CN114514134A - 农用车辆的变速器装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种拖拉机变速器(10)包括具有输入轴(26)和输出轴(28)的区间变速箱(12)，该输入轴(26)通过主离合器(32)由原动机(18)驱动。辅助驱动轴(14)独立于输入轴由原动机驱动。扭矩填充驱动系统(16)可在辅助驱动轴(14)与区间变速箱的输出轴(28)之间操作。该系统(16)包括扭矩填充离合器(74)并且可操作成在扭矩填充离合器(74)接合时将扭矩从辅助驱动轴传递到区间变速箱的输出轴。在使用中，当对输入轴的驱动被中断以变换档位时，扭矩填充离合器(74)接合以将驱动从辅助驱动轴传递到输出轴并维持车辆的动量。系统可以将扭矩经区间变速箱的中间轴(30)或经地速PTO驱动而传递到输出轴(28)。

Description

农用车辆的变速器装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于农用车辆的变速器装置。特别地，本发明涉及一种用于具有不同档位区间的诸如为拖拉机之类的农用车辆的变速器装置。

背景技术

拖拉机变速器(transmission)往往具有大量齿轮并且通常具有若干个速度档位(speed gear)和若干个档位区间(gear range)。例如，从慢到快可以有四个变速档位1、2、3和4，以及从低到高的四个区间A、B、C和D。

档位区间也称为工作区，且有助于优化发动机和变速器的效率，从而实现更经济的驱动。每个工作区可以从零开始并提供无级速度调节。在一个已知示例中，变速器具有四个工作区，例如：

工作区A

·用于重型牵引/特殊作物

·0-9公里/小时

·用于最重型的工作，比如低速耕作或特殊作物收割。

·持续地需要高牵引力或需要精确速度调节时的理想选择。

·PTO驱动的拖车情况下的极高牵引力。

工作区B

·用于田地工作

·0-18公里/小时

·通用田地工作范围

·从播种和快速耕作到不同草料作业的理想选择。

·轻松控制不同的操作(比如收割速度)。

·也适合在森林中运输。

工作区C

·用于快速工作

·0-27公里/小时

·在田地条件下运输时的理想选择。

·适用于许多市政应用。

·重载情况下的高效启动。

工作区D

·用于公路运输

·0-50公里/小时

·高速下公路运输的理想选择。

在一种已知的装置中，区间变速箱(range gearbox)具有输入轴，该输入轴可由车辆的原动机经由离合器装置选择性地驱动。两个或更多个输入级齿轮可旋转地安装到输入轴，并且第一齿轮选择装置可操作成选择性地将输入级齿轮中任一个输入级齿轮锁定到输入轴，以在输入轴与该选定的输入级齿轮之间传递驱动。输出轴平行于输入轴排列。输出轴具有可旋转地安装到输出轴的两个或更多个输出级齿轮，并且提供有第二齿轮选择装置以选择性地将输出级齿轮中任一个输出级齿轮锁定到输出轴，以在该选定的输出级齿轮与输出轴之间传递驱动。中间轴布置在输入轴与输出轴之间并且平行于输入轴和输出轴。中间轴承载若干个固定齿轮，这些固定齿轮与可选择的输入级齿轮和输出级齿轮恒定啮合，使得当输入级齿轮和输出级齿轮中的各一个齿轮被选定时，扭矩均从输入轴经由选定的齿轮和中间轴传递到输出轴。通过选择输入级齿轮和输出级齿轮的不同组合，可以提供各种传动比。通常，区间变速箱独立地和/或顺序地切换输入级齿轮和输出级齿轮。

提供具有动力输出装置(PTO)的拖拉机也是众所周知的。拖拉机可能有多于一个PTO，例如前PTO和后PTO。

一般而言，该一个或多个PTO是由拖拉机的原动机驱动的轴，用以将机械驱动传递到所附接的机具——例如打包机旋转耙、施肥机、喷雾泵。机具制造商目前将拖拉机和机具制造为以三种标准速度——即540rpm、1000rpm和地速中的一种标准速度运行。术语“地速”是指PTO输出轴的旋转速率与拖拉机在地面上行驶速度成比例。由于按照这些标准制造机具，因此拖拉机必须配备有以所需速度旋转的PTO输出轴。已经开发出提供有不同速度选项(例如1000rpm、540rpm、地速)的PTO齿轮系。为了便于参照，旨在以一个或多个设定转速(例如，540rpm、1000rpm)提供输出的PTO装置由于PTO输出轴的速度独立于车辆的地速而在下文中将称为“独立”PTO。

在独立PTO的情况下，对PTO的驱动通常获取自由原动机驱动的辅助驱动轴。在此情况下，提供了一种将在给定的发动机转速下产生所期望的PTO输出轴输出速度的PTO变速箱。变速箱可以包括使得用户可以选择不同的PTO输出轴速度的变速齿轮箱。所选择的发动机转速由车辆制造商选定，并且通常是接近最大发动机转速的速度，由此允许发动机转速随着PTO输出轴上的负载增加而下降。在PTO输出轴上的负载相对较低的情况下，不需要通过使发动机以高速运行而提供的扭矩后备。因此，以高速运行发动机并非是有效率的。为了克服这个问题，拖拉机制造商经常提供所谓的经济型PTO驱动模式，其中齿轮系布置成在大约三分之二最大速度的发动机转速下以所期望的速度驱动PTO输出轴。这提高了燃料经济性，并且发动机在较慢的速度下更安静地运行。

为了提供地速PTO，对PTO输出轴的驱动可以获取自车辆变速器的以与车辆的地速成比例的速度旋转的部分。在一些已知的装置中，对地速PTO的驱动获取自区间变速箱的输出轴。

在既提供独立PTO又提供地速PTO选项的情况下，这些PTO可以利用离合器装置经共同的PTO输出轴传送而选择性地接合来自辅助轴的独立的固定速度驱动或获取自区间变速箱的输出轴的地速驱动。

