CN116336144A - 用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器 - Google Patents

用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器 Download PDF

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CN116336144A
CN116336144A CN202211315475.0A CN202211315475A CN116336144A CN 116336144 A CN116336144 A CN 116336144A CN 202211315475 A CN202211315475 A CN 202211315475A CN 116336144 A CN116336144 A CN 116336144A
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CN
China
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power
assembly
gear
transmission
powershift
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CN202211315475.0A
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English (en)
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T·G·奥尔
R·D·布雷纳
M·A·雷伯格
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Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
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    • B60K6/48—Parallel type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D21/00—Systems comprising a plurality of actuated clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/065—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with a plurality of driving or driven shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60W2300/00—Indexing codes relating to the type of vehicle
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Abstract

本发明涉及用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器。变速器包括输入组件、电机、变换器和动力换挡组件。输入组件具有定向离合器并被构造成接收旋转发动机输入动力。变换器仅具有单个行星齿轮组，所述行星齿轮组被构造成接收和组合来自所述电机和所述输入组件的旋转输入动力。动力换挡组件被构造成从变换器接收旋转动力，并且动力换挡组件包括主变速齿轮、副变速齿轮、动力换挡离合器和输出轴。动力换挡离合器被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量。动力换挡组件被构造成实现一直到达输出轴的多个不同的旋转动力流，所述旋转动力流是由在每次换挡时啮合齿轮从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。

Description

用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器
技术领域
本公开涉及用于作业车辆的传动系统。
背景技术
作业车辆变速器可以包含连续或无限可变的动力源，例如电机或液压驱动器，以补充或替代来自例如柴油发动机的主动力装置的机械动力，从而在机器的行驶范围中的一些或全部内向机器提供牵引动力。这种变速器可以以多种模式操作，包括仅使用常规机械(例如，发动机)动力或仅使用补充(例如，电)动力的一种或更多种模式。这种变速器还可以包含行星齿轮装置以组合多个动力源。单个动力或组合动力被传递到传动比改变组件以进一步实现不同的操作模式。从那里，动力被传递到车辆传动系的各种动力耗散器或其他下游部件(例如，附加传动比改变组件、差动装置、最终或其他驱动器、地面接合轮或履带等)。
发明内容
本发明提供一种用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器。
具体地，在一个方面，本发明是一种用于作业车辆的变速器，该变速器包括输入组件、电机、变换器和动力换挡组件。输入组件具有定向离合器并被构造成从所述作业车辆的发动机接收旋转输入动力。变换器仅包括单个行星齿轮组，该行星齿轮组被构造成接收并组合来自电机和输入组件的旋转输入动力。动力换挡组件被构造成从变换器接收所述旋转输入动力，并具有主变速齿轮、副变速齿轮、动力换挡离合器和输出轴。动力换挡离合器被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量，动力换挡离合器中的一个与速度和副变速齿轮中的每一个相关联。动力换挡组件被构造成实现一直到达所述输出轴的多个不同的旋转动力流，所述多个不同的旋转动力流是由在动力换挡组件每次换挡时啮合主变速齿轮和副变速齿轮从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。
