本發明涉及新能源汽車領域，特別涉及一種干摩擦外控四擋變速器。
背景技術：
在混合動力汽車上，通常利用純電機驅動起步的方式來規避汽車發動機低轉速時的低效工作。為此，車上所匹配的變速器通常只有2至3擋。這種無法實現發動機直接起步的工作模式，在車輛饋電或電驅動系統故障時，車輛無法起步。
在傳統四擋自動變速器的設計上，行星變速機構方面主要有辛普森式和拉維娜式等結構，并且利用箱內濕式多片離合器和制動器作為換擋控制元件，此類變速器屬于at(液力自動變速器)。此外，專利cn201620174565公布了一種定軸齒輪系來實現4擋自動變速器，其換擋實現采用同步器方式，屬于amt(電控機械自動變速器)范圍。
缺點1：
對于at而言，液力變矩器的使用，降低了傳動效率；其換擋控制元件與輪系傳動機構集成在同一個箱體內，換檔控制元件的摩擦發熱和磨損微粒都會對箱內變速器油工作品質帶來影響；傳統3排行星輪系構型實現4擋時，往往在雙行星排辛普森或拉維娜結構基礎上直接加入具有2擋功能的一排行星輪系。這將導致行星輪系零件數多，加工成本高和裝配工藝難度大等問題。
缺點2：
對于類似專利cn201620174565的amt變速器而言，實現速比改變在于改變傳動齒輪的嚙合狀態來實現，換檔沖擊較大，響應時間較長，換檔成功率較低，故障機率相對較高。
技術實現要素：
鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于解決目前利用純電機驅動起步的方式來規避汽車發動機低轉速時的低效工作，為此，車上所匹配的變速器通常只有2至3擋，然而少檔位車的效率比較；且現在控制元件的摩擦發熱和磨損微粒都會對箱內干摩擦外控式變速器油工作品質、換檔沖擊較大和響應時間較長等問題來提高換擋的穩定性。為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種干摩擦外控四擋變速器，包括箱外的換擋控制元件和行星輪系變速箱，所述行星輪系變速箱包括第一齒輪組、第二齒輪組、第三齒輪組、第一行星架、第二行星架、齒圈和箱體；
所述第一齒輪組包括第一太陽輪和與第一太陽輪嚙合的第一行星輪；
所述第二齒輪組包括固定在動力輸入軸上的第二太陽輪和與第二太陽輪嚙合的第二行星輪，所述第二行星輪還與第一行星輪嚙合；所述第一行星輪和第二行星輪分別設置在第一行星架上；
所述第三齒輪組包括設置在第一行星架上的第三太陽輪和與第三太陽輪嚙合的第三行星輪；所述第三行星輪設置在第二行星架上，還與齒圈嚙合；所述第二行星架與動力輸出軸一端連接，動力輸出軸的另一端通過軸承連接在箱體上；
所述換擋控制元件包含第一干摩擦式離合器、第二干摩擦式離合器、第一制動器和第二制動器；所述第一干摩擦式離合器包括第一主動摩擦片和第一被動離合輪轂，所述第一主動摩擦片連接于動力輸入軸，所述第一被動離合輪轂與第一太陽輪同軸連接；所述第二干摩擦式離合器包括第二主動摩擦片和第二被動離合輪轂，所述第二主動摩擦片連接于動力輸出軸，所述第二被動離合輪轂與齒圈同軸連接；
所述第一制動器和第二制動器設置在箱體上，所述第一制動器用于制動第一太星輪，所述第二制動器用于制動齒圈。
作為本發明的一種優選結構，所述第一被動離合輪轂通過第一套筒軸連接第一太陽輪；所述第二被動離合輪轂通過第二套筒軸與齒圈連接，所述第一套筒軸和第二套筒軸分別通過軸承連接在箱體上。
作為本發明的一種優選結構，所述動力輸入軸軸心與第一套筒軸軸心相同，所述輸入軸的外徑小于第一套筒軸內徑；所述動力輸出軸軸心與第二套筒軸軸心相同，所述輸出軸的外徑小于第二套筒軸內徑。
作為本發明的一種優選結構，所述動力輸入軸與第一套筒軸內徑之間的間隙設有密封圈，所述動力輸出軸與第二套筒軸內徑之間的間隙設有密封圈。
作為本發明的一種優選結構，所述第一干摩擦式離合器和第一制動器設置在靠輸入軸的箱體外側，第二干摩擦式離合器和第二制動器設置在靠輸出軸的箱體外側。
