CN113415154A - 一种单电机驱动传动结构及工程车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单电机驱动传动结构及工程车辆，包括输入轴S‑in、前进挡离合器CF、后退挡离合器CR、第一动力传递单元、第二动力传递单元及输出轴S‑out，第一动力传递单元传动连接在前进挡离合器CF和输出轴S‑out之间，第二动力传递单元传动连接在后退挡离合器CR和输出轴S‑out之间，输入轴S‑in上和输出轴S‑out上分别配置有动力输出端。采用单电机驱动，通过传动及换挡结构，实现液压系统作业和底盘行驶分别驱动，实现单独作业模式和行驶‑作业模式，无需电传动变速箱，简化控制和动力传递流程，提高能效比，发挥电机响应快、控制精度高的优点，采用动力电池作为动力源，降低排放，提高环保性能。

Description

一种单电机驱动传动结构及工程车辆
技术领域
本发明涉及电动工程车辆技术领域，特别是涉及一种单电机驱动传动结构及工程车辆。
背景技术
目前，内燃机驱动是工程车辆常用的驱动方式，其底盘行走和上装作业过程所需要的动力均由发动机驱动分动箱后提供，典型作业特点是能效比低、排放严重。近年来，为了适应国家对工程机械的绿色发展需求，纯电动工程机械以其作业过程低排放、能效比高等优势，被视为是工程车辆未来发展的理想方案。
传统燃油工程机械能效比低、排放严重，电动化过程中匹配电机用的变速箱开发周期长、成本高、控制困难；为满足整车作业和行驶需求，电机会长时间处于低效率低扭矩区域，正茬经济性较差。
现有技术，工程机械基本动力构型是直接用电机代替发动机作为动力源，动力传动装置沿用传统构型。为满足整车作业和形式需求，电机会长时间处于低效率低扭矩区域，整车经济性较差。若期望电机工作在高校区，需开发设计匹配电机的专用电传动变速箱，但开发成本高、难度大。
中国专利CN108839563A公开了一种电动工程机械传动装置及控制系统，其利用电机代替发动机作为动力源，利用液力变速器进行动力分配实现上装和底盘行驶，没有从根本上改变原有机械的传动原理，仍旧采用传统液力变速器，无法发挥电机结构简单、控制精度高、响应快的优点。中国专利CN111750064A公开了一种电动装载机用单电机驱动传动装置，其保留了液力变矩器，通过多个离合器合作进行前进和倒退作业，其还是按照变速箱控制模式，但由于工程车辆要进行频繁启动、前进、后退及换向等，会造成驱动系统控制复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种单电机驱动传动结构及工程车辆，采用单电机驱动，通过传动及换挡结构，实现液压系统作业和底盘行驶分别驱动，实现单独作业模式和行驶-作业模式，无需电传动变速箱，简化控制和动力传递流程，提高能效比，充分发挥电机响应快、控制精度高的优点，采用动力电池作为动力源，降低整机排放，提高产品环保性能。
一方面，本发明提供一种单电机驱动传动结构。
一种单电机驱动传动结构，包括输入轴S-in、前进挡离合器CF、后退挡离合器CR、第一动力传递单元、第二动力传递单元及输出轴S-out，所述前进挡离合器CF、所述后退挡离合器CR安装在所述输入轴S-in上，所述第一动力传递单元传动连接在所述前进挡离合器CF和所述输出轴S-out之间，所述第二动力传递单元传动连接在所述后退挡离合器CR和所述输出轴S-out之间，所述输入轴S-in上配置有第一动力输出端，所述输出轴S-out上配置有第二动力输出端，该传动结构具有第一工作模式和第二工作模式，其中：第一工作模式：所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR均处于分离状态，电机的动力仅从所述第一动力输出端输出；第二工作模式：包括前进作业模式和后退作业模式；处于前进作业模式时，所述前进挡离合器CF处于结合状态，所述后退挡离合器CR处于分离状态，电机的动力从所述第一动力输出端输出，同时，电机的动力经所述前进挡离合器CF和所述第一动力传递单元从所述第二动力输出端输出，所述输入轴S-in与所述输出轴S-out转向相同；处于后退作业模式时，所述前进挡离合器CF处于分离状态，所述后退挡离合器CR处于结合状态，电机的动力从所述第一动力输出端输出，同时，电机的动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力传递单元从所述第二动力输出端输出，所述输入轴S-in与所述输出轴S-out转向相反。
可选地，所述第一动力传递单元包括浮动齿轮ZF、固定齿轮ZF1及固定齿轮ZF2，所述浮动齿轮ZF与所述固定齿轮ZF1啮合，所述固定齿轮ZF1与所述固定齿轮ZF2啮合，所述浮动齿轮ZF通过所述前进挡离合器CF安装在所述输入轴S-in上，所述固定齿轮ZF1固定安装在一根过渡轴S-t上，所述固定齿轮ZF2固定安装在所述输出轴S-out上。
可选地，所述第二动力传递单元包括浮动齿轮ZR及固定齿轮ZR1，所述浮动齿轮ZR与所述固定齿轮ZR1啮合，所述浮动齿轮ZR通过所述后退挡离合器CR安装在所述输入轴S-in上，所述固定齿轮ZR1固定安装在所述输出轴S-out上。
可选地，所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR采用双包离合器，且共用同一个离合器壳体。
另一方面，本发明还提供一种工程车辆。
一种工程车辆，包括上述任意所述的单电机驱动传动结构，还包括动力源、驱动电机、作业液压系统及驱动桥，单电机驱动传动结构中的所述输入轴S-in为所述驱动电机的输出轴，所述作业液压系统包括液压泵，所述第一动力输出端连接至所述液压泵，所述第二动力输出端连接至所述驱动桥，所述动力源连接至所述驱动电机。
可选地，所述动力源包括动力单元、高压控制模块和充电模块，所述动力单元通过所述高压控制模块连接至所述驱动电机并为所述驱动电机提供动力，所述充电模块通过所述高压控制模块连接至所述动力单元并进行充放电控制。
可选地，所述动力单元包括动力电池和电池管理系统。
可选地，所述动力电池为蓄电池和/或超级电容。
可选地，该工程车辆还包括电机控制器，所述电机控制器连接在所述高压控制模块与所述驱动电机之间。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明设计的传动结构及工程车辆，采用单电机驱动，通过前进和后退两个离合器的不同结合状态，控制车辆只进行作业，或者前进+作业，再或者后退+作业，能够满足工程车辆的不同的工况需求，该传动结构轴向尺寸小，适于不同的安装空间，规避匹配电机的专用电传动变速箱的开发成本及控制难度，提高产品可靠性；同时，仅需控制两个离合器，便于实现整机功能，简化了控制变量和能量传递流程，提高了能效比，充分发挥了电机响应快控制精度高的优点；同时该工程车辆采用电池作为动力源，降低整机排放，提高产品环境适应性。
附图说明
图1为本发明的单电机驱动传动结构的示意图；
图2为本发明的工程车辆的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
实施例一
如图1所示，一种单电机驱动传动结构，包括输入轴S-in、前进挡离合器CF、后退挡离合器CR、第一动力传递单元、第二动力传递单元及输出轴S-out，所述前进挡离合器CF、所述后退挡离合器CR安装在所述输入轴S-in上，所述第一动力传递单元传动连接在所述前进挡离合器CF和所述输出轴S-out之间，所述第二动力传递单元传动连接在所述后退挡离合器CR和所述输出轴S-out之间，
所述输入轴S-in上配置有第一动力输出端，所述输出轴S-out上配置有第二动力输出端，
该传动结构具有第一工作模式和第二工作模式，其中：
