CN101568741A - 具有抵抗转矩控制的变速器 - Google Patents

Abstract

在基本实施例中，变速器包括(a)仅具有控制齿轮和输出齿轮的最小的轨道器齿轮联合体，该控制齿轮和输出齿轮通过至少一个由轨道转轮体支承的塔齿轮的齿轮部分响应由主发动机提供的输入驱动而互相连接在一起，和(b)单个、无限可变的旋转控制设备，其向相反的发动机转矩提供抵抗转矩以减慢并停止轨道联合体的控制齿轮。旋转控制设备不提供推进动作，而仅提供抵抗转矩，该旋转控制设备可能是液压千斤顶或电制动的磁性轮。在用于机动车用途的优选实施例中，发动机转矩总是被分解为两个机械路径。一个路径驱动最小的轨道器齿轮组的转轮体，并且另一个驱动单个标准的行星齿轮组的太阳齿轮。

Description

具有抵抗转矩控制的变速器

相关申请参考

该PCT申请要求2007年12月20提交的、名称为“具有抵抗转矩控制的变速器”、序列号为11/960,931的未决美国专利申请中所公开的一项或多项发明，该申请是2006年12月22提交的、名称为“具有抵抗转矩控制的变速器”的未决美国专利申请号11/615,532的部分继续专利申请。本申请中的主题涉及2005年6月15日提交的、名称为“具有齿轮超速驱动的轨道变速器”的未决美国专利申请号11/153,112的主题。在此，以引用的方式加入上述申请。

技术领域

本发明属于机动车变速器领域。更具体地，本发明属于具有轨道齿轮装置和抵抗转矩控制的无限变化的机动车变速器。

背景技术

已知的传统变速器使用车辆的发动机作为用于改变车辆速度的主要控制装置。

手动变速器使用离合器来利用各换挡期间使发动机暂时完全从变速器上分离以及在各挡位变化期间使发动机迅速加速到相当高的转速(rpm)来改变传动比。

标准的自动变速器使用转矩变换器来在传动比变化之间避免发动机完全分离，但是转矩变换器的低效率使发动机和变速器输出之间产生了相当大的滑动，特别是在初次起动和减低速度期间，发动机转矩可以损失达到50％。该类型的变速器比手动变速器更好地调配发动机和变速器，但是在各多次换挡期间发动机仍然必须加速到很高的转速。同样，甚至在发动机怠速期间，当车辆静止时，自动变速器通过转矩变换器中出现的液压损失而产生恒定的效率损失。

在手动和自动变速器中用于各挡位的加速期间，用于发动机转速的传统加速度变化率通常在1000-2000rpm/sec之间，并且发动机内部部件(曲轴、活塞、阀凸轮)的该急剧的加速可能导致20-25％的效率损失。

存在许多不同形式的无限变化自动变速器(“IVT”)，其中通过连续的恒定变速来为机动车的驱动轮提供有效的转矩。IVT不同于无级变化变速器(“CVT”)，其中车辆速度在整个连续加速和转矩输出水平期间连续地变化，但是在启动时需要离合器或转矩变换器的协助。然而，直到最近，未开发出能够成功地处理从微型车辆到大型商用卡车的转矩和发动机尺寸的全部范围的IVT或CVT。本发明的受让人，Torvec公司最近已经成功地测试了不需要离合器或转矩变换器的协助并且可以轻易地确定尺寸以覆盖发动机尺寸和转矩的必要条件的该整个范围的IVT。同样，该最近测试过的IVT特别是不但用来推动大型SUVs(运动型多用途车辆)而且用来推动小型载重汽车和校车。在名称为“具有最小轨道器的变速器”的美国专利号6,748,817中公开了Torvec型IVT的一个最新设计。

Torvec型IVTs在大范围的产品试验期间已经逐渐得到改进，并且当使用不超过90-100rpm/sec的发动机加速度时，当前设计产生了转矩和速度从启动到超速驱动速率的连续变化而没有任何中间的不连续性。利用显著比当前传统的自动变速器小和轻的器具来达到所述显著效果。

早期的Torvec型IVT的结构结合可变量的液压泵和具有齿轮轨道器的液压马达来形成无限变速器，以便当液压马达的速度增大时，齿轮轨道器的旋转、输出轴的速度增大并且车辆速度增大。近来该基本结构被进行了显著改进以按非传统的方式运行。即，当发动机的输入被传递到轨道齿轮联合体的输入部太阳齿轮中时，通过使用可变量液压泵和马达的联合操作来获得输出传动比方面的变化，以减慢转轮体的转速，以便当转轮体在发动机方向上的转速减慢时，变速器产生连续减小的齿轮减速，并且当转轮体停止时，变速器提供发动机输入的超速驱动比。

最新描述的Torvec型变速器仅通过使用液压泵和马达的组合来提高传输效率，而不使用车辆发动机作为车辆速度的主要控制器，从而避免了上述的发动机加速度的损失。然而，甚至所述最新的Torvec型变速器的结构仍然通过分开的转矩路径而损失了一些效率，该路径通过液压泵和马达传递输出转矩。

特殊的关注还调用了另一个现有技术的器具，即，U.S.6,983,680和U.S.2004/0168567中所公开的Torvec型长活塞液压机器，在此以引用的方式加入上述专利申请。在以下详细说明部分中更详细地涉及了该现有技术。

此处所公开的本发明是刚刚讨论过的Torvec型IVT的成功试验过的早期方案的进一步的改进，并且本发明公开的两个实施例中的液压机构使用U.S.6,983,680和U.S.2004/0168567中所公开的液压机构的变形。

发明内容

本发明的变速器是非常小型的结构，其在所公开的两个实施例中仅包括最小化的轨道器齿轮联合体和单个旋转控制设备。最小化的轨道器仅包括：通过至少一个塔齿轮的不同齿轮装置部分互连的控制齿轮和输出齿轮，该塔齿轮被轨道转轮体(web)支承，该轨道转轮体响应于由主发动机(primary engine)所提供的输入驱动。旋转控制设备可以是能够提供足以匹配主发动机的转矩以减慢并停止轨道联合体的控制齿轮的无限变化(infinitely-variable)的抵抗转矩的任何种类的器具。

在第一实施例中，旋转控制设备是液压千斤顶机构，该液压千斤顶机构具有连接到可调整的斜板上的驱动轴并且具有输入与输出端口，该输入与输出端口通过极其最小化的流体通道连接，该流体通道由受控的压力阀关闭。[注意：此处使用的术语“液压千斤顶”表示液压换能器，其无论怎样也不提供推进运动，而是仅用来产生液压形式的受控的抵抗转矩。]在车辆加速期间该单个液压千斤顶机构产生抵抗转矩，但是在启动、发动机怠速和车辆巡航期间在车辆的发动机上作用可以忽略的负荷。此外，该单个液压机构的工作省略了传统地用于液力机械受控变速器中的液压泵。本发明通过使用液压千斤顶来提高效率，该液压千斤顶仅用于减慢齿轮装置的运转而不以传统方式驱动它。