现代拖拉机还可以配备有用以允许在前进与后退行驶之间轻松切换的动力往复式变速箱、以及动力换档变速器(PS)或是无级变速器或(CV)变速器，如下面更详细讨论的。在所提供的情况下，它们通常位于原动机与区间变速箱之间的动力传动系统中，并且包括可操作成选择性地将驱动传递到区间变速箱的输入轴的离合器装置。

拖拉机经常用于需要在前进档和倒档之间频繁切换的应用中，例如装载工作或耕作工作。为了避免反复脱开离合，开发了动力往复式变速箱。动力往复式变速箱允许车辆驾驶员仅仅通过按下按钮或拉动操作杆将行驶方向从前进更改为后退或反之亦然。这消除了驾驶员使用离合器踏板来启动换档方向改变的需要。一些动力往复式变速箱还允许执行从空档到前进档或空档到倒档的换档。

一种类型的动力往复式变速箱需要对离合器的液压驱动。这种动力往复式变速箱的性能受液压致动器将离合器组件从其咬合点移动到其完全接合位置所花费的时间的影响。这称为离合器开始工作(take up)。改变该时期的持续时间会改变离合器开始工作的积极性，并由此改变驱动开始工作的积极性。

提供动力往复式变速箱是指变速器可以提供与倒档相同数量的前进档。对于采用动力往复装置的4速4区间变速器，这将被描述为呈“16×16”变速器。可替选地，拖拉机可以具有带六个速度档位的四区间变速器，因此具有二十四种速度，包括动力往复装置将提供二十四个前进档和二十四个倒档或“24×24”变速器。

此外，现代拖拉机通常配备有动力换档变速器(PS)或是无级变速器或(CV)变速器。

CV变速器可以使用皮带以基本上无限级数的速度将动力从拖拉机发动机传递到驱动轮或诸如履带之类的其他地面接合驱动装置。

为简单起见，本文将提及“轮”或“驱动轮”。然而，应当理解，除非上下文另有要求，否则这些术语还旨在涵盖可用于驱动车辆穿过地面的诸如地面接合轨道之类的其他地面接合装置。

PS变速器在变速器的给定区间内运行，并允许在负载下进行换档。通常使用PS变速器时，操作人员会为特定任务选择发动机转速和合适的档位，然后当负载增加时，发动机转速会下降，操作人员可以变换到更合适的档位。

PS变速器将换档期间的扭矩中断减少到最短持续时间，但是，尽管如此，在换档过程/档位变换期间，由于一个档位脱开以及下一档位接合，对车轮的驱动必然会有短暂中断。

当车辆变速器上存在显著负载时，对驱动轮的扭矩传递中断可能会导致不希望的/不舒适的操作状况——诸如颠簸/断续/中断的车辆运动。当车辆上存在显著的拖拽负载时，这种不希望的操作状况特别突出并且是成问题的。例如，当拖拉机拉犁时，犁与地面的接合有效地充当锚而减缓了车辆的前进。当在档位切换期间驱动被暂时中断时，车辆倾向于非常快地减速。然而，当完成档位变换并恢复驱动时，拖拽负载很快被克服。这会导致不希望的断续操作和驾驶性质，并可能对变速器和动力传动系统的部件造成不适当的过度的磨损，这会导致部件疲劳和早期故障。经常与拖拉机一起使用的其他机具可能会导致与拖曳重型拖车(尤其是上坡)相似的拖拽负载。

PS变速器可以在负载下实现档位切换，同时减少在发动机与驱动轮之间传递的扭矩的中断。这通常通过对每个齿轮使用可选择性接合的离合器装置，或对连接到相应齿轮组的两个驱动轴使用一对离合器，以及使用另外的离合器装置来将所述齿轮连接到输出轴来实现。然而，通常仍有一段期间在发动机与车轮之间传递的扭矩会短暂中断。当变换区间档位时，对车轮驱动的中断是一个特别的问题。

本发明的一个目的是提供一种克服或至少减轻已知车辆变速器的问题的车辆变速器。特别地，本发明的一个目的是提供一种在区间档位变换期间减少对驱动轮的驱动或动力流的中断的变速器。

本发明的另一个目的是提供一种操作这种车辆变速器的方法，以便克服或至少减轻已知车辆变速器的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于农用车辆的变速器装置，该变速器装置包括区间变速箱，该区间变速箱具有输入轴和输出轴，该输入轴可驱动地连接到变速器所安装处于的车辆中的原动机，该输出轴可驱动地连接到输入轴以提供若干个传动比并且在使用中可操作成向车辆的至少一个地面接合构件提供驱动，该变速器还包括独立于区间变速箱的输入轴而可驱动地连接到原动机的辅助驱动轴，其中，该变速器包括在辅助驱动轴与区间变速箱的输出轴之间操作的扭矩填充驱动系统，该扭矩填充驱动系统包括扭矩填充离合器，并且构造为在使用中当扭矩填充离合器接合时将扭矩从辅助驱动轴传递到区间变速箱的输出轴。

有利地，在根据本发明该方面的变速器中，扭矩填充离合器可以接合以将扭矩从辅助轴传递到区间变速箱输出轴，以防止或至少减少当区间变速箱在各档位之间切换时对驱动轮的驱动扭矩的中断。

在一个实施方式中，区间变速箱包括可旋转地安装到输入轴的多个输入级齿轮和用于选择性地将输入级齿轮中的任一个输入级齿轮锁定到输入轴以在输入轴与该选定的输入级齿轮之间传递驱动的第一齿轮选择装置、可旋转地安装到输出轴的多个输出级齿轮和用于选择性地将输出级齿轮中的任一个输出级齿轮锁定到输出轴以在该选定的输出级齿轮与输出轴之间传递驱动的第二齿轮选择装置、具有用于在输入级齿轮与输出级齿轮之间传递扭矩的多个齿轮的中间轴，其中，扭矩填充驱动系统构造为经区间变速箱的中间轴将扭矩传递到区间变速箱的输出轴。