在另一方面，本发明是一种用于作业车辆的变速器，所述变速器包括输入组件、电机、变换器和动力换挡组件。输入组件具有定向离合器并被构造成从作业车辆的发动机接收旋转输入动力。变换气器仅包括单个行星齿轮组，该行星齿轮组被构造成接收来自电机和输入组件的旋转输入动力。变换器被构造成将来自电机和发动机的旋转输入动力相加，以提供分路旋转动力。动力换挡组件被构造成从变换器接收分路旋转动力，并具有主变速齿轮、副变速齿轮、动力换挡离合器和输出轴。动力换挡离合器被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量，动力换挡离合器中的一个与主变速齿轮和副变速齿轮中的每一个相关联。动力换挡组件被构造成实现一直到达输出轴的多个不同的旋转动力流，所述多个不同的旋转动力流是由在动力换挡组件每次换挡时啮合主变速齿轮和副变速齿轮从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。动力换挡组件对于动力换挡组件的所有挡位具有变化小于5％的基本均匀的传动比步长增量。
在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
在下文中将结合以下附图描述本公开的至少一个示例：
图1示意性地示出了农用拖拉机形式的作业车辆，该农用拖拉机可以实现根据本公开的示例性实施例所示的可变动力换挡变速器；
图2是根据本公开的示例性实施例的图1的作业车辆的多模式连续可变动力换挡变速器的示意图；
图3A至图3H是图2的多模式连续可变动力换挡变速器的示意图，所述示意图描绘了根据本公开的示例性实施例的各种前进模式中的动力流；
图4A至图4H是图2的多模式连续可变动力换挡变速器的示意图，所述示意图描绘了根据本公开的示例性实施例的各种倒退模式中的动力流；以及
图5是根据本公开的示例性实施例的可以在图1的作业车辆中实施的另一多模式连续可变动力换挡变速器的示意图。
各个附图中，相同的附图标记表示相同的元件。为了说明的简单和清楚，可以省略公知特征和技术的描述和细节，以避免不必要地模糊在随后的详细描述中描述的本发明的示例和非限制性实施例。还应当理解，附图中出现的特征或元件不必按比例绘制，除非另有说明。
具体实施方式
本公开的实施例在以上简要描述的附图中示出。在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以想到对示例性实施例的各种修改。
概述
如上所述，作业车辆变速器可包含连续或无限可变的动力源，例如电机或液压驱动器，以补充或替代来自例如柴油发动机的主动力装置的机械动力，从而在机器的行驶范围中的一些或全部内向机器提供牵引动力。这种变速器可以以多种模式操作，包括仅使用发动机动力或仅使用电动力的一种或更多种模式。这种变速器还可以包含行星齿轮装置以组合多个动力源。单个动力或组合动力被传递到传动比改变组件，以进一步实现不同的操作模式，在该操作模式中，动力被传递到车辆传动系的各种动力耗散器或其他下游部件。通常，在下面的讨论中，术语“接合”是指变速器部件处于在这些部件之间传递动力的位置(例如，啮合的齿轮或摩擦接合的离合器部分)；术语“固定联接”通常是指变速器部件一起旋转。
目前，与这种变速器一起使用的传统的传动比改变组件可能需要在特定的换挡点同步换挡以实现变速器的不同操作模式。这降低了传动系的灵活性并且限制了变速器控制逻辑在维持单个变速器传动比的同时实现宽范围的行驶速度的能力(即，不需要升挡或降挡)。这种限制不能通过使用下游动力换挡传动比改变组件来解决。此外，常规设计的动力换挡组件在齿轮系中可具有大量部件，与所得的操作模式相比，通常包括整数倍的齿轮和离合器。这可能带来显著的成本和复杂性，对于给定的动力带需要一个或更多个附加的换挡，并且需要更高容量的部件，尤其是补充功率源。所有这些都可能进一步影响和加剧给定作业车辆的空间包络约束。
本文公开了一种用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器。该变速器包括作为主要部件的变换器装置、一个或更多个连续可变的动力源(例如电动机)以及具有齿轮和离合器的动力换挡装置，所述离合器能够因异步轴旋转而消费能量。动力换挡装置提供了齿轮啮合的灵活性而不需要使旋转轴同步，并且还允许在操作模式之间改变换挡点的控制策略，甚至完全放弃换挡，从而对于车辆的速度范围保持相同的模式。动力换挡组件可以提供宽的动力带，在某些情况下允许速度在每种模式下从动力带的低端到高端加倍。
提供输入组件，该输入组件用于在变速器的一个或更多个操作模式中将机械旋转动力从发动机传递到变换器。输入组件可以包括一个或更多个定向离合器(例如，前进离合器和倒退离合器)。在各种构造中，变速器将提供多个前进速度和多个倒退速度。在一种或更多种模式中，发动机和电动力源也可提供组合或合计(“分路”)动力。改变电机改变了分路操作模式的动力带，发动机可以以恒定速度和功率运行。通常，与电气化同步齿轮组和常规动力换挡齿轮组(其可具有较大数目的齿轮部件和较大的换挡步长)相比，电机可以是较小容量的电动机，且因此成本较低，较小且占用较少空间。可以使用多个电机，例如连接到发动机(例如经由输入组件)的第二电机，该第二电机用作为第一电机供电的发电机。
在某些实施例中，动力换挡组件具有一组主变速齿轮和一组副变速齿轮，每个齿轮安装在多个平行轴或轴元件中的一个上。例如，动力换挡组件和变速器可使用四个主变速齿轮和两个副变速齿轮提供八个前进速度模式和八个倒退速度模式。也可考虑其他布置，例如3×2结构中的六个前进速度模式和六个倒退速度模式以及3×3结构中的九个前进速度模式和九个倒退速度模式。在每个模式中，动力换挡组件被构造有受限的步长，例如在模式之间(即，从一个级别或挡位到下一个级别或挡位)在1％或2％内(包括较大的范围，例如5％或10％)。由齿轮实现的传动比被紧密地限制，例如在连续主变速齿轮之间和连续副变速齿轮之间接近2.0或在2.0内。
在一些实施例中，在此讨论的变速器可以被认为是可变动力换挡变速器(vPST)，而不是无限变速器(IVT)或传统的动力换挡变速器(PST)。在一些方面，可变动力换挡变速器(vPST)可以被认为是提供无限变速器(IVT)和传统的动力换挡变速器(PST)的至少一些益处的混合变速器。特别地，与用于无限变速器(IVT)的三个或四个分路模式相比，可变动力换挡变速器(vPST)可以在每个方向上具有六个、八个、九个或更多个分路模式，并且提供了在传统动力换挡变速器(PST)中可能无法获得的可变性。与具有可比能力的无限变速器(IVT)所需的电机相比，由可变动力换挡变速器(vPST)提供的附加模式使得能够使用相对较小的电机。
