驱动总成、驱动总成的换挡方法、动力系统及作业机械与流程

1.本发明涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种驱动总成、驱动总成的换挡方法、动力系统及作业机械。


背景技术：

2.变速器系统是作业机械的重要组成部分，变速器系统主要任务是通过啮合齿轮传动，将来自驱动电机的动力，通过传动轴、车桥及轮胎等部件驱动作业机械行走和作业。
3.作业机械短距离作业时，需要较高的作业效率及可靠性，那么就需要作业过程中变速器需要尽量少的换挡，减少换挡动作，减少换挡时间，减少驾驶员的劳动强度，以便能够提高效率，尽量减少能量消耗。低挡的速比较大，能够提供足够的牵引力，但是车速较低；而高挡的车速满足长距离行驶的要求，但是牵引力又偏小。所以传统作业机械在工作时，在到达作业场地之前采用高挡，以保证车速较高，提高效率；而到达作业场地时需要换到低挡，以便作业机械获得足够的牵引力，保证作业的进行，比如传统装载机在工作时，在到达料堆之前采用高挡，以保证车速较高，提高效率；而到达料堆时需要换到低挡，以便装载机获得足够的牵引力，保证铲装作业的进行。因此，作业机械在工作过程中需要驾驶员在低挡和高挡之间频繁地换挡。


技术实现要素：

4.本发明提供一种驱动总成、驱动总成的换挡方法、动力系统及作业机械，用以解决现有技术中作业机械在工作过程中需要驾驶员在低挡和高挡之间频繁地换挡，驾驶员的劳动强度大，效率低且能量消耗大的缺陷。
5.本发明提供一种驱动总成，包括：
6.变速箱，包括第一输入组件、第二输入组件和输出组件，所述输出组件用于与输出轴传动连接；
7.换挡机构；
8.检测组件，用于检测作业机械的牵引力和车速；
9.控制器，与所述换挡机构、所述检测组件通信连接；
10.其中，所述第一输入组件包括第一齿轮和与所述第一齿轮同轴转动的第二齿轮；
11.第二输入组件包括第三齿轮和与所述第三齿轮同轴转动的第四齿轮；
12.所述第一齿轮和所述第三齿轮相啮合形成第一挡位，所述第二齿轮和所述第四齿轮相啮合形成第二挡位；
13.所述控制器根据所述检测组件的检测信号控制所述换挡机构驱动所述输出组件在与所述第一挡位传动连接和与所述第二挡位传动连接之间切换。
14.根据本发明提供的一种驱动总成，还包括：
15.动力装置，与所述第一输入组件和所述第二输入组件均传动连接。
16.根据本发明提供的一种驱动总成，所述动力装置包括第一电机和第二电机，所述
第一电机与所述第一输入组件传动连接，所述第二电机与所述第二输入组件传动连接；其中，所述第一电机和所述第二电机均与所述控制器通信连接，所述控制器能够根据所述检测组件的检测信号控制所述第一电机和所述第二电机的启闭；
17.或，
18.所述动力装置包括驱动电机，所述驱动电机与所述第一输入组件和所述第二输入组件均传动连接。
19.根据本发明提供的一种驱动总成，所述第一输入组件还包括：
20.第一传动轴，所述第一齿轮和所述第二齿轮均固定设置在所述第一传动轴上，所述第一传动轴与所述第一电机或所述驱动电机传动连接；
21.所述第二输入组件还包括：
22.第二传动轴，所述第三齿轮和所述第四齿轮均固定设置在所述第二传动轴上，所述第二传动轴与所述第二电机或所述驱动电机传动连接。
23.根据本发明提供的一种驱动总成，所述输出组件包括：
24.第三传动轴；
25.输出齿轮，设置在所述第三传动轴上，所述输出齿轮用于与所述输出轴传动连接；
26.滑套，滑动设置在所述第三传动轴上，所述换挡机构能够驱动所述滑套在与所述第一挡位传动连接和与所述第二挡位传动连接之间切换。
27.根据本发明提供的一种驱动总成，所述第一挡位还包括第一传动齿轮，所述第一齿轮和所述第三齿轮通过所述第一传动齿轮啮合，所述滑套能够与所述第一传动齿轮传动连接，其中，
28.所述第一传动齿轮转动设置在所述第三传动轴上；
29.或，
30.所述第一传动齿轮与所述驱动电机传动连接。
31.根据本发明提供的一种驱动总成，所述第二挡位还包括第二传动齿轮，所述第二齿轮和所述第四齿轮通过所述第二传动齿轮啮合，所述滑套能够与所述第二传动齿轮传动连接，且所述第二传动齿轮转动设置在所述第三传动轴上。
32.根据本发明提供的一种驱动总成，所述第一传动轴和所述第二传动轴上均设置有pto取力器安装接口。
