CN103879450B - 行星转向机构及基于该转向机构的传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种行星转向机构及基于该转向机构的传动装置，其用于高机动性履带车辆的传动装置中，包括：变速主轴；左停车制动器和右停车制动器；左转向变速机构，其包括第一行星排、第二行星排、第一制动器、第二制动器、第三制动器和第一离合器；右转向变速机构，其包括第三行星排、第四行星排、第四制动器、第五制动器、第六制动器和第二离合器；左、右转向变速机构的输入端通过变速主轴相连接。本发明还提供了基于该转向机构的传动装置，对于直驶变速机构的每个挡位均可实现大中小三个规定转向半径，没有专设用于转向的转向电机或液压泵–马达机组，结构较简单，成本较低，利于批量生产和装备，且可与动力装置整体吊装，可维修性高。

Description

行星转向机构及基于该转向机构的传动装置

技术领域

本发明涉及高机动性履带车辆传动装置技术领域，具体是指一种对于直驶变速机构的每个挡位均可实现大中小三个规定转向半径的行星转向机构及基于该转向机构的传动装置。

背景技术

在现代高机动性履带车辆上广泛采用液力机械自动变速-液压无级转向双流传动装置，其每个直驶挡均具有从最小液压转向半径到无穷大的无限多个转向半径。在这种两侧差速双流传动装置中，发动机的动力输入到传动装置内部后先分成直驶和转向两路功率流，分别经过液力变矩器和液压泵-马达机组传递到变速主轴和零轴后再分成左、右两路功率流，经左、右汇流排分别汇流后输出驱动左、右主动轮。具有典型的两轴两排结构，即具有变速主轴、零轴、左汇流排和右汇流排，两排布置在传动装置的左、右输出端，变速主轴连接两排的齿圈，零轴连接两排的太阳轮，两排的行星架与左、右停车制动器相连接后作为传动装置的左、右输出端。美国专利US4890508虽然不是最早但也公开了此类传动装置的典型结构。

也有少量高机动性履带车辆装备了ZF公司的LSG3000双流传动装置，其为液力机械自动变速-机械有级转向双流传动装置，对于每个直驶挡均可实现大中小三个规定转向半径，被称为机械式转向机构的最高发展水平。在这种两侧差速双流传动装置中，转向变速机构配置和布置在零轴上，其具有多个变速行星排和多个换挡离合器和换挡制动器。欧洲专利EP0832025B1虽然不是最早但也公开了该传动装置的典型结构，其图1即上述的机械式转向机构，其包含四个换挡离合器、一个换挡制动器和两个单向离合器，在该专利中也公开了基于此转向变速机构发展的最新技术方案。

近二十年来陆续出现的用于高机动性履带车辆的电传动装置或混合动力电传动装置也多基于上述典型的两轴两排结构。美国专利US4998591公开了多种基于两轴两排结构的电传动装置，驱动电机通过齿轮传动与变速主轴相连接，转向电机通过齿轮传动与零轴相连接。美国专利US6491599B1公开了一种混合动力电传动装置，发动机、第一电动机、第二电动机通过三个行星排和一个换挡离合器相连接，然后通过倒顺机构与变速主轴相连接，转向电机通过减速排和传动齿轮与零轴相连接。美国专利US7757797B2公开了另一种基于两轴两排结构的混合动力电传动装置，发动机通过主离合器连接一个电动机后与液力机械直驶变速机构相连接，液压转向机构与零轴相连接。美国专利US7757797B2公开了另一种也基于两轴两排结构的混合动力电传动装置，发动机通过主离合器与功率汇流排的齿圈相连接，第一电动机与功率汇流排的太阳轮相连接，功率汇流排的行星架与第二电动机相连接后与直驶变速机构输入端连接。

上述基于两轴两排结构的现代两侧差速双流传动装置具有较优的转向性能，但也不可避免地付出了体积、重量和成本的代价，转向电机或泵–马达机组在提高了传动装置性能的同时也提高了传动装置的价格，不利于大批量采购和装备。须知，高机动性履带车辆是易损的消耗品，其战时寿命只有数十个小时，复杂而昂贵的传动装置并不利于这一特殊用途车辆在战时迅速大批量生产并投入使用。

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，提供一种对于直驶变速机构的每个挡位均可实现大中小三个规定转向半径的行星转向机构及基于该转向机构的传动装置，其没有专设用于转向的转向电机或液压泵–马达机组，结构较简单，成本较低，利于大批量生产和装备，且可与动力装置整体吊装，可维修性高。

