CN109263720A - 一种履带车辆转向系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种履带车辆转向系统及方法。该转向系统为四轮独立驱动系统，两个前轮均通过驱动电机和减速器进行驱动，两个后轮均通过驱动电机和转向耦合装置驱动，且通过转向电机对两个转向耦合装置进行功率补充。本发明的系统及方法通过四轮独立驱动的方式解决了电机体积较小的情况下低速小半径转向时转矩不足的问题，通过转向电机对转向耦合装置进行功率补充解决了高速大半径转向时外侧电机的电机功率较低的问题。

Description

一种履带车辆转向系统和方法

技术领域

本发明涉及履带车辆技术领域，特别是涉及一种履带车辆转向系统和方法。

背景技术

履带车辆是通过转向机构使两侧履带具有速度差来达到转向的目的，这一点与轮式车辆有着根本上的不同。履带车辆在恶劣工况下具有优良的行驶能力且具有较好的机动性与越野性能，如今在军事、民用、农用等领域有着广泛的应用。而随着履带车辆的大范围应用与未来履带车辆上车载电气电子系统对电能的需要，履带车辆的电传动技术成为重要的发展方向。

目前广泛使用的电传动驱动方式多为双电机独立驱动，即每侧履带只有一个主动轮，依据不同车辆的整体布置或工作需要确定为前置前驱或者后置后驱的形式。但是在低速小半径转向时，对驱动电机的转矩要求非常高。若驱动电机转矩不足，则转向缓慢，若驱动电机转矩足够，则需要电机体积增大，质量增加，布置不便；在高速大半径转向时，外侧电机需要较大的电机功率，则电机的体积增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种履带车辆转向系统和方法，在保证电机体积较小的情况下解决低速小半径转向时转矩不足和高速大半径转向时外侧电机的电机功率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种履带车辆转向系统，包括：两个前驱电机、两个后驱电机、两个前轮、两个后轮、两个前驱减速器、两个转向耦合装置和一个转向电机；每个所述前驱电机的输出轴均通过一个所述前驱减速器与对应的前轮连接，每个所述后驱电机的输出轴均通过一个所述转向耦合装置与对应的后轮连接；位于车辆同一侧的所述前轮和所述后轮通过履带传动；所述转向电机的两个输出轴分别与两个所述转向耦合装置相连；

所述转向耦合装置包括转向电机轴齿轮、电磁制动离合装置、行星轮系；所述行星轮系包括太阳轮、与所述太阳轮同轴布置的齿圈以及置于所述太阳轮和所述齿圈之间并分别与所述太阳轮和所述齿圈啮合的至少两个行星轮；

所述转向电机的每个输出轴均通过对应的电磁制动离合装置与对应的转向电机轴齿轮的中心连接，所述电磁制动离合装置用于对对应的转向电机的输出轴与对应的转向电机轴齿轮之间的吸合和断开进行控制，所述齿圈的外圈上布置有轮齿，所述转向电机轴齿轮与所述齿圈的外圈啮合；所述后驱电机的输出轴与两个所述转向耦合装置的太阳轮中心连接；至少两个所述行星轮的中心上转动连接有行星架，所述行星架的中心通过转轴与所述后轮的中心连接。

可选的，该转向系统还包括两个前驱电机控制器、两个后驱电机控制器和一个转向电机控制器；两个所述前驱电机控制器的输出端分别与两个所述前驱电机的输入端相连；两个所述后驱电机控制器的输出端分别与两个所述后驱电机的输入端相连；所述转向电机控制器的输出端与所述转向电机的输入端相连；两个所述前驱电机控制器、两个所述后驱电机控制器和所述转向电机控制器的输入端均连接到能量转换分配单元，所述能量转换分配单元与发动机发电机组连接。

可选的，该转向系统还包括能量吸收单元和动力电池组；所述能量吸收单元和所述动力电池组均与所述能量转换分配单元连接；所述能量吸收单元用于存储回收的能量；所述动力电池组用于为所述能量转换分配单元补充能量。

可选的，所述电磁制动离合装置包括制动器定子、制动离合转子和离合器转子；所述制动器定子、所述制动离合转子、所述离合器转子均与对应的转向电机的输出轴同轴设置，所述制动器定子与所述履带车辆的车体固定连接；所述制动离合转子与对应的转向电机轴齿轮固定连接且与对应转向电机轴齿轮同轴；所述离合器转子的中心与对应的转向电机的输出轴固定连接；所述制动离合转子通过吸合所述制动器定子、断开所述制动离合转子断开转向电机对转向电机轴齿轮的驱动；所述制动离合转子通过断开所述制动器定子、吸合所述制动离合转子使转向电机对转向电机轴齿轮进行驱动。

