CN101234598B - 双动力驱动行走机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双动力驱动行走机构,属于车辆行走***。技术方案包括差动轮系4-5-6-7,内齿轮7与车轮8通过长闭式扭矩离合器12同轴联接,锥齿轮3与中心齿轮5固连同轴转动,锥齿轮2、3啮合传动,圆柱齿轮9与锥齿轮2固连同轴转动,形成右半驱动装置9-2-3-4-5-6-7-12-8,与其完全相同的左半驱动装置91-21-31-41-51-61-71-121-81在圆柱齿轮9与91正确啮合传动条件下对称布置于车架13上,系杆4、41与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,锥齿轮11、1啮合传动,主动力驱动锥齿轮11,辅动力驱动圆柱齿轮9,主、辅动力通过差动轮系驱动左、右车轮实现车辆行驶。
Description
技术领域
本发明涉及一种双动力驱动行走机构,属于车辆行走***。这种双动力驱动行走机构配有主、辅两个相对独立的驱动力,通常情况下由主动力驱动车辆行驶,主动力失效时,由辅动力驱动车辆行驶,主、辅动力同时驱动时,车辆快速行驶。双动力驱动行走机构适应于野外、应急和安全系数较高车辆的行走驱动***。
技术背景
双动力车辆不仅能满足节能、环保的要求而且在实际应用中具有较高的灵活性、适用性和应变处理能力,已经成为车辆研究与开发的一个重点。
目前双动力驱动行走***可以分为串联、并联、混联双动力驱动行走***三大类。串联双动力驱动行走***中驱动行走机构结构简单,但是能源利用率较低,特别适用于在市区低速运行的工况。在复杂工况下,并联或混联双动力驱动行走***应用较多,申请号为98119232.7的发明专利属于并联双动力驱动行走***,其驱动行走机构中发动机和电动机同轴输入到一个差动轮系并通过后桥驱动车轮。丰田公司Prius车的驱动***属于混联双动力驱动行走***,其驱动行走机构中发动机直接驱动系杆、电动机直接驱动内齿轮,两个动力通过一个差动轮系组合后直接通过后桥驱动车轮。这两个双动力驱动行走机构的特点是工作模式较多,可以满足不同工况的要求,能源转化效率较高,结构紧凑,但是双动力通过一个差动轮系组合后由后桥驱动车轮,使整个驱动行走***结构和控制装置复杂,成本较高。
发明内容
本发明的目的是要提供一种双动力驱动行走机构,这种双动力驱动行走机构利用机械传动结构将两个相对独立的驱动力组合在同一驱动行走机构中,主动力与辅动力通过差动轮系驱动左、右车轮实现车辆行驶。主、辅两个驱动力可以分别独立工作,亦可同时工作,主动力驱动行走机构时车辆正常行驶,主动力失效、辅动力驱动行走机构时车辆亦可行驶,主、辅动力同时驱动行走机构时,车辆快速行驶。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括:差动轮系由系杆4、中心齿轮5、行星齿轮6及内齿轮7组成,内齿轮7与车轮8通过长闭式扭矩离合器12同轴联接,锥齿轮3与中心齿轮5固连同轴转动,锥齿轮2与锥齿轮3形成90°定轴啮合传动,圆柱齿轮9与锥齿轮2固连同轴转动,形成右半驱动装置9-2-3-4-5-6-7-12-8,与右半驱动装置完全相同的左半驱动装置91-21-31-41-51-61-71-121-81在保证圆柱齿轮9与91正确啮合传动条件下沿前进方向对称布置于车架13上,系杆4、41与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,锥齿轮11与锥齿轮1形成90°定轴啮合传动,主动力驱动锥齿轮11转速为n1,辅动力驱动圆柱齿轮9转速为n2,构成本发明双动力驱动行走机构(如图1);锥齿轮1、3、31、中心齿轮5、51、内齿轮7、71、车轮8、81及系杆4、41具有同一理论回转轴线,差动轮系4-5-6-7及41-51-61-71中各齿轮满足正确啮合传动条件和连续传动条件,锥齿轮副11-1、2-3、21-31及直齿轮副9-91中各齿轮满足正