本发明提供了一种行星转向机构，其用于高机动性履带车辆的传动装置中，包括：变速主轴；左停车制动器和右停车制动器；其特征在于：所述行星转向机构还包括：左转向变速机构，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，其为四元件复式行星排，包括第二大太阳轮、第二小太阳轮、第二齿圈和第二行星架；第一制动器，其用于制动所述第一太阳轮；第二制动器，其用于制动所述第二齿圈；第三制动器，其用于制动所述第二小太阳轮；第一离合器，其用于连接所述第一齿圈和所述第一太阳轮；所述第一齿圈作为所述左转向变速机构的输入端，所述第一太阳轮与所述第二行星架相连接，所述第一行星架与所述第二大太阳轮连接，所述第二大太阳轮作为所述左转向变速机构的输出端与左停车制动器连接后作为所述行星转向机构的左输出端；右转向变速机构，包括：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，其为四元件复式行星排，包括第四大太阳轮、第四小太阳轮、第四齿圈和第四行星架；第四制动器，其用于制动所述第三太阳轮；第五制动器，其用于制动所述第四齿圈；第六制动器，其用于制动所述第四小太阳轮；第二离合器，其用于连接所述第三齿圈和所述第三太阳轮；所述第三齿圈作为所述右转向变速机构的输入端，所述第三太阳轮与所述第四行星架相连接，所述第三行星架与所述第四大太阳轮连接，所述第四大太阳轮作为所述右转向变速机构的输出端与右停车制动器连接后作为所述行星转向机构的右输出端；以及所述左转向变速机构的输入端通过所述变速主轴与所述右转向变速机构的输入端相连接。

根据本发明的行星转向机构，当所述第二制动器接合，所述第一离合器、所述第一制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现左1挡；当所述第一制动器接合，所述第一离合器、所述第二制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现左2挡；当所述第三制动器接合，所述第一离合器、所述第一制动器和所述第二制动器分离，所述左转向变速机构实现左3挡；当所述第一离合器接合，所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现左4挡；当所述第一离合器、所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现空挡；当所述第五制动器接合，所述第二离合器、所述第四制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现右1挡；当所述第四制动器接合，所述第二离合器、所述第五制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现右2挡；当所述第六制动器接合，所述第二离合器、所述第四制动器和所述第五制动器分离，所述右转向变速机构实现右3挡；当所述第二离合器接合，所述第四制动器、所述第五制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现右4挡；以及当所述第二离合器、所述第四制动器、所述第五制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现空挡。

根据本发明的行星转向机构，所述左1挡或所述右1挡的速比根据第三规定相对转向半径设置；所述左2挡或所述右2挡的速比根据第二规定相对转向半径设置；所述左3挡或所述右3挡的速比根据第一规定相对转向半径设置；且挡位速比i与规定相对转向半径ρ的关系为：

$\mathrm{\ρ}=\frac{i+1}{2(i-1)}.$

根据本发明的行星转向机构，当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现直驶；当所述左转向变速机构挂所述左3挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现所述第一规定相对转向半径的左转向；当所述左转向变速机构挂所述左2挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现所述第二规定相对转向半径的左转向；当所述左转向变速机构挂所述左1挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现所述第三规定相对转向半径的左转向；当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右3挡时，车辆实现所述第一规定相对转向半径的右转向；当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右2挡时，车辆实现所述第二规定相对转向半径的右转向；以及当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右1挡时，车辆实现所述第三规定相对转向半径的右转向。

根据本发明的行星转向机构，当左停车制动器接合，所述左转向变速机构挂空挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡，车辆实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的左转向；以及当右停车制动器接合，所述右转向变速机构挂空挡，所述左转向变速机构挂所述左4挡，车辆实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的右转向。

本发明提供了一种液力机械传动装置，其包括：所述行星转向机构；直驶变速机构，其包括：前传动、带闭锁离合器的液力变矩器、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，所述前传动的输入端作为所述直驶变速机构的输入端，所述前传动的输出端与所述液力变矩器的泵轮相连接，所述液力变矩器的涡轮与所述行星变速机构的输入端相连接，所述行星变速机构的输出端连接所述液力减速器后作为所述直驶变速机构的输出端；以及发动机的输出端与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

本发明提供了一种电传动装置，其包括：所述行星转向机构；驱动电机；直驶变速机构，其包括：一个四元件复式行星排和三个换挡元件，其中，所述四元件复式行星排包括大太阳轮、小太阳轮、行星架和齿圈，所述三个换挡元件分别为用于制动所述大太阳轮的太阳轮制动器，用于制动所述行星架的行星架制动器，用于连接所述行星架和所述齿圈的行星架离合器，所述小太阳轮作为所述直驶变速机构的输入端，所述齿圈作为所述直驶变速机构的输出端；以及所述驱动电机的输出端与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