通常，具有单排简单行星齿轮组的变换器使得可变动力换挡变速器(vPST)成为可能，该变换器操作成组合来自发动机和电动机的旋转输入，以便将组合的旋转输入提供给动力换挡组件。该动力换挡组件包括多个动力换挡离合器，这些动力换挡离合器被构造成因异步轴旋转和相关联的轴啮合而消耗能量。如上所述，这种组合提供了具有无限变速器(IVT)或传统的动力换挡变速器(PST)的优点的变速器。
在另外的实施例中，以下描述的变速器及其变体可以被整合到各种类型的作业车辆平台中，例如在农业、建筑、林业和采矿业中使用的作业车辆。因此，以下描述应被理解为仅建立非限制性环境，在该环境中可更好地理解本公开的实施例。
用于作业车辆的电子可变动力换挡变速器的示例性实施例
如从本文的讨论中将变得明显的，所公开的动力换挡变速器和相关联的动力系可有利地用在各种装置和各种机械中。例如，现在参见图1，所公开的变速器的示例可以被包括在作业车辆100中。在图1中，作业车辆100被描绘为具有动力系102(示意性地示出)的拖拉机。然而，应当理解，其他配置也是可能的，包括车辆100为不同类型的拖拉机、收割机、集材机、平地机或各种其他作业车辆类型之一的配置。还应当理解，所公开的动力系还可用在非作业车辆和非车辆应用(例如，固定位置动力设施)中。
通常，动力系102可被构造成产生动力并将来自发动机104和/或其他动力源(下面讨论)的动力经由可变动力换挡变速器(下面也讨论)传递到输出构件(例如，输出轴)。在一些实施例中，动力系102的这种输出构件可以将动力传递到作业车辆100的后轴106和/或前轴108。然而，动力系102也可被构造成将动力传递到动力输出轴，该动力输出轴驱动支撑在作业车辆100上或支撑在别的车辆上的机具。可以理解的是，动力系102可以被构造成将动力递送至其他动力耗散器，这不脱离本公开的范围。
尽管没有详细讨论，但是控制器110可以自动地或基于操作者命令促进动力系102和/或作业车辆100的操作。这种操作者命令可以在操作者与人机接口和人机接口中的各种控件交互时产生，所述控件被构造成从操作者接收输入命令以控制例如与控制前述部件相关联的各种电气或液压系统。人机接口可以以各种方式构造，并且可以包括一个或更多个操纵杆、各种开关或手柄、一个或更多个按钮、可以覆盖在显示器上的触摸屏接口、键盘、扬声器、与语音识别系统相关联的麦克风或各种其他人机接口装置。
作为示例，控制器110可促进动力系102的变速器操作成下面更详细讨论的各种模式，并且促进作业车辆100的其他系统和部件以及本文所述的任何功能的操作。控制器110可以被构造为具有相关联的处理器装置和存储器架构的计算装置，被构造为液压、电气或电动液压控制器，或以其他方式构造。在一个示例中，控制器110可以用诸如处理器和存储器以及合适的通信接口的处理架构来实现。例如，控制器110可以基于存储在存储器中的程序或指令用处理器实现功能模块或单元。
现在参照图2，示意性描绘了动力系102的示例性构造。动力系102可包括发动机104和一个或更多个连续可变动力(CVP)组件220，230，发动机104可以是各种已知构造的内燃机。动力系102还包括可变动力换挡变速器112，变速器112操作成在发动机104、CVP组件220，230和一个或更多个输出轴(例如，输出轴176)之间传递动力。每个CVP组件220，230可以包括至少一个连续可变机器(CVM)，例如电机或液压机器(例如，以下讨论的CVM 222，232)。
通常，变速器112包括多个部件，例如轴、齿轮、齿轮组、离合器、制动器和/或其他部件，这些部件互连以使得能够在发动机104、第一CVM 222和/或第二CVM232之间传递动力，从而适当地为输出轴176和/或一个或更多个其他输出构件提供动力。变速器112可以被认为是连续可变动力换挡变速器或无限动力换挡可变变速器。此外，变速器112可以被构造为在多种变速器模式之一之间提供选择，如下面更详细地讨论的。在一种或更多种模式中，发动机和电动力源也可提供组合或合计(“分路”)动力。改变电机改变了分路运行模式的动力带，发动机104可以以恒定速度和功率运行。虽然在下面没有更详细地讨论，但是变速器112也可以在另外的操作模式下操作，这些模式包括仅由发动机输入动力(“仅发动机”动力)或仅由电机输入动力(“串联电”动力)实现的那些。单源动力可以在不经过变换器的情况下被引导通过变速器，以在多个离散的操作模式中在作业车辆中进行牵引或其他使用。
在一个示例中，输出轴176可以形成或可以直接连接到作业车辆100的一个或更多个动力耗散器(例如，一个或两个车轴106，108)。变速器112的附加动力输出可以是一个或更多个动力输出(“PTO”)轴元件(未示出)。
通常，在一些实施例中，变速器可被认为包括输入组件120、变换器(variator)150和动力换挡组件170。尽管图2示出了合适的变速器112的一个示例，但是本公开也适用于其他变速器布置和构造。
在一个示例中，输入组件120通常布置成将动力从发动机104分配到第一CVP组件220和/或变换器150。输入组件120包括支撑多个离合器126，128和齿轮(或齿轮元件)130，132，134，136，138的输入主轴122和输入中间轴124。离合器126，128可以被认为是定向离合器，因为前进离合器126操作成在前进(或第一)方向上驱动用于变换器150的输入主轴122，而倒退离合器128操作成在倒退(或第二)方向上驱动用于变换器150的输入主轴122。此外，在以下讨论中，齿轮130，132，134，136，138可被称为第一齿轮130，第二齿轮132，第三齿轮134，第四齿轮136和第五齿轮138。
如图所示，前进离合器126可以被认为包括固定地联接到输入主轴122的第一部分(例如，第一离合器片)和固定地联接到接合到发动机104的元件的第二部分(例如，第二离合器片)，使得前进离合器126的第一部分和第二部分可选择性地接合以将发动机104旋转地联接到输入主轴122，或前进离合器126的第一部分和第二部分可选择性地分离以将发动机104从主轴122旋转断开。前进离合器126的第二部分支撑第一齿轮130，第一齿轮130与支撑在倒退离合器128的元件上的第二齿轮132接合。
