权利要求
1.矿用车辆多挡位轮边驱动总成，包括变速箱和行星排，其特征在于：所述的变速箱包括四个电机、两组具有两挡变速功能的前变速组件、两组具有两挡变速功能的后变速组件和输出轴，一组前变速组件与两个电机分别连接，另一组前变速组件与另外两个电机分别连接，每组前变速组件的输出端均连接一组后变速组件，两组后变速组件均与输出轴啮合，输出轴与行星排的太阳轮同轴连接，行星排的行星架与变速箱的壳体固定，齿圈与矿用车辆的驱动轮固定。
2.根据权利要求1所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，其特征在于：所述的电机上均连接输入轴，输入轴上均固定前主动齿轮一和前主动齿轮二，前变速组件包括常啮合轴、同轴固定在常啮合轴上的前换挡齿轮、轴向可滑动的装配在前换挡齿轮上的前换挡齿套、可转动的装在常啮合轴上且与前主动齿轮一啮合的前从动齿轮一、可转动的装在常啮合轴上且与前主动齿轮二啮合的前从动齿轮二，前换挡齿轮位于前从齿轮一和前从动齿轮二之间，前换挡齿套向左运动与前从动齿轮一结合，向右运动与前从动齿轮二结合，前从动齿轮一的外径大于前从动齿轮二的外径，后变速组件与常啮合轴连接。
3.根据权利要求2所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，其特征在于：后变速组件包括与常啮合轴同轴固接的中间轴、固定在中间轴上的后换挡齿轮、轴向可滑动的装配在后换挡齿轮上的后换挡齿套、分别可转动的装在中间轴上后主动齿轮一和后主动齿轮二，后换挡齿轮位于主动齿轮一和后主动齿轮二之间，后换挡齿套向右运动与后主动齿轮一结合，向左运动与后主动齿轮二结合，后主动齿轮一外径小于后主动齿轮二的外径。
4.根据权利要求3所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，其特征在于：所述的输出轴上同轴固定与后主动齿轮一啮合的后从动齿轮一和与后主动齿轮二啮合的后从动齿轮二。
5.根据权利要求2所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，其特征在于：四个电机的输入轴依次平行设置，两组所述的后变速组件对称设置在输出轴的两侧。
6.根据权利要求1所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，其特征在于：所述行星架的行星轮轴上固定与太阳轮啮合的行星轮一和与齿圈啮合的行星轮二，行星轮一的外径大于行星轮二的外径。
7.根据权利要求6所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，其特征在于：所述的齿圈通过轴承支撑在变速箱的壳体外。
8.权利要求1至7任一项所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法，其特征在于：将前变速组件的挡位设置为前低速挡和前高速挡，将后变速组件的挡位设置为后低速挡和后高速挡;前变速组件的初始状态处于前低速挡和前高速挡之间的空挡位置，后变速组件的初始状态处于后低速挡与后高速挡之间的空挡位置;
当前变速组件挂前低速挡且后变速组件挂后低速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出一挡动力;
当前变速组件挂前低速挡且后变速组件挂后高速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出二挡动力;
当前变速组件挂前高速挡且后变速组件挂后低速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出三挡动力;
当前变速组件挂前高速挡且后变速组件挂后高速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出四挡动力。
9.根据权利要求8所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法，其特征在于：“前变速组件挂前低速挡”是指前换挡齿套向左运动与前从动齿轮一结合，“前变速组件挂前高速挡”是指前换挡齿套向右运动与前从动齿轮二结合，“后变速组件挂后低速挡”是指后换挡齿套向右运动与后主动齿轮一结合，“后变速组件挡后高速挡”是指后换挡齿套向右运动与后主动齿轮二结合。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种矿用车辆多挡位轮边驱动总成，属于矿用车辆轮边驱动技术领域，本发明还涉及一种矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法。