本发明提供了一种混合动力电传动装置，其包括：所述行星转向机构；主离合器；电动机；直驶变速机构，其包括：前传动、带闭锁离合器的液力变矩器、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，所述前传动的输入端作为所述直驶变速机构的输入端，所述前传动的输出端与所述液力变矩器的泵轮相连接，所述液力变矩器的涡轮与所述行星变速机构的输入端相连接，所述行星变速机构的输出端连接所述液力减速器后作为所述直驶变速机构的输出端；以及发动机的输出端通过所述主离合器与所述电动机的输入端相连接，所述电动机的输出端与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

本发明提供了一种混合动力电传动装置，其包括：所述行星转向机构；主离合器；第一电动机；第二电动机；直驶变速机构，包括前传动、功率分配排组、前倒行星排组、前低挡制动器、倒低挡制动器和前高挡离合器，其中，所述前传动的输入端作为所述直驶变速机构的输入端；功率分配排组，包括第一分配排、第二分配排和第三分配排，均为三元件行星排，所述第二分配排的行星架作为所述功率分配排组的输入端与所述前传动的输出端相连接，所述第一分配排的太阳轮、所述第二分配排的太阳轮与所述第三分配排的齿圈相连接，所述第一分配排的齿圈与所述第二分配排的行星架相连接，所述第一电动机的转子与所述第二分配排的齿圈相连接，所述第二电动机的转子与所述第三分配排的齿圈相连接，所述第三分配排的太阳轮固定，所述第三分配排的行星架作为所述功率分配排组的输出端，所述第二分配排的行星架作为所述直驶变速机构的第二输出端；前倒行星排组，包括正向行星排和反向行星排，均为三元件行星排，所述反向行星排的太阳轮与所述正向行星排的太阳轮相连接后作为所述前倒行星排组的输入端与所述功率分配排组的输出端相连接，所述反向行星排的齿圈与所述正向行星排的行星架相连接后作为所述直驶变速机构的第一输出端；所述倒低挡制动器用于制动所述反向行星排的行星架；所述前低挡制动器用于制动所述正向行星排的齿圈；所述前高挡离合器用于连接所述直驶变速机构的第二输出端与所述变速主轴；以及发动机的输出端通过所述主离合器与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

本发明提供了一种混合动力电传动装置，其包括：所述行星转向机构；主离合器；第一电动机；第二电动机；功率汇流排，其为三元件行星排；闭锁离合器，其用于连接所述功率汇流排的行星架和齿圈；直驶变速机构，其包括：前传动、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，所述前传动的输入端与所述功率汇流排的行星架相连接后作为所述直驶变速机构的输入端，所述前传动的输出端与所述行星变速机构的输入端相连接，所述行星变速机构的输出端连接所述液力减速器后作为所述直驶变速机构的输出端；以及发动机的输出端通过所述主离合器与所述功率汇流排的齿圈相连接，所述第一电动机的输出端与所述功率汇流排的太阳轮相连接，所述第二电动机的输出端与所述前传动的输出端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

本发明的行星转向机构，包括各由两个行星排、两个制动器和两个离合器构成的左转向变速机构和右转向变速机构，且左转向变速机构的输入端通过变速主轴与右转向变速机构的输入端相连接。本发明的基于该行星转向机构的传动装置，对于直驶变速机构的每个挡位均可实现大中小三个规定转向半径，没有专设用于转向的转向电机或液压泵-马达机组，结构较简单，成本较低，利于大批量生产和装备，且可与动力装置整体吊装，可维修性高。

附图说明

图1是本发明具体实施例所涉及的行星转向机构的结构示意图；

图2是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的液力机械传动装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的电传动装置的结构示意图；

图4是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的混合动力电传动装置的结构示意图；

图5是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的另一混合动力电传动装置的结构示意图；

图6是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的另一混合动力电传动装置的结构示意图；以及

图7是现有两侧差速双流传动装置的两轴两排传动装置的结构示意图。

图中：10直驶变速机构；20变速主轴；30，30L，30R转向变速机构、左转向变速机构和右转向变速机构；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；2，2S1，2S2、2R，2C分别是第二行星排、第二大太阳轮、第二小太阳轮、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；4，4S1，4S2、4R，4C分别是第四行星排、第四大太阳轮、第四小太阳轮、第四齿圈和第四行星架；C1，C2，B1，B2，B3，B4，B5，B6分别是第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、第五制动器和第六制动器；40零轴；50L，50R分别是左、右汇流排；60L，60R分别是左、右停车制动器；80，81，82，83，84分别是发动机、驱动电机、电动机、第一电动机和第二电动机；90，91分别是主离合器和闭锁离合器；10A，10B，10C，10D，10E，10F分别是第一分配排、第二分配排、第三分配排、正向行星排、反向行星排和功率汇流排；FB，RB，HC分别是前低挡制动器、倒低挡制动器和前高挡离合器。

