CN105531506A - 具有多速组合器的动力路径分开式变速器 - Google Patents

Abstract

披露了一种具有组合器的改进型动力路径分开式变速器，该动力路径分开式变速器包括一个输入动力分路器，该输入动力分路器使输入动力分配于至少一个固定比率机械动力路径与至少一个可变比率动力路径之间。通过将该固定比率机械动力路径的输出和该可变比率动力路径的输出联接到一个组合器，它们的输出被组合。该变速器还包括一个多速传动组件，该多速传动组件包括至少两个可选择传动比。通过在该可变比率动力路径的输入和输出之间结合该多速传动组件可以使得该变速器更加紧凑。

Description

具有多速组合器的动力路径分开式变速器

技术领域

本发明涉及车辆中使用的动力路径分开式变速器。

背景技术

动力路径分开式变速器构架被使用在许多类型的混合动力车辆驱动装置中并且被用作连续可变动力传动系。在简单的动力路径分开式变速器中，动力被分成两路。该动力分路器通常是行星式的，其允许在输入与输出之间的速度变化，但在输入元件和两个输出元件之间具有固定的扭矩分配。典型地一个动力路径是具有固定的速度和扭矩比的简单机械路径。另一个动力路径含有提供可变速度和扭矩比的变化器元件。来自这两个路径的输出的动力在一个组合器齿轮处重新组合。

在运行中，当从零速度开始时，该变速器在其输入处以非零速度和扭矩开始并且在其输出处以零速度开始。该变化器被调节成提供上至通过变化器动力路径倍增的最大扭矩。随着该变速器输出开始转动，该变化器扭矩比率减小而该变化器输入的速度开始下降。当该变化器输入速度接近零时，本质上被传递通过变化器(并且因此通过变化器路径)的唯一动力是由于体积损失(例如滑移)所导致的。代替地，动力被几乎排他地传递通过该固定机械动力路径。

现有技术中已知许多变换器构型。而且，在这些构型之中，通常液压变化器类型是优选的。例如，该变化器可以包括一个静液压泵和电动机组。通常在车辆应用中，所希望的是使部件的空间、重量和成本最小化。为此目的，在这样的动力路径分开式变速器的情况下，特别希望的是使该变速器的液压部分的尺寸最小化。此外，根据该变速器的所需工作周期，用单一变化器来应对所有所需运行状况通常不是最佳的。在这些情况下，增大这样的变速器的运行范围的简单解决方法是将一个多速变速器(例如副传动箱)添加到该动力路径分开式变速器的输出上。这样的解决方法允许使用较小的变化器。然而，这使变速器增加了显著的重量和轴向长度。

举例而言，德国公司芬特(Fendt)已经开发了用于农业车辆和机械的无级变速器(例如变速器)。这些无级变速器采用了这样的动力路径分开式设计并且额外使用了双速副传动箱。然而，这些变速器采用了针对高速和低速范围的同步器组件，并且这可能造成在移动时改变范围困难。

而且，在US7357744中，KineticsDriveSolutions披露了一种采用这种样的动力路径分开式设计的液压机械无级变速器(HMCVT)。这种HMCVT使用行星齿轮系统对车辆或固定设备提供液压和机械动力的组合。该发明进一步包括多种不同的辅助元件来改善HMCVT的性能。

尽管迄今取得了进展，但仍需要继续减少这些有用变速器的尺寸、重量、和成本。本发明解决了这些和如下所述的其他需要。

概述

一个动力路径分开式变速器可以通过将来自一个可变比率动力路径和其他动力路径的输出在一个组合器处组合之前将一个合适的多速驱动组件结合到该变速器中的该可变比率动力路径中来制造得更紧凑。为此目的，合适的多速传动组件具有至少两个可选择的传动比。