在第二实施例中，旋转控制设备是电磁制动器，该电磁制动器产生抵抗转矩以减慢和停止连接到控制齿轮上的磁性轮的旋转。再者，像第一实施例的液压制动器一样，该磁力制动器通过减慢齿轮装置的运转而不以传统方式驱动它来提高效率。

在供大部分车辆使用的优选的第三实施例中(例如，客车、运动型多用途车辆和卡车)，仅增加使用外环齿轮的单个传统的行星齿轮联合体来提供转矩反馈，该转矩反馈对抗由液压千斤顶机构产生的抵抗转矩以在最高减速和由主发动机提供的输入驱动的预定超速驱动之间减小轨道器输出传动比的变化率。也就是说，当以不大于750-1500转/分钟的速度运行车辆发动机时，该行星式联合体延长了无限变化齿轮减速的周期直到车辆达到25-48英里/小时(mph)的速度。

在本发明的另一个实施例中，包括第二液压机构以产生混合动力驱动。通过使用刚才所描述的本发明的简化液压变速器的汽油或柴油发动机来提供车辆的主驱动。然而，为该结构增加储能器组件(a)以在滑行或制动期间用加压液压流体的形式储存车辆的动能，并且(b)重新使用所储存的能量来协助车辆的加速或行驶。在滑行和制动状况期间，车辆驱动轴的旋转被用作液压机构(起泵的作用)的输入，以将液压流体从储存器输送到加压罐。为了帮助车辆的加速，该液压机构(起马达的作用)被所储存的加压流体驱动来向车辆的驱动轴提供补充的驱动转矩。

附图说明

图1是本发明的液压千斤顶方案的第一实施例的示意性视图，显示了轨道齿轮联合体的横截面。

图2是图1中的变速器的方框图，以示意性的形式显示了本发明的液压千斤顶机构的横截面。

图3是本发明电磁制动器方案的优选实施例的示意性视图，以横截面方式显示了轨道齿轮联合体、磁性轮和线圈，并且利用方框图来图解其他部件。

图4A是图3的轨道齿轮联合体、磁性轮和线圈部分的透视图。

图4B显示了去除线圈后的图4A的磁性轮。

图5是本发明进一步的实施例的示意性视图，其显示了补充的单个传统的行星式联合体来提供转矩反馈，各个齿轮的相对大小仅用来表示实际传动比的大致近似。

图6是本发明进一步的实施例的局部示意性视图，其包括适合使用在混合动力车中的储能器器具。

具体实施方式

现在，特殊的关注要求本发明优选的液压千斤顶的实施例使用上述现有技术的Torvec型长活塞液压机构的变形。这些Torvec型长活塞液压机构的商用品质的原型已经在大型SUVs(运动型多用途车辆)和小型载重汽车中成功制造并试验过，并且当这些新的和不寻常的液压机构还没有享有广泛知名度时，其是供此处所描述的本发明使用的优选液压机构。不能过多强调液压机构的该设计，因为目前可得到的商用液压泵和马达被视为不能用于本发明，因为：(1)它们比Torvec型长活塞机构大许多且重许多；(2)它们不能提供机动车应用所需的高速度；(3)它们不具备Torvec型长活塞机构的启动转矩的能力；(4)它们的“脱离”转矩使其不适合于本发明，甚至当卸载时也需要数十磅的力来开始转动它们的驱动轴，然而可以利用手或指状夹具来转动Torvec型长活塞机构的卸载后的驱动轴；和(5)在低斜板角度下本商用液压机构的容积效率很差，然而在实际试验中，利用1700转/分钟的输入速度，Torvec型长活塞液压机构在1.5°的斜板角度上产生2000磅/平方英尺或更大，在该小角度下显示了非常高的容积效率。有这些刚列出的缺陷，如果这样的标准液压机构被用于本发明的变速器，则本发明的许多优点将丧失，例如，本发明的空档“空载”状况不能达到，将必须使用车辆制动器，以避免当在交通中停留在水平地面上等情况时，车辆“爬行”而浪费燃料。

当优选地将本发明变速器的轨道齿轮装置一直连接到旋转控制设备(即，液压千斤顶机构或电气制动的磁性轮)上时，当在车辆行驶期间致动并调整旋转控制设备来改变变速器的传动比时，仅出现由所述抵抗负载所提供的显著负载。该抵抗负载提供了抵抗转矩，当斜板被倾斜和/或流体控制阀被调整时或者一旦磁力制动器上的电控制线圈被激励时，该抵抗转矩通过开始连续减小速度来逐渐地减慢控制齿轮的转速。该抵抗转矩的逐渐增加促使控制齿轮成比例地逐渐减速。从通过无限变化的齿轮传动比的变速器输出，控制齿轮的减速产生驱动转矩，当最初启动时该传动比暂时从∞∶1-300∶1开始，并且当控制齿轮停止时结束，以预定的超速传动比(例如，0.7∶1)来产生变速器输出。

为了更好地在大部分车辆中使用，主发动机的输入驱动还被导向至具有外环齿轮的单个行星式联合体的太阳齿轮。当环齿轮被连接到轨道齿轮联合体的输出齿轮上时，该行星式联合体的行星架传递变速器的输出。众所周知在现有技术中，当行星架被停止时(例如，当车辆静止不动时)，环齿轮响应发动机向行星式联合体的太阳齿轮的输入而向后运行。当抵抗转矩开始减慢轨道齿轮联合体的控制齿轮的旋转时，环齿轮的该负旋转产生了转矩反馈，当由液压千斤顶机构产生的增大的抵抗转矩减慢轨道齿轮联合体的控制齿轮的旋转时，该转矩反馈延长了无限变化齿轮减速的周期。

在本发明的液压千斤顶的方案中，液压机构不象传统的液压泵或马达一样动作。决不使用液压机构来驱动车辆。反而，其唯一目的是产生受控的抵抗转矩。也就是说，液压机构的斜板和/或流体阀的各无限变化的运动引起了液压千斤顶机构的活塞中的液压力水平的变化，并且所述压力只用作抵抗转矩来减慢千斤顶机构的旋转。

利用本发明优选的液压千斤顶的实施例，液压千斤顶机构利用受控的流体的最小体积来运行，并且连接千斤顶机构的输入和输出端口的最小流体通道被电控制的压力阀关闭。当车辆随着发动机的操作而静止不动时，千斤顶机构的斜板被设定在其0°位置，并且千斤顶机构的驱动轴利用最小能量消耗来自由转动。当希望车辆加速时，液压千斤顶机构的斜板和压力阀的致动立即产生了液压流体的抵抗压力，该抵抗压力提供了平稳和安静的启动。此后，调整斜板角度和流体阀来减少在液压机构的高和低压力侧之间的流体的流动，并且逐渐增大减慢控制齿轮的旋转的抵抗转矩。