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行星转向机构的结构示意图。参照图1，用于高机动性履带车辆的行星转向机构包括：变速主轴20；左停车制动器60L和右停车制动器60R；左转向变速机构30L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，其为四元件复式行星排，包括第二大太阳轮2S1、第二小太阳轮2S2、第二齿圈2R和第二行星架2C；第一制动器B1用于制动第一太阳轮1S，第二制动器B2用于制动第二齿圈2R，第三制动器B3用于制动第二小太阳轮2S2，第一离合器C1用于连接第一齿圈1R和第一太阳轮1S；第一齿圈1R作为左转向变速机构30L的输入端，第一太阳轮1S与第二行星架2C相连接，第一行星架1C与第二大太阳轮2S1相连接，第二大太阳轮2S1作为左转向变速机构30L的输出端与左停车制动器60L连接后作为行星转向机构的左输出端；右转向变速机构30R包括：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，其为四元件复式行星排，包括第四大太阳轮4S1、第四小太阳轮4S2、第四齿圈4R和第四行星架4C；第四制动器B4用于制动第三太阳轮3S，第五制动器B5用于制动第四齿圈4R，第六制动器B6用于制动第四小太阳轮4S2，第二离合器C2用于连接第三齿圈3R和第三太阳轮3S；第三齿圈3R作为右转向变速机构30R的输入端，第三太阳轮3S与第四行星架4C相连接，第三行星架3C与第四大太阳轮4S1相连接，第四大太阳轮4S1作为右转向变速机构30R的输出端与右停车制动器60R连接后作为行星转向机构的右输出端；以及左转向变速机构30L的输入端通过变速主轴20与右转向变速机构30R的输入端相连接。

表1是左、右转向变速机构的操纵摩擦元件状态表。转向变速机构30L和30R各具有多个挡位，即左1挡、左2挡、左3挡和左4挡，以及右1挡、右2挡、右3挡和右4挡。当第二制动器B2接合，第一离合器C1、第一制动器B1和第三制动器B3分离，左转向变速机构30L实现左1挡；当第一制动器B1接合，第一离合器C1、第二制动器B2和第三制动器B3分离，左转向变速机构30L实现左2挡；当第三制动器B3接合，第一离合器C1、第一制动器B1和第二制动器B2分离，左转向变速机构30L实现左3挡；当第一离合器C1接合，第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3分离，左转向变速机构30L实现左4挡；当第一离合器C1、第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3分离，左转向变速机构30L实现空挡；当第五制动器B5接合，第二离合器C2、第四制动器B4和第六制动器B6分离，右转向变速机构30R实现右1挡；当第四制动器B4接合，第二离合器C2、第五制动器B5和第六制动器B6分离，右转向变速机构30R实现右2挡；当第六制动器B6接合，第二离合器C2、第四制动器B4和第五制动器B5分离，右转向变速机构实现右3挡；当第二离合器C2接合，第四制动器B4、第五制动器B5和第六制动器B6分离，右转向变速机构30R实现右4挡；以及当第二离合器C2、第四制动器B4、第五制动器B5和第六制动器B6分离，右转向变速机构30R实现空挡。

表1中也列出了分别根据左、右转向变速机构30L、30R的行星排运动学方程求得的挡位速比，其中k₁、k₂₁与k₂₂、k₃、k₄₁与k₄₂分别是第一、第二、第三和第四行星排的结构特征参数，为了保证左右转向时输出对称，选择k₁＝k₃、k₂₁＝k₄₁与k₂₂＝k₄₂。

表1左、右转向变速机构的操纵摩擦元件状态表(×分离，○接合)

参考表1可知，如果一侧转向变速机构的速比为1，则另一侧的速比i即为两侧速比的比值，决定了规定相对转向半径的大小。因此，根据式(1)由选定的规定相对转向半径可确定各挡速比，其中，左1挡或右1挡的速比根据第三规定相对转向半径ρ₃设置，左2挡或右2挡的速比根据第二规定相对转向半径ρ₂设置，左3挡或右3挡的速比根据第一规定相对转向半径ρ₁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。