可选的，在每个所述转轴上和每个所述减速电机的输出轴上均设置有制动器，所述制动器用于对所述履带车辆进行制动。

本发明还公开一种履带车辆转向方法，应用于上述的履带车辆转向系统；

该转向方法包括：

当外侧轮的需求功率小于或等于外侧履带所对应的前驱电机和后驱电机的最大输出功率时，控制两个所述电磁制动离合装置均将对应的转向电机的输出轴与对应的转向电机轴齿轮之间的连接断开，使转向电机停止对转向电机轴齿轮的驱动；

当外侧轮的需求功率大于外侧履带所对应的前驱电机和后驱电机的最大输出功率时，控制内侧电磁制动离合装置将对应的转向电机输出轴与对应的转向电机轴齿轮之间的连接断开，控制外侧电磁制动离合装置将对应的转向电机输出轴与对应的转向电机轴齿轮吸合，使转向电机驱动外侧的转向电机轴齿轮转动，补充外侧的主动轮的功率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的履带车辆转向系统和方法，采用四电机进行驱动，从而可以满足在履带车低速小半径转向时后驱电机对转矩的需求。同时，通过转向电机的介入，保证在外侧功率不足时，对外侧主动轮的驱动补入功率，能够满足高速大半径转向时的功率需求，提高履带车辆的转向性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明履带车辆转向系统实施例的系统结构图；

图2为本发明履带车辆转向系统实施例的单侧的转向耦合装置的结构图；

图3为本发明履带车辆转向系统实施例的转向电机与后驱电机未发生耦合时的动力传递示意图；

图4为本发明履带车辆转向系统实施例的转向电机与后驱电机发生耦合时的动力传递示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种履带车辆转向系统和方法，在保证电机体积较小的情况下解决低速小半径转向时转矩不足和高速大半径转向时外侧电机的电机功率较低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

图1为本发明履带车辆转向系统实施例的系统结构图。

该履带车辆转向系统，包括：两个前驱电机3a和3b(3a为左前驱电机，3b为右前驱电机)、两个后驱电机3c和3d(3c为左后驱电机，3d为右后驱电机)、两个前轮1a和1b(1a为左前轮，1b为右前轮)、两个后轮1c和1d(为左后轮，1d为右后轮)、两个前驱减速器2a和2b(2a为左前驱减速器，2b为右前驱减速器)、两个转向耦合装置8a和8b(8a为左转向耦合装置，8b为右转向耦合装置)、一个转向电机10；左前驱电机3a的输出轴通过左前驱减速器2a与左前轮1a连接，右前驱电机3b的输出轴通过右前驱减速器2b与右前轮1b连接，左后驱电机3c的输出轴通过左转向耦合装置8a与左后轮1c连接，右后驱电机3d的输出轴通过右转向耦合装置8b与右后轮1d连接；左前轮1a和左后轮1c通过履带传动，右前轮1b和右后轮1d通过履带传动。所述转向电机10的两个输出轴分别与两个所述转向耦合装置8a和8b相连。

该转向系统还包括两个前驱电机控制器4a和4b(4a为左前驱电机控制器，4b为右前驱电机控制器)、两个后驱电机控制器4c和4d(4c为左后驱电机控制器，4d为右后驱电机控制器)、一个转向电机控制器9；

左前驱电机控制器4a的输出端左前驱电机3a的输入端相连，右前驱电机控制器4b的输出端右前驱电机3b的输入端相连；左后驱电机控制器4c的输出端左后驱电机3c的输入端相连，右后驱电机控制器4d的输出端右后驱电机3d的输入端相连；转向电机控制器9的输出端与转向电机10的输入端相连；两个前驱电机控制器4a和4b、两个后驱电机控制器4c和4d、转向电机控制器9的输入端均连接到能量转换分配单元6，能量转换分配单元6与发动机发电机组5连接。

该转向系统还包括能量吸收单元7和动力电池组11；所述能量吸收单元7和所述动力电池组11均与所述能量转换分配单元6连接；所述能量吸收单元7用于存储回收的能量；所述动力电池组11用于为所述能量转换分配单元6补充能量。

图2为本发明履带车辆转向系统实施例的单侧的转向耦合装置的结构图。

参见图2，该转向耦合装置为左转向耦合装置8a，以左转向耦合装置8a为例进行说明，该左转向耦合装置8a包括转向电机轴齿轮12、电磁制动离合装置13、行星轮系；所述行星轮系包括太阳轮18、与所述太阳轮18同轴布置的齿圈16以及置于所述太阳轮18和所述齿圈16之间并分别与所述太阳轮18和所述齿圈16啮合的至少两个行星轮17。