有益效果：通過對第一離合器、第二離合器的控制、第一制動器和第二制動器的控制，實現多檔位大調速范圍的換檔穩定性，減少變速器的徑向和軸向尺寸，可以在混合動力動汽車上廣泛的應用；與三擋變速器相比，不論電機單獨驅動或發動機單獨驅動，在不同路況工作時都能使動力機在更合理的狀態下工作，達到降低能耗目的。本變速器在最常用的擋位(4擋或3擋)工作時，機械效率最高。該離合器將離合器設置在箱體外殼，減少了換檔控制元件的摩擦發熱和磨損微粒對箱內變速器油工作品質帶來影響，從而提高了變速器的壽命和穩定性，減少了變速器的摩擦熱影響傳動組件，采用上述設計的行星輪系變速箱，提高換擋平順性，加快了響應時間。
作為本發明的另一種優選結構一種干摩擦外控四擋變速器，包括箱外的換擋控制元件和行星輪系變速箱，所述行星輪系變速箱包括第一齒輪組、第二齒輪組、第三齒輪組、第一行星架、第二行星架、齒圈和箱體；
所述第一齒輪組包括第一太陽輪和與第一太陽輪嚙合的第一行星輪；
所述第二齒輪組包括固定在動力輸入軸上的第二太陽輪和與第二太陽輪嚙合的第二行星輪，所述第二行星輪還與第一行星輪嚙合；所述第一行星輪和第二行星輪分別設置在第一行星架上；
所述第三齒輪組包括設置在第一行星架上的第三太陽輪和與第三太陽輪嚙合的第三行星輪；所述第三行星輪設置在第二行星架上，還與齒圈嚙合；所述第二行星架與動力輸出軸一端連接，動力輸出軸的另一端通過軸承連接在箱體上；
所述換擋控制元件包含第一干摩擦式離合器、第二干摩擦式離合器、第一制動器和第二制動器；所述第一干摩擦式離合器包括第一主動摩擦片和第一被動離合輪轂，所述第一主動摩擦片連接于動力輸入軸，所述第一被動離合輪轂與第一太陽輪同軸連接；所述第二干摩擦式離合器包括第二主動摩擦片和第二被動離合輪轂，所述第二主動摩擦片連接于動力輸出軸，所述第二被動離合輪轂與齒圈同軸連接；
所述所述第一制動器和第二制動器設置在箱體上，所述第一制動器用于制動第一太星輪，所述第二制動器用于制動齒圈；
所述干摩擦外控四擋變速器，其工作模式包括：低檔模式、中檔模式、中高檔模式和高檔模式；
低檔模式：第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器剎緊，第二制動器剎緊；使第一太陽輪和齒圈被制動；動力傳遞路線：動力先由動力輸入軸傳遞給第二太陽輪，并在制動第一太陽輪下動力傳遞到第一行星架和第三太陽輪，之后在制動齒圈下動力傳遞到第二行星架，經動力輸出軸輸出；
中檔模式：第一干摩擦式離合器結合，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器松開，第二制動器剎緊；第一太陽輪和第二太陽輪同轉速；齒圈被制動；動力傳遞路線：輸入動力分為2路傳遞，一路傳遞給第二太陽輪，一路經第一離合器傳遞到第一太陽輪；由于第二太陽輪和第一太陽同轉速，此時第二行星輪、第一行星輪和第一行星架作同速轉動，動力經第一行星架傳遞到第三太陽輪，之后在制動齒圈下動力傳遞到第二行星架，經動力輸出軸輸出；
中高檔模式：第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器結合，第一制動器剎緊，第二制動器松開；使第一排太陽輪、齒圈和第二行星架轉速一致；動力傳遞路線：動力先由動力輸入軸傳遞給第二太陽輪，并制動第一太陽輪下，動力傳遞到第一行星架和第三太陽輪，之后在第二離合器結合作用下，齒圈、第三太陽輪和第二行星架同轉速運動，動力最后由后經第二行星架由動力輸出軸輸出；
高檔模式：第一干摩擦式離合器結合，第二干摩擦式離合器結合，第一制動器松開，第二制動器松開；使第一太陽輪和第二太陽輪同轉速，齒圈和第二星架轉速一致；動力傳遞路線：動力輸入分為2路，一路傳遞給第二太陽輪，一路經第一離合器傳遞到第一太陽輪；由于第二太陽輪和第一太陽輪同轉速，第二星輪、第一行星輪和第一行星架作同速轉動，動力經第一行星架傳遞到第三太陽輪，之后在第二離合器結合作用下，齒圈、第三太陽輪和第二行星架同轉速運動，動力最后由后第二行星架上的動力輸出軸輸出。
附圖說明
圖1為本發明單齒圈干摩擦外擋四擋變速器結構簡圖；
標號說明：
101、動力輸入軸；