$\mathrm{\ρ}=\frac{i+1}{2(i-1)}---\left(1\right)$

当左转向变速机构30L挂左4挡，右转向变速机构30R挂右4挡时，车辆实现直驶；当左转向变速机构30L挂左3挡，右转向变速机构30R挂右4挡时，车辆实现第一规定相对转向半径ρ₁的左转向；当左转向变速机构30L挂左2挡，右转向变速机构30R挂右4挡时，车辆实现第二规定相对转向半径ρ₂的左转向；当左转向变速机构30L挂左1挡，右转向变速机构30R挂右4挡时，车辆实现第三规定相对转向半径ρ₃的左转向；当左转向变速机构30L挂左4挡，右转向变速机构30R挂右3挡时，车辆实现第一规定相对转向半径ρ₁的右转向；当左转向变速机构30L挂左4挡，右转向变速机构30R挂右2挡时，车辆实现第二规定相对转向半径ρ₂的右转向；当左转向变速机构30L挂左4挡，右转向变速机构30R挂右1挡时，车辆实现第三规定相对转向半径ρ₃的右转向。

表2示出了右转向变速机构30R挂右4挡，左转向变速机构30L挂左1挡、左2挡和左3挡时的大、中、小规定相对转向半径ρ₁、ρ₂和ρ₃。根据ρ的分布范围，选择合适的k₁、k₂₁与k₂₂数值。参考常规高机动性履带车辆常用规定相对转向半径的数值范围，选择ρ₁＝8～9，ρ₂＝5～6和ρ₃＝3～4，则i₁＝1.1176～1.1333，i₂＝1.1818～1.2222，i₃＝1.2857～1.4。试算后选择k₁＝3.0，k₂₁＝1.5与k₂₂＝2.5。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2挡位速比和规定相对转向半径

表3挡位速比和规定相对转向半径的具体数值

左转向变速挡位	挡位速比in	规定相对转向半径ρn
			左1挡	1.333	3.5
左2挡	1.200	5.5
			左3挡	1.125	8.5

当左停车制动器60L接合，左转向变速机构30L挂空挡，右转向变速机构30R挂右4挡，车辆实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的左转向；以及当右停车制动器60R接合，右转向变速机构30R挂空挡，左转向变速机构30L挂左4挡，车辆实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的右转向。

对该传动装置进行的运动学和动力学分析表明，在以等于或大于ρ₃的相对转向半径进行转向时，可利用转向再生功率大大减少小半径转向所需的驱动功率。

应该指出，虽然对于直驶变速机构10的每个挡位均可实现大中小三个规定转向半径，换句话说，理论上对于每一车速均可实现三个规定转向半径，但车速较高时，小规定转向半径将引起车辆侧滑或侧翻，因此随着车速的增加，实际可用的规定转向半径数量逐渐减少。

此外，虽然左转向变速机构30L和右转向变速机构30R各有四个操纵元件，但每次转向时，只需要分离一个操纵元件并接合另一个操纵元件，因此操纵控制非常简单，没有任何不便之处。转向盘或操纵杆提供转向角信号，传动装置的电子控制器据此信号以及其它传感器信号一起对转向换挡过程进行精确控制，控制相应的操纵元件及其接合程度，实现期望的转向半径。

图2是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的液力机械传动装置的结构示意图。参考图2，直驶变速机构10包括前传动、带闭锁离合器的液力变矩器、包含三个直驶变速行星排和五个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，作为直驶变速机构10的输入端的前传动与液力变矩器的泵轮相连接，液力变矩器的涡轮与行星变速机构的输入端相连接，行星变速机构的输出端连接液力减速器后作为直驶变速机构10的输出端。发动机80的输出端与直驶变速机构10的输入端相连接，直驶变速机构10的输出端与变速主轴20相连接，变速主轴20的左、右输出端分别与左转向变速机构30L、右转向变速机构30R的输入端相连接。直驶变速机构10具有至少4个前进挡和2个倒挡。任何其它现有技术中用于高机动性履带车辆的液力机械传动装置中的直驶变速机构均可用于本发明中，且本发明中的直驶变速机构10均具有自动变速功能。此外，与LSG3000的具有七个换挡元件的转向变速机构相比，本发明的转向变速机构的换挡元件多一个，复杂性略增。

图3是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的电传动装置的结构示意图。参考图3，直驶变速机构10由一个四元件复式行星排和三个换挡元件构成，四元件复式行星排包含大太阳轮、小太阳轮、行星架和齿圈，三个换挡元件分别为用于制动大太阳轮的太阳轮制动器、用于制动行星架的行星架制动器和用于连接行星架与齿圈的行星架离合器，小太阳轮作为直驶变速机构10的输入端，齿圈作为直驶变速机构10的输出端。驱动电机81的输出端与直驶变速机构10的输入端相连接，直驶变速机构10的输出端与变速主轴20相连接，变速主轴20的左、右输出端分别与左转向变速机构30L、右转向变速机构30R的输入端相连接。由于驱动电机81可以反转，直驶变速机构10不必设置单独的倒挡以简化其结构。驱动电机81具有接近4的扩速比，直驶变速机构10的挡位不必多于3挡，采用2挡或3挡变速机构即可，图示的3挡变速机构略复杂，但可以提高电传动装置的效率，缩短换挡时间，提高动力性，且驱动电机81的扩速比只需要达到2.5即可满足要求，而采用两挡变速机构则需要扩速比达到4。