在一个实施方式中，区间变速箱中的输入轴、输出轴和中间轴彼此平行排列，并且扭矩填充驱动系统包括平行于区间变速箱轴排列的扭矩填充驱动轴，扭矩填充驱动系统包括用于将驱动从辅助轴传递到扭矩填充轴的扭矩填充轴输入驱动装置、和用于将驱动从扭矩填充轴传递到区间变速箱中间轴的扭矩填充轴输出驱动装置，扭矩填充离合器形成扭矩填充轴输入驱动装置或扭矩填充输出驱动装置的一部分。

在一个实施方式中，区间变速箱输入轴是中空的并且辅助驱动轴穿过区间变速输入轴，辅助驱动轴在区间变速箱的第一侧离开区间变速箱输入轴，扭矩填充轴输入驱动装置位于区间变速箱的所述第一侧，用于与辅助驱动轴配合。在此情况下，扭矩填充轴输出驱动装置可以位于输入级齿轮的与扭矩填充轴输入驱动装置相对的一侧。扭矩填充轴输出驱动装置可以包括一系列啮合齿轮，该系列啮合齿轮至少包括围绕扭矩填充驱动轴安装的第一齿轮和固定为随中间轴旋转的第二齿轮，扭矩填充离合器可操作成选择性地联接和分离第一齿轮与扭矩填充驱动轴。在不同的实施方式中，扭矩填充离合器形成扭矩填充轴输入驱动装置的一部分。在该实施方式中，扭矩填充轴输入驱动装置可以包括一系列啮合齿轮，至少包括固定成随辅助轴旋转的第一齿轮以及包括另一齿轮，其中，扭矩填充离合器可操作成选择性地联接和分离所述另一齿轮与扭矩填充驱动轴。扭矩填充轴输出驱动装置可以包括固定成随扭矩填充驱动轴旋转的齿轮，所述齿轮与区间变速箱的输入级齿轮中的一个输入极齿轮恒定啮合接合，并且其中，所述输入级齿轮中的一个输入极齿轮是与固定成随区间变速箱中间轴旋转的齿轮恒定啮合接合。

在扭矩填充驱动系统构造成经区间变速箱中间轴将扭矩传递到区间变速箱输出轴的情况下，扭矩填充驱动系统可以包括一系列啮合齿轮，所述啮合齿轮中的第一啮合齿轮固定成随辅助驱动轴旋转，所述扭矩填充离合器可操作成选择性地联接和分离所述系列中的最后一个齿轮与区间变速箱中间轴。

在一个实施方式中，变速器包括可通过地速PTO离合器与区间变速箱输出轴驱动地接合的地速PTO变速器轴，扭矩填充驱动系统可操作成经地速PTO变速器轴和地速PTO离合器将扭矩从辅助轴传递到区间变速箱输出轴。在该实施方式中，扭矩填充系统可以包括用于在辅助驱动轴与地速PTO变速器轴之间传递驱动的齿轮系，扭矩填充离合器可操作成选择性地联接和分离齿轮系的最后一个齿轮与地速PTO变速器轴。扭矩填充驱动系统还可以具有另外的离合器，该另外的离合器可操作成将齿轮系中的第一齿轮驱动地联接到辅助驱动轴。所述另外的离合器可以是独立的PTO离合器。

变速器还可以包括位于区间变速箱上游的PS变速器和/或往复式变速箱。

根据本发明的另一方面，提供了一种农用车辆，包括如上所述的变速器装置。车辆可以包括可操作地连接到区间变速输入轴和辅助驱动轴的原动机。车辆可以是农用拖拉机。

根据本发明的又一方面，提供了一种操作根据先前限定的方面的农用车辆的方法，该方法包括接合扭矩填充离合器以在区间档位的变换期间将扭矩从辅助轴传递到区间变速箱输出轴。

该方法可以包括一旦完成档位变换就脱开扭矩填充离合器。

在扭矩经区间变速箱的中间轴从辅助轴传递到区间变速箱的输出轴的情况下，接合扭矩填充离合器以将扭矩从辅助轴传递到区间变速箱输出轴的步骤只能在输入级区间齿轮变换期间进行。

根据本发明的再又一方面，提供了如上文所限定的操作农用车辆的方法，该方法包括：

a)在保持对辅助驱动轴的驱动的同时，中断对区间变速箱轴输入轴的驱动；

b)在对输入轴的驱动中断的同时，在区间档位之间进行切换；

c)一旦档位变换完成，重新接合对输入轴的驱动；

d)至少在中断对输入轴的驱动时的部分时间期间内，接合扭矩填充离合器以将扭矩从辅助轴传递到区间变速箱输出轴。

该方法可以包括在从原动机到区间变速箱的驱动刚中断之后、在从原动机到区间变速箱的驱动临中断之前或在从原动机到区间变速箱的驱动中断的同时在步骤d)中接合扭矩填充离合器。

附图说明

现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，其中：

图1是包括根据本发明一个方面的变速器装置的拖拉机的示意图；

图2是在图1的拖拉机中使用的根据本发明一个方面的变速器装置的第一实施方式的示意图；

图3是在图1的拖拉机中使用的根据本发明一个方面的变速器装置的第二实施方式的示意图；

图4是在图1的拖拉机中使用的根据本发明一个方面的变速器装置的第三实施方式的示意图；和

图5是在图1的拖拉机中使用的根据本发明一个方面的变速器装置的第四实施方式的示意图。

附图仅以参考的方式提供，并且将被确认为未按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了包括根据本发明的变速器装置10的拖拉机1，该变速器装置的示例性实施方式在图2至图5中更详细地示出。变速器装置10可以容纳在共同壳体中，或容纳在彼此附接而形成单个共同壳体的多个壳体中，该单个共同壳体未示出。该共同壳体适用于附接至车轴(尤其是后轴)并且可以形成底盘的一部分或者可以是在拖拉机变速驱动桥的情况下的结构负载。

参照图2，示出了根据本发明第一实施方式的变速器装置10的示例性示意图。

变速器装置包括区间变速箱(总体上以12标示)、辅助驱动轴14和扭矩填充驱动系统(总体上以16标示)，该系统可选择性地操作成将扭矩从辅助驱动轴传递到区间变速箱的中间轴，如将在下面更详细地描述的。

