制动器用于制动所述第四行星排的齿圈；
所述第三制动器接合且所述第三离合器分离时，所述右侧两挡变速器实现所述低挡；
所述第三制动器分离且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述高挡；
所述第三制动器接合且所述第三离合器接合时，所述右侧两挡变速器实现所述锁止挡。
4.根据权利要求1所述的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置，其特征在于，
所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡或所述高挡，所述转向电机工作在锁止模式，所述驱动电机工作在电动模式，驱动车辆直驶；
所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡或所述高挡，所述驱动电机工作在电动模式，所述转向变速机构挂所述转向高挡，所述转向电机工作在电动模式，驱动车辆转向；
所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡，所述驱动电机工作在锁止模式，所述转向变速机构挂所述转向高挡，所述转向电机工作在电动模式，驱动车辆原位中心转向；以及
所述左侧两挡变速器或所述右侧两挡变速器挂所述锁止挡，所述右侧两挡变速器或所述左侧两挡变速器挂低挡，所述驱动电机工作在电动模式，驱动车辆原地转向。
5.一种基于权利要求1所述的具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，其特征在于，
伺服转向时，在所述的火控系统的指令控制下，所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置驱动车体与炮塔方向机驱动的炮塔同向转动，实现的车载武器方向角为车体方向角与炮塔方向角之和，实现的车载武器方向瞄准角速度为车体方向角速度与炮塔方向角速度之和；或者所述具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置驱动车体与炮塔方向机驱动的炮塔反向转动，实现的车载武器方向角为车体方向角与炮塔方向角之差，实现的车载武器方向瞄准角速度为车体方向角速度与炮塔方向角速度之差。
6.根据权利要求5所述的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，其特征在于，
伺服转向时，所述转向变速机构挂转向高挡，所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器指向目标的方向后，所述转向电机工作在再生制动模式使车体方向角速度减小到零，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
7.根据权利要求5所述的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，其特征在于，
伺服转向时，驾驶员控制所述直驶制动器的接合程度进行车辆减速的同时所述转向电机和所述转向变速机构在所述火控系统的指令控制下驱动车体转向。
8.根据权利要求5所述的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，其特征在于，
在所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡，所述转向变速机构挂所述转向高挡行驶过程中，当车载武器转向瞄准目标时，在所述火控系统的指令控制下所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向；以及
在所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述高挡，所述转向变速机构挂所述转向高挡行驶过程中，当车载武器转向瞄准目标时，驾驶员控制所述直驶制动器的接合程度进行车辆减速的同时，在所述火控系统的指令控制下所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
9.根据权利要求5所述的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，其特征在于，
在所述左侧两挡变速器和所述右侧两挡变速器同时挂所述低挡，所述转向变速机构挂所述转向高挡原位中心转向时，当车载武器转向瞄准目标时，在所述火控系统的指令控制下所述转向电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
10.根据权利要求5所述的基于具有伺服转向功能的履带车辆电传动装置的控制方法，其特征在于，
在所述左侧两挡变速器或所述右侧两挡变速器挂所述锁止挡，所述右侧两挡变速器或所述左侧两挡变速器挂所述低挡原地转向时，当车载武器转向瞄准目标时，所述驱动电机驱动车体向目标侧转向到车载武器基本指向目标的方向后，驾驶员控制所述直驶制动器的接合程度进行车辆减速的同时，在所述火控系统的指令控制下所述转向变速机构挂所述转向低挡，所述转向电机驱动车体向偏移目标侧转向。
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