履带车辆的混合动力电传动装置 技术领域 本发明涉及车辆动力传动装置， 特别涉及一种履带车辆的混合动力电传动装置， 具体涉及一种结构紧凑的功率分流式混合动力电传动装置。
背景技术 履带车辆的混合动力电传动装置， 应提供与车辆高机动性相结合的最佳的重量、 体积和成本的技术方案。特别地， 混合动力电传动装置应具有高功率密度， 其体积紧凑， 占 用空间小， 以便于进行车辆总体布置。 混合动力电传动装置主要有串联式、 并联式和功率分 流式混合动力电传动装置三类。
美国专利 US4998591 公开了一种串联式混合动力电传动装置， 其提供了总体布置 上的灵活性， 可将发电机组和电传动装置分开安装， 两者之间只需要通过电缆相连接。但 是， 由于需要把发动机的动力全部转换成电能， 而且车辆行驶所需的动力完全由驱动电机 提供， 因此， 需要大功率的发电机组、 驱动电机和逆变器。而这些部件的总体积比传统的动 力传动装置的体积要大得多。虽然能够优化发动机的工作点和回收制动能量， 但能量的多 次转换降低了系统的能量效率。 此外， 发动机不直接驱动车辆， 系统的可靠性完全取决于电 机系统。
美国专利 US7757797B2 公开了一种并联式混合动力电传动装置， 其在发动机和液 力变矩器之间增加了一台与发动机飞轮或液力变矩器泵轮相连接的中等功率的电动 / 发 电机， 系统的电功率和所需要的逆变器相对较小。而且由于该电动 / 发电机与发动机直接 相连接， 因此只有在发动机高速时才能够提供较大的发电功率。车辆低速行驶时， 该电动 / 发电机工作在电动模式下， 所需的电能均由蓄电装置提供， 因此， 需要大功率的蓄电装置。 此外， 由于发动机直接驱动车辆， 因此， 系统具有较高的可靠性。
从性能、 重量、 体积、 成本和风险来看， 串联式和并联式混合电传动装置显然都不 是最佳方案， 而功率分流式混合电传动装置综合了机械和电力驱动二者的优点， 具有显著 的总体性能优势。功率分流式混合动力电传动装置包括了一个功率分流装置、 至少一台发 电机和至少一台驱动电机， 通过功率分流装置可将发动机的转速和车速解耦， 而且一部分 发动机动力直接驱动车辆， 另一部分动力则通过发电机转换成电能提供给驱动电机， 因此， 系统具有很高的能量效率和可靠性。
美国专利 US2007/0102209A1 公开了一种履带车辆的功率分流式混合动力电传动 装置， 其包括纵置的发动机和由至少两台电动 / 发电机、 带闭锁离合器的行星排耦合器组 成的动力耦合装置， 其中发动机与行星排耦合器的齿圈相连接， 一台电动 / 发电机与行星 排耦合器的太阳轮相连接， 另一台电动 / 发电机与行星排耦合器的行星架相连接后连接到 机械传动装置的输入端， 机械传动装置包括常规的零轴和两端的差速行星排。
美国专利 US7201691B2 公开了一种履带车辆的电动液力转向机构， 其包括同轴配 置和布置在零轴上的转向电机、 两个带闭锁离合器的液力偶合器和相应的传动齿轮。在转 向电机不能提供所需的转向力矩时液力偶合器充油， 提供小半径转向所需的助力转矩。
上述混合动力电传动装置及电动液力转向机构存在以下问题 ： 发动机与行星排耦 合器齿圈相连接， 车速较低时， 与行星排耦合器行星架相连接的电动 / 发电机工作在电动 模式下， 其转速也较低， 与行星排耦合器太阳轮相连接的电动 / 发电机工作在发电模式下， 其转速较低， 发电功率较低， 也使得该电动 / 发电机的体积增大 ； 纵置的发动机和动力耦合 装置不可避免地增大了混合动力电传动装置的体积 ； 包括零轴、 相应的传动齿轮和支承结 构的机械传动装置也增大了混合动力电传动装置的体积和质量， 而且使得箱体结构复杂 ； 同轴配置和布置在零轴上的转向电机直径受到较大的限制， 不能提供较大的转向力矩， 导 致液力偶合器的充油频率将增加。
因此， 还存在着进一步减小履带车辆的混合动力电传动装置体积的需求。 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， 提供一种结构紧凑的履带车辆 的混合动力电传动装置。