所述转向电机10的每个输出轴均通过对应的电磁制动离合装置13与对应的转向电机轴齿轮12的中心连接，所述电磁制动离合装置13用于对对应的转向电机10的输出轴与对应的转向电机轴齿轮12之间的吸合和断开进行控制，所述齿圈16的外圈上布置有轮齿，所述转向电机轴齿轮12与所述齿圈16的外圈啮合；左后驱电机3c的输出轴与左转向耦合装置8a的太阳轮18中心连接；至少两个所述行星轮17的中心上转动连接有行星架19，所述行星架19的中心通过转轴左后轮1c的中心连接。

所述电磁制动离合装置13包括制动器定子13a、制动离合转子13b和离合器转子13c；所述制动器定子13a、所述制动离合转子13b、所述离合器转子13c均与对应的转向电机10的输出轴同轴设置，所述制动器定子13a与所述履带车辆的车体固定连接；所述制动离合转子13b与对应的转向电机轴齿轮12固定连接且与对应转向电机轴齿轮12同轴；所述离合器转子13c的中心与对应的转向电机10的输出轴固定连接；所述制动离合转子13b通过吸合所述制动器定子13a、断开所述制动离合转子13b断开转向电机10对转向电机轴齿轮12的驱动；所述制动离合转子13b通过断开所述制动器定子13a、吸合所述制动离合转子13b使转向电机10对转向电机轴齿轮12进行驱动。

在每个所述转轴上和每个所述减速电机2a和2b的输出轴上均设置有制动器20，所述制动器20用于对所述履带车辆进行制动。

在履带车直驶或进行满足电机性能参数的转向时，转向耦合装置8a和8b不工作，履带车采用四电机独立驱动模式行驶，实现电控差速无级转向。在履带车低速小半径转向时，四电机驱动模式可以满足后驱电机3c和3d对转矩的需求，因此不需要进行转矩耦合；在履带车高速大半径转向时，转向耦合装置8a和8b工作，与后驱电机3c和3d进行功率耦合，使车辆按照既定轨迹行驶。

图3为本发明履带车辆转向系统实施例的转向电机与后驱电机未发生耦合时的动力传递示意图。

参见图3，当履带车辆直驶时，或进行电机功率可以满足转向要求的转向时，制动离合转子13b与制动器定子13a吸合，制动离合转子13b与离合器转子13c断开，从而通过制动器定子13a对转向电机轴齿轮12进行制动。

图4为本发明履带车辆转向系统实施例的转向电机与后驱电机发生耦合时的动力传递示意图。

参见图4，当履带车辆进行高速、大半径转向时，外侧主动轮对应的制动离合转子13b与制动器定子13a断开，制动离合转子13b与离合器转子13c吸合，从而使转向电机10驱动转向电机轴齿轮12转动，此时后驱电机3c或3d输出的功率传递至太阳轮18，两股动力经过行星轮系耦合，由行星架19输出，对外侧的主动轮进行驱动。

当履带车辆左转时，右侧为外侧；当履带车辆右转时，左侧为外侧。

转向电机10输出转速为ns，输出转矩为Ts，经过转向电机10的输出轴、转向电机轴齿轮12，输入至转向耦合装置的齿圈16；后驱电机输出转速为nd，输出转矩为Td，经过后驱电机的输出轴至转向耦合装置的太阳轮18。转向电机轴齿轮12对齿圈16的传动比为in，行星轮系传动比为ip，则经过耦合输入至主动轮中的转矩为Td*ip，转速为(nd+(ip-1)*ns/in)/ip。耦合后输出到主动轮功率增加，可使履带车辆维持高速进行转向。

该履带车辆转向系统应用于四电机分布式驱动履带车辆可以满足履带车辆直驶工况与实现各种情况下的转向工况。在直驶与不需要耦合的转向工况下采用四电机分布式驱动形式，降低单个电机的体积与质量，提高电传动系统的功率密度；在高速大半径转向，单个电机无法满足功率需求时采用功率耦合模式，可以保证履带车辆高速转向能力。转向耦合装置的使用，使履带车辆驱动电机功率利用率得以提高，并提高履带车辆的转向性能。