102、動力輸出軸；
111、第一離合器；
112、第二離合器；
121、第一制動器；
122、第二制動器；
131、殼體；
201、第一行星架；
202、第二行星架；
203、齒圈；
211、第一太陽輪；
212、第一行星輪；
221、第二太陽輪；
222、第二行星輪；
231、第三太陽輪；
232、第三行陽輪；
具體實施方式
為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
其設計理念在于將變速器分為離合器部分和變速箱部分，離合器部分為干部，其特點為無潤滑油；變速箱部分為濕部，其特點帶有有潤滑油；行星輪系傳動機構集成在濕部，而換檔執行元件及制動元件都布置于干部。
請一并參照圖1，如圖1所示可知，本發明的一種優選實施例為，一種干摩擦外控四擋變速器，包括箱外的換擋控制元件和行星輪系變速箱，所述行星輪系變速箱包括第一齒輪組、第二齒輪組、第三齒輪組、第一行星架、第二行星架、齒圈和箱體；
所述第一齒輪組包括第一太陽輪和與第一太陽輪嚙合的第一行星輪；
所述第二齒輪組包括固定在動力輸入軸上的第二太陽輪和與第二太陽輪嚙合的第二行星輪，所述第二行星輪還與第一行星輪嚙合；所述第一行星輪和第二行星輪分別設置在第一行星架上；
所述第三齒輪組包括設置在第一行星架上的第三太陽輪和與第三太陽輪嚙合的第三行星輪；所述第三行星輪設置在第二行星架上，還與齒圈嚙合；所述第二行星架與動力輸出軸一端連接，動力輸出軸的另一端通過軸承連接在箱體上；
所述換擋控制元件包含第一干摩擦式離合器、第二干摩擦式離合器、第一制動器和第二制動器；所述第一干摩擦式離合器包括第一主動摩擦片和第一被動離合輪轂，所述第一主動摩擦片連接于動力輸入軸，所述第一被動離合輪轂與第一太陽輪同軸連接；所述第二干摩擦式離合器包括第二主動摩擦片和第二被動離合輪轂，所述第二主動摩擦片連接于動力輸出軸，所述第二被動離合輪轂與齒圈同軸連接；
所述所述第一制動器和第二制動器設置在箱體上，所述第一制動器用于制動第一太星輪，所述第二制動器用于制動齒圈。為了使離合能夠起到更穩定的作用，作為本發明的一種優選實施例，本發明的一種優選實施例為所述干摩擦式離合器設置在行星輪系變速箱的輸入端。
為了使箱體設計更加緊湊，本發明的一種優選實施例為：所述第一被動離合輪轂通過第一套筒軸連接第一太陽輪；所述第二被動離合輪轂通過第二套筒軸與齒圈連接，所述第一套筒軸和第二套筒軸分別通過軸承連接在箱體上。
為了能夠使離合對變速起到作用，且考慮到箱體結構，本發明的一種優選實施例為：所述動力輸入軸軸心與第一套筒軸軸心相同，所述輸入軸的外徑小于第一套筒軸內徑；所述動力輸出軸軸心與第二套筒軸軸心相同，所述輸出軸的外徑小于第二套筒軸內徑。
為了是箱體內保持清潔，減少粉塵，作為本發明的一種優選實施例，所述動力輸入軸與第一套筒軸內徑之間的間隙設有密封圈，所述動力輸出軸與第二套筒軸內徑之間的間隙設有密封圈。
為了結構上根據緊湊，風塵不會落入到變速器中，所述第一干摩擦式離合器和第一制動器設置在靠輸入軸的箱體外側，第二干摩擦式離合器和第二制動器設置在靠輸出軸的箱體外側。
本發明的一種優選實施例為：一種干摩擦外控四擋變速器：包括箱外的換擋控制元件和行星輪系變速箱，所述行星輪系變速箱包括第一齒輪組、第二齒輪組、第三齒輪組、第一行星架、第二行星架、齒圈和箱體；
所述第一齒輪組包括第一太陽輪和與第一太陽輪嚙合的第一行星輪；
所述第二齒輪組包括固定在動力輸入軸上的第二太陽輪和與第二太陽輪嚙合的第二行星輪，所述第二行星輪還與第一行星輪嚙合；所述第一行星輪和第二行星輪分別設置在第一行星架上；
所述第三齒輪組包括設置在第一行星架上的第三太陽輪和與第三太陽輪嚙合的第三行星輪；所述第三行星輪設置在第二行星架上，還與齒圈嚙合；所述第二行星架與動力輸出軸一端連接，動力輸出軸的另一端通過軸承連接在箱體上；