本发明的履带车辆的混合动力电传动装置， 其包括 ： 发动机， 其用于提供驱动车辆 行驶的第一动力源 ； 功率分流机构， 其用于将发动机动力分解成用于行驶和用于发电的两 路功率流， 包含第一输入端、 第二输入端、 第一输出端和第二输出端 ； 起动发电机， 其用于起 动发动机和发电， 包含起动发电机转子轴 ； 驱动电机， 其用于提供驱动车辆行驶的第二动力 源， 包含中空的驱动电机转子轴 ； 直驶变速机构， 其用于车辆直驶驱动特性变换 ； 复合制动 机构， 其用于车辆纵向制动 ； 转向助力机构， 其用于增大转向流功率 ； 转向制动机构， 其用 于车辆转向制动 ； 直驶差速行星排和转向差速行星排， 其用于直驶和转向两路功率流的汇 流与差速 ； 转向电机， 其用于驱动车辆转向， 包含中空的转向电机转子轴 ； 左侧传动和右侧 传动， 其用于匹配左侧主动轮和右侧主动轮的转速， 具有不同的传动比 ； 变速主轴， 其用于 直驶变速机构与直驶差速行星排之间的动力传递， 为一中空轴 ； 左横轴和右横轴， 其用于直
驶差速行星排和转向差速行星排与左侧传动和右侧传动之间的动力传递。
根据该混合动力电传动装置的结构， 构成混合动力电传动装置的上述部件被分 别配置和布置在相平行的第一轴线和第二轴线上， 并通过功率分流机构相连接 ； 在第一轴 线上从左到右依次同轴配置和布置起动发电机、 功率分流机构和发动机 ； 在第二轴线上从 左到右依次同轴配置和布置左侧传动、 复合制动机构、 直驶变速机构、 功率分流机构、 驱动 电机、 转向助力机构、 转向制动机构、 直驶差速行星排、 转向差速行星排、 转向电机和右侧 传动 ； 变速主轴配置和布置成贯穿于驱动电机转子轴 ； 左横轴配置和布置成贯穿于变速主 轴； 右横轴配置和布置成贯穿于转向电机转子轴。
根据该混合动力电传动装置的结构， 发动机的输出端与功率分流机构的第一输入 端相连接， 功率分流机构的第一输出端与起动发电机的输入端相连接， 驱动电机的输出端 与功率分流机构的第二输入端相连接， 功率分流机构的第二输出端与直驶变速机构的输入 端相连接， 直驶变速机构的输出端与复合制动机构相连接， 并通过变速主轴与直驶差速行 星排的直驶差速行星排行星架相连接， 驱动电机的前端通过转向助力机构与转向差速行星 排的转向差速行星排齿圈相连接， 转向制动机构与转向差速行星排齿圈相连接， 转向电机 的输出端与转向差速行星排齿圈相连接， 直驶差速行星排的直驶差速行星排齿圈与转向差 速行星排的转向差速行星排行星架相连接， 并通过右横轴与右侧传动的输入端相连接， 右侧传动的输出端与右侧主动轮相连接， 直驶差速行星排的直驶差速行星排太阳轮与转向差 速行星排的转向差速行星排太阳轮相连接， 并通过左横轴与左侧传动的输入端相连接， 左 侧传动的输出端与左侧主动轮相连接。
根据该混合动力电传动装置的结构， 直驶差速行星排特征参数 kt、 转向差速行星 排特征参数 ks、 右侧传动传动比 icr 和左侧传动传动比 icl 满足以下条件 ： kt ＝ icl/icr 和 ks ＝ icl/icr-1。
根据该混合动力电传动装置的结构， 功率分流机构， 其包括功率分流行星排和中 央传动齿轮， 功率分流行星排包括功率分流行星排太阳轮、 功率分流行星排行星轮、 功率分 流行星排行星架和功率分流行星排齿圈， 其中功率分流行星排行星架与发动机相连接， 功 率分流行星排太阳轮与起动发电机转子轴相连接， 中央传动齿轮包括第一齿轮、 惰轮和第 二齿轮， 其中第一齿轮与功率分流行星排齿圈相连接， 第一齿轮通过惰轮连接第二齿轮， 第 二齿轮与驱动电机转子轴相连接。
根据该混合动力电传动装置的结构， 起动发电机， 其具有电动模式和发电模式。
根据该混合动力电传动装置的结构， 在发动机起动时， 起动发电机工作在电动模 式， 拖动发动机起动 ； 以及在车辆行驶时， 起动发电机工作在发电模式， 其发出的电力提供 给驱动电机或转向电机， 或给蓄电装置充电。 根据该混合动力电传动装置的结构， 驱动电机， 其具有闭锁模式、 电动模式和回馈 发电模式。
根据该混合动力电传动装置的结构， 在发动机起动时， 驱动电机工作在闭锁模式， 将功率分流机构的第二输入端抱死 ； 在车辆行驶时， 驱动电机工作在电动模式， 驱动车辆行 驶； 以及在车辆制动时， 驱动电机工作在回馈发电模式， 其发出的电力提供给蓄电装置充 电。