本发明的变速器通过使用简单的旋转控制设备(即，刚才所描述的简化的液压千斤顶或磁力制动装置)来在发动机效率方面提供重要的增益，而不是如用于车辆加速的主要工具的车用发动机。在完全加速到公路巡航速度期间提高了效率，因为：(1)车辆发动机保持在空转速度或保持在连续的相对较低的转速(rpms)内的稍微增大的转速(一般在75-100rpm/sec的速率时优选为750到大约1500转/分钟)，并且同时(2)简化的变速器提供了输出转速中的连续无限变化的增加，而在转矩中提供了连续成比例地无限变化的减小(通过传动比的减小)。因为变速器在极低的车辆速度下产生了所述很大的起动转矩，并且因为在转矩和车辆速度方面的变化保持成比例，从而由发动机消耗的马力可以更密切地与由公路和交通条件所决定的需求相匹配。

仅当在加速过程期间提供无限减小的齿轮减速时液压千斤顶是有效的，并且仅发动机马力的很小一部分在减慢液压千斤顶轴的旋转中被消耗掉。当车辆停止时，斜板返回到0°，并且压力阀打开，停用液压千斤顶，并且停用的液压机构消耗最小的马力(如果有)。当车辆按巡航速度行驶时，液压机构被加压并保持锁定以将控制齿轮保持在其停止位置，以100％效率的方式来运行(如同啮合的离合器一样)，并且仅消耗一部分马力，该部分马力还包括供给泵补充渗漏中损失的流体所需要的能量。

同样，在变速器的磁性轮的方案中，磁力制动器仅当线圈中的电流无限变化的增大而引起电磁力的水平不断增大时有效，以产生减慢磁性轮旋转的抵抗转矩来在加速过程期间提供无限减小的齿轮减速，该电磁力的水平起对抗磁性轮的磁体磁场的作用。当磁性轮和控制齿轮停止并且获得巡航速度时，将锁应用于磁性轮，以将其保持在其停止位置上，并且线圈不带电。在减速情况期间，所述锁被停用并且磁性轮随控制齿轮而自由地转动。

在实际的车辆试验中，本发明基本的液压千斤顶变速器的原型样机(即，无行星齿轮组)利用发动机转速中的相对小的增加(例如，在大约75-100rpm/sec时的750-1000转/分钟)来适当地将轻型载货汽车加速到30英里/小时。这是在现有的传统变速器的相对低效率上的显著改进，现有的传统变速器仅通过在几个反复期间迅速并连续地将发动机速度提高到大大高于1500转/分钟来获得车辆的加速度，不必要地浪费了发动机效率。在由实际的车内试验所证实的进一步的改进中，当车辆在交通中停留时(例如，停止在交通灯处)，发现该原型变速器以传统自动变速器的大约一半的速度消耗燃料。

当然，许多操作者缺乏专门技术或耐心来学习以上刚说明过的手动控制程序，并且其他许多人在加速踏板上是不必要地“动作迟钝的”。因此，在本发明的一个实施例中，车辆操作是计算机辅助的。所述计算机程序检测加速踏板的角度以及该角度已经被操作者增大或减小的速率来逐渐从连续的相对低转速中选择发动机速度，控制发动机速度增大的速率来优化用于由操作者的动作所指示的理想加速度变化率的马力/燃料的消耗。在车辆达到理想速度水平时，如由操作者释放的加速器的角度所指示的，计算机使发动机后退到保持速度所必需的最低转速水平。

最近的Torvec型IVT变速器已经比它们所替换的传统变速器小很多和轻很多，并且本发明的几个实施例甚至更小并且比早先的IVT设计具有显著更小的体积和重量，因为它们省略了一个完整的液压机构。

基本的液压千斤顶变速器

图1和图2是本发明的液压千斤顶方案的实施例中的一非常小的和紧凑的变速器的示意图。变速器被附着到为轨道齿轮联合体14提供输入的主发动机10的曲轴12上，该轨道齿轮联合体与旋转控制设备结合，该旋转控制设备在该优选实施例中被公开为液压千斤顶机构16。输入轴18用花键连接到发动机曲轴12上，其中两者都沿第一轴线13对齐。中央驱动盘20被定位在两个端板22之间，并且所述刚指明的三个元件一起形成了还围绕第一轴线13旋转的变速器的轨道转轮体。输入轴18也用花键连接到中央驱动盘20上。端板22支承轨道轴24的各个端部，该轨道轴携带包括塔齿轮26和塔齿轮28的塔齿轮布置。虽然优选的轨道齿轮联合体包括至少两套或三套轨道轴24和塔齿轮26/28，但是为了清晰的缘故仅显示了一套。此外，备选地，发动机曲轴12可以用花键直接连接到中央驱动盘20上。中央驱动盘20具有为塔齿轮26/28提供间隙的开口，并且控制齿轮30与塔齿轮26啮合，而塔齿轮28与输出齿轮32啮合，该输出齿轮连接到变速器输出轴34上，该变速器输出轴依次连接到车辆驱动轴35上(如在下面进一步详细说明的)。

控制齿轮30被固定到控制驱动齿轮36上，并且控制齿轮30、36两者类似地被固定到空心轴38上，该空心轴外切变速器输入轴18。控制驱动齿轮36与固定到液压千斤顶机构16的驱动轴42上的液压驱动齿轮40啮合，该驱动轴产生抵抗转矩以控制轨道齿轮联合体14的输出。控制齿轮30比塔齿轮26大，并且塔齿轮28比输出齿轮32大。

在本发明的一个实施例中，轨道齿轮装置的齿轮齿数比如下，附图标记来自图1和图2：

齿轮                                齿数

a.控制齿轮30                        32

b.塔齿轮26(与30啮合)                19

c.塔齿轮28(固定到26上)              33

d.输出齿轮32(与28啮合)              22

e.控制驱动齿轮36(固定到30上)        60

f.液压机构的驱动齿轮40(与36啮合)    30

液压千斤顶机构16包括布置在汽缸中的多个活塞44(未单独显示)，该液压千斤顶机构作为所公开的几个实施例中的变速器的旋转控制设备来工作。通过可调整的斜板46的位置来控制活塞44的冲程，该斜板与驱动轴42和液压驱动齿轮40旋转。气缸组48包括用于各活塞的汽缸，各汽缸具有仅通过可由流体压力阀54关闭的很小的通道52连接的输入和输出端口50，该流体压力阀还用作卸压阀(例如，用于避免机构16内的压力增大到4000psi以上)。