倒退离合器128具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，所述第一部分固定地联接到围绕输入中间轴124并支撑第四齿轮136的输入短轴(或轴元件)，所述第二部分固定地联接到输入中间轴124并如上所述支撑第二齿轮132。固定地联接到倒退离合器128的第一元件的第四齿轮136经由第三齿轮134和啮合在第三齿轮134与第四齿轮136之间的第五齿轮(或惰轮)138旋转地联接至输入主轴122。作为这种布置的结果，在接合时，倒退离合器128可沿倒退方向驱动输入主轴122，其中，动力从发动机104流出，通过由(未接合的)前进离合器126的第二元件支撑的第一齿轮130，通过第二齿轮132，越过接合的倒退离合器128并通过第四齿轮136、第五齿轮(或惰轮)138和固定地安装到输入主轴122的第三齿轮134。当倒退离合器128分离时，输入中间轴124与输入主轴122旋转断开。
另外，在该布置中，发动机104可通过输入组件120向第一CVP组件220提供动力。具体地，倒退离合器128的第二元件将动力(经由第一齿轮130和第二齿轮132)传递到第一CVP组件220。下面提供关于第一CVP组件220的附加细节。
如上所述，变速器112还包括变换器150以调节来自发动机104和第二CVP组件230的动力。如上所述，变换器150经由输入组件120操作性连接到发动机104。通常，变换器150可以包括能够将来自发动机104和第二CVP组件230的机械输入相加以供单独或组合地机械输出到动力换挡组件170的各种装置。
在一个示例中，变换器150包括行星齿轮组152和变换器轴154，行星齿轮组152以变换器轴154为中心。在该示例中，行星齿轮组152是具有太阳轮156、支撑在行星齿轮架160上的一系列行星齿轮158以及齿圈162的单排行星齿轮组。太阳轮156固定地联接至变换器轴154，并且行星齿轮158可与太阳轮156和齿圈162啮合并设置在太阳轮156和齿圈162之间。如图所示，行星齿轮架160可用作输入构件，以在任一方向上将动力从输入组件120经由输入主轴122传递到变换器150；太阳轮156可用作输入构件，以在任一方向上将动力从第二CVP组件230经由变换器轴154和第六齿轮212传递到变换器150，第六齿轮212安装在变换器轴154上，与第二CVP组件230接合。此外，齿圈162可用作变换器150的输出构件以将动力传递到动力换挡组件170。
在所公开的示例中，变换器150包括单个行星齿轮组152(例如，具有单个太阳轮156、单组或单排行星齿轮158、单个行星齿轮架160和单个齿圈162的单排简单行星齿轮组)。这与复合或多行星齿轮组152(例如，具有行星轮系中的多个啮合行星齿轮，行星轮系中的分级行星齿轮和/或多级结构)形成对比。与主要用于减速的行星齿轮组布置相反，具有单个行星齿轮组152的变换器150提供用于组合多个动力流的机构。
在一个示例中，动力换挡组件170包括动力换挡主轴172、动力换挡中间轴174和上面介绍的输出轴176。如下面更详细地讨论的，动力换挡主轴172固定地联接以从变换器150的齿圈162接收动力并随齿圈162旋转，并直接或通过动力换挡中间轴174向输出轴176提供动力。动力换挡组件170还包括多个速度和范围离合器178，180，182，184，186，188和齿轮190，192，194，196，198，200，202，204，206，208，210，以选择性地在轴172，174，176之间传递动力。
在这个示例中，动力换挡主轴172围绕变换器轴154，尽管其他示例可以具有其他布置。第一速度离合器178和第二速度离合器180通常支撑在动力换挡主轴172周围；第三速度离合器182和第四速度离合器184通常支撑在动力换挡中间轴174周围；并且第一范围离合器186和第二范围离合器188通常支撑在输出轴176周围。
如上所述，动力换挡主轴172固定成与变换器150的齿圈162一起旋转。第一速度离合器178具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，该第一部分联接到围绕动力换挡主轴172并支撑第七齿轮190的短轴(或轴元件)，该第二部分固定地联接到动力换挡主轴172。第七齿轮190与支撑在动力换挡中间轴174上的第八齿轮192接合。照此，在第一速度离合器178接合时，动力换挡主轴172通过第七齿轮190和第八齿轮192旋转地联接到动力换挡中间轴174；并且在第一速度离合器178分离时，动力换挡主轴172在第一速度离合器178处相对于动力换挡中间轴174旋转断开。
第二速度离合器180具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，该第一部分联接到围绕动力换挡主轴172并支撑第九齿轮194的短轴(或轴元件)，该第二部分固定地联接到动力换挡主轴172。第九齿轮194与支撑在动力换挡中间轴174上的第十齿轮196接合。照此，在第二速度离合器180接合时，动力换挡主轴172通过第九齿轮194和第十齿轮196旋转地联接到动力换挡中间轴174；并且在第二速度离合器180分离时，动力换挡主轴172在第二速度离合器180处相对于动力换挡中间轴174旋转断开。
第三速度离合器182具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，该第一部分联接到围绕动力换挡中间轴174并支撑第十一齿轮198的短轴(或轴元件)，该第二部分固定地联接到动力换挡中间轴174。第十一齿轮198与支撑在动力换挡主轴172上的第十二齿轮200接合。照此，在第三速度离合器182接合时，动力换挡主轴172和动力换挡中间轴174通过第十一齿轮198和第十二齿轮200旋转地联接在一起；并且在第三速度离合器182分离时，动力换挡主轴172在第三速度离合器182处相对于动力换挡中间轴174旋转断开。