根据该混合动力电传动装置的结构， 直驶变速机构， 其包括拉维娜式行星排、 太阳 轮离合器、 齿圈离合器、 太阳轮制动器和齿圈制动器， 拉维娜式行星排包含第一太阳轮、 第 二太阳轮、 第一行星轮、 第二行星轮、 复合行星架和复合齿圈， 太阳轮离合器用于连接驱动 电机转子轴和第一太阳轮， 齿圈离合器用于连接驱动电机转子轴和复合齿圈， 太阳轮制动 器用于制动第二太阳轮， 齿圈制动器用于制动复合齿圈。
根据该混合动力电传动装置的结构， 当齿圈离合器和齿圈制动器分离， 太阳轮离 合器和太阳轮制动器接合时， 直驶变速机构实现前进 1 档， 其传动比为 1+krf/krr， 其中 krf 为拉维娜式行星排的双行星排特征参数， krr 为拉维娜式行星排的单行星排特征参数 ； 当 太阳轮离合器和齿圈制动器分离， 齿圈离合器和太阳轮制动器接合时， 直驶变速机构实现 前进 2 档， 其传动比为 1+1/krr ； 当太阳轮制动器和齿圈制动器分离， 太阳轮离合器和齿圈 离合器接合时， 直驶变速机构实现前进 3 档， 其传动比为 +1 ； 当齿圈离合器和太阳轮制动器 分离， 太阳轮离合器和齿圈制动器接合时， 直驶变速机构实现倒档， 其传动比为 1-krf ； 当 太阳轮制动器、 齿圈离合器和齿圈制动器分离， 太阳轮离合器接合时， 直驶变速机构实现空 档； 以及当太阳轮离合器和齿圈离合器分离， 太阳轮制动器和齿圈制动器接合时， 直驶变速 机构实现驻车档。
根据该混合动力电传动装置的结构， 复合制动机构包括与变速主轴相连接的、 并 联的液力减速器和停车制动器。
根据该混合动力电传动装置的结构， 在车辆制动时， 驱动电机工作在回馈发电模 式提供再生制动转矩， 液力减速器充油提供液力制动转矩， 停车制动器接合提供机械制动 转矩， 制动变速主轴 ； 以及在车辆原位中心转向时， 停车制动器闭锁， 将变速主轴抱死。
根据该混合动力电传动装置的结构， 转向助力机构， 其包括第一前传动齿轮、 第二 前传动齿轮、 第一液力偶合器、 第二液力偶合器， 第一后传动齿轮和第二后传动齿轮， 第一 液力偶合器和第二液力偶合器对称布置在变速主轴两侧， 并分别通过第一前传动齿轮和第 二前传动齿轮与驱动电机转子轴相连接， 还分别通过第一后传动齿轮和第二后传动齿轮与 转向差速行星排的转向差速行星排齿圈相连接， 第一前传动齿轮和第二前传动齿轮的传动 比值大小相等而方向相同， 第一后传动齿轮和第二后传动齿轮的传动比值大小相等而方向 相反。
根据该混合动力电传动装置的结构， 在转向电机能够提供足够的转向转矩时， 第 一液力偶合器和第二液力偶合器无油空转 ； 以及在转向电机不能提供足够的转向转矩时， 第一液力偶合器或第二液力偶合器充油提供助力转矩。
根据该混合动力电传动装置的结构， 转向电机具有闭锁模式、 电动模式和回馈发 电模式。 根据该混合动力电传动装置的结构， 在车辆直驶时， 转向电机工作在闭锁模式， 将 转向差速行星排的转向差速行星排齿圈抱死 ； 在车辆转向时， 转向电机工作在电动模式， 驱 动转向差速行星排齿圈转动 ； 以及在车辆转向制动时， 转向电机工作在回馈发电模式， 提供 再生制动转矩， 制动转向差速行星排齿圈。
根据该混合动力电传动装置的结构， 转向制动机构， 其包括与转向差速行星排的 转向差速行星排齿圈相连接的转向制动器。
根据该混合动力电传动装置的结构， 在转向电机能够提供足够的转向制动转矩 时， 转向制动器分离 ； 在转向电机不能提供足够的转向制动转矩时， 转向制动器接合， 提供 机械制动转矩， 制动转向差速行星排齿圈 ； 以及在转向电机不能提供足够的闭锁转矩时， 转 向制动器闭锁， 将转向差速行星排齿圈抱死。
由于发动机、 起动发电机和驱动电机与功率分流机构的连接关系， 起动发电机的 最高转速较高， 可采用体积紧凑的高速电机 ； 横置的发动机、 起动发电机和驱动电机减小了 混合动力电传动装置的体积 ； 转向电机和驱动电机同轴布置， 并通过转向助力机构相连接， 因此转向电机的直径较大， 可提供较大的输出转矩 ； 采用普通行星排来代替等轴差速器， 并 在两侧匹配具有不同传动比的侧传动来实现左右对称输出， 取消了零轴及相应的传动齿轮 和支承结构， 简化了箱体结构， 使得混合动力电传动装置更加紧凑。