背景技术
[0002]纯电动矿用自卸车能效高、尾气污染较轻、操作灵活、瞬时扭矩高、运输成本及保养费用低，有着传统自卸车不可比拟的优势，对于推动露天矿运输车辆向着高效节能、绿色环保的方向发展具有重要现实意义，矿用自卸车极端重载、频繁启停、长坡道制动等复杂工况对动力传动系统提出了严苛要求，既需承载超大扭矩，又需保障高可靠性与能量回馈效率，现有技术中的矿用车辆驱动系统一般采用中央驱动系统和轮边驱动系统，中央驱动系统受限于传动链能力，扭矩无法满足大吨位矿用自卸车的需求，动力通过差速器至半轴输出到轮端，而重型卡车动力和爬坡需求高，机械差速器无法独立分配左右轮扭矩，会影响整车的通过性，降低整车安全性，不利于整车操稳性的提升。相对比中央驱动系统，轮边驱动系统可充分发挥自身构型优势与整机控制器控制作用，在没有额外能量消耗情况下实现大范围的动力转矩分配，各驱动轮的驱动转矩可根据矿用车辆的运行状态和路面条件进行单独控制和主动调节，形成电子差速，更易于提升整机牵引性能和作业适应性方面的潜在优势;但单电机轮边驱动中单电机需要兼顾工况太多，单个电机驱动无法满足重载下大扭矩动力输出需求，需采用单个大扭矩、低转速的驱动电机，配合固定速比的减速装置，这将导致电驱动系统重量大、制造成本高，中高速时动力性能不足等问题，而采用多电机轮边驱动的动力合流结构复杂，且均采用驱动电机匹配减速器，电机与减速箱集成至轮端，系统匹配适应度不高，工作模式较单一，无法达到整车动力性与经济性的最佳匹配，如采用多挡AMT替代减速装置，虽然对车辆中高速的动力性能有所提升，但依然会带来因频繁换挡导致的动力中断，舒适性降低。
发明内容
[0003]本发明提供的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，提升复杂地形适应性，而且兼顾多种工况的动力需求，达到整车动力性与经济性的最佳匹配，保证换挡时动力的连接性，避免动力中断风险，提高换挡柔合性，提高重载工况下车辆持续运行的安全性。本发明还提供一种矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
矿用车辆多挡位轮边驱动总成，包括变速箱和行星排，其特征在于：所述的变速箱包括四个电机、两组具有两挡变速功能的前变速组件、两组具有两挡变速功能的后变速组件和输出轴，一组前变速组件与两个电机分别连接，另一组前变速组件与另外两个电机分别连接，每组前变速组件的输出端均连接一组后变速组件，两组后变速组件均与输出轴啮合，输出轴与行星排的太阳轮同轴连接，行星排的行星架与变速箱的壳体固定，齿圈与矿用车辆的驱动轮固定。
[0005]优选的，所述的电机上均连接输入轴，输入轴上均固定前主动齿轮一和前主动齿轮二，前变速组件包括常啮合轴、同轴固定在常啮合轴上的前换挡齿轮、轴向可滑动的装配在前换挡齿轮上的前换挡齿套、可转动的装在常啮合轴上且与前主动齿轮一啮合的前从动齿轮一、可转动的装在常啮合轴上且与前主动齿轮二啮合的前从动齿轮二，前换挡齿轮位于前从齿轮一和前从动齿轮二之间，前换挡齿套向左运动与前从动齿轮一结合，向右运动与前从动齿轮二结合，前从动齿轮一的外径大于前从动齿轮二的外径，后变速组件与常啮合轴连接。
[0006]优选的，后变速组件包括与常啮合轴同轴固接的中间轴、固定在中间轴上的后换挡齿轮、轴向可滑动的装配在后换挡齿轮上的后换挡齿套、分别可转动的装在中间轴上后主动齿轮一和后主动齿轮二，后换挡齿轮位于主动齿轮一和后主动齿轮二之间，后换挡齿套向右运动与后主动齿轮一结合，向左运动与后主动齿轮二结合，后主动齿轮一外径小于后主动齿轮二的外径。
[0007]优选的，所述的输出轴上同轴固定与后主动齿轮一啮合的后从动齿轮一和与后主动齿轮二啮合的后从动齿轮二。
[0008]优选的，四个电机的输入轴依次平行设置，两组所述的后变速组件对称设置在输出轴的两侧。
[0009]优选的，所述行星架的行星轮轴上固定与太阳轮啮合的行星轮一和与齿圈啮合的行星轮二，行星轮一的外径大于行星轮二的外径。
[0010]优选的，所述的齿圈通过轴承支撑在变速箱的壳体外。
[0011]以上所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法，其特征在于：将前变速组件的挡位设置为前低速挡和前高速挡，将后变速组件的挡位设置为后低速挡和后高速挡;前变速组件的初始状态处于前低速挡和前高速挡之间的空挡位置，后变速组件的初始状态处于后低速挡与后高速挡之间的空挡位置;