当斜板46设定为0°时，驱动轴42和斜板46可以自由旋转而不会在液压机构16的任何部分(包括最小的通道52)中引起流体压力的任何显著增大。然而，当需要加速时，将斜板46移到预定角度处并且调整压力阀54以限制通过最小通道52的流动，增大液压机构内部的液压并且减慢斜板46、驱动轴42、液压驱动齿轮40和控制驱动齿轮36的旋转来提供抵抗转矩，该抵抗转矩与抵抗转矩的增大成比例地减小控制齿轮30的旋转。该抵抗转矩直接与液压机构16中的流体压力变化，并且所述压力逐渐增大直到斜板46的调整和压力阀54的关闭产生足够的抵抗转矩以阻止控制齿轮30的旋转并促使变速器以其超速驱动比(例如，0.7∶1)来驱动车辆。

在所公开的优选实施例中，来自轨道齿轮联合体14的输出轴34优选通过拨叉机构56连接到标准的“前进/反转”齿轮联合体58上，该齿轮变化传统地是通过标准变速杆来控制的。虽然联合体58的前进和/或反转齿轮装置的最后输出可以与变速器输出保持为1∶1，但是在一些设计中可以要求一些不同的输出传动比。此外，优选地计算机60通过流体压力传感器64来监控(a)车辆的加速踏板62(位置和变化速率两者)、(b)手动变速杆63和(c)液压机构16中的液压流体压力，以控制(d)斜板46的调整、(e)流体压力阀54的调整和(f)离合器56的操作。

以下部分涉及本发明变速器的操作。参考刚才描述过的基本液压千斤顶的实施例来描述这些操作功能。然而，应该理解，这些相同的操作功能同样适用于本发明的所有实施例，包括以下论述的磁力制动和反馈的实施例。

启动

当车辆静止并且发动机首先起动时，优选发生以下事件：发动机开始以怠速运转(例如，750转/分钟)。小型齿轮联合体14的轨道转轮体20、22以发动机速度与发动机曲轴12旋转。停放的车辆的车轮仍然静止在地面上，因为变速器的输出齿轮32被连接到车辆的驱动轴35上，所以输出齿轮32被保持于停止状态。当输出齿轮32保持停止时，随着轨道转轮体20、22围绕第一轴线13转动轨道轴24和塔齿轮26、28，当轨道转轮体随发动机的驱动而移动时，塔齿轮28围绕停止的输出齿轮32滚动。在这些条件下，利用如上所述的优选的传动比和液压千斤顶机构16的斜板46被设定为0°，控制齿轮30以大约发动机输入速度的二分之一(例如，375转/分钟)来旋转，并且液压驱动齿轮40、轴42和斜板46全都仅按比控制齿轮30的速度更快的某一预定的超速驱动比自由地旋转，仅增加了最小的摩擦负载。再次，特殊的关注认定的事实是，此处的优选实施例中所公开的液压机构是U.S.6,983,680和U.S.2004/0168567中所公开的上述现有技术的Torvec型长活塞液压机构的变形，其确保了刚才所描述的空档的“最小负载”状态的成功操作。

从驻车停止开始

当车辆从驻车停止开始起动时，优选发生以下事件：当发动机10保持怠速时(例如，750转/分钟)，响应于加速踏板62的压下或者手动地或者在计算机控制下，斜板46在前进方向上被初始地移动到预定角度，并且压力阀54被调整来开始逐渐阻挡最小的通道52。压力立即在液压千斤顶机构16内增加，并且该同一立即的压力增大引起控制齿轮30从其自由转动速度的减速，该自由转动速度大约为发动机的怠速的二分之一(例如，375转/分钟)。齿轮联合体14通过在输出齿轮处产生瞬间的接近无限的齿轮减速来响应控制齿轮30的该减速，其在零点几秒内降至1000-300∶1的齿轮减速比，使车辆的车轮开始以非常高的转矩非常慢的转速来转动。

此后，车辆响应斜板46和压力阀54的继续调整而被加速。然而，重要的是，注意到该加速度变化率是相对快的。该增大的压力产生了抵抗和减慢斜板46、液压机构的驱动轴42、液压驱动齿轮40、控制驱动齿轮36和控制齿轮30旋转的抵抗转矩。控制齿轮30增大的减速导致了变速器输出轴34以刚才所描述的迅速降至大约30-20∶1的高传动比来伴随地逐渐增大变速器输出轴34的旋转，传输成比例的发动机转矩并且开始移动车辆的车轮。

当车辆加速时，该刚才描述过的过程进一步继续降低数字传动比，直到车辆达到大约30-50英里/小时。此时，几乎同时发生以下状况：(a)控制齿轮30停止；(b)斜板46和流体阀54被保持在其各自的调整后的位置上；(c)液压千斤顶机构16中的液压保持“锁定”(像液压离合器一样)，施加恒定的反压力，该反压力将控制齿轮30维持在其停止状态中；和(d)如果变速器输出齿轮32被离合器保持，则其尽可能有效地以预定的超速驱动状态来运行。

当传统地通过小型的供给泵将连续渗漏(例如，在车辆速度为50英里/小时或更快时小于1加仑/分钟)替换到千斤顶机构的低压(抽吸)侧时，液压机构16被维持锁定状态。

当巡航时

在公路巡航速度下(即，斜板46和控制齿轮30保持在限制位置上以维持预定的巡航压力)，当需要更大的驱动转矩时，例如在斜坡上保持速度或超过其它车辆，操作者仅稍微地将变速杆63从其限制位置上移回。这就是要求将斜板46移动到稍微大些的角度处所做的全部，减小了固定的巡航压力，并从而重新起动液压活塞44和控制齿轮30的运动，以增大变速器的传动比和输出转矩。

车辆可以设有众所周知的“巡航控制”器具。如果是这样的话，当在巡航控制下以某一期望的巡航速度行驶并且车辆遇到小山时，操作者或者由计算机60通过最小通道52中的流体压力传感器64注意到变速器上的负荷增大了，而该压力增量是或者通过计算机输入或者手动移动变速杆63来将斜板46移动几度以开始调整斜板角度和流体控制阀来进行补偿。这些调整仅引起了发动机速度的轻微增加和输出转矩的增大，直到车辆再次达到所要求的巡航速度并且液压系统内部的压力再次变为平衡。斜板46和流体阀54被维持在与要求的压力相当的最佳位置上，以提供足够的抵抗转矩来再次停止控制齿轮30并且将车辆维持于其理想的速度。

当希望使车辆从巡航速度减速时，释放加速踏板62并且调整斜板和流体阀以增大制动转矩，结果迅速增大了传动比。在完全制动状态下，将斜板移动到0°位置并且打开流体阀，从而液压千斤顶变为脱离的离合器以阻止发动机失速。