附图说明 图 1 是本发明的一具体实施例的系统框图。
图 2 是图 1 所示的具体实施例的详细系统框图。
图 3 是图 1 所示的具体实施例所涉及的功率分流机构、 直驶变速机构、 复合制动机 构、 转向助力机构和转向制动机构的详细系统框图。
图中 ： 1， 1r 分别是驱动电机和驱动电机转子轴 ； 2 是直驶变速机构 ； 20， 211， 212， 221， 222， 23， 24 分别是拉维娜式行星排、 第一太阳轮、 第二太阳轮、 第一行星轮、 第二行星
轮、 复合行星架和复合齿圈 ； 25， 26， 27， 28 分别是太阳轮离合器、 太阳轮制动器、 齿圈离合 器和齿圈制动器 ； 3， 31， 32 分别是复合制动机构、 停车制动器和液力减速器 ； 14 是转向助力 机构 ； 141， 142 分别是第一前传动齿轮和第二前传动齿轮 ； 143， 144 分别是第一液力偶合器 和第二液力偶合器 ； 145， 146 分别是第一后传动齿轮和第二后传动齿轮 ； 4， 4r 分别是转向 电机和转向电机转子轴 ； 6， 61 分别是转向制动机构和转向制动器 ； 7， 8 分别是直驶差速行 星排和转向差速行星排 ； 9， 10 分别是右侧传动和左侧传动 ； 12 是变速主轴 ； 13a， 13b 分别 是左横轴和右横轴 ； 19， 20 分别是右侧主动轮和左侧主动轮 ； 101 是发动机 ； 102， 102g， 102m 分别是功率分流机构、 功率分流行星排和中央传动齿轮 ； 102s， 102p， 102c， 102r 分别是功 率分流行星排太阳轮、 功率分流行星排行星轮、 功率分流行星排行星架和功率分流行星排 齿圈 ； 102m1， 102mi， 102m2 分别是第一齿轮、 惰轮和第二齿轮 ； 103， 103r 分别是起动发电机 和起动发电机转子轴 ； 104 是蓄电装置。 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 是本发明的一具体实施例的系统框图。 参考图 1， 所述的混合动力电传动装置 包括 ： 发动机 101， 其用于提供驱动车辆行驶的第一动力源 ； 功率分流机构 102， 其用于将发 动机 101 的动力分解成用于行驶和用于发电的两路功率流， 包含第一输入端、 第二输入端、 第一输出端和第二输出端 ； 起动发电机 103， 其用于起动发动机 101 和发电， 包含起动发电 机转子轴 103r。
驱动电机 1， 其用于提供驱动车辆行驶的第二动力源， 包含中空的驱动电机转子轴 1r ； 直驶变速机构 2， 其用于车辆直驶驱动特性变换 ； 复合制动机构 3， 其用于车辆纵向制 动； 转向助力机构 14， 其用于增大转向流功率 ； 转向制动机构 6， 其用于车辆转向制动 ； 直驶 差速行星排 7 和转向差速行星排 8， 其用于直驶和转向两路功率流的汇流与差速 ； 转向电机 4， 其用于驱动车辆转向， 包含中空的转向电机转子轴 4r ； 左侧传动 10 和右侧传动 9， 其用于 匹配右侧主动轮 20 和左侧主动轮 19 的转速， 具有不同的传动比。
变速主轴 12， 其用于直驶变速机构 2 与直驶差速行星排 7 之间的动力传递， 为一中 空轴 ； 以及左横轴 13a 和右横轴 13b， 其用于直驶差速行星排 7 和转向差速行星排 8 与左侧 传动 10 和右侧 9 传动之间的动力传递。
构成混合动力电传动装置的上述部件被分别配置和布置在相平行的第一轴线 1y 和第二轴线 2y 上， 并通过功率分流机构 102 相连接。
在第一轴线 1y 上从左到右依次同轴配置和布置起动发电机 103、 功率分流机构 102 和发动机 101。
在第二轴线 2y 上从左到右依次同轴配置和布置左侧传动 10、 复合制动机构 3、 直 驶变速机构 2、 功率分流机构 102、 驱动电机 1、 转向助力机构 14、 转向制动机构 6、 直驶差速 行星排 7、 转向差速行星排 8、 转向电机 4 和右侧传动 9。