第四速度离合器184具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，该第一部分联接到围绕动力换挡中间轴174并支撑第十三齿轮202的短轴(或轴元件)，该第二部分固定地联接到动力换挡中间轴174。第十三齿轮202与支撑在动力换挡主轴172上的第十四齿轮204接合。照此，在第四速度离合器184接合时，动力换挡主轴172和动力换挡中间轴174通过第十三齿轮202和第十四齿轮204旋转地联接在一起；并且在第四速度离合器184分离时，动力换挡主轴172在第四速度离合器184处相对于动力换挡中间轴174旋转断开。
第一范围离合器186具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，该第一部分联接到围绕输出轴176并支撑第十五齿轮206的短轴(或轴元件)，该第二部分固定地连接到输出轴176。第十五齿轮206与支撑在动力换挡中间轴174上的第十六齿轮208接合。照此，在第一范围离合器186接合时，动力换挡中间轴174和输出轴176通过第十五齿轮206和第十六齿轮208旋转地联接在一起；并且在第一范围离合器186分离时，动力换挡中间轴174在第一范围离合器186处相对于输出轴176旋转断开。
第二范围离合器188具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，该第一部分联接到围绕输出轴176并支撑第十七齿轮210的短轴(或轴元件)，该第二部分固定地联接到输出轴176。第十七齿轮210与支撑在动力换挡中间轴174上的第十齿轮196啮合。照此，在第二范围离合器188接合时，动力换挡中间轴174和输出轴176通过第十齿轮196和第十七齿轮210旋转地联接在一起；在第二范围离合器188分离时，动力换挡中间轴174在第二范围离合器188处相对于输出轴176旋转断开。
如上所述，第一CVP组件220和第二CVP组件230被布置成向变速器112的其他部分提供动力或从变速器112的其他部分接收动力。在一个示例中，第一CVP组件220被构造成从输入组件120接收动力，而第二CVP组件230被构造成向变换器150提供动力以补充(或替代)发动机动力。如图所示，第一CVP组件220包括第一CVM 222、从第一CVM 222延伸的CVP轴224以及安装在第一CVP轴224上的第一CVP齿轮226；第二CVP组件230包括第二CVM 232、从第二CVM 232延伸的第二CVP轴234以及安装在第二CVP轴234上的第二CVP齿轮236。通常，第一CVM 222和第二CVM 232可被构造成转换功率，例如从机械功率转换为电功率或液压功率或反之亦然。可以提供各种已知的控制装置(未示出)来调节这种转换、传输、再转换等。作为示例，第一CVM 222和第二CVM 232可以是电机，该电机被构造成作为电动机(以从电输入功率输出机械功率)和作为发电机(以从机械输入功率输出电功率)操作。在一个示例构造中并且取决于操作区域，第一CVM 222被构造成用作发电机以从输入组件120的机械输入产生电功率；并且第二CVM 232被构造成用作电动机以从电输入(例如，从电池或第一CVM 222)向变换器150提供产生的机械功率。作为另一个示例并且在其他操作区域中，第一CVM 222可以作为电动机来操作。在图2所示的特定构造中，第一CVP齿轮226与作为倒退离合器128的一部分安装在输入中间轴124上的第二齿轮132接合，由此使得输入组件120能够旋转地联接到第一CVP组件220。此外，在图2中，第二CVP齿轮236与安装在变换器轴154上的第六齿轮212啮合，由此使得第二CVP组件230能够旋转地联接到变换器150。
如上所述，变速器112可被命令成以各种模式操作从在输出轴176处提供合适的输出动力，该输出动力被调节成合适的扭矩和速度。如下所述，变速器112可以以八个前进模式和八个倒退模式操作，其中，来自发动机104和第二CVM 232的动力被组合(例如，分离动力或分路模式)。
现在将参照图3A讨论第一前进模式，图3A是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第一前进模式的动力流。在第一前进模式中，前进离合器126、第一速度离合器178和第一范围离合器186接合，而其余的离合器128，180，182，184，188分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，流过第一速度离合器178，经由齿轮190，192流到动力换挡中间轴174，并且从动力换挡中间轴174经过第一范围离合器186经由齿轮206，208流到输出轴176。
现在将参照图3B讨论第二前进模式，图3B是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第二前进模式的动力流。在第二前进模式中，前进离合器126、第二速度离合器180和第一范围离合器186接合，而其余的离合器128，178，182，184，188分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，流过第二速度离合器180，经由齿轮194，196流到动力换挡中间轴174，并且从动力换挡中间轴174经过第一范围离合器186经由齿轮206，208流到输出轴176。
现在将参考图3C讨论第三前进模式，图3C是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第三前进模式的动力流。在第三前进模式中，前进离合器126、第三速度离合器182和第一范围离合器186接合，而其余的离合器128，178，180，184，188分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，经由齿轮198，200流过动力换挡中间轴174上的第三速度离合器182，并且从动力换挡中间轴174经过第一范围离合器186经由齿轮206，208流到输出轴176。
现在将参考图3D讨论第四前进模式，图3D是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第四前进模式的动力流。在第四前进模式中，前进离合器126、第四速度离合器184和第一范围离合器186接合，而其余的离合器128，178，180，182，188分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，经由齿轮202，204流过动力换挡中间轴174上的第四速度离合器184，并且从动力换挡中间轴174经由齿轮206，208经过第一范围离合器186流到输出轴176。