33.本发明还提供一种驱动总成的换挡方法，包括：
34.当检测组件检测到作业机械的牵引力大于或等于预设牵引力时，控制换挡机构驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入所述第一挡位；
35.当所述检测组件检测到所述作业机械的牵引力小于所述预设牵引力且所述检测组件检测到所述作业机械的车速小于预设车速时，控制所述换挡机构驱动所述输出组件与所述第一挡位传动连接，使所述输出组件挂入所述第一挡位；
36.当所述检测组件检测到所述作业机械的牵引力小于所述预设牵引力且所述检测组件检测到所述作业机械的车速大于或等于所述预设车速时，控制所述换挡机构驱动所述输出组件与第二挡位传动连接，使所述输出组件挂入第二挡位。
37.根据本发明提供的一种驱动总成的换挡方法，还包括：
38.当所述检测组件检测到所述作业机械的牵引力大于或等于所述预设牵引力时，控
制第一电机和第二电机均启动，以同时为变速箱提供动力；
39.当所述检测组件检测到所述作业机械的牵引力小于所述预设牵引力且所述检测组件检测到所述作业机械的车速小于所述预设车速时，控制所述第一电机启动，所述第二电机关闭；
40.当所述检测组件检测到所述作业机械的牵引力小于所述预设牵引力且所述检测组件检测到所述作业机械的车速大于或等于所述预设车速时，控制所述第一电机关闭，所述第二电机启动。
41.本发明还提供一种动力系统，包括如上述任意一项所述的驱动总成。
42.本发明还提供一种作业机械，包括如上述任意一项所述的驱动总成或上述所述的动力系统。
43.本发明提供的驱动总成、驱动总成的换挡方法、动力系统及作业机械，控制器通过检测组件的检测信号确定出合适的目标挡位，并控制换挡机构驱动输出组件与合适的目标挡位传动连接，使作业机械自动地挂到合适的挡位，在作业机械的工作过程中无需驾驶员在低挡和高挡之间频繁地换挡，降低驾驶员的劳动强度，提高工作效率；并且，通过第一输入组件和第二输入组件实现两个挡位，可以平衡弯矩，使输出轴的转动更为稳定，可以提高变速箱的可靠性，使输出组件转动更稳定。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1是本发明提供的驱动总成的结构示意图(动力装置包括两个电机)；
46.图2是本发明提供的驱动总成的结构示意图(动力装置包括一个电机)。
47.附图标记：
48.1、第一电机；2、第二电机；3、驱动电机；
49.4、控制器；5、换挡机构；6、第一齿轮；
50.7、第二齿轮；8、第三齿轮；9、第四齿轮；
51.10、第一传动轴；11、第二传动轴；12、输出齿轮；
52.13、第三传动轴；14、滑套；15、第一传动齿轮；
53.16、第二传动齿轮；17、第一中间齿轮；18、第二中间齿轮；
54.19、输出轴；20、输出法兰；21、连接轴；
55.22、手动制动器；23、过渡轴。
具体实施方式
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
57.下面结合图1至图2描述本发明的驱动总成、驱动总成的换挡方法、动力系统及作业机械。
58.如图1和图2所示，本发明提供的一种驱动总成，包括变速箱、换挡机构5、检测组件、控制器4。
59.其中，变速箱包括第一输入组件、第二输入组件和输出组件，并且输出组件用于与输出轴19传动连接，这里，输出轴19与驱动桥连接，以使变速箱能够将动力传给驱动桥。
60.此外，第一输入组件可以包括第一齿轮6和第二齿轮7，第二齿轮7与第一齿轮6同轴转动；第二输入组件可以包括第三齿轮8和第四齿轮9，第四齿轮9和第三齿轮8同轴转动，其中，第一齿轮6和第三齿轮8相啮合形成第一挡位，第二齿轮7和第四齿轮9相啮合形成第二挡位。
61.另外，换挡机构5、检测组件均与控制器4通信连接，并且，检测组件用于检测作业机械的牵引力和车速，控制器4根据检测组件的检测信号控制换挡机构5驱动输出组件在与第一挡位传动连接和与第二挡位传动连接之间切换。