当前变速组件挂前低速挡且后变速组件挂后低速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出一挡动力;
当前变速组件挂前低速挡且后变速组件挂后高速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出二挡动力;
当前变速组件挂前高速挡且后变速组件挂后低速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出三挡动力;
当前变速组件挂前高速挡且后变速组件挂后高速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出四挡动力。
[0012]优选的，“前变速组件挂前低速挡”是指前换挡齿套向左运动与前从动齿轮一结合，“前变速组件挂前高速挡”是指前换挡齿套向右运动与前从动齿轮二结合，“后变速组件挂后低速挡”是指后换挡齿套向右运动与后主动齿轮一结合，“后变速组件挡后高速挡”是指后换挡齿套向右运动与后主动齿轮二结合。
[0013]发明的有益效果是：
本发明的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，前变速组件将两个电机的动力耦合并通过两挡变速功能将两挡不同的动力传递至后变速组件，后变速组件通过两挡变速功能将两挡不同的动力传递至输出轴，输出轴对两组后变速组件的输出动力进行耦合并传递至行星排，动力经行星排减速后传递至驱动轮，以驱动矿用车辆运动，前变速组件和后变速组件均具有两挡变速功能，当前变速组件和后变速组件均挂低速挡时传递至输出轴上的动力经行星排减速后形成高扭矩低转速的一挡动力，适应矿用车辆重载上坡或泥泞工况，当前变速组件挂低速挡而后变速组件挂高速挡时传递至输出轴上的动力经行星排减速后形成扭矩小于一挡动力且转速高于一挡动力的二挡动力，适应矿用车辆重载平路工况，当前变速组件挂高挡而后变速组件挂低速挡时传递至输出轴上的动力经行星排减速后形成扭矩小于二挡动力且转速高于二挡力的三挡动力，适应矿用车辆轻载上坡工况，当变速组件和后变速组件均挂高挡时传递至输出轴上的动力经行星排减速后形成扭矩小于三挡动力且转速高于三挡动力的四挡动力，适应矿用车辆轻载平路工况，也可根据车辆负载驱动需求，在车辆高负载时用两个电机为前变速组件传动，在车辆负载较低用单个电机为前变速组件传动，使电机工作在高效区，结合电机高效区与动态分配，各驱动轮的驱动转矩可根据矿用车辆的运行状态和路面条件进行单独控制和主动调节，不仅提升复杂地形适应性，而且兼顾多种工况的动力需求，达到整车动力性与经济性的最佳匹配，前变速组件和后变速组件均为两组，一组进行换挡时另一组保持当前挡位不变，保证换挡时动力的连接性，避免动力中断风险，并降低两组前变速组件或两组后变速组件同步换挡带来的动力冲击，提高换挡柔合性，提高重载工况下车辆持续运行的安全性。
附图说明
[0014]图1为本发明的矿用车辆多挡位轮边驱动总成的传动示意图。
[0015]图2为形成一挡动力时矿用车辆多挡位轮边驱动总成的传动示意图。
[0016]图3为形成二挡动力时矿用车辆多挡位轮边驱动总成的传动示意图。
[0017]图4为形成三挡动力时矿用车辆多挡位轮边驱动总成的传动示意图。
[0018]图5为形成四挡动力时矿用车辆多挡位轮边驱动总成的传动示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合图1~5对本发明的实施例做详细说明。
[0020]矿用车辆多挡位轮边驱动总成，包括变速箱和行星排5，其特征在于：所述的变速箱包括四个电机1、两组具有两挡变速功能的前变速组件2、两组具有两挡变速功能的后变速组件3和输出轴4，一组前变速组件2与两个电机1分别连接，另一组前变速组件2与另外两个电机1分别连接，每组前变速组件2的输出端均连接一组后变速组件3，两组后变速组件3均与输出轴4啮合，输出轴4与行星排5的太阳轮6同轴连接，行星排的行星架7与变速箱的壳体固定，齿圈8与矿用车辆的驱动轮100固定。