应当理解，术语“区间变速箱”是指变速器的用于提供若干个可选择的传动比的功能单元。该术语并不意味着该单元位于与变速器中的其他功能单元分开的壳体或箱中，如上所述，这些功能单元可以容纳在共同壳体中。

图2还示出了车辆的原动机18、动力往复单元20和PS单元22，它们可选择地形成根据本发明的变速器的一部分。

原动机18负责车辆的动力产生并且可以例如包括诸如柴油发动机之类的内燃机或为电动机提供动力从而提供电力驱动的发电机，或者实际上原动机26可以是混合驱动系统，例如柴油电动设备。

原动机可以具有用以驱动变速器装置10并最终向驱动轮和车辆上的任何其他系统(诸如PTO)提供动力的任何合适的设计和/或能力。

动力往复单元20和PS单元22也可以是任何合适的类型，因此未详细示出。实际上，动力往复单元20和/或PS单元22可以被省略或由其他功能等效的单元代替。例如，PS单元可以由CV变速器代替。

辅助驱动轴14由原动机驱动，并且用于为车辆的辅助系统提供驱动，该辅助系统诸如车辆的液压系统和/或PTO。这些辅助系统不形成本发明的一部分，因此不作详细描述。然而，用于选择性地将辅助驱动轴14联接到独立PTO齿轮系的PTO离合器以24示出。独立PTO变速器轴25示意性地示出为与独立PTO离合器24的输出或下游部分24a相关联。当独立PTO离合器接合时，驱动从辅助驱动轴14传递到独立PTO变速器轴25，再从该处通过独立PTO变速箱(未示出)传递到PTO输出轴(也未示出)。通常，辅助轴始终被驱动，原动机运行并沿恒定方向旋转，该方向可以对应于原动机的输出轴的方向，例如，顺时针。

区间变速箱12包括输入轴26、输出轴28和中间轴30。所有三个轴排列为使它们的轴线彼此平行并且平行于辅助驱动轴14。

输入轴26通过动力往复装置20和PS单元22与原动机驱动地联接，动力往复装置和PS单元包括用于选择性地将驱动传递到区间变速箱输入轴26的离合器装置。离合器装置通常将包括动力往复单元20中的前进离合器，该前进离合器以32示意性地示出并且为简单起见将被称为主离合器。然而，应当理解的是，本文(包括权利要求)提及的主离合器旨在涵盖可操作成接合及脱开从原动机到输入轴26的驱动的任何合适的离合器。

在该实施方式中，输入轴14是围绕辅助驱动轴同心安装的空心轴，但这并不是必须的。

第一输入级齿轮34和第二输入级齿轮36各自围绕输入轴安装。第一齿轮选择系统包括同步器38，该同步器38可操作成将输入级齿轮34、36中的一者或另一者选择性地锁定为随输入轴旋转。当输入级齿轮34、36被同步器可旋转地锁定到输入轴14时(即，该齿轮被选定)，扭矩可以从输入轴14传递到该选定的输入级齿轮。当输入级齿轮34、36未被选择时，它可以围绕输入轴自由旋转，从而扭矩不会在两者之间传递。

类似地，第一输出级齿轮40和第二输出级齿轮42各自围绕输出轴28安装。第二齿轮选择系统包括另一同步器44，该另一同步器可操作成将输出级齿轮40、44中的一者或另一者选择性地锁定为随输出轴旋转。当输出级齿轮40、42由该另一同步器44可旋转地锁定到输出轴14时(即，该齿轮被选定)，扭矩可以从该选定的输出级齿轮传递到输出轴28。当输出级齿轮40、42未被选择时，则它可以围绕输出轴28自由旋转，从而扭矩不会在两者之间传递。

中间轴30具有若干个永久固定成随该轴旋转的齿轮。这些齿轮包括：

·第一中间轴齿轮46，其与第一输入级齿轮34恒定啮合接合；

·第二中间轴齿轮48，其与第二输入级齿轮36以及与第一输出级齿轮40恒定啮合接合；和

·第三中间轴齿轮50，其与第二输出级齿轮42恒定啮合接合。

中间轴30和中间轴齿轮46、48、50可操作成在输入级齿轮34、36中选定的任一个输入级齿轮与输出级齿轮40、42中选定的任一个输出级齿轮之间传递驱动，以形成从输入轴到输出轴的驱动路径。因此，在使用中，当输入级齿轮34、36中的一个输入级齿轮被选定且输出级齿轮40、42中的一个输出级齿轮被选定并且主离合器32被接合以使输入轴26被驱动时，驱动/扭矩将经选定的输入级齿轮34、36、中间轴30和选定的输出级齿轮40、42传递到输出轴28。输出轴28与后轴(如以52示意性地标示的)驱动地连接以驱动后轮，并且可选地，与车辆的前轴(如以54示意性地标示的)驱动连接以驱动前轮。通过选择输入级齿轮和输出级齿轮的不同组合，提供了四种不同的传动比。在本实施方式中，区间变速箱提供四个区间A、B、C和D。区间A通过选择第二输入级齿轮36和第二输出级齿轮42提供，区间B通过选择第一输入级齿轮34和第二输出级齿轮42提供，区间C通过选择第二输入级齿轮36和第一输出级齿轮40提供，区间D通过选择第一输入级齿轮34和第一输出级齿轮40提供。

为了切换或变换区间档位，主离合器32脱开，使得中断对输入轴14的驱动，从而可以致动档位变换同步器38、44。当在区间A与B之间以及区间C与D之间切换时，仅仅包括输入级同步器38的第一齿轮选择系统需要被致动。当在区间B与C之间进行切换时，包括输入级同步器38和输出级同步器44的两个齿轮选择系统都被致动。在这种情况下，两个同步器通常将被顺序地致动。