现在将参考图3E讨论第五前进模式，图3E是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第五前进模式的动力流。在第五前进模式中，前进离合器126、第一速度离合器178和第二范围离合器188接合，而其余的离合器128，180，182，184，186分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，流过第一速度离合器178，经由齿轮190，192流到动力换挡中间轴174，并且从动力换挡中间轴174经过第二范围离合器188经由齿轮196，210流到输出轴176。
现在将参考图3F讨论第六前进模式，图3F是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第六前进模式的动力流。在第六前进模式中，前进离合器126、第二速度离合器180和第二范围离合器188接合，而其余的离合器128，178，182，184，186分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，流过第二速度离合器180经由齿轮194，196流到动力换挡中间轴174，并且从动力换挡中间轴174经过第二范围离合器188经由齿轮196，210流到输出轴176。
现在将参考图3G讨论第七前进模式，图3G是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第七前进模式的功率流。在第七前进模式中，前进离合器126、第三速度离合器182和第二范围离合器188接合，而其余的离合器128，178，180，184，186分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，经由齿轮198，200流过动力换挡中间轴174处的第三速度离合器182，并且从动力换挡中间轴174经过第二范围离合器188经由齿轮196，210流到输出轴176。
现在将参考图3H讨论第八前进模式，图3H是图2的变速器112的示意图，其中，突出显示了第八前进模式的动力流。在第八前进模式中，前进离合器126、第四速度离合器184和第二范围离合器188接合，而其余的离合器128，178，180，182，186分离。如图所示，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过前进离合器126，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，经由齿轮202，204流过动力换挡中间轴174处的第四速度离合器184，并且从动力换挡中间轴174经过第二范围离合器188经由齿轮196，210流到输出轴176。
通常，倒退模式具有与前进模式相同的离合器构造和总动力流，除了倒退离合器128代替前进离合器126在各个模式中接合以使旋转方向反向。例如，在第一倒退模式中，倒退离合器128、第一速度离合器178和第一范围离合器186接合，而其余的离合器126，180，182，184，188分离。照此，在第一倒退模式中并且如在图4A中反映的，输入组件120接收来自发动机104的动力，该动力流过倒退离合器128，经由齿轮130，132，136，138，134，在行星齿轮组152的行星齿轮架160处流到变换器150。来自发动机104的动力也经由齿轮130，132流过倒退离合器128的第二元件，经由齿轮130，132，226流到第一CVP组件220，第一CVP组件220操作成驱动CVM 222，从而能够产生电功率。另外，变换器150可经由齿轮236，212和变换器轴154在太阳轮156处接收来自第二CVP组件230的动力。来自输入组件120和第二CVP组件230的动力流在变换器150处在行星齿轮组152中组合，并经由齿圈162从变换器150输出到动力换挡组件170。动力在动力换挡主轴172处流入动力换挡组件170，流过第一速度离合器178，经由齿轮190，192流到动力换挡中间轴174，并且从动力换挡中间轴174经过第一范围离合器186经由齿轮206，208流到输出轴176。其余的倒退模式在图4B至图4H中示出，并且除了是倒退离合器128接合而不是前进离合器126接合之外，分别具有类似于图3B至图3H中的动力流。
这样，上述变速器112在包括CVM 222，232的布置中提供八个前进模式和八个倒退模式，CVM 222，232尤其是可以节省成本和空间的电动机。变速器112通过动力换挡组件170实现这一点，与同步变速器相比，动力换挡组件170在模式之间的切换方面具有更大的灵活性。尽管动力换挡组件170的离合器178，180，182，184，186，188具有在不同速度下从齿轮吸收能量的一些能力，但在此描述的动力换挡组件170提供了一种在换挡之间具有更小且更一致的挡位以及具有比常规动力换挡布置更少的齿轮和离合器的结构。作为支持，用于变速器112的各种模式的示例比率在下表(1)中列出：
表(1)
Figure BDA0003909061510000151
如图所示，动力换挡组件170提供这样的构造，其中，在模式之间(例如，从表(1)的连续％比率步长增量值之间的比较所反映的，从一个步长或挡到下一个步长或挡)具有均匀或接近均匀的步长(例如，从步长到步长的总的或绝对的术语)，例如在1％或2％内。总体上，在此描述的示例可以提供一种动力换挡组件，该动力换挡组件具有变化小于10％的传动比步长增量，尽管在一些示例中，该传动比步长增量的变化可以小于5％，包括用于所有挡和/或用于连续挡的这样的值。由这些齿轮实现的传动比被紧密地约束，例如在连续主变速齿轮之间和在连续副变速齿轮之间(例如，从一个步长或挡到下一个步长或挡)接近2.0或在2.0内。如表(1)的连续总比值之间的比较所反映的)。紧密约束的挡步长减小或避免了操作模式之间的大扭矩尖峰，如上所述，这有助于减小电机的要求。照此，变速器112在动力换挡组件170中提供电机(例如，CVM 222，232)和动力换挡离合器(例如，离合器178，180，182，184，186，188)，该动力换挡组件170提供在所希望的步长值内的换挡。