第一工作模式：所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR均处于分离状态，电机的动力仅从所述第一动力输出端输出；
第二工作模式：包括前进作业模式和后退作业模式；处于前进作业模式时，所述前进挡离合器CF处于结合状态，所述后退挡离合器CR处于分离状态，电机的动力从所述第一动力输出端输出，同时，电机的动力经所述前进挡离合器CF和所述第一动力传递单元从所述第二动力输出端输出，所述输入轴S-in与所述输出轴S-out转向相同；处于后退作业模式时，所述前进挡离合器CF处于分离状态，所述后退挡离合器CR处于结合状态，电机的动力从所述第一动力输出端输出，同时，电机的动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力传递单元从所述第二动力输出端输出，所述输入轴S-in与所述输出轴S-out转向相反；所述第一动力传递单元包括浮动齿轮ZF、固定齿轮ZF1及固定齿轮ZF2，所述浮动齿轮ZF与所述固定齿轮ZF1啮合，所述固定齿轮ZF1与所述固定齿轮ZF2啮合，所述浮动齿轮ZF通过所述前进挡离合器CF安装在所述输入轴S-in上，所述固定齿轮ZF1固定安装在一根过渡轴S-t上，所述固定齿轮ZF2固定安装在所述输出轴S-out上；所述第二动力传递单元包括浮动齿轮ZR及固定齿轮ZR1，所述浮动齿轮ZR与所述固定齿轮ZR1啮合，所述浮动齿轮ZR通过所述后退挡离合器CR安装在所述输入轴S-in上，所述固定齿轮ZR1固定安装在所述输出轴S-out上；所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR采用双包离合器，且共用同一个离合器壳体，从而缩短该传动结构的轴向尺寸，提高安装的灵活性。
实施例二
如图2所示，一种工程车辆，包括上述实施例中的单电机驱动传动结构，还包括动力源、驱动电机、作业液压系统及驱动桥，单电机驱动传动结构中的所述输入轴S-in为所述驱动电机的输出轴，所述作业液压系统包括液压泵，所述第一动力输出端连接至所述液压泵，用于驱动液压系统工作，并通过前进挡离合器CF、后退挡离合器CR和过渡单元使驱动力传递至第二动力输出端，所述第二动力输出端连接至所述驱动桥，以驱动整车行驶；所述动力源连接至所述驱动电机；所述动力源包括动力单元、高压控制模块和充电模块，所述动力单元通过所述高压控制模块连接至所述驱动电机并为所述驱动电机提供动力，所述充电模块通过所述高压控制模块连接至所述动力单元并进行充放电控制；所述动力单元包括动力电池和电池管理系统，为整车提供动力所需，动力电池为蓄电池；该工程车辆还包括电机控制器，所述电机控制器连接在所述高压控制模块与所述驱动电机之间电机控制器根据整车需求控制驱动电机的扭矩输出。
在其他实施例中，上述的动力电池也可以超级电容，或者蓄电池与超级电容的联合。
综上，装配有实施例一中的单电机驱动传动结构的工程车辆能够实现以下三种工作方式：
1.驱动电机仅驱动液压系统工作，保证驱动电机输出轴的转向与液压系统中液压泵的转向相同，为液压系统提供持续的动力，实现单独作业模式；
2.驱动电机在驱动液压系统的同时，驱动连接至驱动桥的传动轴同向转动，驱动车辆前进，实现整车的前进+作业模式；
3.驱动电机在驱动液压系统的同时，驱动连接至驱动桥的传动轴反向转动，驱动车辆后退，实现整车的倒车+作业模式。
与现有技术相比，本发明实施例的单电机驱动传动结构及工程车辆的优点在于：采用单电机驱动，通过前进和后退两个离合器的不同结合状态，控制车辆只进行作业，或者前进+作业，再或者倒车+作业，能够满足工程车辆的不同的工况需求，该传动结构轴向尺寸小，适于不同的安装空间，规避匹配电机的专用电传动变速箱的开发成本及控制难度，提高产品可靠性；同时，仅需控制两个离合器，便于实现整机功能，简化了控制变量和能量传递流程，提高了能效比，充分发挥了电机响应快控制精度高的优点；同时该工程车辆采用电池作为动力源，降低整机排放，提高产品环境适应性。