图4是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的混合动力电传动装置的结构示意图。参考图4，发动机80的输出端通过主离合器90与电动机82的输入端相连接，电动机82的输出端与直驶变速机构10的输入端相连接，直驶变速机构10的输出端与变速主轴20相连接，变速主轴20的左、右输出端分别与左转向变速机构30L、右转向变速机构30R的输入端相连接。直驶变速机构10包括前传动、带闭锁离合器的液力变矩器、包含三个直驶变速行星排和五个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，作为直驶变速机构10的输入端的前传动与液力变矩器的泵轮相连接，液力变矩器的涡轮与行星变速机构的输入端相连接，行星变速机构的输出端连接液力减速器后作为直驶变速机构10的输出端。当发动机80关闭，主离合器90分离时，电动机82单独驱动车辆，可实现图2所示的液力机械传动装置不具有的静默接敌功能。当主离合器90接合，电动机82可启动发动机80。车辆行驶时或停车直驶变速机构10挂空挡时，电动机82可发电给蓄电装置(未示出)充电。

图5是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的另一混合动力电传动装置的结构示意图。参考图5，混合动力电传动装置包括：行星转向机构；主离合器90；第一电动机83；第二电动机84；直驶变速机构10，包括前传动、功率分配排组、前倒行星排组、前低挡制动器FB、倒低挡制动器RB和前高挡离合器HC，其中，前传动的输入端作为直驶变速机构10的输入端；功率分配排组，包括第一分配排10A、第二分配排10B和第三分配排10C，均为三元件行星排，第二分配排10B的行星架作为功率分配排组的输入端与前传动的输出端相连接，第一分配排10A的太阳轮、第二分配排10B的太阳轮与第三分配排10C的齿圈相连接，第一分配排10A的齿圈与第二分配排10B的行星架相连接，第一电动机83的转子与第二分配排10B的齿圈相连接，第二电动机84的转子与第三分配排10C的齿圈相连接，第三分配排10C的太阳轮固定，第三分配排10C的行星架作为功率分配排组的输出端，第二分配排10B的行星架作为直驶变速机构10的第二输出端；前倒行星排组，包括正向行星排10E和反向行星排10D，均为三元件行星排，反向行星排10D的太阳轮与正向行星排10E的太阳轮相连接后作为前倒行星排组的输入端与功率分配排组的输出端相连接，反向行星排10D的齿圈与正向行星排10E的行星架相连接后作为直驶变速机构10的第一输出端；倒低挡制动器RB用于制动反向行星排10D的行星架；前低挡制动器FB用于制动正向行星排10E的齿圈；前高挡离合器HC用于连接直驶变速机构10的第二输出端与变速主轴10；以及发动机80的输出端通过主离合器90与直驶变速机构10的输入端相连接，直驶变速机构10的输出端与变速主轴20相连接。

图6是本发明具体实施例所涉及的基于行星转向机构的另一混合动力电传动装置的结构示意图。参考图6，混合动力电传动装置包括：行星转向机构；主离合器90；第一电动机83；第二电动机84；功率汇流排10F，其为三元件行星排；闭锁离合器91，其用于连接功率汇流排10F的行星架和齿圈；直驶变速机构10，其包括：前传动、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，前传动的输入端与功率汇流排10F的行星架相连接后作为直驶变速机构10的输入端，前传动的输出端与行星变速机构的输入端相连接，行星变速机构的输出端连接液力减速器后作为直驶变速机构10的输出端；以及发动机80的输出端通过主离合器90与功率汇流排10F的齿圈相连接，第一电动机83的输出端与功率汇流排10F的太阳轮相连接，第二电动机84的输出端与前传动的输出端相连接，直驶变速机构10的输出端与变速主轴20相连接。

图7是现有两侧差速双流传动装置的两轴两排结构示意图。参考图7，发动机的动力分成直驶和转向两路功率流，一路由直驶变速机构10传递到变速主轴20，另一路由转向变速机构30传递到零轴40，两路功率流在左、右汇流排50L、50R汇流后向左右输出端输出，左、右停车制动器60L、60R也配置在输出端。转向变速机构30可为纯机械有级式变速机构，也可为包含液压泵–马达机组的液压机械变速机构。

本发明的四个具体实施例的液力机械传动装置、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常规传动装置、电传动装置和混合动力电传动装置相比，没有单独设置的用于转向的转向电机或液压泵-马达机组，结构紧凑和控制简单的优势非常明显，可实现高功率密度动力传动舱。