确啮合传动条件和连续传动条件,两车轮8和81转速相等,n8=n81=n1*(1+z5/z7)*z11/z1+n2*z2*z5/z3/z7,n1、n2正向及两车轮8和81转向如图1所示;当n1>0、n2=0时n8=n81=n1*(1+z5/z7)*z11/z1主动力驱动行走机构车辆正常行驶,当n1=0、n2>0主动力失效时,n8=n81=n2*z2*z5/z3/z7辅动力驱动行走机构车辆亦可行驶,当n1>0、n2>0时n8=n81=n1*(1+z5/z7)*z11/z1+n2*z2*z5/z3/z7主、辅动力同时驱动行走机构车辆高速行驶,当n1>0、n2<0时辅动力反向驱动行走机构车辆减速行驶,而当n2=-[n1*(1+z5/z7)*z11/z1]/(z2*z5/z3/z7)时n8=n81=0双动力驱动行走机构对车辆制动;车辆转向时行走机构通过改变长闭式扭矩离合器121或12的接触状态并辅以对左、右车轮的机械制动实现,右转弯时脱开右边长闭式扭矩离合器12并依据路面状况及转弯条件辅以对右车轮8机械制动,左转弯时脱开左边长闭式扭矩离合器121并依据路面状况及转弯条件辅以对左车轮81机械制动,长闭式扭矩离合器12及121同时闭合时车辆直线行驶。双动力驱动行走机构是由主动力通过锥齿轮副11-1驱动系杆4及41,辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动中心齿轮5和51,通过差动轮系由内齿轮71、7分别驱动左、右车轮实现车辆的各种行驶状态。
上述的双动力驱动行走机构中,可以改变驱动力配置方式,中心齿轮5、51与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,系杆4、41分别与锥齿轮3、31固连同轴转动,其它结构参数、组合条件不变;主动力通过锥齿轮副11-1驱动中心齿轮5及51,辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动系杆4和41,通过差动轮系由内齿轮71、7分别驱动左、右车轮,两车轮8和81转速为:n8=n81=n1*z11*z5/z1/z7+n2*(1+z5/z7)*z2/z3,n1、n2正向及两车轮转向如图2所示,双动力驱动行走机构同样可以驱动车辆实现以上各种行驶状态。
上述的双动力驱动行走机构中,可以改变输出动力配置方式,系杆4、41与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,内齿轮7、71分别与锥齿轮3、31固连同轴转动,中心齿轮5、51通过长闭式扭矩离合器12、121分别与车轮8、81同轴联接,其它结构参数、组合条件不变;主动力通过锥齿轮副11-1驱动系杆4及41,辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动内齿轮7和71,通过差动轮系由中心齿轮51、5分别驱动左、右车轮,两车轮8和81转速为:n8=n81=n1*(1+z7/z5)*z11/z1+n2*z2*z7/z3/z5,n1、n2正向及两车轮转向如图3所示,双动力驱动行走机构同样可以驱动车辆实现以上各种行驶状态。
上述的双动力驱动行走机构中,可以改变输出动力配置方式,中心齿轮5、51与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,内齿轮7、71分别与锥齿轮3、31固连同轴转动,系杆4、41通过长闭式扭矩离合器12、121分别与车轮8、81同轴联接,其它结构参数、组合条件不变;主动力通过锥齿轮副11-1驱动中心齿轮5及51,辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动内齿轮7和71,通过差动轮系由系杆41、4分别驱动左、右车轮,两车轮8和81转速为:n8=n81=(n1*z11*z5/z1+n2*z2*z7/z3)/(z5+z7),n1、n2正向及两车轮转向如图4所示,双动力驱动行走机构同样可以驱动车辆实现以上各种行驶状态。