再次，特殊的关注确认的事实是，液压千斤顶机构16不像传统的泵或马达一样工作，并且增大的液压流体的流动未产生由液压机构16提供的增大的抵抗转矩。相反，当液压输入和输出端口50之间的最小通道52变为逐渐被压力阀54阻塞时，液压流体的流量稳定地减少，直到液压机构16中的压力产生足够大的抵抗转矩以阻止控制齿轮30的旋转并且液压(虽然仍在压力下)停止流动。在该“锁定”状态下，根据液压千斤顶机构16内部产生的压力，流体的流动仅是相对小的渗漏，伴随有渗漏从传统的供给泵至低压侧的相伴的补充。实际上，如以上所指出的，液压千斤顶机构16如同液压离合器一样工作。斜板46的各连续运动和/或流体阀54的关闭调整引起机构活塞的运动以产生不断增加的液压水平，该液压起抵抗转矩的作用以减慢控制齿轮30的旋转。

特殊的关注还要求本发明的另一个非常重要的特征。如以上所指出的，当车辆停止并且输出齿轮32不运动时，轨道齿轮装置产生了机械效益，即发动机输入促使控制齿轮30以空转的发动机速度的预定减速来旋转。有意选择液压驱动齿轮42和控制驱动齿轮36/控制齿轮30之间的传动比，以产生对于由液压千斤顶机构16产生的抵抗转矩压力相同的机械效益。因此，实际上，使控制齿轮30减速的液压抵抗转矩以与发动机转矩减速相匹配的减速来进入齿轮联合体。如以上刚说明过的，所公开的优选实施例通过在液压驱动齿轮40和控制驱动齿轮36之间选择类似2∶1的齿轮减速来提供所要求的匹配发动机的抵抗转矩。然而，甚至可以使该减速更高以需要来自千斤顶机构16的较小初始抵抗转矩来匹配发动机转矩(例如，在与柴油发动机使用的变速器的情况)。

在实际的车辆试验中，当发动机维持在750转/分钟以上一点时，装备有刚才描述过的本发明的液压千斤顶方案的车辆轻易地获得22英里/小时的速度。然而，取决于道路条件，车辆从停止到该速度的加速可能需要10-12秒的时间。因为大部分操作者喜欢更快的加速，可以至多通过较小地增加加速踏板的角度来手动地实现该偏好。计算机控制器60检测所指出的踏板角度以按更一般可接受的速率(例如，100rpm/sec)来增大加速度。实现了该增大的加速度，而发动机的常规空转不超过2000转/分钟。替代的，操作者或计算机逐渐选择相对低水平的增大发动机转速(例如，从750-1500转/分钟的连续区域)。如加速器的压下角度所指示的，控制发动机速度增加的速率，以优化用于所要求的加速度变化率的马力/燃料的消耗。在车辆达到理想的速度水平后，再次由加速器位置所指示的，使发动机速度后退到维持所获得的速度所必需的最低转速水平。

如以上所指出的，应该想到，这些刚才描述过的操作功能同样地适用于本发明的所有实施例，包括以下论述的下面的磁力制动和反馈实施例。

磁力制动变速器

本发明的磁力制动方案在功能上按与图1和2中所示的和如上所述的液压制动方案相同的方式来运行。图3、4A和4B中选择性地图解了所述两个方案之间的显著差别。

在图3中，发动机10’、曲轴12’和整个轨道齿轮的联合体14’实质上与图1和2中所示的类似编号的元件是相同的。主要差别是利用磁性轮/线圈器具90(图3)来置换液压千斤顶机构16(图1)。器具90(也在4A和4B的透视图中显示出的)包括磁性轮91，该磁性轮被固定以用于与控制齿轮30’旋转并且被电线圈92围绕，该电线圈通过环形的线圈支座93来保持。磁性轮91的外部圆周镶有多个永久磁体94，各磁体按其各自的磁场以类似的排列来定位，如图3中的字母N(北)和S(南)所指示的。由电池95向线圈92供应通过象征性地显示为开关/变阻器97的电路的变化的电流水平，该电池由发电机96来充电，该发电机通过发动机10’以传统已知的方式来驱动。

如在稍早描述过的液压千斤顶的实施例中，该磁力制动器实施例的计算机60’类似地响应于车辆变速器具和传感器(在该视图中未显示，但是参见图2)和磁性轮锁98来控制磁性轮/线圈器具90的工作。

如以上刚描述过的，该实施例的操作类似于以上所解释的。即，当车辆停止并且发动机10’运转时，通常允许磁性轮91与控制齿轮30’以由轨道塔齿轮26’和28’所产生的大约为中央驱动盘20’速度的二分之一的减速来自由地旋转，该中央驱动盘是直接由输入轴18’和发动机曲轴12’来驱动的。通过使用电磁产生的反转矩而非液压产生的反转矩来减慢和停止控制齿轮30’而类似地完成车辆的加速。线圈92中增大的电流产生与各永久磁体94的磁场相反的增大的磁场，从而产生减慢磁性轮91和控制齿轮30’的旋转的增大的抵抗转矩。该增大的抵抗转矩在输出齿轮32’处引起了连续的无限齿轮减速，其引起车辆速度按以上详细描述的方式增大。该过程持续直到控制齿轮30’停止并且驱动器的齿轮减速达到超速驱动状态和车辆达到巡航速度。

锁器具98与磁性轮91相关联。锁98通常是停用的(如实箭头所指示的)并且仅当磁性轮91和控制齿轮30’停止且车辆达到巡航速度时被起用(如虚箭头所指示的)。随着磁性轮91被锁定在其停止位置上，打开开关97，切断至线圈92上的电流。因此，当液压机构16保持“锁定”(像液压离合器一样)时，锁器具98起与上述说明过的稍早的实施例中的液压相同的作用，从而施加将控制齿轮30’保持在其停止状态中的恒定的背压力；并且变速器输出齿轮32’如同其被离合器保持一样有效率地以预定的超速驱动状态运行。

仅在方框图中图解了锁器具98，并且本领域技术人员很清楚，可以利用许多众所周知的机械布置来制造该器具，例如，棘爪、棘轮、球、掣子、夹具、钩子、闩锁等，优选电磁地接合和分离。

虽然磁性轮91被显示为固定到控制齿轮30’上，但是可以希望为由磁性轮/线圈器具90产生的抵抗转矩提供某些附加的机械效益，以有意地为传递到控制齿轮30’上的抵抗转矩产生相同的机械效益，该抵抗转矩是轨道齿轮装置为传递到控制齿轮30’上的发动机输入而产生的。利用该机械效益，减慢控制齿轮30的磁性抵抗转矩以与发动机转矩的减速相匹配的减速进入齿轮联合体。例如，类似于以上解释过的液压实施例，磁性轮91可以被安装到独立轴上，通过液压驱动齿轮40和控制驱动齿轮36之间类似于图1所示的齿轮减速布置的控制驱动齿轮被连接到控制齿轮30’上。如果变速器正与柴油发动机一起使用，则这样的附加机械效益可以特别理想地匹配发动机转矩。

抵抗转矩反馈

虽然以上刚才所描述的实施例在许多条件下令人满意地工作，但是对于如客车、SUVs和卡车的机动车辆，可以通过本发明的以下反馈实施例来利用较小的马力获得更快的加速度。从上述实施例的唯一变换是在轨道齿轮联合体和车辆的最后驱动之间包括单个行星齿轮联合体。