变速主轴 12 配置和布置成贯穿于驱动电机转子轴 1r。
左横轴 13a 配置和布置成贯穿于变速主轴 12， 右横轴 13b 配置和布置成贯穿于转 向电机转子轴 4r。构成混合动力电传动装置的上述部件间的连接关系如下 ： 发动机 101 的输出端与 功率分流机构 102 的第一输入端相连接， 功率分流机构 102 的第一输出端与起动发电机 103 的输入端相连接， 驱动电机 1 的输出端与功率分流机构 102 的第二输入端相连接， 功率分流 机构 102 的第二输出端与直驶变速机构 2 的输入端相连接。
直驶变速机构 2 的输出端与复合制动机构 3 相连接， 并通过变速主轴 12 与直驶差 速行星排 7 的直驶差速行星排行星架相连接。
驱动电机 1 的前端还通过转向助力机构 14 与转向差速行星排 8 的转向差速行星 排齿圈相连接， 转向制动机构 6 与转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈相连接， 转向电 机 4 的输出端与转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈相连接。
直驶差速行星排 7 的直驶差速行星排齿圈与转向差速行星排 8 的转向差速行星排 行星架相连接， 并通过右横轴 13b 与右侧传动 9 的输入端相连接， 右侧传动 9 的输出端与右 侧主动轮 19 相连接。
直驶差速行星排 7 的直驶差速行星排太阳轮与转向差速行星排 8 的转向差速行星 排太阳轮相连接， 并通过左横轴 13a 与左侧传动 10 的输入端相连接， 左侧传动 10 的输出端 与左侧主动轮 20 相连接。 取消零轴及相应的固定轴传动齿轮和支承结构可简化传动装置的箱体结构， 得到 结构更紧凑的混合动力电传动装置。因此， 采用特征参数 k ≠ 1 的普通行星排代替 k ＝ 1 的等轴差速器。
采用普通行星排得到的是左右不对称的输出效果， 不能满足车辆直驶和转向的需 求。因此， 在两侧匹配不同的侧传动比来使两侧输出效果相同。
根据直驶时右侧主动轮 19 和左侧主动轮 20 的转速和转矩相等的要求， 可导出直 驶差速行星排特征参数 kt、 转向差速行星排特征参数 ks、 右侧传动传动比 icr 和左侧传动 传动比 icl 满足以下条件 ：
kt ＝ icl/icr ......(1)
ks ＝ icl/icr-1 ......(2)
在以上条件得到满足的前提下， 其它工况下的右侧主动轮 19 和左侧主动轮 20 的 输出效果与采用等轴差速器的输出效果相同， 而且性能优良。
图 2 是图 1 所示的具体实施例所涉及的混合动力电传动装置的详细系统框图。图 3 是图 1 所示的具体实施例所涉及的功率分流机构、 直驶变速机构、 复合制动机构、 转向助 力机构和转向制动机构的详细系统框图。
发动机 101， 其提供了驱动车辆的第一动力源。现有的履带车辆发动机的体积和 重量均较大， 且为低速柴油机， 其最高转速约 3500rpm， 不能满足混合动力电传动装置的要 求。随着对于车辆及其部件的轻量化和小型化要求的日益增加， 以及不断增加的车载电子 / 电力设备对于电能的需求， 将开发和应用最高转速达到 4500rpm 的高速柴油机， 或者具有 高功率密度的其它类型热机， 例如最高转速高达 30000rpm 的燃气轮机和转子发动机。
功率分流机构 102， 其包括功率分流行星排 102g 和中央传动齿轮 102m。功率分流 行星排 102g 包括功率分流行星排太阳轮 102s、 功率分流行星排行星轮 102p、 功率分流行星 排行星架 102c 和功率分流行星排齿圈 102r， 功率分流行星排行星架 102c 与发动机 101 相 连接， 功率分流行星排太阳轮 102s 与起动发电机转子轴 103r 相连接。
中央传动齿轮 102m 包括第一齿轮 102m1、 惰轮 102mi 和第二齿轮 102m2， 其中第一 齿轮 102m1 与功率分流行星排齿圈 102r 相连接， 第一齿轮 102m1 通过惰轮 102mi 连接第二 齿轮 102m2， 第二齿轮 102m2 与驱动电机转子轴 1r 相连接。