这样的动力路径分开式变速器包括一个变速器输入和输出、一个输入动力分路器、至少一个固定比率机械动力路径和至少一个可变比率动力路径、一个组合器、以及一个多速传动组件。该输入动力分路器包括一个输入并且至少包括第一输出和第二输出。该变速器的输入连接该动力分路器输入，该动力分路器的第一输出连接该固定比率机械动力路径的输入，该动力分路器的第二输出连接该可变比率动力路径的输入。该组合器将该固定比率机械动力路径的输出和该可变比率动力路径的输出与该变速器的输出相联接。该多速传动组件包括至少两个可选择的传动比并且被结合在该可变比率动力路径的输入和输出之间。

为了提供可变比率动力，该可变比率动力路径可以包括一个变化器，在该变化器中一个变化器输入连接该动力分路器的第二输出，并且一个变化器输出连接该多速传动组件。为此目的可以考虑不同类型的变化器，包括由以下各项组成的组中的变化器：环形摩擦传动装置、具有多个可变套筒的滑轮、可变锥形传动装置、发电机和电动机组、液力装置或静液压装置。在一个所希望的实施例中，该变化器是包括一个静液压泵与马达组的静液压装置。

此外，还可以采用多种不同类型的多速驱动器组件。例如，适合的多速传动组件包括在该变化器的输出与该可变比率动力路径的输出之间并联联接的一个高速摩擦离合器和一个低速摩擦离合器。在其他实施例中，可以采用牙嵌离合器或同步器。

在多个示例性实施例中，所使用的动力分路器可以是一个行星齿轮组。可以在该变速器的多个不同点处采用传递齿轮。此外，可以遍布变速器出现多个齿轮联轴器，例如在可变比率动力路径中和/或在多速传动组件中。

对于许多车辆(包括用于重载用途的车辆)而言，使用本发明的可变比率动力路径具有两个速度的(即，多速传动组件是双速驱动组件)改进型变速器是足够的。

附图简要说明

图1示出了现有技术的简单的动力路径分开式变速器的示意图。

图2示出了具有双速副传动箱的现有技术动力路径分开式变速器的示意图。

图3示出了本发明的在可变比率动力路径中具有双速传动组件的动力路径分开式变速器的示意图。

图4示出了本发明的在可变比率动力路径中具有双速传动组件的动力路径分开式变速器的示意图，其中该分路器以替代性方式连接。

详细描述

除非上下文另有要求，在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应在开放的包括意义上进行解释。词语“一”、“一个”和类似词被认为是意指至少一个并且不限于只有一个。

“变速器的扭矩比”被定义为变速器输出处的扭矩除以变速器输入处的扭矩。“变速器的速度比”被定义为变速器输出处的速度除以变速器输入处的速度。

“变化器”是指可以改变所提供的输入的扭矩比和速度比的装置。“变化器的扭矩比”被定义为变化器输出处的扭矩除以变化器输入处的扭矩。“变化器的速度比”被定义为变化器输出处的速度除以变化器输入处的速度。

在此，多速传动组件和组合器的组合被称为多速组合器。

图1中示出了具有两个动力路径的简单的现有技术动力路径分开式变速器的示意图。动力路径分开式变速器1包括变速器输入轴2和变速器输出轴3、输入动力分路器4、固定比率机械动力路径5(由虚线展示出)、可变比率动力路径6(由虚线展示出)、以及组合器16。在此，输入动力分路器4是行星齿轮组(如示意性示出的)，并且组合器16是由组合器齿轮7和传递齿轮12组成的齿轮联轴器。变化器8被用来改变可变比率动力路径6中的扭矩，并且包括变化器输入8a和变化器输出8b。在图1中还示意性展示了由传递齿轮10、11组成的一个齿轮联轴器14，在实际的实施例中典型地采用了这些传递齿轮，但它们的数量和位置根据实际实施例的具体设计和构型而变化。

变速器输入轴2连接输入动力分路器4的输入4a。输入动力分路器4的第一输出4b和第二输出4c被对应地连接固定比率机械动力路径5和可变比率动力路径6的输入5a和输入6a。固定比率机械动力路径5和可变比率动力路径6的输出5b和输出6b对应地连接组合器齿轮7和轴13，在该组合器齿轮和轴处它们被组合并且联接至变速器输出轴3。