在该优选实施例中，发动机转矩总是在两个机械路径之间被分开：第一路径驱动最小的轨道器齿轮组(实质上和上述的轨道器是相同的)的转轮体，并且第二路径驱动具有外环齿轮的单个传统的行星齿轮组的太阳齿轮，该外环齿轮通过被支架保持的一套行星齿轮与太阳齿轮啮合。轨道齿轮组的输出齿轮被连接到行星齿轮组的环齿轮上，并且行星齿轮组的行星架被连接到车辆的驱动轴上。当停放的车辆的车轮仍然静止在地面上时，行星架保持静止，并且至太阳齿轮上的发动机的输入促使行星式的环齿轮在相反方向上旋转。环齿轮的该反向运动是通过轨道器和塔齿轮的输出齿轮到轨道器的控制齿轮的“反馈”。在这些启动状态下，行星式环齿轮的旋转被增加到轨道器的控制齿轮的旋转上，以便后者以大约55％的发动机输入速度和在相同方向上旋转。在这些相同的启动状态下，旋转控制设备(即，所公开的优选实施例中的液压千斤顶)实际上被停用，以允许液压驱动齿轮和液压千斤顶的轴仅与控制齿轮自由地旋转，仅增加了最小的摩擦负荷。

在图5中示意性地图解了该优选实施例，其中主发动机110的曲轴112被固定到发动机驱动齿轮111上，该驱动齿轮啮合轨道器驱动齿轮113和行星驱动齿轮117两者以分别为轨道齿轮联合体114和行星齿轮联合体115提供输入。轨道器驱动齿轮113被固定到驱动盘120上，该驱动盘携带轨道转轮体上的塔齿轮126/128，该塔齿轮依次围绕轨道齿轮联合体114的控制齿轮130和输出齿轮132绕行。行星驱动齿轮117被固定到连接至太阳齿轮150的输入轴119上，该太阳齿轮啮合行星架154的行星齿轮152，该行星架还被固定到变速器输出轴134上。该传统的行星齿轮组还包括具有内齿的外环齿轮156，该内齿与行星齿轮152啮合。环齿轮156被固定到第一反馈齿轮160上，该反馈齿轮依次与连接到轨道齿轮联合体114的输出齿轮132上的第二反馈齿轮162配合。

在本发明的该优选实施例中，液压千斤顶机构116完全与如上所述的液压千斤顶机构16相同，并且用于轨道齿轮联合体114的齿轮齿数比与如上所述的轨道齿轮联合体14的相同，而用于传统的行星齿轮的齿轮齿数比如下，参考图5的附图标记：

齿轮                                   齿数

a.太阳齿轮150                          30

b.环齿轮156                            72

c.行星(空转)齿轮152(与150和156啮合)    -

在下面的描述中，所描述的其他传动比仅是示例性的，可以根据不同的环境和需要选择其他传动比。

随着发动机110的运转，发动机的驱动齿轮111以2∶1的减速来驱动轨道器驱动齿轮113和行星驱动齿轮117两者，同时提供输入用于，(a)旋转转轮体驱动盘120和轨道齿轮联合体114的塔齿轮126/128，和(b)旋转行星齿轮联合体115的太阳齿轮150，各以发动机速度的一半。当车辆静止不动时，车辆的车轮不运动并且行星架154保持静止。在这些条件下，环齿轮156以发动机到太阳齿轮150的输入的-2.4∶1来旋转，并且该反向旋转以2∶1的速比通过第一和第二反馈齿轮160、162被传递到轨道齿轮联合体114的输出齿轮132上。

轨道齿轮联合体114的运转类似于如上所述的轨道齿轮联合体14的运转。即，当输出齿轮132保持停止并且发动机驱动装置正转动转轮体的驱动盘120和塔齿轮126/128时，塔齿轮126/128围绕停止的输出齿轮132滚动，促使控制齿轮130以大约发动机输入速度的二分之一来旋转(利用如上所述的优选传动比)。然而，输出齿轮132被环齿轮156的转动使控制齿轮130的旋转增加到发动机输入速度的大约55％。控制齿轮130的旋转通过控制驱动齿轮136和液压千斤顶驱动齿轮140被传递到液压千斤顶机构116的驱动轴142上。如以上所说明的，在所述条件下，千斤顶机构116的斜板设定为0°，并且千斤顶驱动齿轮140、轴142和斜板全部仅以比控制齿轮130的速度更快的某一预定的超速驱动速率自由地旋转，仅增加了最小的摩擦负荷。

其次，如以上所说明的，斜板和千斤顶机构116的控制阀的调整逐渐增大了千斤顶机构116内的液压，产生了减慢控制齿轮130的旋转的增大的抵抗转矩。最初，这引起输入驱动的非常高的齿轮减速，然后与控制齿轮130转速的减慢成比例地减小直到控制齿轮130停止，并且变速器达到预定的超速驱动状态。

当车辆开始运动并且增大速度时，行星架154增大速度，而环齿轮156的反向旋转成比例地减速。当行星架154的速度已经增大到足以使环齿轮156的反向旋转停止时，行星架154的输出速比为发动机输入到太阳齿轮150上的3.4∶1。此后，行星架154的输出速比连续减小，直到环齿轮156以与发动机输入到太阳齿轮150上的相同速度旋转，并且行星架154的输出速比与发动机的输入为1∶1。在这时候，轨道器114的输出齿轮132继续比发动机输入到太阳齿轮150上的速度更快地移动行星齿轮115的环齿轮156，直到行星架154的输出速比最终变为0.7∶1的超速驱动。

在当轨道齿轮联合体114产生加速转矩期间，出现行星齿轮联合体115的环齿轮156的负旋转的减速、停止和旋转变化。来自环齿轮156的反馈：(a)减慢了液压千斤顶机构116的抵抗转矩减小控制齿轮130的速度的速率，和(b)减慢了轨道齿轮联合体114的输出齿轮132的初始速度的变化。因为环齿轮156的转速和转矩变化被添加到输出齿轮132上，所以变速器的加速转矩(由极高的传动比开始降至超速驱动)被有效地延长到整个更长的起动阶段，该起动阶段持续直到车辆已经达到比轨道齿轮联合体114单独实现这样的超速驱动状态的速度更高的速度。

为了提供该延长部分效果的一些评估，在使车辆发动机维持接近空转速度(例如，750转/分钟)的基本千斤顶的实施例的实际试验中，通过在车辆已经达到12英里/小时的速度时变速器从最高的传动比逐渐降低到超速驱动。刚才所描述的反馈实施例延迟了该进展，以便随着发动机接近空转，未达到超速驱动，直到车辆达到25英里/小时；并且仅利用相对小地增加发动机速度(直到1500转/分钟)，就延迟超速驱动直到48英里/小时。