蓄电装置 104 分别与起动发电机 103、 驱动电机 1 和转向电机 4 电连接。起动发电 机 103， 其具有电动模式和发电模式。 在发动机 101 起动时， 蓄电装置 104 提供电能， 起动发 电机 103 工作在电动模式， 拖动发动机 101 起动。在车辆行驶时， 起动发电机 101 工作在发 电模式， 其发出的电力提供给驱动电机 1 或转向电机 4， 或给蓄电装置 104 充电。
驱动电机 1， 其具有闭锁模式、 电动模式和回馈发电模式。 在发动机 101 起动时， 驱 动电机 1 工作在闭锁模式， 将中央传动齿轮 102m 和功率分流行星排齿圈 102r 抱死。在车 辆行驶时， 驱动电机 1 工作在电动模式， 驱动车辆行驶。在车辆制动时， 驱动电机 1 工作在 回馈发电模式， 其发出的电力提供给蓄电装置 104 充电。
起动发电机 103 和驱动电机 1 可采用径向、 轴向或横向磁通的感应电机或永磁电 机来实现。 其中， 横向磁通永磁电机具有最高的功率密度， 在大功率应用场合具有特别明显 的优势。横向磁通电机还是本质上的容错电机， 其一相出现故障时， 剩余相还能正常工作。 优选地， 起动发电机 103 和驱动电机 1 采用横向磁通永磁电机来实现。 直驶变速机构 2， 其包括标准的拉维娜式行星排 20、 太阳轮离合器 25、 太阳轮制动 器 26、 齿圈离合器 27 和齿圈制动器 28。拉维娜式行星排 20 包含第一太阳轮 211、 第二太阳 轮 212、 第一行星轮 221、 第二行星轮 222、 复合行星架 23 和复合齿圈 24。
其中， 第一太阳轮 211、 第一行星轮 221、 第二行星轮 222、 复合行星架 23 和复合齿 圈 24 组成了拉维娜式行星排 20 的双行星排。第二太阳轮 212、 第二行星轮 222、 复合行星 架 23 和复合齿圈 24 组成了拉维娜式行星排 20 的单行星排。
太阳轮离合器 25 用于连接驱动电机转子轴 1r 和第一太阳轮 211， 太阳轮制动器 26 用于制动第二太阳轮 212， 齿圈离合器 27 用于连接驱动电机转子轴 1r 和复合齿圈 24， 齿 圈制动器 28 用于制动复合齿圈 24。
当齿圈离合器 27 和齿圈制动器 28 分离， 太阳轮离合器 25 和太阳轮制动器 26 接 合时， 直驶变速机构 2 实现前进 1 档， 其传动比为 1+krf/krr， 其中 krf 为拉维娜式行星排 20 的双行星排特征参数， krr 为拉维娜式行星排的单行星排特征参数。
当太阳轮离合器 25 和齿圈制动器 28 分离， 齿圈离合器 27 和太阳轮制动器 26 接 合时， 直驶变速机构 2 实现前进 2 档， 其传动比为 1+1/krr。
当太阳轮制动器 26 和齿圈制动器 28 分离， 太阳轮离合器 25 和齿圈离合器 27 接 合时， 直驶变速机构 2 实现前进 3 档， 其传动比为 +1。
当齿圈离合器 27 和太阳轮制动器 26 分离， 太阳轮离合器 25 和齿圈制动器 28 接 合时， 直驶变速机构 2 实现倒档， 其传动比为 1-krf。
当太阳轮制动器 26、 齿圈离合器 27 和齿圈制动器 28 分离， 太阳轮离合器 25 接合 时， 直驶变速机构 2 实现空档。
当太阳轮离合器 25 和齿圈离合器 27 分离， 太阳轮制动器 26 和齿圈制动器 28 接 合时， 直驶变速机构 2 实现驻车档。
与发动机 101 相比， 驱动电机 1 的转矩特性更优越， 其转速和转矩范围至少可达到 发动机的三倍以上。因此， 与具有 6 个前进档和 2 个倒档的液力机械传动装置相比， 直驶变
速机构 2 的档位数可减少一半， 采用 3 个前进档和 1 个倒档即可满足直驶变速的要求。
复合制动机构 3， 其包括与变速主轴 12 相连接的、 并联的液力减速器 32 和停车制 动器 31。车辆制动时， 驱动电机 1 工作在回馈发电模式， 提供再生制动转矩， 液力减速器 32 提供液力制动转矩， 停车制动器 31 提供机械制动转矩， 制动变速主轴 12。
