1.本发明涉及变速箱领域，尤其涉及混合动力动车组动力系统混动箱。


背景技术：

2.铁路动车组开始推行混合动力驱动模式，并将逐步取代纯柴油机驱动。因铁路线路固定，可以提前模拟好行车路线及车速规划，可以根据不同的线路实况设置最节能环保的行车方案，目前动车组有内燃液力传动、内燃电传动和传统混合动力，内燃液力传动的优点是效率高、成本低、方便维护，缺点是无法与弓网系统形成双源动力，无法与电池系统形成混合动力，实现制动能量回收；内燃电传动的优点是能够与弓网系统形成双源动力，易于与电池系统形成混合动力，实现制动能量回收；传统混合动力的优点是纯电传动系统，原理简单，易于实现，缺点是结构复杂，成本高，维护难度大。相对而言，目前需要一种混合动力驱动，效率高、成本低、易维护的优势，同时实现液力传动和动力电池结合起来的混合驱动模式，可以根据不同路况选择不同的驱动模式，使动车组在满足要求速度的基础上，选择一种更环保的运行规划，因此需要一种可以提供尽可能多的运行选择，通过对不同的运行选择结合线路实况进行组合搭配。


技术实现要素：

3.本发明提供一种混合动力动车组动力系统混动箱，以克服上述问题。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
5.一种混合动力动车组动力系统混动箱，包括：箱体、差动行星齿轮组、外啮合齿轮组、离合器一、离合器二、润滑系统和电控系统，
6.所述差动行星齿轮组包括有太阳轮、多个行星轮、内齿圈和行星架，所述多个行星轮之间通过行星架固定，所述行星轮啮合在太阳轮和内齿圈之间，所述内齿圈内侧壁和外侧壁均设置有轮齿，所述离合器一通过第五连接轴与所述行星架连接，所述离合器一通过第一连接轴与柴油机连接，所述行星架与所述内齿圈之间连接离合器二，所述内齿圈通过第二连接轴连接变速器，
7.所述外啮合齿轮组包括第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮和第三外啮合齿轮，所述第一外啮合齿轮与太阳轮通过浮动齿轮联轴器连接，所述太阳轮套在所述第五连接轴上，所述第二外啮合齿轮与第一外啮合齿轮啮合，所述第三外啮合齿轮与内齿圈的外侧轮齿啮合，所述第二外啮合齿轮通过第三连接轴连接电机一，所述第三外啮合齿轮通过第四连接轴连接电机二，所述电机一由变流器一控制，所述电机二由变流器二控制。
8.进一步的，所述离合器均采用电磁式干式离合器。
9.进一步的，所述混合动力动车组动力系统混动箱有以下工作模式：启动柴油机、纯柴油机驱动模式、混联驱动模式、纯电驱动模式、并联混动驱动模式，其中：
10.启动柴油机：动车组在启动时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有两种结合方式：
11.第一种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈、行星轮和行星架，启动柴油机；
12.第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮和行星架，启动柴油机；
13.纯柴油机驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二均处于空载状态，所述电机一和所述电机二均不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱；
14.混联驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一结合，所述离合器二断开，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式，均可实现柴油机与电机一之间的转速解耦和柴油机与电机二之间的扭矩解耦：
15.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，所述电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，三者共同驱动变速箱；
16.第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，共同驱动变速箱，同时内齿圈通过第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
17.第三种：所述变流器一处于充电状态，所述变流器二处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出，所述电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
18.第四种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
19.纯电驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一断开，所述离合器二结合，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有三种结合方式：
20.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮驱动内齿圈，所述电机二通过第三外啮合齿轮驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱；
21.第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮、内齿圈驱动变速箱；
22.第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈驱动变速箱；
23.并联混动驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合器二均处
于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式：
24.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，所示电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮，太阳轮、行星轮和内齿圈驱动变速箱，所述电机二通过第三外啮合齿轮和内齿圈驱动变速箱，实现柴油机、电机一和电机二共同驱动变速箱；
25.第二种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
26.第三种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
27.第四种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
28.进一步的，所述混合动力动车组动力系统混动箱还包括电制动能量收回模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一处于断开状态，所述离合器二处于结合状态，所述行星齿轮组处于一个整体，所述变流器有三种结合状态：
29.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，同时通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
30.第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
31.第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
32.进一步的，所述混合动力动车组动力系统混动箱还包括停车充电模式：动车组在此模式时，所述离合器一和所述离合器二均处于闭合状态，所述变速箱处于断开状态，行星齿轮组处于一个整体，所述柴油机直接驱动行星架带动齿轮组运动，所述变流器一和所述变流器二有三种不同结合方式：
33.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，同时通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
34.第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
35.第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
36.与现有技术比较，本发明所述的混合动力动车组动力系统混动箱能够实现动车组