本发明具体实施例的行星转向机构，包括各由两个行星排、两个制动器和两个离合器构成的左转向变速机构和右转向变速机构，且左转向变速机构的输入端通过变速主轴与右转向变速机构的输入端相连接。本发明的基于该行星转向机构的传动装置，对于直驶变速机构的每个挡位均可实现大中小三个规定转向半径，没有专设用于转向的转向电机或液压泵-马达机组，结构较简单，成本较低，利于大批量生产和装备，且可与动力装置整体吊装，可维修性高。

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)

1.一种行星转向机构，其用于高机动性履带车辆的传动装置中，包括：

变速主轴；左停车制动器和右停车制动器；其特征在于：

所述行星转向机构还包括：

左转向变速机构，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，其为四元件复式行星排，包括第二大太阳轮、第二小太阳轮、第二齿圈和第二行星架；第一制动器，其用于制动所述第一太阳轮；第二制动器，其用于制动所述第二齿圈；第三制动器，其用于制动所述第二小太阳轮；第一离合器，其用于连接所述第一齿圈和所述第一太阳轮；所述第一齿圈作为所述左转向变速机构的输入端，所述第一太阳轮与所述第二行星架相连接，所述第一行星架与所述第二大太阳轮连接，所述第二大太阳轮作为所述左转向变速机构的输出端与左停车制动器连接后作为所述行星转向机构的左输出端；

右转向变速机构，包括：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，其为四元件复式行星排，包括第四大太阳轮、第四小太阳轮、第四齿圈和第四行星架；第四制动器，其用于制动所述第三太阳轮；第五制动器，其用于制动所述第四齿圈；第六制动器，其用于制动所述第四小太阳轮；第二离合器，其用于连接所述第三齿圈和所述第三太阳轮；所述第三齿圈作为所述右转向变速机构的输入端，所述第三太阳轮与所述第四行星架相连接，所述第三行星架与所述第四大太阳轮连接，所述第四大太阳轮作为所述右转向变速机构的输出端与右停车制动器连接后作为所述行星转向机构的右输出端；以及

所述左转向变速机构的输入端通过所述变速主轴与所述右转向变速机构的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的行星转向机构，其特征在于，

当所述第二制动器接合，所述第一离合器、所述第一制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现左1挡；

当所述第一制动器接合，所述第一离合器、所述第二制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现左2挡；

当所述第三制动器接合，所述第一离合器、所述第一制动器和所述第二制动器分离，所述左转向变速机构实现左3挡；

当所述第一离合器接合，所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现左4挡；

当所述第一离合器、所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器分离，所述左转向变速机构实现空挡；

当所述第五制动器接合，所述第二离合器、所述第四制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现右1挡；

当所述第四制动器接合，所述第二离合器、所述第五制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现右2挡；

当所述第六制动器接合，所述第二离合器、所述第四制动器和所述第五制动器分离，所述右转向变速机构实现右3挡；

当所述第二离合器接合，所述第四制动器、所述第五制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现右4挡；以及

当所述第二离合器、所述第四制动器、所述第五制动器和所述第六制动器分离，所述右转向变速机构实现空挡。

3.根据权利要求2所述的行星转向机构，其特征在于，

所述左1挡或所述右1挡的速比根据第三规定相对转向半径设置；

所述左2挡或所述右2挡的速比根据第二规定相对转向半径设置；

所述左3挡或所述右3挡的速比根据第一规定相对转向半径设置；

且挡位速比i与规定相对转向半径ρ的关系为：

$\mathrm{\ρ}=\frac{i+1}{2(i-1)}.$

4.根据权利要求3所述的行星转向机构，其特征在于，

当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现直驶；

当所述左转向变速机构挂所述左3挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现所述第一规定相对转向半径的左转向；

当所述左转向变速机构挂所述左2挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现所述第二规定相对转向半径的左转向；

当所述左转向变速机构挂所述左1挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡时，车辆实现所述第三规定相对转向半径的左转向；

当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右3挡时，车辆实现所述第一规定相对转向半径的右转向；

当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右2挡时，车辆实现所述第二规定相对转向半径的右转向；以及

当所述左转向变速机构挂所述左4挡，所述右转向变速机构挂所述右1挡时，车辆实现所述第三规定相对转向半径的右转向。

5.根据权利要求4所述的行星转向机构，其特征在于，

当所述左停车制动器接合，所述左转向变速机构挂空挡，所述右转向变速机构挂所述右4挡，车辆实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的左转向；以及