到变速器1的输入功率因此被分成两个路径5、6。输入动力分路器4允许输入4a和输出4b、4c之间的速度变化，但在它们之间具有固定的扭矩分配。固定比率机械动力路径5是具有固定的速度和扭矩比率的简单机械路径。可变比率动力路径6通过变化器8提供了可变速度和扭矩比率。来自各个路径的动力在组合器齿轮7和轴13处重新组合，并且然后传输到变速器1的输出轴3。

在图1中，输入动力分路器4被示出为简单的行星齿轮组。输入动力分路器4的输入4a连接行星齿轮架4pc。输入动力分路器4的第一输出4b和第二输出4c对应地连接行星齿圈4r和行星太阳齿轮4s。

变化器8可以具有许多不同的设计和构型，包括环形摩擦传动装置、具有多个可变套筒的滑轮、可变锥形传动装置、发电机/电动机组、液力装置或静液压装置。在一个示例性实施例中，变化器8是呈一个静液压泵与马达组的形式。

在开始运行时，动力被以非零扭矩和速度提供至变速器输入轴2，而变速器输出轴3处于零扭矩和速度。变化器8被调节成提供上至通过变化器动力路径6倍增的最大扭矩。此时，没有动力传递通过固定比率机械动力路径5，并且所有动力都传递通过可变比率动力路径6。随着变速器输出轴3开始转动，变化器8的变化器扭矩比减小而变化器输入8a的速度开始下降。当该变速器接近其最高速度比时，变化器输出8b处的扭矩接近零。尽管存在变化器8提供的针对动力分路器输出4c的保持扭矩，但当变化器输入8a的速度接近零时，被传递通过变化器8的唯一动力是由于该变化器的设计产生的体积损失(例如打滑、泄漏等)。此时，因为变速器输入轴2和输出轴3之间的动力被几乎排他地传递通过简单的机械固定比率机械动力路径5，所以变化器8的任何机械效率损失都没有显著影响。

液压变换器是和图1相似的动力路径分开式变速器中使用的优选装置。并且虽然这样的变速器有效地工作，但在大多数移动应用中，所希望的是使该变速器的液压部分最小化，以实现空间、重量和成本的减少。根据该变速器的所需工作周期，可能无法使得一个变化器对于所有所希望的运行状况都是最佳的。如上所述，可以因此将副多速传动箱添加到该动力路径分开式变速器的输出上，以增加该变速器的运行范围。通过这样的解决方法，可以使用较小的变化器。然而，添加一个副传动箱通常增加了重量并且显著增加了变速器的轴向长度。

图2示出了这样的具有双速传动箱的现有技术动力路径分开式变速器的示意图。(在图2中，已使用相同的数字来指示与图1中相同的部件。)动力路径分开式变速器20类似于变速器1，除了可以在可变比率动力路径6中使用具有输入18a和输出18b的较小变化器18，并且多速传动组件22被结合在组合器16与变速器输出轴3之间。

在图2的实施例中，多速传动组件22是具有两个可选择传动比的双速副传动箱。驱动动力从组合器齿轮7和轴13提供至多速传动组件22的输入22a并且通过低速摩擦离合器24和高速摩擦离合器26的适当接合而选择性地引导穿过低速动力路径21或高速动力路径23。如所示出的，高速动力路径23(由虚线所展示)包括高速摩擦离合器26和轴22c，并且在此将动力从多速传动组件22的输入22a直接路径安排到输出22b。低速动力路径21包括齿轮联轴器19、25、轴28以及低速摩擦离合器24，并且将动力从输入22a更间接地路径安排到输出22b。齿轮联轴器19、25对应地由传递齿轮29a、29b和27a、27b组成。为了选择低速运行，低速摩擦离合器24被接合，并且高速摩擦离合器26脱离接合。对于高速运行而言，低速摩擦离合器24脱离接合，并且高速摩擦离合器26被接合。