以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单电机驱动传动结构，其特征在于，包括输入轴S-in、前进挡离合器CF、后退挡离合器CR、第一动力传递单元、第二动力传递单元及输出轴S-out，所述前进挡离合器CF、所述后退挡离合器CR安装在所述输入轴S-in上，所述第一动力传递单元传动连接在所述前进挡离合器CF和所述输出轴S-out之间，所述第二动力传递单元传动连接在所述后退挡离合器CR和所述输出轴S-out之间，
所述输入轴S-in上配置有第一动力输出端，所述输出轴S-out上配置有第二动力输出端，
该传动结构具有第一工作模式和第二工作模式，其中：
第一工作模式：所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR均处于分离状态，电机的动力仅从所述第一动力输出端输出；
第二工作模式：包括前进作业模式和后退作业模式；处于前进作业模式时，所述前进挡离合器CF处于结合状态，所述后退挡离合器CR处于分离状态，电机的动力从所述第一动力输出端输出，同时，电机的动力经所述前进挡离合器CF和所述第一动力传递单元从所述第二动力输出端输出，所述输入轴S-in与所述输出轴S-out转向相同；处于后退作业模式时，所述前进挡离合器CF处于分离状态，所述后退挡离合器CR处于结合状态，电机的动力从所述第一动力输出端输出，同时，电机的动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力传递单元从所述第二动力输出端输出，所述输入轴S-in与所述输出轴S-out转向相反。
2.如权利要求1所述的一种单电机驱动传动结构，其特征在于，所述第一动力传递单元包括浮动齿轮ZF、固定齿轮ZF1及固定齿轮ZF2，所述浮动齿轮ZF与所述固定齿轮ZF1啮合，所述固定齿轮ZF1与所述固定齿轮ZF2啮合，所述浮动齿轮ZF通过所述前进挡离合器CF安装在所述输入轴S-in上，所述固定齿轮ZF1固定安装在一根过渡轴S-t上，所述固定齿轮ZF2固定安装在所述输出轴S-out上。
3.如权利要求1所述的一种单电机驱动传动结构，其特征在于，所述第二动力传递单元包括浮动齿轮ZR及固定齿轮ZR1，所述浮动齿轮ZR与所述固定齿轮ZR1啮合，所述浮动齿轮ZR通过所述后退挡离合器CR安装在所述输入轴S-in上，所述固定齿轮ZR1固定安装在所述输出轴S-out上。
4.如权利要求1所述的一种单电机驱动传动结构，其特征在于，所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR采用双包离合器，且共用同一个离合器壳体。
5.一种工程车辆，其特征在于，包括如权利要求1至4任意一项所述的单电机驱动传动结构，还包括动力源、驱动电机、作业液压系统及驱动桥，单电机驱动传动结构中的所述输入轴S-in为所述驱动电机的输出轴，所述作业液压系统包括液压泵，所述第一动力输出端连接至所述液压泵，所述第二动力输出端连接至所述驱动桥，所述动力源连接至所述驱动电机。
6.如权利要求5所述的一种工程车辆，其特征在于，所述动力源包括动力单元、高压控制模块和充电模块，所述动力单元通过所述高压控制模块连接至所述驱动电机并为所述驱动电机提供动力，所述充电模块通过所述高压控制模块连接至所述动力单元并进行充放电控制。
7.如权利要求6所述的一种工程车辆，其特征在于，所述动力单元包括动力电池和电池管理系统。
8.如权利要求7所述的一种工程车辆，其特征在于，所述动力电池为蓄电池和/或超级电容。
9.如权利要求6所述的一种工程车辆，其特征在于，还包括电机控制器，所述电机控制器连接在所述高压控制模块与所述驱动电机之间。
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