上述的双动力驱动行走机构中,在中心齿轮5与内齿轮7之间沿圆周方向均布k(k=2、3、4、5、6、…)个行星齿轮6于系杆4上,k及各齿轮模数的大小与双动力驱动行走机构驱动功率成正比。
上述双动力驱动行走机构中,在车架13上沿前进方向并列两个支撑前轮形成后轮驱动行走***(如图5),可以在车架13上沿前进方向并列两个支撑后轮形成前轮驱动行走***,也可以在车架13上沿前进方向并列两组双动力驱动行走机构,形成四轮驱动行走***。
本发明双动力驱动行走机构主、辅两个驱动力可以分别独立驱动车辆行驶,或共同驱动车辆快速行驶,拓展了行走***对地面环境的适应和应变能力,可以通过选择设计参数或改变配置形式以便满足不同工作状况、不同环境条件需要。
附图说明
图1为双动力驱动行走机构的机构简图;
图2为改变驱动力配置方式的双动力驱动行走机构的机构简图;
图3为中心齿轮输出的双动力驱动行走机构的机构简图;
图4为系杆输出的双动力驱动行走机构的机构简图;
图5为双动力驱动行走机构组成车辆行走***示意图。
具体实施方案
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
图1所示的双动力驱动行走机构,包含差动轮系4-5-6-7由系杆4、中心齿轮5、行星齿轮6及内齿轮7组成,内齿轮7与车轮8通过长闭式扭矩离合器12同轴联接,锥齿轮3与中心齿轮5固连同轴转动,锥齿轮2与锥齿轮3形成90°定轴啮合传动,圆柱齿轮9与锥齿轮2固连同轴转动,形成右半驱动装置9-2-3-4-5-6-7-12-8,与其结构、几何参数和连接组合形式完全相同的左半驱动装置91-21-31-41-51-61-71-121-81在保证圆柱齿轮9与91正确啮合传动条件下沿前进方向对称布置于车架13上,系杆4、41与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,锥齿轮11与锥齿轮1形成90°定轴啮合传动;锥齿轮1、3、31、中心齿轮5、51、内齿轮7、71、车轮8、81及系杆4、41具有同一理论回转轴线,差动轮系4-5-6-7及41-51-61-71中各齿轮模数m、压力角α相等,满足齿数条件z7=z5+2*z6和连续传动条件,锥齿轮副11-1、2-3、21-31中各齿轮模数m、压力角α分别相等,满足90°定轴啮合传动条件,直齿轮副9-91中各齿轮模数m、压力角α相等,满足连续传动条件;发动机主动力驱动锥齿轮11转速为n1,电动机辅动力驱动圆柱齿轮9转速为n2,两车轮8和81转速为:n8=n81=n1*(1+z5/z7)*z11/z1+n2*z2*z5/z3/z7,n1、n2正向及两车轮8和81转向如图1所示;当n1>0、n2=0时n8=n81=n1*(1+z5/z7)*z11/z1主动力驱动行走机构车辆正常行驶,当n1=0、n2>0主动力失效时,n8=n81=n2*z2*z5/z3/z7辅动力驱动行走机构车辆低速行驶,当n1>0、n2>0时n8=n81=n1*(1+z5/z7)*z11/z1+n2*z2*z5/z3/z7主、辅动力同时驱动行走机构车辆高速行驶,当n1>0、n2<0时辅动力反向驱动行走机构车辆减速行驶,而当n2=-[n1*(1+z5/z7)*z11/z1]/(z2*z5/z3/z7)时n8=n81=0双动力驱动行走机构对车辆制动;车辆转向时行走机构通过改变长闭式扭矩离合器121或12的接触状态并辅以对左、右车轮的机械制动实现,右转弯时脱开右边长闭式扭矩离合器12并依据路面状况及转弯条件辅以对右车轮8机械制动,左转弯时脱开左边长闭式扭矩离合器121并依据路面状况及转弯条件辅以对左车轮81机械制动,长闭式扭矩离合器12及121同时闭合时车辆直线行驶。双动力驱动行走机构是由发电机主动力通过锥齿轮副11-1驱动系杆4及41,电动机辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动中心齿轮5和51,通过差动轮系由内齿轮71、7分别驱动左、右车轮实现车辆的各种行驶状态。本实施例,车辆正常行驶中发动机输出主动力的同时通过发电机对电池组充电,辅动力工作时由电池组独立对电动机供电,主、辅动力通过双动力驱动行走机构组合、分配驱动车辆行驶。