所述換擋控制元件包含第一干摩擦式離合器、第二干摩擦式離合器、第一制動器和第二制動器；所述第一干摩擦式離合器包括第一主動摩擦片和第一被動離合輪轂，所述第一主動摩擦片連接于動力輸入軸，所述第一被動離合輪轂與第一太陽輪同軸連接；所述第二干摩擦式離合器包括第二主動摩擦片和第二被動離合輪轂，所述第二主動摩擦片連接于動力輸出軸，所述第二被動離合輪轂與齒圈同軸連接；
所述所述第一制動器和第二制動器設置在箱體上，所述第一制動器用于制動第一太星輪，所述第二制動器用于制動齒圈；
所述干摩擦外控四擋變速器，其工作模式包括：低檔模式、中檔模式、中高檔模式和高檔模式；
低檔模式：第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器剎緊，第二制動器剎緊；使第一太陽輪和齒圈被制動；動力傳遞路線：動力先由動力輸入軸傳遞給第二太陽輪，并在制動第一太陽輪下動力傳遞到第一行星架和第三太陽輪，之后在制動齒圈下動力傳遞到第二行星架，經動力輸出軸輸出；
中檔模式：第一干摩擦式離合器結合，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器松開，第二制動器剎緊；第一太陽輪和第二太陽輪同轉速；齒圈被制動；動力傳遞路線：輸入動力分為2路傳遞，一路傳遞給第二太陽輪，一路經第一離合器傳遞到第一太陽輪；由于第二太陽輪和第一太陽同轉速，此時第二行星輪、第一行星輪和第一行星架作同速轉動，動力經第一行星架傳遞到第三太陽輪，之后在制動齒圈下動力傳遞到第二行星架，經動力輸出軸輸出；
中高檔模式：第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器結合，第一制動器剎緊，第二制動器松開；使第一排太陽輪、齒圈和第二行星架轉速一致；動力傳遞路線：動力先由動力輸入軸傳遞給第二太陽輪，并制動第一太陽輪下，動力傳遞到第一行星架和第三太陽輪，之后在第二離合器結合作用下，齒圈、第三太陽輪和第二行星架同轉速運動，動力最后由后經第二行星架由動力輸出軸輸出；
高檔模式：第一干摩擦式離合器結合，第二干摩擦式離合器結合，第一制動器松開，第二制動器松開；使第一太陽輪和第二太陽輪同轉速，齒圈和第二星架轉速一致；動力傳遞路線：動力輸入分為2路，一路傳遞給第二太陽輪，一路經第一離合器傳遞到第一太陽輪；由于第二太陽輪和第一太陽輪同轉速，第二星輪、第一行星輪和第一行星架作同速轉動，動力經第一行星架傳遞到第三太陽輪，之后在第二離合器結合作用下，齒圈、第三太陽輪和第二行星架同轉速運動，動力最后由后第二行星架上的動力輸出軸輸出。
本發明專利應用于混合動力汽車變速器領域，利用單齒圈式的3排行星輪系，2個離合器和2個制動器實現4擋位變速功能。結構設計上，一方面將作為控制元件安置在變速箱外，避免控制元件的工作磨屑落入變速器內，導致磨屑對潤滑油的污染；另一方面，比傳統多排行星輪系零件數更少，裝配工藝好。同時，具有換擋沖擊小，換擋時間短的特點。使混合動力汽車能實現發動機的直接起步工作模式，提高動力機的平均運行效率。
本發明的另一種優選實施例為：本實施例中的一種干摩擦外控四擋變速器：包括箱外的換擋控制元件和行星輪系變速箱，所述行星輪系變速箱包括第一齒輪組、第二齒輪組、第三齒輪組、第一行星架、第二行星架、齒圈和箱體；
所述第一齒輪組包括第一太陽輪和與第一太陽輪嚙合的第一行星輪；
所述第二齒輪組包括固定在動力輸入軸上的第二太陽輪和與第二太陽輪嚙合的第二行星輪，所述第二行星輪還與第一行星輪嚙合；所述第一行星輪和第二行星輪分別設置在第一行星架上；
所述第三齒輪組包括設置在第一行星架上的第三太陽輪和與第三太陽輪嚙合的第三行星輪；所述第三行星輪設置在第二行星架上，還與齒圈嚙合；所述第二行星架與動力輸出軸一端連接，動力輸出軸的另一端通過軸承連接在箱體上；
所述換擋控制元件包含第一干摩擦式離合器、第二干摩擦式離合器、第一制動器和第二制動器；所述第一干摩擦式離合器包括第一主動摩擦片和第一被動離合輪轂，所述第一主動摩擦片連接于動力輸入軸，所述第一被動離合輪轂與第一太陽輪同軸連接；所述第二干摩擦式離合器包括第二主動摩擦片和第二被動離合輪轂，所述第二主動摩擦片連接于動力輸出軸，所述第二被動離合輪轂與齒圈同軸連接；