62.如此设置，控制器4通过检测组件的检测信号确定出合适的目标挡位，并控制换挡机构5驱动输出组件与合适的目标挡位传动连接，使作业机械自动地挂到合适的挡位，在作业机械的工作过程中无需驾驶员在低挡和高挡之间频繁地换挡，降低驾驶员的劳动强度，提高工作效率；并且，通过第一输入组件和第二输入组件实现两个挡位，可以平衡弯矩，使输出轴19的转动更为稳定，可以提高变速箱的可靠性，使输出组件转动更稳定；并且驱动总成的结构简单，维修服务方便。
63.在可选的实施例中，检测组件可以包括牵引力检测元件和转速检测元件，牵引力检测元件用于检测作业机械的牵引力，转速检测元件用于检测作业机械的车速，具体地，牵引力检测元件可以为测力传感器，转速检测元件可以为转速传感器，转速传感器可以检测输出组件的转速以得出作业机械的车速。
64.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力大于或等于预设牵引力时，控制器4控制换挡机构5驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入第一挡位；
65.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且转速检测元件检测到作业机械的车速小于预设车速时，控制器4控制换挡机构5驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入第一挡位；
66.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且转速检测元件检测到作业机械的车速大于或等于预设车速时，控制器4控制换挡机构5驱动输出组件与第二挡位传动连接，使输出组件挂入第二挡位。
67.如此，可以根据作业机械的不同负载和车速，自动切换挡位，从而充分发挥驱动总成的驱动能力。
68.需要说明的是，控制器4可以为变速箱控制器tcu。并且，控制器4包括比较模块、存储模块和控制模块，存储模块存储有预设牵引力和预设车速，比较模块对控制器4接收到的牵引力检测元件和转速检测元件的检测信号与预设牵引力和预设车速分别进行比较，并将结果输出给控制模块，控制模块对换挡机构5进行控制，使输出组件在与第一挡位传动连接和与第二挡位传动连接之间切换。
69.在本发明的可选实施例中，驱动总成还可以包括动力装置，动力装置与第一输入
组件和第二输入组件均传动连接，以为第一输入组件和第二输入组件提供动力。
70.在一种可选的实施例中，如图1所示，动力装置可以包括第一电机1和第二电机2，第一电机1与第一输入组件传动连接，以为第一输入组件提供动力，第二电机2与第二输入组件传动连接，以为第二输入组件提供动力，并且，第一电机1和第二电机2均与控制器4通信连接，控制器4能够根据检测组件的检测信号控制第一电机1和第二电机2的启闭。
71.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力大于或等于预设牵引力时，控制器4控制第一电机1和第二电机2均启动，以通过两个电机同时为变速箱提供动力；
72.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且转速检测元件检测到作业机械的车速小于预设车速时，控制器4控制第一电机1启动，第二电机2关闭；
73.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且转速检测元件检测到作业机械的车速大于或等于预设车速时，控制器4控制第一电机1关闭，第二电机2启动。
74.如此，可以根据作业机械的不同负载和车速，自动控制第一电机1和第二电机2的启闭。
75.在可选的实施例中，第一电机1和第二电机2可以设置在变速箱的同侧或相对的两侧，第一电机1和第二电机2的安装位置可以根据实际需要确定。
76.具体地，预设牵引力可以为作业机械的最大牵引力的70％(70％fmax)，预设车速可以为作业机械的最大车速的30％(30％vmax)。
77.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力大于或等于70％fmax时，控制器4控制第一电机1和第二电机2均启动，以通过两个电机同时为变速箱提供动力，并控制换挡机构5驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入第一挡位；