车辆制动时， 驱动电机 1 工作在回馈发电模式， 回收车辆动能并将其转换成电能 储存在电池、 超级电容器、 飞轮或其他类型的蓄电装置 104 中。因此， 改善了车辆燃油经济 性。在车速较高时进行制动， 为了减小停车制动器 31 的磨损， 并尽可能多地回收能量， 驱动 电机 1 提供较大的再生制动转矩。
液力减速器 32 在驱动电机 1 提供的再生制动转矩不够时参与工作， 其提供的液力 制动转矩与转速的平方成正比， 在下长坡制动或持续长时间制动时， 可显著减小停车制动 器 31 的磨损。此外， 液力减速器 32 还可用于消耗不能回收的能量， 取消设置体积较大的制 动电阻。
由于驱动电机 1 提供的再生制动转矩在低于一定转速时衰减到零， 液力减速器 32 在转速较低时提供的液力制动转矩也较小， 因此在车速较低或静止时， 停车制动器 31 逐渐 完全接合， 提供全部停车制动转矩。 此外， 在车辆原位中心转向时， 为了得到稳定的 ρ ＝ 0 中心转向， 变速主轴 12 必 须抱死。停车制动器 31 闭锁， 将变速主轴 12 抱死。
转向助力机构 14， 其用于增大转向流功率。在转向电机 4 不能提供所需的转向功 率时， 例如在困难路面上进行原地转向或小半径转向， 转向助力机构 14 接合， 驱动电机 1 和 转向电机 4 共同驱动车辆转向。在正常的行驶中， 转向助力机构 14 分离， 驱动电机 1 驱动 车辆行驶， 转向电机 4 驱动车辆转向。
此外， 为了便于布置和安装， 转向电机 4 的轴向长度也受到可利用的车内宽度的 限制， 因此， 其功率等级不可能也不必达到能够实现车辆原位中心转向所需的功率等级。 在 匹配了转向助力机构 14 后， 转向电机 4 的功率可以减小到发动机 101 的功率的 1/3 以下。
转向助力机构 14， 其包括第一前传动齿轮 141 和第二前传动齿轮 142、 第一液力偶 合器 143 和第二液力偶合器 144， 第一后传动齿轮 145 和第二后传动齿轮 146。第一液力偶 合器 143 和第二液力偶合器 144 对称布置在变速主轴 12 两侧， 并分别通过第一前传动齿轮 141 和第二前传动齿轮 142 与驱动电机转子轴 1r 相连接， 还分别通过第一后传动齿轮 145 和第二后传动齿轮 146 与转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈相连接。
在大半径转向等一般情况下， 转向电机 4 能够提供足够的转向转矩时， 第一液力 偶合器 143 和第二液力偶合器 144 无油空转。但由于转向电机 4 的功率较小， 提供的转向 转矩有限， 不能满足困难地面和小半径转向的需要。
当外阻力较大， 转向电机 4 不能提供足够的转向转矩时， 第一液力偶合器 143 或第 二液力偶合器 144 的阀门及时开放， 充油的第一液力偶合器 143 或第二液力偶合器 144 开 始提供助力转矩。由于液力偶合器不能反转传递功率， 因此为向左和向右转向各设置了一 个液力偶合器。
为此， 驱动电机 1 被设置成只需要单向转动， 直驶变速机构 2 设置了单独的倒档。 由于驱动电机 1 只需要实现单向驱动， 因此可以采用不对称的磁路设计， 使驱动电机 1 具有 更高的功率密度。
第一液力偶合器 143 和第二液力偶合器 144 至驱动电机转子轴 1r 或转向差速行 星排 8 的转向差速行星排齿圈的传动比应大小相等方向相反。因此， 第一前传动齿轮 141 和第二前传动齿轮 142 的传动比大小相等而方向相同， 第一后传动齿轮 145 和第二后传动 齿轮 146 的传动比大小相等而方向相反。
转向电机 4 同轴配置和布置在驱动电机 1 的右侧， 其外廓不超过驱动电机 1 形成 的圆柱轮廓， 因此， 混合动力电传动装置的长度没有增加， 结构非常紧凑。 优选地， 转向电机 4 也采用具有高功率密度和高可靠性的横向磁通永磁电机来实现。