当中断对输入轴14的驱动以便切换区间档位时，对驱动轮的驱动也将被中断，如上所讨论的。为了减少这种影响，扭矩填充驱动系统16可操作成在档位变换期间中断对区间变速箱的输入轴的驱动时将扭矩从辅助驱动轴14传递到区间变速箱的输出轴28。在该实施方式中，扭矩填充驱动系统经区间变速箱的中间轴30将驱动传递到区间变速箱的输出轴28。

扭矩填充驱动系统16包括平行于辅助驱动轴14和区间变速箱输入轴26排列的扭矩填充轴60。扭矩填充轴输入驱动装置62采用齿轮系的形式，该齿轮系包括与扭矩填充驱动轴60在旋转上固定在一起的第一齿轮64、与辅助驱动轴14在旋转上固定在一起的另一齿轮66、和在该第一齿轮64与该另一齿轮66之间的中间齿轮68，并且该中间齿轮68布置成使得每当辅助驱动轴由原动机18驱动时均使扭矩填充驱动轴被驱动旋转。应当理解的是，也可以采用用于从辅助驱动轴14向扭矩填充驱动轴62传递驱动的其他装置。例如，可以使用传动带系统或链条系统，而不是使用啮合齿轮。

扭矩填充轴输入驱动装置62在区间变速箱12的相对于原动机18的远侧位于扭矩填充轴的一端处。在扭矩填充轴的相对端是扭矩填充轴输出驱动装置70，该相对端是位于区间变速箱的最靠近原动机18的一侧，该扭矩填充轴输出驱动装置用于将驱动从扭矩填充轴60传递到区间变速箱12的中间轴30。扭矩填充轴输出驱动装置包括围绕扭矩填充轴60安装的第一扭矩填充轴输出齿轮72和用于在接合时选择性地将第一扭矩填充轴输出齿轮锁定到扭矩填充轴60的扭矩填充离合器74。第一扭矩填充轴输出齿轮72与扭矩填充中间轴齿轮76驱动地联接，该扭矩填充中间轴齿轮76与区间变速箱中间轴30在旋转上固定在一起。该装置构造成使得当扭矩填充离合器74接合时，扭矩可以从辅助驱动轴14经扭矩填充轴输入驱动装置62传递到扭矩填充轴60，再经扭矩填充离合器74传递到第一扭矩填充轴输出齿轮72和扭矩填充中间轴齿轮76以驱动中间轴30。倘若选定了区间变速箱12中的输出级齿轮40、44中的一个输出级齿轮，则驱动将从中间轴30传递到区间变速箱的输出轴28并因此传递到驱动轮。

在车辆行驶时的正常使用中，扭矩填充离合器74分离并且驱动以通常的方式经区间变速箱从输入轴26传递到输出轴28。当需要变换输入级区间齿轮34、36时，对区间变速箱的输入轴26的驱动被中断，例如通过脱开主离合器32。然而，对辅助驱动轴的驱动被维持，并且通过接合扭矩填充离合器74，驱动/扭矩从辅助驱动轴14传递到区间变速箱的中间轴30并因此传递到输出轴28和驱动轮以维持车辆的动量。一旦完成档位变换，主离合器32重新接合并且扭矩填充离合器74脱开。这减少了换档过程期间扭矩中断的影响，从而提供了更平稳的驾驶体验。

虽然扭矩填充系统16仅在切换输入级齿轮时——例如当在区间A与B之间以及在区间C与D之间进行切换时——才是可操作的，但是如果扭矩中断，这些变换往往会产生非常显著的影响。例如，区间A与B之间的切换通常会在车辆可能会受到由车辆所拖曳的机具引起的高拖拽负载时的田地工作期间发生。另一方面，在区间C与D之间切换通常会在车辆于道路上行驶并且可能正在牵引重型拖车或机具上坡而产生高拖拽负载时发生。

由于扭矩填充驱动系统16具有固定的传动比，它只能在车辆处于前进档并且齿轮系构造为使区间变速箱中间轴30在用于前进驱动的适当方向上旋转时使用，在此情况下该方向是逆时针方向。此外，扭矩填充驱动系统16的传动比被选择为在区间A与B之间以及在区间C与D之间进行切换时提供平滑过渡。因此，扭矩填充驱动系统16的传动比可以被选择为使得其匹配或介于A区间的顶部与B区间的底部以及C区间的顶部与B区间的底部的传动比之间。

对主离合器32和扭矩填充离合器74的致动可以是同时的或顺序的和/或可以是交叠的。如果致动是顺序的，可以在对输入轴的驱动临被中断之前或刚被中断之后接合扭矩填充离合器，并且在对输入轴的驱动临被恢复之前或刚被恢复之后脱开扭矩填充离合器74，以最小化对驱动轮的扭矩中断。

当在区间C与D之间进行切换时，扭矩填充系统16可以最佳地用于运输或公路模式，用以从5kph到最大行驶速度为车轮提供不间断的扭矩和动力。重型拖车和丘陵条件可能要求区间档位切换的这种高扭矩是必需的。在切换输入级区间齿轮期间，采用传统变速器的牵引可能会损失，进而车速可能会急剧下降，甚至在上坡行驶时车辆可能会停止。在扭矩填充系统16的帮助下，可以在该背景下进行区间档位切换而同时保持车轮的原动力。当在区间A与B之间切换时，扭矩填充系统在田地模式中也是很有用的。

图3和图4说明了根据本发明的车辆变速器的替代实施方式，其中扭矩填充驱动系统16通过区间变速箱12的中间轴30操作。相同的附图标记用于表示与前述实施方式中相同的或执行相同功能的特征部。这些实施方式中的变速器的大部分与第一实施方式中的变速器相同，因此将不再详细描述。区别仅仅在于扭矩填充驱动系统16’、16”的布置。