储能器

图6中局部示意性地图示了本发明另一个实施例，包括允许以类似于用于众所周知的“混合”车辆设计的再生模式来工作的器具。可以将如下所述的储能器系统添加到任何前面所描述过的本发明的实施例中。

在该实施例中，变速器的液压制动方案以上面参照图1和2刚说明过的方式将来自发动机曲轴12的转矩传递到车辆驱动轴35上。与流体储存罐72、流体压力罐74、储能器传动齿轮76、78、离合器80以及储能器控制阀82一起，增加第二液压机构、泵/马达70。

每当车辆制动或滑行时，储能器控制阀82将液压泵/马达70互连到储存罐72、74上，并且同时，离合器80将传动齿轮76、78连接到液压泵/马达70的驱动轴上。在这样的滑行或制动状态期间，通过齿轮76、78增大了车辆驱动轴35的旋转以为泵/马达70供给能量，所述泵/马达用作再生泵来从储存罐72中抽取流体并在压力下将其输送到压力罐74中。压力罐74实质上为各端部以压力罐74的内部覆盖的钢管，其包括以现有技术中众所周知的方式充满可压缩气体的囊状物。再生的流体在压力下进入压力罐74，其开始压缩囊状物中的气体直到压力罐74被充满。

储存罐72优选类似于压力罐74，除了其包含未充气的囊状物以及其最初充有足以使再生系统正常运行的流体。对于许多车辆，包括储存罐72和压力罐74的伸长管可以约为8′-10′长，并且可以沿车架的各相应侧轨被定位。

当希望重新启动或再加速车辆时，液压机构16以上面说明过的方式工作，而离合器80啮合并且阀82被移动到其打开位置。释放储存在压力罐74中的加压流体来为液压泵/马达70供给能量，该液压泵/马达现在象再生马达一样起作用，通过传动齿轮78、76的减速来将驱动转矩添加到发动机的驱动轴35上。在从压力罐74输送加压流体期间，再生系统保持起用(即，阀82保持打开)，以便再生流体被返回到储存罐72，而发动机10维持于空转速度。一旦车辆达到所希望的工作速度，或一旦压力罐74被排空了加压流体，无论哪个首先发生，则关闭再生回路(即，关闭阀82并且脱开离合器80)，并且使发动机10的速度和变速器恢复至正常工作。

一旦压力罐74是空的，或一旦车辆达到预定的最小工作速度，无论哪个首先发生，则关闭再生回路(即，将阀82移动到其关闭位置并且脱开离合器80)，并且基于当时主要的车辆速度状态来使变速器返回至正常工作(即，液压机构16和70的斜板被重新定向到其各自的正常位置)。

在备选实施例中，为了在为美国航空航天局(NASA)设计的在月球上所用的车辆中使用，已经对上述讨论和图5中所示的实施例进行了改进。即，用于该“月球改进型”的发动机110为电动机；旋转控制设备不是液压机构116而是另一个电动机；并且，当行星齿轮联合体115的齿轮齿数比保持如所指出的时，改变轨道齿轮联合体114的齿轮齿数比以提供输入驱动的减速来在该罕见环境的异常条件下更有效地工作。

因此，应理解，此处所描述的本发明的实施例仅是本发明原理的说明性应用。此处，参考所图解的实施例的详细说明不是用来限制权利要求的范围的，它们本身叙述了被认为是对发明来说不可缺少的那些特征。

Claims (25)

1.一种用于主发动机的变速器，所述变速器包括：

旋转控制设备；和

轨道齿轮联合体，其仅包括：

轨道器转轮体，其安装成用于围绕第一轴线旋转并且响应由所述主发动机提供的输入驱动；

控制齿轮，其安装成用于围绕第一轴线旋转并且响应由所述旋转控制设备提供的控制驱动；

输出齿轮，其安装在第一轴线上；和

至少一个塔齿轮，其安装成用于在轨道轴上旋转，该轨道轴被定位成与第一轴线平行并且支承在轨道器转轮体上，该塔齿轮仅与所述控制齿轮和所述输出齿轮啮合，以允许所述轨道轴和所述塔齿轮分别围绕所述第一轴线和所述控制齿轮和输出齿轮运行；

其中选择所述塔齿轮与所述控制齿轮之间的第一齿轮齿数比和所述塔齿轮与输出齿轮之间的第二齿轮齿数比，以便当所述控制齿轮的旋转被阻止时，所述轨道器转轮体的旋转以由所述主发动机提供的输入驱动的预定超速驱动来产生所述输出齿轮的旋转。

2.如权利要求1所述的变速器，其中所述旋转控制设备包括抵抗器具，该抵抗器具用于产生抵抗转矩，该抵抗转矩足够匹配用于减慢所述控制齿轮旋转的所述主发动机的转矩。

3.如权利要求2所述的变速器，其中所述旋转控制设备通过控制驱动减速齿轮以预定速比被连接到所述控制齿轮上。

4.如权利要求3所述的变速器，其中所述控制驱动减速齿轮提供转矩，该转矩至少以与提供给所述控制齿轮的所述主发动机的输入驱动转矩相同的预定减速来抵抗所述控制齿轮的旋转。

5.如权利要求2所述的变速器，还包括具有起用和停用状态的锁，并且其中当所述抵抗转矩足以停止所述控制齿轮的旋转时，所述锁被起用以将所述控制齿轮保持在其停止位置。

6.如权利要求5所述的变速器，其中所述主发动机和变速器被可操作地连接到机动车辆的多个车轮上，该机动车辆包括：

所述主发动机；

车辆速度改变器具，其可由车辆的操作者控制，用于在车辆运行中产生所希望的变化；

传感器，用于监控所述控制齿轮的运动；和

计算机，与所述车辆速度改变器具、所述主发动机和所述传感器互连。

7.如权利要求6所述的变速器，其中所述旋转控制设备和所述锁包括液压千斤顶。

8.如权利要求7所述的变速器，其中所述液压千斤顶包括单个液压机构，该液压机构包括：

多个活塞，其在具有输入和输出端口的汽缸中，该输入和输出端口仅通过可被流体阀关闭的最小通道连接；和

驱动轴，其连接到可调整的斜板上，用于改变所述机构中的液压。

9.如权利要求8所述的变速器，其中当所述液压千斤顶机构的斜板被设定在0°的斜板角处并且所述流体阀打开时，所述驱动轴和斜板被解锁以自由地旋转而不引起所述机构中的液压的显著增大。

10.如权利要求9所述的变速器，其中所述液压千斤顶机构的所述流体阀和所述斜板是可调整的，从而所述机构中的液压是可增大的，以提供阻止所述控制齿轮的旋转的抵抗转矩，由此所述液压千斤顶机构提供抵抗转矩来与所述抵抗转矩的增大成比例地减小所述控制齿轮的旋转速率。