78.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力小于70％fmax且转速检测元件检测到作业机械的车速小于30％vmax时，控制器4控制第一电机1启动，第二电机2关闭，并控制换挡机构5驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入第一挡位；
79.当牵引力检测元件检测到作业机械的牵引力小于70％fmax且转速检测元件检测到作业机械的车速大于或等于30％vmax时，控制器4控制第一电机1关闭，第二电机2启动，并控制换挡机构5驱动输出组件与第二挡位传动连接，使输出组件挂入第二挡位。
80.在第二种可选的实施例中，如图2所示，动力装置可以包括驱动电机3，驱动电机3与第一输入组件和第二输入组件均传动连接，以为第一输入组件和第二输入组件提供动力。
81.在可选的实施例中，第一输入组件还可以包括第一传动轴10，第一齿轮6和第二齿轮7均固定设置在第一传动轴10上，并且第一传动轴10与第一电机1或驱动电机3传动连接，以使第一电机1或驱动电机3驱动第一齿轮6和第二齿轮7转动。
82.第二输入组件还可以包括第二传动轴11，第三齿轮8和第四齿轮9均固定设置在第二传动轴11上，并且第二传动轴11与第二电机2或驱动电机3传动连接，以使第二电机2或驱动电机3驱动第三齿轮8和第四齿轮9转动。
83.在本发明的可选实施例中，输出组件可以包括第三传动轴13、输出齿轮12和滑套14，输出齿轮12固定设置在第三传动轴13上，输出齿轮12用于与输出轴19传动连接，以能够将第三传动轴13的动力传递给输出轴19。滑套14滑动设置在第三传动轴13上，并且滑套14
能够与第三传动轴13同步转动，换挡机构5能够驱动滑套14在与第一挡位传动连接和与第二挡位传动连接之间切换，即换挡机构5通过驱动滑套14与第一齿轮6和第三齿轮8传动连接或与第二齿轮7和第四齿轮9传动连接，实现第三传动轴13与第一挡位或第二挡位传动连接，从而使输出轴19能够在第一挡位和第二挡位之间切换。
84.在可选的实施例中，第一挡位还可以包括第一传动齿轮15，第一齿轮6和第三齿轮8通过第一传动齿轮15啮合，滑套14能够与第一传动齿轮15传动连接，以使输出轴19能挂到第一挡位。
85.在第一种实施例中，第一传动齿轮15转动设置在第三传动轴13上。具体地，第一传动齿轮15可以通过轴承与第三传动轴13转动连接。
86.在第二种实施例中，第一传动齿轮15可以与驱动电机3传动连接，通过第一传动齿轮15实现驱动电机3与第一齿轮6和第三齿轮8的传动连接。
87.具体地，第一传动齿轮15通过连接轴21与驱动电机3传动连接，第一传动齿轮15与连接轴21固定连接，驱动电机3驱动连接轴21转动，带动第一传动齿轮15转动，从而带动第一齿轮6和第三齿轮8转动，实现第一传动轴10和第二传动轴11的转动。
88.这里，连接轴21与第三传动轴13可以同轴设置，并且连接轴21和第三传动轴13不连接。
89.在可选的实施例中，第二挡位还可以包括第二传动齿轮16，第二齿轮7和第四齿轮9通过第二传动齿轮16啮合，并且滑套14能够与第二传动齿轮16传动连接，以使输出轴19能够挂到第二挡位。
90.这里，第二传动齿轮16转动设置在第三转动轴上，这样，便于切换挡位。
91.在可选的实施例中，输出组件还可以包括至少一个中间齿轮，中间齿轮用于传动连接输出齿轮12和输出轴19。
92.在本实施例中，输出组件可以包括两个中间齿轮、分别为第一中间齿轮17和第二中间齿轮18，第一中间齿轮17与输出齿轮12啮合，并且输出组件还可以包括过渡轴23，过渡轴23与变速箱的箱体转动连接，第一中间齿轮17设置在过渡轴23上；第二中间齿轮18与第一中间齿轮17啮合，并且第二中间齿轮18设置在输出轴19上，以能够带动输出轴19转动。
93.这里，输出轴19的一端设置有输出法兰20，另一端设置有手动制动器22。
94.在本实施例中，第一传动轴10和第二传动轴11相对于第三传动轴13相对称设置，可以使第三传动轴13受力均匀，传动效率高。