在图3所示的实施方式中，扭矩填充离合器74’形成扭矩填充轴输入驱动装置62’的一部分，并因此位于扭矩填充轴60’的距离原动机最远处的输入端。扭矩填充轴输入驱动装置62’包括与扭矩填充离合器74’的输入部分或上游部分(在此情况下为离合器盖)旋转地联接的第一齿轮64’和与辅助驱动轴在旋转上固定在一起的第二齿轮66’。第一齿轮和第二齿轮啮合，并且扭矩填充离合器74’可操作成在接合时将第一齿轮与扭矩填充轴60’在旋转上固定在一起地锁定。因此，当扭矩填充离合器74’接合时，驱动从辅助驱动轴14传递到扭矩填充驱动轴60’。同样，应当理解的是，可以采用用于将驱动从辅助驱动轴14传递到扭矩填充驱动轴60’的其他装置，诸如驱动带和/或驱动链的系统。也可以采用替代的离合器装置。

与扭矩填充轴62’在旋转上固定在一起的扭矩填充轴输出齿轮72’位于该轴的另一端。扭矩填充轴输出齿轮72’与第二输入级区间齿轮36恒定啮合，第二输入级区间齿轮本身与区间变速箱中间轴30上的固定齿轮48恒定啮合接合。因此，当扭矩填充离合器74’接合时，驱动从辅助驱动轴14经由扭矩填充离合器74’传递到扭矩填充轴60’，并经由输出齿轮72’、第二输入级区间齿轮36和对应的中间轴齿轮48传递到区间变速箱中间轴30上。该实施方式使用较少的附加部件来形成扭矩填充轴输出驱动装置70’。

如图3所示的扭矩填充驱动系统16’可以以与前述实施方式相同的方式使用，以在通过接合扭矩填充离合器74’切换输入级区间齿轮时临时将驱动从辅助驱动轴14传递到驱动轮。

图4示出了扭矩填充驱动系统16”的又一布置。在此实施方式中，没有扭矩填充驱动轴。而是，通过与辅助驱动轴14在旋转上固定在一起的第一扭矩填充齿轮66”、与第一齿轮66”啮合的第二扭矩填充齿轮76”、以及可操作成接合时从第二齿轮76”将驱动直接传递到区间变速箱中间轴30的扭矩填充离合器74”，将驱动从辅助驱动轴传递到区间变速箱中间轴30。同样，将理解的是，可以采用用于将驱动从辅助传动轴14传递到中间轴30的其他装置。

可以以与前述实施方式相同的方式使用该实施方式中的扭矩填充驱动系统16”来在通过接合扭矩填充离合器74”切换输入级区间齿轮时临时将驱动/扭矩从辅助驱动轴14传递到驱动轮。

从上面描述的各种实施方式中可以看出，扭矩填充驱动系统16、16’、16”的布置可以根据布置需要以各种方式进行修改，用以将驱动从辅助驱动轴14选择性地传递到区间变速箱中间轴30。应当注意的是，由于在前进行驶期间区间变速箱中间轴30沿与辅助轴14相反的方向旋转，因此上述扭矩填充驱动系统16、16’、16”构造为例如通过使用如图2所示的扭矩填充轴输入驱动装置中的中间齿轮68反转辅助驱动轴14与中间轴30之间的驱动方向。

在截至目前所描述的实施方式中，从辅助轴到区间变速箱的输出轴的驱动经区间变速箱中间轴为路径，扭矩填充系统只能在切换输入级齿轮时接合。图5示出了根据本发明的变速器的另一个示例，其中扭矩填充驱动系统16”可以在切换任意区间档位时使用。

在如图5所示的实施方式中，扭矩填充驱动系统16”可操作成经由以80总体上标示的地速PTO动力传动系统的一部分将驱动传递到区间变速箱的输出轴。本实施方式中的变速器的大部分与第一实施方式中的相同，因此不再详细描述。相同的附图标记用于标示与前述实施方式中相同或执行相同功能的特征部。

地速PTO动力传动系统80包括围绕区间变速箱输出轴28和地速PTO离合器84可旋转地安装的第一地速PTO齿轮82。地速PTO离合器可操作成在接合时将第一地速PTO齿轮82联接为随区间变速箱输出轴28旋转。第一地速PTO齿轮82经一个或多个另外的齿轮90与不可相对旋转地固定在地速PTO变速器轴88的一端处的另一地速齿轮86驱动地联接。因此，当地速PTO离合器84接合时，扭矩可以在区间变速箱输出轴28与地速PTO变速器轴88之间传递。可以采用用于在地速PTO变速器轴88与区间变速箱输出轴28之间传递驱动的其他布置。地速PTO离合器可以是爪形离合器或任何其他合适类型的离合器。

地速PTO变速器轴68的另一端92驱动地联接到PTO输出轴(未示出)。因为与本发明无关，该装置未详细示出。然而，如本领域已知的，独立PTO变速器轴25和地速PTO变速器轴88都可以经合适的齿轮布置驱动地联接到共同的PTO输出轴，至少其中一些齿轮是可选择的。该布置构造成使得如果独立PTO离合器24接合则以设定速度驱动PTO输出轴，或者如果接合地速PTO离合器84则以地速驱动PTO输出轴。在一些情况下，还必须选择合适的齿轮来将驱动传递到PTO输出轴。例如，独立PTO动力传动系统可以包括可选择的齿轮，这些齿轮在独立PTO变速器轴25与PTO输出轴之间提供不同的传动比，使得可以有选择地以多于一种的固定速度(例如1000rpm、540rpm和经济模式)驱动PTO输出轴。然而，如果没有齿轮被选择，则即使独立PTO离合器24接合也不会将驱动传递到PTO输出轴。

扭矩填充驱动系统16”’包括用于将驱动从辅助驱动轴14传递到地速PTO变速器轴的驱动装置。在该实施方式中，驱动装置可操作成将驱动从独立PTO离合器24的输出侧或下游侧24a传递到地速PTO变速器轴88，使得仅当独立PTO离合器24接合时才传递扭矩。然而，在一个替代实施方式中，扭矩填充驱动装置可以在独立PTO离合器24上游联接到辅助驱动轴14，使得扭矩填充系统16”’的操作不需要独立PTO离合器24的致动。