的油电单独或混合驱动，同时满足柴油机通过电机为动力电池充电，以及动车组制动通过变速箱和电机为动力电池充电。通过混动箱电控系统控制离合器，实现在油电混合驱动时，柴油机与电机间转速和转矩解耦，将柴油机转速控制在低油耗、低排放区间运行的目标。满足动车组纯油、纯电、油电混合驱动，同时利用柴油机剩余能量和动车组制动能量为电池充电，达到高效、节能、绿色、低碳、环保的目的。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例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一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明公开的混合动力动车组动力系统混动箱结构示意图；
39.图中：1、柴油机，2、变速箱，3、电机一，4、电机二，5、第一连接轴，6、第二连接轴，7、第三连接轴，8、第四连接轴，9、离合器一，10、离合器二，11、内齿圈，12、行星轮，13、太阳轮，14、第一外啮合齿轮，15、第三外啮合齿轮，16、第二外啮合齿轮，17、行星架，18、混动箱，19、第五连接轴，20、变流器一，21、变流器二，22、浮动齿轮联轴器。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
41.本实施例提供了一种混合动力动车组动力系统混动箱，如图1所示，包括：箱体、差动行星齿轮组、外啮合齿轮组、离合器一、离合器二、润滑系统和电控系统，
42.所述差动行星齿轮组包括有太阳轮13、多个行星轮12、内齿圈11和行星架17，所述多个行星轮12之间通过行星架17固定，所述行星轮12啮合在太阳轮13和内齿圈11之间，所述内齿圈11内侧壁和外侧壁均设置有轮齿，所述离合器一9通过第五连接轴19与所述行星架17连接，所述离合器一9 通过第一连接轴5与柴油机1连接，离合器二10的两个连接轴分别连接在行星架17和内齿圈11上，所述内齿圈11通过第二连接轴6连接变速器2。
43.所述外啮合齿轮组包括第一外啮合齿轮14、第二外啮合齿轮16和第三外啮合齿轮15，所述第一外啮合齿轮14与太阳轮13通过浮动齿轮联轴器22 连接，所述太阳轮13套在所述第五连接轴19上，所述第二外啮合齿轮16与第一外啮合齿轮14啮合，所述第三外啮合齿轮15与内齿圈11的外侧轮齿啮合，所述第二外啮合齿轮16通过第三连接轴7连接电机一3，所述第三外啮合齿轮15通过第四连接轴8连接电机二4，所述电机一3由变流器一20控制，所述电机二4由变流器二21控制。
44.在具体实施例中，所述离合器均采用电磁式干式离合器。
45.在具体实施例中，所述混合动力动车组动力系统混动箱有以下工作模式：启动柴油机、纯柴油机驱动模式、混联驱动模式、纯电驱动模式、并联混动驱动模式，其中：
46.启动柴油机：动车组在启动时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行
星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有两种结合方式：
47.第一种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈、行星轮和行星架，启动柴油机；
48.第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮和行星架，启动柴油机；
49.纯柴油机驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二均处于空载状态，所述电机一和所述电机二均不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱；
50.混联驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一结合，所述离合器二断开，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式，均可实现柴油机与电机一之间的转速解耦和柴油机与电机二之间的扭矩解耦：
51.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，所述电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，三者共同驱动变速箱；
52.第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，共同驱动变速箱，同时内齿圈通过第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
53.第三种：所述变流器一处于充电状态，所述变流器二处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出，所述电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
54.第四种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
55.纯电驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一断开，所述离合器二结合，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有三种结合方式：
56.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮驱动内齿圈，所述电机二通过第三外啮合齿轮驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱；
57.第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮、内齿圈驱动变速箱；
58.第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈驱动变速箱；
59.并联混动驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式：
60.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，所示电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮，太阳轮、行星轮和内齿圈驱动变速箱，所述电机二通过第三外啮合齿轮和内齿圈驱动变速箱，实现柴油机、电机一和电机二共同驱动变速箱；
61.第二种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
62.第三种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
63.第四种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
64.在具体实施例中，所述混合动力动车组动力系统混动箱还包括电制动能量收回模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一处于断开状态，所述离合器二处于结合状态，所述行星齿轮组处于一个整体，所述变流器有三种结合状态：
65.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，同时通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
66.第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
67.第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
68.在具体实施例中，所述混合动力动车组动力系统混动箱还包括停车充电模式：动车组在此模式时，所述离合器一和所述离合器二均处于闭合状态，所述变速箱处于断开状态，行星齿轮组处于一个整体，所述柴油机直接驱动行星架带动齿轮组运动，所述变流器一和所述变流器二有三种不同结合方式：
69.第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，同时通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
70.第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
71.第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
72.具体而言，可以参照如下表格所述的混动箱原理控制表，通过控制两组离合器和两组变流器的不同开关的组合，可以实现二十种不同的状态，为不同的实况路段提供更多的选择。
[0073][0074]
注：1、离合器：
×
结合，分开；
[0075]
2、变流器：+空载，
×
电动，发电。
[0076]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。