95.在本发明的可选实施例中，换挡机构5可以包括蜗轮蜗杆机构和换挡电机，蜗轮蜗杆机构的蜗轮与换挡电机传动连接，换挡电机驱动蜗轮转动能够使蜗杆带动滑套14上的拨叉移动，从而使滑套14在第三传动轴13上滑动，以能够与第一挡位或第二挡位传动连接。
96.这里，滑套14上套设有拨叉，拨叉与蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接。
97.在本实施例中，换挡电机与控制器4通信连接，控制器4能够根据检测组件的检测信号控制换挡电机，以驱动滑套14移动。
98.在本发明的可选实施例中，第一传动轴10和第二传动轴11上均可以设置有pto取力器安装接口。这样，可以向作业机械以外的设备输出动力。
99.这里，pto取力器为动力输出装置，是将发动机的动力或电机的动力向作业机械以外的设备输出的装置。
100.下面对本发明提供的驱动总成的换挡方法进行描述，下文描述的驱动总成的换挡方法与上文描述的驱动总成可相互对应参照。
101.本发明提供的一种驱动总成的换挡方法，包括：
102.当检测组件检测到作业机械的牵引力大于或等于预设牵引力时，控制器4控制换挡机构5驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入第一挡位；
103.当检测组件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且检测组件检测到作业机械的车速小于预设车速时，控制器4控制换挡机构5驱动输出组件与第一挡位传动连接，使输出组件挂入第一挡位；
104.当检测组件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且检测组件检测到作业机械的车速大于或等于预设车速时，控制器4控制换挡机构5驱动输出组件与第二挡位传动连接，使输出组件挂入第二挡位。
105.在可选的实施例中，驱动总成的换挡方法，还可以包括：
106.当检测组件检测到作业机械的牵引力大于或等于预设牵引力时，控制器4控制第一电机1和第二电机2均启动，以通过两个电机同时为变速箱提供动力；
107.当检测组件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且检测组件检测到作业机械的车速小于预设车速时，控制器4控制第一电机1启动，第二电机2关闭；
108.当检测组件检测到作业机械的牵引力小于预设牵引力且检测组件检测到作业机械的车速大于或等于预设车速时，控制器4控制第一电机1关闭，第二电机2启动。
109.这样，可以根据作业机械的不同负载和车速，自动控制第一电机1和第二电机2的启闭。
110.下面对本发明提供的动力系统进行描述，下文描述的动力系统与上文描述的驱动总成可相互对应参照。
111.本发明提供的一种动力系统，包括如上述任意一项实施例所述的驱动总成。
112.本发明提供的动力系统所达到的有益效果与本发明提供的驱动总成所达到的有益效果相一致，控制器4通过检测组件的检测信号确定出合适的目标挡位，并控制换挡机构5驱动输出组件与合适的目标挡位传动连接，使作业机械自动地挂到合适的挡位，在作业机械的工作过程中无需驾驶员在低挡和高挡之间频繁地换挡，降低驾驶员的劳动强度，提高工作效率；并且，通过第一输入组件和第二输入组件实现两个挡位，可以提高变速箱的可靠性，使输出组件转动更稳定，从而提高动力系统的稳定性。
113.下面对本发明提供的作业机械进行描述，下文描述的作业机械与上文描述的驱动总成或动力系统可相互对应参照。
114.本发明提供的一种作业机械，包括如上述任意一项实施例所述的驱动总成或动力系统。
115.本发明提供的作业机械所达到的有益效果与本发明提供的驱动总成或动力系统所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。
116.需要说明的是，上述作业机械可以为装载机、挖掘机、或其他工程机械。
117.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其
中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
118.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。