独立PTO离合器的输出部分24a通过总体上以96标示的齿轮系与围绕地速PTO变速器轴88可旋转地安装的齿轮94驱动地联接，在此情况中，该齿轮系包括以98和100示意性地标示的一系列啮合齿轮。扭矩填充离合器74”’可操作成在接合时将齿轮94驱动地联接到地速变速器轴88。因此，当独立PTO离合器24和扭矩填充离合器74”’接合时，扭矩可以从辅助驱动轴14传递到地速PTO变速器轴88。如果地速PTO离合器84也接合，则扭矩将从地速PTO变速器轴88传递到区间变速箱输出轴28。

如上所讨论的，独立PTO变速器轴25和地速变速器轴88到PTO输出轴之间的相应传动系可以各自包括可以选择和取消选择的齿轮，使得如果相关传动系中没有齿轮被选择时，独立PTO离合器24和地速PTO离合器84可以接合但不必将驱动传递到PTO输出轴。

在车辆行驶时的正常使用中，至少扭矩填充离合器74”’被脱开并且对车轮的驱动以通常的方式经区间变速箱从输入轴26传递到输出轴28。当需要改变输入级或输出级区间齿轮34、36、40、42时，中断对区间变速箱的输入轴26的驱动，例如通过脱开主离合器32进行。但是，对辅助驱动轴14的驱动被维持，并且通过接合独立PTO离合器24、扭矩填充离合器74”’和地速PTO离合器84，将驱动从辅助驱动轴14传递到区间变速箱的输出轴28并因此传递到驱动轮以维持车辆的动量。一旦完成档位变换，则主离合器32重新接合并且至少扭矩填充离合器74”’脱开。使用扭矩填充系统16”’暂时向负载轮提供驱动扭矩并同时中断对区间变速箱的输入轴的驱动(扭矩填充)，这减少了换档过程期间对驱动轮的扭矩中断产生的影响，从而提供了更顺畅的驾驶体验。

由于扭矩填充驱动系统16”’具有固定的传动比，它只能在车辆向前行驶时使用，并且扭矩填充驱动系统的齿轮系构造为以适当的旋转方向将驱动传递到区间变速箱的输出轴。扭矩填充驱动系统16”’的传动比选择为在一个区间的顶部与下一个区间的底部之间提供平滑过渡。

在车辆的正常驾驶期间，如果独立PTO离合器24和地速PTO离合器84中的PTO在使用中，则可以接合该独立PTO离合器和地速PTO离合器。但是，如果扭矩填充离合器74”’保持脱开，则PTO的使用不会受到影响。根据PTO动力传动系统的布置，如果从地速PTO变速器轴88到PTO输出轴的驱动脱开，则在使用独立PTO时可以致动扭矩填充系统。但是，不预期的是，在使用地速PTO时将不会使用扭矩填充系统。但一般而言，预期的是，从独立PTO离合器24和地速PTO变速器轴88到PTO输出轴的驱动将断开——比方说通过不选择PTO动力传动系统中的某些齿轮，而扭矩填充系统仍处于使用中。

对主离合器32的致动可以与对独立PTO离合器24、扭矩填充离合器74”’和地速PTO离合器84的致动同时或顺序地同步，和/或对各种离合器的致动可以交叠。如果致动是顺序的，则独立PTO离合器、扭矩填充离合器和地速PTO离合器临被接合之前或刚被接合之后中断对区间变速输入轴的驱动，并且对输入轴的驱动临被恢复之前或刚被恢复之后脱开这些离合器。

预期的是，扭矩填充系统将包括电子控制系统，用于控制对扭矩填充离合器74、74’、74”、74”’以及至少对于图5所示的实施方式控制对独立PTO 24和地速PTO离合器84的致动。因此，这些离合器中的每一者均可以包括可由电子控制系统控制的致动系统并且可以包括电子致动器和/或流体致动器。电子控制系统可以包括ECU，其被编程为根据车辆的运行状况而按需要致动扭矩填充系统和扭矩填充离合器。控制系统可以包括各种传感器以提供指示车辆运行状况的输入。例如，这些传感器可以包括指示已请求或需要变换区间档位的传感器。控制系统还可以控制对主离合器的致动，并使扭矩填充离合器74、74’、74”、74”’的接合和脱开与主离合器的接合和脱开相协调。ECU可以是车辆ECU或者它可以是与车辆ECU通信的单独的专用ECU，比方说通过CAN BUS接口通信。各种离合器可以是任何合适的类型。

为清楚起见，图2至图5中所示的车辆变速器已被简化以仅示出与本发明相关的那些细节。如图所示的结合了区间变速箱12和扭矩填充驱动系统16、16’、16”、16”’的实际车辆变速器通常将包括若干附加特征或系统，诸如一个或多个PTO齿轮系和/或履带模式的齿轮系，以及各种离合器和/或差速器，用于将驱动从区间变速箱的输出轴传递到车辆的后轮和/或前轮。例如，图2至图4中所示的实施方式可以包括类似于图5中所示的地速PTO装置。

本领域技术人员将理解，上述描述和示例中的轴和齿轮为任何合适的材料和类型，并且将包括各种外围部件，诸如支撑轴承和紧固件，以便使变速器装置10可操作。

本发明不限于本文描述的实施方式或示例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行修改或调整。例如，可以改变区间变速箱中可选择的输入级齿轮和/或输出级齿轮的数量。因此，作为示例，区间变速箱可以包括三个或更多个可选择的输入级齿轮和/或三个或更多个可选择的输出级齿轮。实际上，至少对于图5所示的实施方式，本发明不限于在具有包括平行的输入轴、输出轴和中间轴的区间变速箱的变速器中使用。

Claims (19)

1.一种用于农用车辆的变速器装置，所述变速器装置包括：区间变速箱，该区间变速箱具有输入轴和输出轴，所述输入轴能够以可驱动方式连接到安装有所述变速器装置的车辆的原动机，所述输出轴以可驱动方式连接到所述输入轴以提供若干个传动比并且在使用中能够操作成向所述车辆的至少一个地面接合构件提供驱动，所述变速器装置还包括辅助驱动轴，所述辅助驱动轴能够独立于所述区间变速箱的输入轴以可驱动方式连接到所述原动机，其中，所述变速器装置包括能够在所述辅助驱动轴与所述区间变速箱的输出轴之间操作的扭矩填充驱动系统，所述扭矩填充驱动系统包括扭矩填充离合器，并且构造为在使用中当所述扭矩填充离合器接合时将扭矩从所述辅助驱动轴传递到所述区间变速箱的输出轴。