当所述右停车制动器接合，所述右转向变速机构挂空挡，所述左转向变速机构挂所述左4挡，车辆实现数值为0.5的第四规定相对转向半径的右转向。

6.一种基于权利要求1所述的行星转向机构的液力机械传动装置，其特征在于，还包括：

直驶变速机构，其包括：前传动、带闭锁离合器的液力变矩器、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，所述前传动的输入端作为所述直驶变速机构的输入端，所述前传动的输出端与所述液力变矩器的泵轮相连接，所述液力变矩器的涡轮与所述行星变速机构的输入端相连接，所述行星变速机构的输出端连接所述液力减速器后作为所述直驶变速机构的输出端；以及

发动机的输出端与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

7.一种基于权利要求1所述的行星转向机构的电传动装置，其特征在于，还包括：

驱动电机；

直驶变速机构，其包括：一个四元件复式行星排和三个换挡元件，其中，所述四元件复式行星排包括大太阳轮、小太阳轮、行星架和齿圈，所述三个换挡元件分别为用于制动所述大太阳轮的太阳轮制动器，用于制动所述行星架的行星架制动器，用于连接所述行星架和所述齿圈的行星架离合器，所述小太阳轮作为所述直驶变速机构的输入端，所述齿圈作为所述直驶变速机构的输出端；以及

所述驱动电机的输出端与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

8.一种基于权利要求1所述的行星转向机构的混合动力电传动装置，其特征在于，还包括：

主离合器；电动机；

直驶变速机构，其包括：前传动、带闭锁离合器的液力变矩器、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，所述前传动的输入端作为所述直驶变速机构的输入端，所述前传动的输出端与所述液力变矩器的泵轮相连接，所述液力变矩器的涡轮与所述行星变速机构的输入端相连接，所述行星变速机构的输出端连接所述液力减速器后作为所述直驶变速机构的输出端；以及

发动机的输出端通过所述主离合器与所述电动机的输入端相连接，所述电动机的输出端与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

9.一种基于权利要求1所述的行星转向机构的混合动力电传动装置，其特征在于，还包括：

主离合器；第一电动机；第二电动机；

直驶变速机构，包括前传动、功率分配排组、前倒行星排组、前低挡制动器、倒低挡制动器和前高挡离合器，其中，

所述前传动的输入端作为所述直驶变速机构的输入端；

功率分配排组，包括第一分配排、第二分配排和第三分配排，所述第一分配排、所述第二分配排和所述第三分配排均为三元件行星排，所述第二分配排的行星架作为所述功率分配排组的输入端与所述前传动的输出端相连接，所述第一分配排的太阳轮、所述第二分配排的太阳轮与所述第三分配排的齿圈相连接，所述第一分配排的齿圈与所述第二分配排的行星架相连接，所述第一电动机的转子与所述第二分配排的齿圈相连接，所述第二电动机的转子与所述第三分配排的齿圈相连接，所述第三分配排的太阳轮固定，所述第三分配排的行星架作为所述功率分配排组的输出端，所述第二分配排的行星架作为所述直驶变速机构的第二输出端；

前倒行星排组，包括正向行星排和反向行星排，所述正向行星排和所述反向行星排均为三元件行星排，所述反向行星排的太阳轮与所述正向行星排的太阳轮相连接后作为所述前倒行星排组的输入端与所述功率分配排组的输出端相连接，所述反向行星排的齿圈与所述正向行星排的行星架相连接后作为所述直驶变速机构的第一输出端；

所述倒低挡制动器用于制动所述反向行星排的行星架；

所述前低挡制动器用于制动所述正向行星排的齿圈；

所述前高挡离合器用于连接所述直驶变速机构的第二输出端与所述变速主轴；以及

发动机的输出端通过所述主离合器与所述直驶变速机构的输入端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。

10.一种基于权利要求1所述的行星转向机构的混合动力电传动装置，其特征在于，还包括：

主离合器；第一电动机；第二电动机；功率汇流排，其为三元件行星排；闭锁离合器，其用于连接所述功率汇流排的行星架和齿圈；

直驶变速机构，其包括：前传动、包含多个直驶变速行星排和多个换挡元件的行星变速机构，以及液力减速器，所述前传动的输入端与所述功率汇流排的行星架相连接后作为所述直驶变速机构的输入端，所述前传动的输出端与所述行星变速机构的输入端相连接，所述行星变速机构的输出端连接所述液力减速器后作为所述直驶变速机构的输出端；以及

发动机的输出端通过所述主离合器与所述功率汇流排的齿圈相连接，所述第一电动机的输出端与所述功率汇流排的太阳轮相连接，所述第二电动机的输出端与所述前传动的输出端相连接，所述直驶变速机构的输出端与所述变速主轴相连接。