图2所示的双动力驱动行走机构,改变驱动力配置方式,中心齿轮5、51与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,系杆4、41分别与锥齿轮3、31固连同轴转动,其它结构参数、组合条件不变;发动机主动力通过锥齿轮副11-1驱动中心齿轮5及51,电动机辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动系杆4和41,通过差动轮系由内齿轮71、7分别驱动左、右车轮,n1、n2正向如图2所示,两车轮8和81转向不变,转速为:n8=n81=n1*z11*z5/z1/z7+n2*(1+z5/z7)*z2/z3,双动力驱动行走机构同样可以驱动车辆实现以上各种行驶状态。本实施例,车辆正常行驶中发动机输出主动力,太阳能板对电池组充电,辅动力工作时由电池组独立对电动机供电,主、辅动力通过双动力驱动行走机构组合、分配驱动车辆行驶。
图3所示的双动力驱动行走机构,改变输出动力配置方式为中心齿轮输出,系杆4、41与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,内齿轮7、71分别与锥齿轮3、31固连同轴转动,中心齿轮5、51通过长闭式扭矩离合器12、121分别与车轮8、81同轴联接,其它结构参数、组合条件不变;发动机主动力通过锥齿轮副11-1驱动系杆4及41,液压马达辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动内齿轮7和71,通过差动轮系由中心齿轮51、5分别驱动左、右车轮,n1、n2正向如图3所示,两车轮8和81转向不变,转速为:n8=n81=n1*(1+z7/z5)*z11/z1+n2*z2*z7/z3/z5,双动力驱动行走机构同样可以驱动车辆实现以上各种行驶状态。本实施例,车辆正常行驶中发动机输出主动力的同时通过液压油泵对蓄能器组提供储存能量,辅动力工作时由蓄能器组独立驱动液压马达,主、辅动力通过双动力驱动行走机构组合、分配驱动车辆行驶。
图4所示的双动力驱动行走机构,改变输出动力配置方式为系杆输出,中心齿轮5、51与锥齿轮1由主轴10固连同轴转动,内齿轮7、71分别与锥齿轮3、31固连同轴转动,系杆4、41通过长闭式扭矩离合器12、121分别与车轮8、81同轴联接,其它结构参数、组合条件不变;主液压马达输出主动力通过锥齿轮副11-1驱动中心齿轮5及51,辅液压马达输出辅动力通过直齿轮副9-91及锥齿轮副2-3、21-31分别驱动内齿轮7和71,通过差动轮系由系杆41、4分别驱动左、右车轮,n1、n2正向如图4所示,两车轮8和81转向不变,转速为:n8=n81=(n1*z11*z5/z1+n2*z2*z7/z3)/(z5+z7),双动力驱动行走机构同样可以驱动车辆实现以上各种行驶状态。本实施例,车辆正常行驶中发动机驱动液压油泵,由主液压马达输出主动力,同时通过液压油泵对蓄能器组提供储存能量,辅动力工作时由蓄能器组独立驱动辅液压马达,主、辅动力通过双动力驱动行走机构组合、分配驱动车辆行驶。
图5所示双动力驱动行走机构组成车辆行走***,在车架13上沿前进方向并列两个支撑前轮形成后轮驱动行走***。可以选用以上任意一组驱动力组合形式或动力配置方式,实现车辆的各种行驶状态。
Claims (5)