如从图2中所示的安排显现的，结合多速传动组件22扩展了该变速器的运行范围并且允许使用较小的变化器18。然而，这也显著增加了动力路径分开式变速器20的轴向长度。同样，这些离合器必须传递来自所有固定比例和可变比率动力路径的组合扭矩。本发明的变速器在另一方面提供了相关的益处，而不需要显著增加变速器的长度，并且允许使用较小的离合器。

图3示出了本发明的在可变比率动力路径中具有双速传动组件的示例性动力路径分开式变速器的示意图。(在图3中，已使用相同的数字来指示与图1和图2中相同的部件。)图3中的动力路径分开式变速器30在许多方面类似于图2的变速器20，除了多速传动组件37是被定位在可变比率动力路径36(由虚线所展示)内。如前所述，可变比率动力路径36的输入36a连接输入动力分路器4的第二输出4c。固定比率机械动力路径5和可变比率动力路径36的输出5b和输出36b对应地连接组合器齿轮37b和轴13，在该组合器齿轮和轴处它们被组合并且联接至变速器输出轴3。并且，在可变比率动力路径36内，多速传动组件37的输入轴37a连接变化器输出18b。

在多速传动组件37的安排中，同样是通过低速摩擦离合器24和高速摩擦离合器26的适当接合来选择性地引导驱动动力穿过低速动力路径31或高速动力路径33的。如所示出的，低速动力路径31包括齿轮联轴器32、轴37c以及低速摩擦离合器24。齿轮联轴器32包括传递齿轮32a和32b。高速动力路径33包括齿轮联轴器34、轴37d以及高速摩擦离合器26。齿轮联轴器34包括传递齿轮34a和34b。传递齿轮34b与组合器齿轮37b传动地接合并且还被连接至轴37c。如前所述，低速运行是通过使低速摩擦离合器24接合并且使高速摩擦离合器26脱离接合来选定的，并且高速运行相反。在其他实施例中，诸如同步器或牙嵌离合器的其他接合装置可以替代低速摩擦离合器24和高速摩擦离合器26。

使用多速传动组件37允许在变化器18与变速器输出轴3之间采用多于一个的组合器比率。在其他实施例中，可以采用额外的离合器、齿轮联轴器以及轴，以允许变化器18与变速器输出轴3之间产生三个或更多个传动比。

另外，在此示出的实施例中，固定比率机械动力路径5示意性地示出为简单地由轴13组成，但在替代性实施例中，在维持输入动力分路器4与组合器37b之间固定比率的同时可以采用额外的传递齿轮和轴。

而且，在此示出的实施例中，输入动力分路器4被示出为简单的行星齿轮组。输入动力分路器4的输入4a连接行星齿轮架4pc。输入动力分路器4的第一输出4b和第二输出4c对应地连接行星齿圈4r和行星太阳齿轮4s。然而，在其他实施例中，可以用不同的方式连接该输入动力分路器。例如，图4示出了与图3中示出的相类似的变速器的示意图，除了动力分路器104是以与图3的动力分路器4不同的方式来连接的。在图4中，输入动力分路器104的输入104a连接行星齿轮架4pc。输入动力分路器4的第一输出104b和第二输出104c对应地连接行星太阳齿轮104s和行星齿圈104r。

在进一步的实施例中，一个行星齿轮组的不同元件可以连接该输入动力分路器的输入和输出，并且该行星轮系可以具有不同类型和构型，例如复合式、Ravineaux式等(如本领域技术人员已知的)。

通过图3中的安排可以实现包装优点。通过将该多速功能离开变速器输出轴的轴线重新定位到变化器输出轴线上，就可以显著减小整个变速器30的长度。该齿轮系本身被有效地“折叠起来”。但在实际实施例中，由于变化器18和固定比率机械动力路径5中的轴限定了变速器的宽度，将多速传动组件37在可变比率动力路径36中重新定位在变化器18的后面不会显著地增大变速器宽度。