所述所述第一制動器和第二制動器設置在箱體上，所述第一制動器用于制動第一太星輪，所述第二制動器用于制動齒圈；
所述第一被動離合輪轂通過第一套筒軸連接第一太陽輪；所述第二被動離合輪轂通過第二套筒軸與齒圈連接，所述第一套筒軸和第二套筒軸分別通過軸承連接在箱體上。
所述動力輸入軸軸心與第一套筒軸軸心相同，所述輸入軸的外徑小于第一套筒軸內徑；所述動力輸出軸軸心與第二套筒軸軸心相同，所述輸出軸的外徑小于第二套筒軸內徑。
所述動力輸入軸與第一套筒軸內徑之間的間隙設有密封圈，所述動力輸出軸與第二套筒軸內徑之間的間隙設有密封圈。
所述第一干摩擦式離合器和第一制動器設置在靠輸入軸的箱體外側，第二干摩擦式離合器和第二制動器設置在靠輸出軸的箱體外側。
假設第二太陽輪、第二行星輪、第一行星輪、第一太陽輪、第三太陽輪、第三行星輪，齒圈的齒數分別為z1，z2，z3，z4，z5，z6，z7。利用相對運動，得到三排輪系的運動學方程有：
公式1：
公式2：
變速結構有如下約束：
公式3：nh1＝n5
以上式中：n4為第一太陽輪轉速，n1為第二太陽輪轉速，n5為第三太陽輪5轉速，n7為齒圈轉速，nh1為第一行星架h1轉速，nh2為第二行星架h2轉速。
變速器具有4個擋位來適應驅動系統的不同工作狀態需求，具體實施原理介紹如下。
(1)1擋位：第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器剎緊，第二制動器剎緊；使第一太陽輪和齒圈被制動；動力傳遞路線：動力先由動力輸入軸傳遞給第二太陽輪，并在制動第一太陽輪下動力傳遞到第一行星架和第三太陽輪，之后在制動齒圈下動力傳遞到第二行星架，經動力輸出軸輸出；由公式1～3得到1擋傳動比為：
(2)2擋位：第一干摩擦式離合器結合，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器松開，第二制動器剎緊；第一太陽輪和第二太陽輪同轉速；齒圈被制動；動力傳遞路線：輸入動力分為2路傳遞，一路傳遞給第二太陽輪，一路經第一離合器傳遞到第一太陽輪；由于第二太陽輪和第一太陽同轉速，此時第二行星輪、第一行星輪和第一行星架作同速轉動，動力經第一行星架傳遞到第三太陽輪，之后在制動齒圈下動力傳遞到第二行星架，經動力輸出軸輸出；聯立公式1～3，可得到2擋傳動比為：
(3)3擋位：第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器結合，第一制動器剎緊，第二制動器松開；使第一排太陽輪、齒圈和第二行星架轉速一致；動力傳遞路線：動力先由動力輸入軸傳遞給第二太陽輪，并制動第一太陽輪下，動力傳遞到第一行星架和第三太陽輪，之后在第二離合器結合作用下，齒圈、第三太陽輪和第二行星架同轉速運動，動力最后由后經第二行星架由動力輸出軸輸出；聯立公式1～3，得到3擋傳動比為：
(4)4擋位：第一干摩擦式離合器結合，第二干摩擦式離合器結合，第一制動器松開，第二制動器松開；使第一太陽輪和第二太陽輪同轉速，齒圈和第二星架轉速一致；動力傳遞路線：動力輸入分為2路，一路傳遞給第二太陽輪，一路經第一離合器傳遞到第一太陽輪；由于第二太陽輪和第一太陽輪同轉速，第二星輪、第一行星輪和第一行星架作同速轉動，動力經第一行星架傳遞到第三太陽輪，之后在第二離合器結合作用下，齒圈、第三太陽輪和第二行星架同轉速運動，動力最后由后第二行星架上的動力輸出軸輸出。因此，整個復合行星輪系傳動比為1，得到4擋傳動比為：i4＝1。(n4＝n1且n7＝nh2)
(5)空擋：此時第一干摩擦式離合器分離，第二干摩擦式離合器分離，第一制動器松開，第二制動器松開。該擋位下，變速器處于空擋狀態，輸入軸的動力無法決定輸入軸的運動狀態。
以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效形狀或結構變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。