[0021]以上所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成，前变速组件2将两个电机1的动力耦合并通过两挡变速功能将两挡不同的动力传递至后变速组件3，后变速组件3通过两挡变速功能将两挡不同的动力传递至输出轴4，输出轴4对两组后变速组件3的输出动力进行耦合并传递至行星排5，动力经行星排5减速后传递至驱动轮100，以驱动矿用车辆运动，前变速组件2和后变速组件3均具有两挡变速功能，当前变速组件2和后变速组件3均挂低速挡时传递至输出轴4上的动力经行星排5减速后形成高扭矩低转速的一挡动力，适应矿用车辆重载上坡或泥泞工况，当前变速组件2挂低速挡而后变速组件3挂高速挡时传递至输出轴4上的动力经行星排5减速后形成扭矩小于一挡动力且转速高于一挡动力的二挡动力，适应矿用车辆重载平路工况，当前变速组件2挂高挡而后变速组件3挂低速挡时传递至输出轴4上的动力经行星排5减速后形成扭矩小于二挡动力且转速高于二挡力的三挡动力，适应矿用车辆轻载上坡工况，当变速组件2和后变速组件3均挂高挡时传递至输出轴4上的动力经行星排5减速后形成扭矩小于三挡动力且转速高于三挡动力的四挡动力，适应矿用车辆轻载平路工况，也可根据车辆负载驱动需求，在车辆高负载时用两个电机为前变速组件2传动，在车辆负载较低用单个电机为前变速组件2传动，使电机工作在高效区，结合电机高效区与动态分配，各驱动轮的驱动转矩可根据矿用车辆的运行状态和路面条件进行单独控制和主动调节，不仅提升复杂地形适应性，而且兼顾多种工况的动力需求，达到整车动力性与经济性的最佳匹配，前变速组件2和后变速组件3均为两组，一组进行换挡时另一组保持当前挡位不变，保证换挡时动力的连接性，避免动力中断风险，并降低两组前变速组件2或两组后变速组件3同步换挡带来的动力冲击，提高换挡柔合性，提高重载工况下车辆持续运行的安全性。
[0022]其中，所述的电机1上均连接输入轴9，输入轴9上均固定前主动齿轮一10和前主动齿轮二11，前变速组件2包括常啮合轴12、同轴固定在常啮合轴12上的前换挡齿轮13、轴向可滑动的装配在前换挡齿轮13上的前换挡齿套14、可转动的装在常啮合轴12上且与前主动齿轮一10啮合的前从动齿轮一15、可转动的装在常啮合轴12上且与前主动齿轮二13啮合的前从动齿轮二16，前换挡齿轮13位于前从齿轮一15和前从动齿轮二16之间，前换挡齿套14向左运动与前从动齿轮一15结合，向右运动与前从动齿轮二16结合，前从动齿轮一15的外径大于前从动齿轮二16的外径，后变速组件3与常啮合轴12连接。电机1带动输入轴9、前主动齿轮一10和前主动齿轮二11转动，前主动齿轮一10带动前从动齿轮一15转动，前主动齿轮二13带动前从动齿轮二16带动，初始状态下前换挡齿套14位于前从动齿轮一15和前从动齿轮二16之间的空挡位置，与两者均不结合，当前换挡齿套14向左运动与前从动齿轮一15结合或向右运动与前从动齿轮二16结合时，前从动齿轮一15或前从动齿轮二16会带动常啮合轴12转动，将动力传递后变速组件3，形成前变速组件2至后变速组件3的传动，前变速组件2通过前换挡齿套14与前从动齿轮一15或前从动齿轮二16结合，可形成转速和扭矩不同的两挡动力传递至后变速组件3。
[0023]其中，后变速组件3包括与常啮合轴12同轴固接的中间轴17、固定在中间轴17上的后换挡齿轮18、轴向可滑动的装配在后换挡齿轮18上的后换挡齿套19、分别可转动的装在中间轴17上后主动齿轮一20和后主动齿轮二21，后换挡齿轮18位于主动齿轮一20和后主动齿轮二21之间，后换挡齿套19向右运动与后主动齿轮一20结合，向左运动与后主动齿轮二21结合，后主动齿轮一20外径小于后主动齿轮二21的外径。常啮合轴12带动中间轴17、后换挡齿轮18和后换挡齿套19同步转动，初始状态下后换挡齿套19位于后主动齿轮一20和后主动齿轮二21之间的空挡位置，与两个均不结合，当后换挡齿套19向右运动与后主动齿轮一20结合或向左运动与后主动齿轮二21结合时，后主动齿轮一20或后主动齿轮二21会带动输出轴转动，可形成转速和扭矩不同的两挡动力传递至传递至输出轴4。
[0024]其中，所述的输出轴4上同轴固定与后主动齿轮一20啮合的后从动齿轮一22和与后主动齿轮二21啮合的后从动齿轮二23。当后主动齿轮一20与后换挡齿套19结合时后主动齿轮一20带动后从动齿轮一22和输出轴4转动，当后主动齿轮二21与后换挡齿套19结合时后主动齿轮二21带动后从动齿轮二23和输出轴4转动，两组后变速组件3上的后主动齿轮一20或后主动齿轮二21一同带动输出轴4转动，形成两组后变速组件3的输出动力在输出轴4上的耦合。
[0025]其中，四个电机1的输入轴9依次平行设置，两组所述的后变速组件3对称设置在输出轴4的两侧。前变速组件2中的常啮合轴12与后变速组件3中的中间轴17同轴固接，使两组前变速组件2和两组后变速组件3均对称设置在输出轴4的两侧，减小变速箱的轴向尺寸，输出轴4与行星排5的太阳轮同轴连接，使行星排5与变速箱形成同轴设置，使整个轮边驱动总成形成与驱动轮100同轴对齐的回转结构，提高轮边驱总成在车轮运行过程中的平稳性。