如上所述，本公开可应用于多种不同的布置。一种这样的替代布置可以包括动力系302，在图5中示意性地描绘了动力系302并且可以将动力系302实施在上述作业车辆100(图1)中。除非另有说明，动力系302可以如以上参考图2、图3A至图3H和图4A至图4H所讨论的那样操作。如图所示，如上所述，动力系302可包括发动机304和一个或更多个连续可变动力(CVP)组件420，430，发动机304可以是各种已知构造的内燃机。动力系302还包括可变动力换挡变速器312，变速器312操作成在发动机304、CVP组件420，430和一个或更多个输出轴(例如，输出轴376)之间传递动力。每个CVP组件420，430可以包括至少一个连续可变机器(CVM)，例如电机或液压机器(例如，以下讨论的CVM 422，432)。
通常，变速器312包括多个部件，例如轴、齿轮、齿轮组、离合器、制动器和/或其他部件，这些部件互连以使得能够在发动机304、第一CVM 422和/或第二CVM432之间传递动力，从而适当地为输出轴376和/或一个或更多个其他输出构件提供动力。变速器312可以被认为是连续可变动力换挡变速器或无限动力换挡可变变速器。此外，变速器312可以被构造成在多种变速器模式之一之间提供选择，如以下更详细地讨论的。在一种或更多种模式中，发动机和电动力源也可提供组合或合计(“分路”)动力。改变电机改变了分路运行模式的动力带，发动机304可以以恒定速度和功率运行。变速器312还可以在另外的操作模式下操作，这些模式仅由发动机输入动力(“仅发动机”动力)或仅由电机输入动力(“串联电”动力)实现。如下面更详细地讨论的，单源动力，特别是在串联电模式中，可以在不经过变换器(例如，变换器350)的情况下被引导通过变速器312，以在多种离散的操作模式中在作业车辆中进行牵引或其他使用。
通常，在一些实施例中，变速器可被认为包括输入组件320、变换器350和动力换挡组件370。如上所述，输入组件320通常布置成将动力从发动机304分配到第一CVP组件420和/或变换器350。输入组件320包括支撑多个离合器326，328和齿轮(或齿轮元件)330，332，334，336，338的输入主轴322和输入中间轴324。
离合器326，328可以被认为是定向离合器，因为前进离合器326操作成在前进(或第一)方向上选择性地驱动用于变换器150的输入主轴322，而倒退离合器328操作成在倒退(或第二方向)上驱动用于变换器350的输入主轴322，其方式类似于上面参照图2所述的方式。
具体地，前进离合器326可以被认为包括固定地联接至输入主轴322的第一部分(例如，第一离合器片)和固定地联接到接合到发动机304的元件的第二部分(例如，第一离合器片)，使得前进离合器326的第一部分和第二部分可选择性地接合以将发动机304旋转地联接到输入主轴322，或前进离合器326的第一部分和第二部分可选择性地分离以将发动机304从主轴322旋转断开。前进离合器326的第二部分支撑第一齿轮330，第一齿轮330与支撑在倒退离合器328的元件上的第二齿轮332接合。倒退离合器328具有第一部分(例如，第一离合器片)和第二部分(例如，第二离合器片)，所述第一部分固定地联接到围绕输入中间轴324并支撑第四齿轮336的输入短轴(或轴元件)，所述第二部分固定地联接到输入中间轴324并如上所述支撑第二齿轮332。固定地联接到倒退离合器328的第一元件的第四齿轮336经由第三齿轮334和啮合在第三齿轮334与第四齿轮336之间的第五齿轮(或惰轮)338旋转地联接到输入主轴322。作为这种布置的结果，在接合时，倒退离合器328可沿倒退方向驱动输入主轴322，其中，动力从发动机304流出、通过由(未接合的)前进离合器326的第二元件支撑的第一齿轮330，通过第二齿轮332，越过接合的倒退离合器328并通过第四齿轮336、第五齿轮(或惰轮)338和固定地安装到输入主轴322的第三齿轮334。当倒退离合器328分离时，输入中间轴324与输入主轴322旋转断开。
另外，在该布置中，发动机304可通过输入组件320向第一CVP组件420提供动力。具体地，倒退离合器328的第二元件将动力(经由第一齿轮330和第二齿轮332)传递到第一CVP组件420。下面提供关于第一CVP组件250的附加细节。
如上所述，变速器312还包括变换器350以调节来自发动机304和第二CVP组件430的动力。如上所述，变换器350经由输入组件320操作性连接到发动机304。另外，变换器350经由离合器300联接到第二CVP组件430，离合器300可称为“蠕行”离合器300。通常，变换器350可以包括能够将来自发动机304和第二CVP组件430的机械输入相加以供单独或组合地机械输出到动力换挡组件370的各种装置。
在一个示例中，变换器350包括行星齿轮组352和变换器轴354，行星齿轮组352以变换器轴354为中心。如上所述，变换器350包括单排简单行星齿轮组352，其操作成组合旋转输入。在该示例中，行星齿轮组352是具有太阳轮356、支撑在行星齿轮架360上的一系列行星齿轮358以及齿圈362的单排行星齿轮组。太阳轮356固定地联接到变换器轴354，并且行星齿轮358可与太阳轮356和齿圈362啮合并设置在太阳轮356和齿圈362之间。如图所示，行星齿轮架360可用作输入构件，以在任一方向上将动力从输入组件320经由输入主轴322传递到变换器350；太阳轮356可选择性地用作输入构件，以在任一方向上将动力从第二CVP组件430经由变换器轴354和第六齿轮412传递到变换器350，所述第六齿轮412安装在变换器轴354上，与第二CVP组件430接合。此外，齿圈362可用作变换器350的输出构件以将动力传递到动力换挡组件370。