转向电机 4 具有闭锁模式、 电动模式和回馈发电模式。在车辆直驶时， 转向电机 4 工作在闭锁模式， 将转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈抱死。在车辆转向时， 转向电 机 4 工作在电动模式， 驱动转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈转动。在车辆转向制 动时， 转向电机 4 工作在回馈发电模式， 提供再生制动转矩， 制动转向差速行星排 8 的转向 差速行星排齿圈。
转向电机 4 的闭锁模式用于将转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈抱死， 右 侧传动 9 和左侧传动 10 的输出转速相等， 在两侧履带外阻力不等时， 保证车辆直线行驶的 稳定性。显然， 转向电机 4 能够提供的闭锁转矩大小决定了车辆直线行驶的稳定性， 因此， 其闭锁转矩不能太小。
转向电机 4 的电动模式用于驱动转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈正转或 反转， 右侧传动 9 和左侧传动 10 的输出转速不等， 右侧主动轮 19 和左侧主动轮 20 产生速 差后驱动车辆向左或向右转向。
转向电机 4 工作在回馈发电模式时， 可提供再生制动转矩， 制动转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈。 与车辆纵向制动不同， 转向时的外阻力较大， 而且转向的角速度不 高， 因此， 利用转向电机 4 工作在回馈发电模式提供的再生制动转矩即可满足一般情况下 的转向制动需求。
转向制动机构 6， 其包括转向制动器 61。由于取消了两侧的停车制动器， 而复合制 动机构 3 只用于车辆纵向制动， 因此， 设置了转向制动器 61。
在转向电机 4 能够提供足够的转向制动转矩时， 转向制动器 61 分离。在转向电机 4 不能提供足够的转向制动转矩时， 转向制动器 61 接合， 提供机械制动转矩， 制动转向差速 行星排 8 的转向差速行星排齿圈。在转向电机 4 不能提供足够的闭锁转矩时， 转向制动器 61 闭锁， 将转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈抱死。
在正常的行驶过程中， 利用转向电机 4 工作在回馈发电模式而不是转向制动器 61 来制动转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈， 可避免转向制动器 61 频繁地接合和分 离。
对于坑陷驶出等极困难的情况， 例如一侧履带陷入泥泞或打滑时， 依靠另一侧履 带推动所能发挥的直驶牵引力的大小， 取决于转向电机 4 提供的最大闭锁转矩。当转向电 机 4 提供的闭锁转矩不能将转向差速行星排 8 的转向差速行星排齿圈完全抱死时， 转向制 动器 61 闭锁。
在困难地面上原位中心转向时， 停车制动器 31 闭锁， 直驶变速机构 2 挂空档， 转向 助力机构 14 的第一液力偶合器 143 或第二液力偶合器 144 充油， 驱动电机 1 和转向电机 4 共同驱动车辆向左或向右转向。本发明实施例的混合动力电传动装置， 适用于主动轮后置或前置的重型履带车辆。 如上所述， 本发明实施例的混合动力电传动装置， 由于发动机 101、 起动发电机 103 和驱动电机 1 与功率分流机构 102 的连接关系， 起动发电机 103 的最高转速较高， 可采 用体积较小的高速电机 ； 横置的发动机 101、 起动发电机 103 和驱动电机 1 减小了混合动力 电传动装置的体积 ； 转向电机 4 和驱动电机 1 同轴布置， 并通过转向助力机构 14 相连接， 因 此， 转向电机 4 的直径较大， 可提供较大的输出转矩 ； 采用普通行星排来代替等轴差速器， 并在两侧匹配具有不同传动比的右侧传动 9 和左侧传动 10 来实现左右对称输出， 取消了零 轴及相应的传动齿轮和支承结构， 简化了箱体结构， 使得混合动力电传动装置更加紧凑。
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。