图3中的安排的另一个优点是，不需要将多速传动组件37的尺寸确定成应对来自两个动力路径的扭矩并且只需要应对可变比率动力路径36中来自变化器18的扭矩。然而，仅考虑变化器18的扭矩而不是来自机械动力路径5的扭矩被倍增。

本说明书中提到的所有上述美国专利、美国专利申请、外国专利、外国专利申请以及非专利出版物通过引用以全文结合在此。

虽然已经示出和描述了本发明的特定元件、实施例和应用，但当然应理解的是，本发明当然并不局限于此，因为本领域技术人员可以尤其借鉴前述传授内容作出修改，而不背离本披露内容的精神和范围。这样的修改应被认为在所附权利要求书的权限和范围内。

Claims (10)

1.一种动力路径分开式变速器，包括：

一个变速器输入和一个变速器输出；

一个输入动力分路器，该输入动力分路器包括一个输入并且至少包括第一输出和第二输出，其中该变速器输入连接该动力分路器输入；

至少一个固定比率机械动力路径，该固定比率机械动力路径包括一个输入和一个输出，其中该动力分路器的第一输出连接该固定比率机械动力路径的输入；

至少一个可变比率动力路径，该可变比率动力路径包括一个输入和一个输出，其中该动力分路器的第二输出连接该可变比率动力路径的输入；以及

一个组合器，该组合器使得该固定比率机械动力路径的输出和该可变比率动力路径的输出与该变速器输出相联接；

其特征在于，该可变比率动力路径包括一个多速传动组件，该多速传动组件在该可变比率动力路径的输入和输出之间包括至少两个可选择传动比。

2.如权利要求1所述的动力路径分开式变速器，其中，该可变比率动力路径包括一个变化器，该变化器包括一个输入和一个输出，其中该变化器的输入连接该动力分路器的第二输出，并且该变化器的输出连接该多速传动组件。

3.如权利要求2所述的动力路径分开式变速器，其中，该多速传动组件包括在该变化器的输出与该可变比率动力路径的输出之间并联联接的一个高速摩擦离合器和一个低速摩擦离合器。

4.如权利要求1所述的动力路径分开式变速器，其中，该动力分路器是一个行星齿轮组。

5.如权利要求1所述的动力路径分开式变速器，其中，该多速传动组件是一个双速传动组件。

6.如权利要求2所述的动力路径分开式变速器，其中，该变化器选自于由以下各项组成的组：环形摩擦传动装置、具有多个可变套筒的滑轮、可变锥形传动装置、发电机和电动机组、液力装置或静液压装置。

7.如权利要求6所述的动力路径分开式变速器，其中，该变化器是包括一个静液压泵与马达组的静液压装置。

8.如权利要求2所述的动力路径分开式变速器，其中，该可变比率动力路径包括至少一个齿轮联轴器。

9.如权利要求3所述的动力路径分开式变速器，其中，该多速传动组件包括至少一个齿轮联轴器。

10.一种通过动力路径分开式变速器以多个速来传输动力的方法，该动力路径分开式变速器包括：

一个变速器输入和一个变速器输出；

一个输入动力分路器，该输入动力分路器包括一个输入并且至少包括第一输出和第二输出，其中该变速器输入连接该动力分路器输入；

至少一个固定比率机械动力路径，该固定比率机械动力路径包括一个输入和一个输出，其中该动力分路器的第一输出连接该固定比率机械动力路径的输入；

至少一个可变比率动力路径，该可变比率动力路径包括一个输入和一个输出，其中该动力分路器的第二输出连接该可变比率动力路径的输入；以及

一个组合器，该组合器使得该固定比率机械动力路径的输出和该可变比率动力路径的输出与该变速器输出相联接；

并且该方法包括：

结合一个多速传动组件，该多速传动组件在该可变比率动力路径的输入和输出之间包括至少两个可选择传动比。