实施例2：

本发明还公开一种履带车辆转向方法，应用于上述的履带车辆转向系统；

该转向方法包括：

当外侧轮的需求功率小于或等于外侧履带所对应的前驱电机3a和3b以及后驱电机3c和3d的最大输出功率时，控制两个所述电磁制动离合装置13均将对应的转向电机10的输出轴与对应的转向电机轴齿轮12之间的连接断开，使转向电机10停止对转向电机轴齿轮12的驱动。当外侧轮的需求功率大于外侧履带所对应的前驱电机3a和3b以及后驱电机3c和3d的最大输出功率时，控制内侧电磁制动离合装置13将对应的转向电机10输出轴与对应的转向电机轴齿轮12之间的连接断开，控制外侧电磁制动离合装置13将对应的转向电机10输出轴与对应的转向电机轴齿轮12吸合，使转向电机10驱动外侧的转向电机轴齿轮12转动，补充外侧的主动轮的功率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的履带车辆转向系统和方法，采用四电机进行驱动，从而可以满足在履带车低速小半径转向时后驱电机对转矩的需求。同时，通过转向电机的介入，保证在外侧功率不足时，对外侧主动轮的驱动补入功率，能够满足高速大半径转向时的功率需求，提高履带车辆的转向性能。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种履带车辆转向系统，其特征在于，包括：两个前驱电机、两个后驱电机、两个前轮、两个后轮、两个前驱减速器、两个转向耦合装置和一个转向电机；每个所述前驱电机的输出轴均通过一个所述前驱减速器与对应的前轮连接，每个所述后驱电机的输出轴均通过一个所述转向耦合装置与对应的后轮连接；位于车辆同一侧的所述前轮和所述后轮通过履带传动；所述转向电机的两个输出轴分别与两个所述转向耦合装置相连；

所述转向耦合装置包括转向电机轴齿轮、电磁制动离合装置、行星轮系；所述行星轮系包括太阳轮、与所述太阳轮同轴布置的齿圈以及置于所述太阳轮和所述齿圈之间并分别与所述太阳轮和所述齿圈啮合的至少两个行星轮；

所述转向电机的每个输出轴均通过对应的电磁制动离合装置与对应的转向电机轴齿轮的中心连接，所述电磁制动离合装置用于对对应的转向电机的输出轴与对应的转向电机轴齿轮之间的吸合和断开进行控制，所述齿圈的外圈上布置有轮齿，所述转向电机轴齿轮与所述齿圈的外圈啮合；所述后驱电机的输出轴与两个所述转向耦合装置的太阳轮中心连接；至少两个所述行星轮的中心上转动连接有行星架，所述行星架的中心通过转轴与所述后轮的中心连接。

2.根据权利要求1所述的履带车辆转向系统，其特征在于，还包括两个前驱电机控制器、两个后驱电机控制器和一个转向电机控制器；两个所述前驱电机控制器的输出端分别与两个所述前驱电机的输入端相连；两个所述后驱电机控制器的输出端分别与两个所述后驱电机的输入端相连；所述转向电机控制器的输出端与所述转向电机的输入端相连；两个所述前驱电机控制器、两个所述后驱电机控制器和所述转向电机控制器的输入端均连接到能量转换分配单元，所述能量转换分配单元与发动机发电机组连接。

3.根据权利要求2所述的履带车辆转向系统，其特征在于，还包括能量吸收单元和动力电池组；所述能量吸收单元和所述动力电池组均与所述能量转换分配单元连接；所述能量吸收单元用于存储回收的能量；所述动力电池组用于为所述能量转换分配单元补充能量。

4.根据权利要求1所述的履带车辆转向系统，其特征在于，所述电磁制动离合装置包括制动器定子、制动离合转子和离合器转子；所述制动器定子、所述制动离合转子、所述离合器转子均与对应的转向电机的输出轴同轴设置，所述制动器定子与所述履带车辆的车体固定连接；所述制动离合转子与对应的转向电机轴齿轮固定连接且与对应转向电机轴齿轮同轴；所述离合器转子的中心与对应的转向电机的输出轴固定连接；所述制动离合转子通过吸合所述制动器定子、断开所述制动离合转子断开转向电机对转向电机轴齿轮的驱动；所述制动离合转子通过断开所述制动器定子、吸合所述制动离合转子使转向电机对转向电机轴齿轮进行驱动。

5.根据权利要求1所述的履带车辆转向系统，其特征在于，在每个所述转轴上和每个所述减速电机的输出轴上均设置有制动器，所述制动器用于对所述履带车辆进行制动。

6.一种履带车辆转向方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任意一项的履带车辆转向系统；

该转向方法包括：

当外侧轮的需求功率小于或等于外侧履带所对应的前驱电机和后驱电机的最大输出功率时，控制两个所述电磁制动离合装置均将对应的转向电机的输出轴与对应的转向电机轴齿轮之间的连接断开，使转向电机停止对转向电机轴齿轮的驱动；

当外侧轮的需求功率大于外侧履带所对应的前驱电机和后驱电机的最大输出功率时，控制内侧电磁制动离合装置将对应的转向电机输出轴与对应的转向电机轴齿轮之间的连接断开，控制外侧电磁制动离合装置将对应的转向电机输出轴与对应的转向电机轴齿轮吸合，使转向电机驱动外侧的转向电机轴齿轮转动，补充外侧的主动轮的功率。