11.如权利要求6所述的变速器，其中当所述车辆停止并且所述主发动机工作时，所述计算机停用所述锁并且允许所述控制齿轮在没有来自所述旋转控制设备的抵抗转矩下旋转。

12.如权利要求11所述的变速器，其中当所述车辆速度改变器具被操作者起用来指示希望增大车辆速度时，所述计算机开始通过所述旋转控制设备来产生抵抗转矩以用于减慢所述控制齿轮的旋转速度。

13.如权利要求12所述的变速器，其中所述旋转控制设备包括电磁制动器。

14.如权利要求13所述的变速器，其中所述电磁制动器包括：

磁性轮，其连接成用于与所述控制齿轮旋转，所述磁性轮具有至少一个磁体，该磁体安装在该磁性轮上邻近其环形表面；

电源；和

线圈，其独立于所述磁性轮安装并且邻近于所述磁性轮，所述线圈响应于电能以产生磁场，该磁场校准成对抗所述磁体的磁校准，从而当向所述线圈传送电能时，所述磁场校准用抵抗转矩彼此对抗，该抵抗转矩足以匹配所述主发动机的转矩用于减慢所述控制齿轮的旋转。

15.如权利要求1所述的变速器，其中所述输入驱动包括与所述第一轴线对准的所述主发动机的曲轴，并且其中所述轨道转轮体还包括：

一对分开的支座元件，用于安装所述塔齿轮的所述轨道轴；和

驱动元件，其固定于并且定位在所述支座元件之间以允许所述塔齿轮自由地旋转，所述驱动元件被固定成用于所述输入驱动旋转；和

其中所述控制齿轮被安装在外切所述曲轴的空心轴上。

16.如权利要求5所述的变速器，其中所述主发动机和变速器通过车辆驱动轴被可操作地连接到机动车辆的多个车轮上，所述变速器还包括：

储能器器具，可连接到车辆驱动轴上；

能量储存工具；和

储能器控制器，用于起用所述储能器器具：

当车辆停放或减速时从所述驱动轴收集能量并且将所收集的能量储存在所述储存工具中；和

当车辆加速时从所述储存工具中恢复能量并且将能量传送到所述车辆驱动轴上。

17.如权利要求16所述的变速器，其中所述储能器器具包括储能器液压机构，并且所述能量储存工具包括供给流体的第一罐和保持加压流体的第二罐。

18.如权利要求16所述的变速器，其中所述储能器器具包括发电机/电动机，并且所述能量储存工具包括蓄电池。

19.如权利要求2所述的变速器，还包括：

单个行星齿轮组，其仅具有：

太阳齿轮，其响应由所述主发动机提供的所述输入驱动；

行星架，其具有用于为所述变速器提供输出的行星空转齿轮；和

外环齿轮，其通过所述行星空转齿轮与所述太阳齿轮啮合；

所述环齿轮被连接到所述轨道齿轮联合体的所述输出齿轮上，以向所述轨道齿轮联合体的所述控制齿轮提供反馈转矩，该反馈转矩对抗所述旋转控制设备的抵抗转矩，以将由所述主发动机提供的输入驱动和所述变速器的输出之间的速比变化率从最高减速减小到预定的超速驱动。

20.如权利要求19所述的变速器，其中：

当所述行星架的旋转被阻止时，所述环齿轮在与所述太阳齿轮的输入驱动相反的方向上旋转；

当所述行星架开始在与所述太阳齿轮的输入驱动相同的方向上旋转并且然后开始增大速度时，所述环齿轮的相反旋转成比例地减小直到所述环齿轮停止，并且所述行星架以所述太阳齿轮输入驱动的预定减速来旋转；和

当所述环齿轮开始在与所述太阳齿轮的输入驱动相同的方向上旋转并且所述环齿轮的旋转增加直到其等于所述太阳齿轮输入驱动的旋转时，所述行星架与所述太阳齿轮输入驱动以1∶1地旋转。

21.如权利要求20所述的变速器，其中，当所述行星架与所述太阳齿轮的输入驱动以1∶1地旋转并且所述轨道齿轮联合体的所述控制齿轮仍然旋转时，所述环齿轮的旋转速度增加到超过所述太阳齿轮输入驱动的旋转速度，所述环齿轮的速度增大与所述控制齿轮的速度成反比直到所述控制齿轮的旋转被阻止，并且所述行星架以输入驱动的预定超速驱动来旋转。

22.一种提供用于主发动机的输出传动比的变速器，所述变速器包括：

轨道器齿轮联合体，其仅包括：

输入部，其将所述主发动机连接到轨道器转轮体、控制齿轮和输出齿轮上，其全部安装成用于围绕第一轴线旋转，和

至少一个塔齿轮，其安装成用于在轨道轴上旋转，该轨道轴定位成与所述第一轴线平行并且支承在所述轨道器转轮体上，该塔齿轮仅与所述控制齿轮和所述输出齿轮啮合，以允许所述轨道轴和所述塔齿轮分别围绕所述第一轴线和所述控制齿轮和输出齿轮运行；

其中，选择所述塔齿轮与所述控制齿轮之间的第一齿轮齿数比和所述塔齿轮与所述输出齿轮之间的第二齿轮齿数比，从而：

当所述控制齿轮的旋转被阻止时，所述轨道器转轮体的旋转以由所述主发动机提供的输入驱动的预定超速驱动来产生所述输出齿轮的旋转；和

当所述输出齿轮的旋转被阻止时，所述轨道器转轮体的旋转以由所述主发动机提供的输入驱动的预定减速来产生所述控制齿轮的旋转；和

控制设备，其用于提供抵抗转矩；

所述控制齿轮响应于由所述控制设备提供的抵抗转矩，所述控制齿轮的旋转被减慢得与由所述控制设备提供的抵抗转矩成比例。

23.如权利要求22所述的变速器，还包括：

单个行星齿轮联合体，其仅具有：

输入部，其将所述主发动机连接到太阳齿轮上，该太阳齿轮通过安装在行星架上的一套行星空转齿轮与外环齿轮啮合，该行星架为所述变速器提供输出；和

所述环齿轮，其与所述轨道齿轮联合体的输出齿轮相连接并且向所述轨道齿轮联合体的控制齿轮提供反馈转矩，该反馈转矩对抗所述控制设备的抵抗转矩，以减小最高减速和由所述主发动机提供的输入驱动的预定超速驱动之间的变速器的输出传动比的变化率。

24.如权利要求23所述的变速器，其中用于提供抵抗转矩的所述控制设备是液压千斤顶。

25.如权利要求23所述的变速器，其中：

所述主发动机是电动机；

用于提供抵抗转矩的所述控制设备是电动机；和

当所述轨道器齿轮联合体的控制齿轮的旋转被阻止时，所述轨道器转轮体的旋转以由所述主发动机提供的输入驱动的预定减速来产生所述输出齿轮的旋转。

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