1.双动力驱动行走机构,包括:差动轮系由右系杆(4)、右中心齿轮(5)、右行星齿轮(6)及右内齿轮(7)组成,其特征在于,右内齿轮(7)与右车轮(8)通过右长闭式扭矩离合器(12)同轴联接,右第二锥齿轮(3)与右中心齿轮(5)固连同轴转动,右第一锥齿轮(2)与右第二锥齿轮(3)形成90°定轴啮合传动,右圆柱齿轮(9)与右第一锥齿轮(2)固连同轴转动,形成右半驱动装置由右圆柱齿轮(9)-右第一锥齿轮(2)-右第二锥齿轮(3)-右系杆(4)-右中心齿轮(5)-右行星齿轮(6)-右内齿轮(7)-右长闭式扭矩离合器(12)-右车轮(8)组成,与右半驱动装置完全相同的左半驱动装置由左圆柱齿轮(91)-左第一锥齿轮(21)-左第二锥齿轮(31)-左系杆(41)-左中心齿轮(51)-左行星齿轮(61)-左内齿轮(71)-左长闭式扭矩离合器(121)-左车轮(81)组成,在保证右圆柱齿轮(9)与左圆柱齿轮(91)正确啮合传动条件下沿前进方向对称布置于车架(13)上,右系杆(4)、左系杆(41)与主轴锥齿轮(1)由主轴(10)固连同轴转动,中间锥齿轮(11)与主轴锥齿轮(1)形成90°定轴啮合传动,主动力通过锥齿轮副由中间锥齿轮(11)-主轴锥齿轮(1)组成,驱动右系杆(4)及左系杆(41),辅动力通过直齿轮副由右圆柱齿轮(9)-左圆柱齿轮(91)组成,及锥齿轮副由右第一锥齿轮(2)-右第二锥齿轮(3)、左第一锥齿轮(21)-左第二锥齿轮(31)组成,分别驱动右中心齿轮(5)和左中心齿轮(51),通过差动轮系由左内齿轮(71)、右内齿轮(7)分别驱动左、右车轮。
2.根据权利要求1所述的双动力驱动行走机构,其特征在于,改变驱动力配置方式,右中心齿轮(5)、左中心齿轮(51)与主轴锥齿轮(1)由主轴(10)固连同轴转动,右系杆(4)、左系杆(41)分别与右第二锥齿轮(3)、左第二锥齿轮(31)固连同轴转动,主动力通过锥齿轮副由中间锥齿轮(11)-主轴锥齿轮(1)组成,驱动右中心齿轮(5)及左中心齿轮(51),辅动力通过直齿轮副由右圆柱齿轮(9)-左圆柱齿轮(91)组成,及锥齿轮副由右第一锥齿轮(2)-右第二锥齿轮(3)、左第一锥齿轮(21)-左第二锥齿轮(31)组成,分别驱动右系杆(4)和左系杆(41),通过差动轮系由左内齿轮(71)、右内齿轮(7)分别驱动左、右车轮。
3.根据权利要求1所述的双动力驱动行走机构,其特征在于,改变输出动力配置方式,右系杆(4)、左系杆(41)与主轴锥齿轮(1)由主轴(10)固连同轴转动,右内齿轮(7)、左内齿轮(71)分别与右第二锥齿轮(3)、左第二锥齿轮(31)固连同轴转动,右中心齿轮(5)、左中心齿轮(51)通过右长闭式扭矩离合器(12)、左长闭式扭矩离合器(121)分别与右车轮(8)、左车轮(81)同轴联接,主动力通过锥齿轮副由中间锥齿轮(11)-主轴锥齿轮(1)组成,驱动右系杆(4)及左系杆(41),辅动力通过直齿轮副由右圆柱齿轮(9)-左圆柱齿轮(91)组成,及锥齿轮副由右第一锥齿轮(2)-右第二锥齿轮(3)、左第一锥齿轮(21)-左第二锥齿轮(31)组成,分别驱动右内齿轮(7)和左内齿轮(71),通过差动轮系由左中心齿轮(51)、右中心齿轮(5)分别驱动左、右车轮。
4.根据权利要求1所述的双动力驱动行走机构,其特征在于,改变输出动力配置方式,右中心齿轮(5)、左中心齿轮(51)与主轴锥齿轮(1)由主轴(10)固连同轴转动,右内齿轮(7)、左内齿轮(71)分别与右第二锥齿轮(3)、左第二锥齿轮(31)固连同轴转动,右系杆(4)、左系杆(41)通过右长闭式扭矩离合器(12)、左长闭式扭矩离合器(121)分别与右车轮(8)、左车轮(81)同轴联接,主动力通过锥齿轮副由中间锥齿轮(11)-主轴锥齿轮(1)组成,驱动右中心齿轮(5)及左中心齿轮(51),辅动力通过直齿轮副由右圆柱齿轮(9)-左圆柱齿轮(91)组成,及锥齿轮副由右第一锥齿轮(2)-右第二锥齿轮(3)、左第一锥齿轮(21)-左第二锥齿轮(31)组成,分别驱动右内齿轮(7)和左内齿轮(71),通过差动轮系由左系杆(41)、右系杆(4)分别驱动左、右车轮。
5.根据权利要求1-4任意之一所述的双动力驱动行走机构,其特征在于,在右中心齿轮(5)与右内齿轮(7)之间沿圆周方向均布k个右行星齿轮(6)于右系杆(4)上,其中k≥2。
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