2.根据权利要求1所述的变速器装置，其中，所述区间变速箱包括以可旋转方式安装到所述输入轴的多个输入级齿轮和用于选择性地将所述输入级齿轮中的任一个输入级齿轮锁定到所述输入轴以在所述输入轴与选定的所述输入级齿轮之间传递驱动的第一齿轮选择装置、以可旋转方式安装到所述输出轴的多个输出级齿轮和用于选择性地将所述输出级齿轮中的任一个输出级齿轮锁定到所述输出轴以在选定的所述输出级齿轮与所述输出轴之间传递驱动的第二齿轮选择装置、具有用于在所述输入级齿轮与所述输出级齿轮之间传递扭矩的多个齿轮的中间轴，其中，所述扭矩填充驱动系统构造为经所述区间变速箱的中间轴将扭矩传递到所述区间变速箱的输出轴。

3.根据权利要求2所述的变速器装置，其中，所述区间变速箱中的所述输入轴、输出轴和中间轴彼此平行地排列，并且其中，所述扭矩填充驱动系统包括平行于所述区间变速箱的各轴排列的扭矩填充驱动轴，所述扭矩填充驱动系统包括用于将驱动从所述辅助驱动轴传递到所述扭矩填充驱动轴的扭矩填充轴输入驱动装置和用于将驱动从所述扭矩填充驱动轴传递到所述区间变速箱的中间轴的扭矩填充轴输出驱动装置，所述扭矩填充离合器形成所述扭矩填充轴输入驱动装置或所述扭矩填充轴输出驱动装置的一部分。

4.根据权利要求3所述的变速器装置，其中，所述区间变速箱的输入轴是中空的，并且所述辅助驱动轴穿过所述区间变速箱的输入轴，所述辅助驱动轴在所述区间变速箱的第一侧离开所述区间变速箱的输入轴，所述扭矩填充轴输入驱动装置位于所述区间变速箱的所述第一侧，用于与所述辅助驱动轴配合。

5.根据权利要求4所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充轴输出驱动装置位于所述输入级齿轮的与所述扭矩填充轴输入驱动装置相对的一侧。

6.根据权利要求5所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充轴输出驱动装置包括一系列啮合齿轮，所述一系列啮合齿轮至少包括围绕所述扭矩填充驱动轴安装的第一齿轮和固定成随所述中间轴旋转的第二齿轮，所述扭矩填充离合器能够操作成选择性地联接和分离所述第一齿轮与所述扭矩填充驱动轴。

7.根据权利要求4所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充离合器形成所述扭矩填充轴输入驱动装置的一部分。

8.根据权利要求7所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充轴输入驱动装置包括一系列啮合齿轮，所述一系列啮合齿轮至少包括固定成随所述辅助驱动轴旋转的第一齿轮以及包括另一齿轮，其中，所述扭矩填充离合器能够操作成选择性地联接和分离所述另一齿轮与所述扭矩填充驱动轴。

9.根据权利要求7或8所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充轴输出驱动装置包括固定成随所述扭矩填充驱动轴旋转的齿轮，所述齿轮与所述区间变速箱的所述输入级齿轮中的一个输入级齿轮恒定啮合接合，并且其中，所述输入级齿轮中的所述一个输入级齿轮与固定成随所述区间变速箱的中间轴旋转的齿轮恒定啮合接合。

10.根据权利要求2所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充驱动系统包括一系列的啮合齿轮，所述啮合齿轮中的第一啮合齿轮固定成随所述辅助驱动轴旋转，所述扭矩填充离合器能够操作成选择性地联接和分离所述系列中的最后一个齿轮与所述区间变速箱的中间轴。

11.根据权利要求1所述的变速器装置，其中，所述变速器装置包括地速PTO变速器轴，所述地速PTO变速器轴能够通过地速PTO离合器与所述区间变速箱的输出轴驱动地接合，所述扭矩填充驱动系统能够操作成将扭矩从所述辅助驱动轴装经所述地速PTO变速器轴和所述地速PTO离合器传递到所述区间变速箱的输出轴。

12.根据权利要求11所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充系统包括用于在所述辅助驱动轴与所述地速PTO变速器轴之间传递驱动的齿轮系，所述扭矩填充离合器能够操作成驱动地联接和分离所述齿轮系的最后一个齿轮与所述地速PTO变速器轴。

13.根据权利要求12所述的变速器装置，其中，所述扭矩填充驱动系统包括另一离合器，所述另一离合器能够操作成将所述齿轮系中的第一个齿轮驱动地联接到所述辅助驱动轴。

14.根据前述权利要求中任一项所述的变速器装置，其中，所述变速器装置还包括位于所述区间变速箱上游的PS变速器和/或往复式变速箱。

15.一种农用车辆，包括根据前述权利要求中任一项所述的变速器装置。

16.根据权利要求15所述的农用车辆，所述车辆包括原动机，所述原动机以可操作的方式连接到所述区间变速箱的输入轴和所述辅助驱动轴。

17.一种操作农用车辆的方法，所述农用车辆根据权利要求15或16所述，该方法包括在区间档位变换期间接合所述扭矩填充离合器以将扭矩从所述辅助驱动轴传递到所述区间变速箱的输出轴。

18.根据权利要求17所述的方法，该方法包括一旦完成档位变换就脱开所述扭矩填充离合器。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述农用车辆具有根据权利要求2至12中任一项所述的变速器装置，并且其中，接合所述扭矩填充离合器以将扭矩从所述辅助驱动轴传递到所述区间变速箱的输出轴的步骤在输入级区间齿轮的变换过程中进行。

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