[0026]其中，所述行星架7的行星轮轴上固定与太阳轮6啮合的行星轮一71和与齿圈8啮合的行星轮二72，行星轮一71的外径大于行星轮二72的外径。通过行星轮一71与太阳轮啮合，随太阳轮71同步转，以带动行星架7上的行星轮轴转动，使行星轮二72同步转动，行星轮二72带动齿圈8转动，从而带动驱动轮100同步转动，行星轮一71和行星轮二72的设置使行星排以齿圈8为动力输出端，而且可有效增大行星排5的速比，提高减速增扭特性，以适应重载工况下大转矩的驱动需求。
[0027]其中，所述的齿圈8通过轴承支撑在变速箱的壳体外，提高齿圈8的支撑可靠性和稳定性，形成与车轮同轴对齐的轮边驱总成，有效减小轮边驱动总成的轴向尺寸，并利用行星排的紧凑性结构特点，减小整个轮边驱动总成的体积，降低轮边驱动总成对轮边安装空间的要求。
[0028]本发明还保护以上所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法，其特征在于：将前变速组件2的挡位设置为前低速挡和前高速挡，将后变速组件的挡位设置为后低速挡和后高速挡;前变速组件2的初始状态处于前低速挡和前高速挡之间的空挡位置，后变速组件3的初始状态处于后低速挡与后高速挡之间的空挡位置;
当前变速组件2挂前低速挡且后变速组件3挂后低速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出一挡动力，适应矿用车辆重载上坡或泥泞工况;
当前变速组件2挂前低速挡且后变速组件3挂后高速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出二挡动力，二挡动力的扭矩小于一挡动力且转速高于一挡动力，适应矿用车辆重载平路工况;
当前变速组件2挂前高速挡且后变速组件3挂后低速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出三挡动力，三挡动力的扭矩小于二挡动力且转速高于二挡动力，适应矿用车辆轻载上坡工况;
当前变速组件2挂前高速挡且后变速组件3挂后高速挡时所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成输出四挡动力，四挡动力的扭矩小于三挡动力且转速高于三挡动力，适应矿用车辆轻载平路工况。
[0029]以上所述的矿用车辆多挡位轮边驱动总成的换挡驱动方法不仅提升复杂地形适应性，而且兼顾多种工况的动力需求，达到整车动力性与经济性的最佳匹配，前变速组件2和后变速组件3均为两组，一组进行换挡时另一组保持当前挡位不变，保证换挡时动力的连接性，避免动力中断风险，并降低两组前变速组件2或两组后变速组件3同步换挡带来的动力冲击，提高换挡柔合性，提高重载工况下车辆持续运行的安全性。
[0030]其中，“前变速组件2挂前低速挡”是指前换挡齿套14向左运动与前从动齿轮一15结合，“前变速组件2挂前高速挡”是指前换挡齿套14向右运动与前从动齿轮二16结合，“后变速组件3挂后低速挡”是指后换挡齿套19向右运动与后主动齿轮一20结合，“后变速组件挡后高速挡”是指后换挡齿套19向右运动与后主动齿轮二21结合。初始状态下前换挡齿套14位于前从动齿轮一15和前从动齿轮二16之间的空挡位置，与两者均不结合，当前换挡齿套14向左运动与前从动齿轮一15结合或向右运动与前从动齿轮二16结合时，前从动齿轮一15或前从动齿轮二16会带动常啮合轴12转动，将动力传递后变速组件3，形成前变速组件2至后变速组件3的传动，前变速组件2通过前换挡齿套14与前从动齿轮一15或前从动齿轮二16结合，可形成转速和扭矩不同的两挡动力传递至后变速组件3。初始状态下后换挡齿套19位于后主动齿轮一20和后主动齿轮二21之间的空挡位置，与两个均不结合，当后主动齿轮一20与后换挡齿套19结合时后主动齿轮一20带动后从动齿轮一22和输出轴4转动，当后主动齿轮二21与后换挡齿套19结合时后主动齿轮二21带动后从动齿轮二23和输出轴4转动，形成转速和扭矩不同的两挡动力传递输出轴4，两组后变速组件3上的后主动齿轮一20或后主动齿轮二21一同带动输出轴4转动，形成两组后变速组件3的输出动力在输出轴4上的耦合。
[0031]以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。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的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。
说明书附图(5)