在一个示例中，动力换挡组件370包括动力换挡主轴372、动力换挡中间轴374和上面介绍的输出轴376。如下面更详细地讨论的，动力换挡主轴372固定地联接以从变换器350的齿圈362接收动力并随齿圈362旋转，并直接或通过动力换挡中间轴374向输出轴376提供动力。动力换挡组件370还包括多个速度和范围离合器378，380，382，384，386，388和齿轮390，392，394，396，398，400，402，404，406，408，410，以选择性地在轴372，374，376之间传递动力。通常，包括速度和范围离合器378，380，382，384，386，388和齿轮390，392，394，396，398，400，402，404，406，408，410的动力换挡组件370以类似于上述动力换挡组件170的方式操作。
简而言之，如上所述，第一CVP组件420和第二CVP组件430被布置成向变速器312的其他部分提供动力或从变速器312的其他部分接收动力。在一个示例中，第一CVP组件420被构造成从输入组件320接收动力，而第二CVP组件430被构造成向变换器350和/或动力换挡组件370提供动力以补充(或替代)发动机动力。如图所示，第一CVP组件420包括第一CVM422、从第一CVM 422延伸的CVP轴424以及安装在第一CVP轴424上的第一CVP齿轮426；第二CVP组件430包括第二CVM 432、从第二CVM 432延伸的第二CVP轴434以及安装在第二CVP轴434上的第二CVP齿轮436。通常，第一CVM 422和第二CVM 432可被构造成转换功率，例如从机械功率转换为电功率或液压功率或反之亦然。可以提供各种已知的控制装置(未示出)来调节这种转换、传输、再转换等。作为示例，第一CVM 422和第二CVM432可以是被构造成作为电动机(例如，从电输入功率输出机械功率)和作为发电机(从机械输入功率输出电功率)操作的电动机。在一个实例配置中，第一CVM 422被构造成用作发电机以从输入组件420的机械输入产生电功率；并且第二CVM 432被构造成用作电动机以从电输入(例如，从电池或第一CVM 422)向变换器350和/或动力换挡组件370提供产生的机械功率。
如上所述，在定向离合器326，328中的一个接合时，动力换挡组件370可经由变换器350由发动机304驱动，特别是在变换器350的齿圈362处。还如上所述，来自第二CVP组件430的动力可经由在变换器轴354和太阳轮356处输入到变换器350而与来自发动机304的动力在变换器350内组合。
此外，在该特定示例中，第二CVP组件430可以独立于变换器350选择性地向动力换挡组件370提供隔离输入。具体地，蠕行离合器300可以接合，使得来自第二CVP组件430的动力在一个或更多个串联电模式中经由齿轮412被引导穿过蠕行离合器300到达动力换挡主轴372；并且在蠕行离合器300分离时，来自第二CVP组件430的动力被引导至变换器350，如上所述，用于在一个或更多个分路模式中与发动机动力组合。
在该示例中，变速器312被构造成以类似于以上参考图3A至图3H和图4A至图4H所讨论的方式在分路模式下操作。换言之，各种离合器326，328，378，380，382，384，386，388的组合被选择性地接合以在变换器350中组合来自发动机304的动力和来自第二CVP组件430的动力，并且随后在动力换挡组件370内调节动力以在输出轴376处输出经组合和调节的动力。
此外，变速器312被构造成以一个或更多个串联电模式操作，在所述串联电模式中，动力换挡组件370仅由第二CVP组件430提供动力。这种串联电模式的动力流在图5中突出显示。如图所示，蠕行离合器300与速度离合器中的一个(例如，本例中的离合器378)和范围离合器中的一个(例如，本例中的离合器386)接合。利用这种构造，动力从第二CVP组件430，跨过蠕行离合器300流到动力换挡主轴372，跨过第一速度离合器378，跨过中间轴374，并且跨过第一范围离合器386流到输出轴376，从而提供相对低速、仅电动的选择。输出轴376的方向可以通过反转第二CVM 432的方向而反转。
照此，上述变速器312在结合了CVM 422，432的布置中提供了八个前进分路模式、八个倒退分路模式以及一个或更多个串联电模式，CVM 422，432尤其是可以节省成本和空间的电动机。
列举的示例
进一步提供了用于作业车辆的变速器的以下示例并且为了便于参考而对其进行编号。
1.一种用于作业车辆的变速器，包括：输入组件，其具有定向离合器并且被构造成接收来自所述作业车辆的发动机的旋转输入动力；电机；变换器，其仅包括单个行星齿轮组，所述行星齿轮组被构造成接收并组合来自所述电机和所述输入组件的旋转输入动力；动力换挡组件，其被构造成接收来自变换器的旋转输入动力，所述动力换挡组件包括：主变速齿轮；副变速齿轮；动力换挡离合器，其被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量，所述动力换挡离合器中的一个与所述主变速齿轮和所述副变速齿轮中的每一个相关联；以及输出轴，其中所述动力换挡组件被构造成实现一直到达所述输出轴的多个不同的旋转动力流，所述多个不同的旋转动力流是由在所述动力换挡组件每次换挡时啮合所述主变速齿轮和所述副变速齿轮从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。
2.示例1的变速器，其中，所述动力换挡组件对于所述动力组件的所有挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
3.示例1的变速器，其中，所述动力换挡组件对于所述动力组件的所有挡位具有变化小于5％的传动比步长增量。
4.示例1的变速器，其中，所述动力换挡组件的每个连续挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
5.示例1的变速器，其中，所述动力换挡组件的每个连续挡位具有小于2.0的传动比增量。
6.示例1的变速器，其中，所述主变速齿轮实现彼此变化小于2.0的传动比，并且所述副变速齿轮实现彼此变化小于2.0的传动比。
7.示例1的变速器，其中，所述动力换挡组件被构造成使用仅四个主变速齿轮和仅使用两个副变速齿轮来提供正好八个分路速度模式，所述分路速度模式具有来自所述发动机和所述电机的组合动力。
8.示例1的变速器，其中，所述变换器、所述主变速齿轮和所述副变速齿轮被承载在平行轴上，所述平行轴用来实现所述多个不同的旋转动力流中的每一个。
9.示例8的变速器，其中，所述行星齿轮组包括行星齿轮架、太阳轮和齿圈；其中，该太阳轮被构造成从该电机接收旋转输入动力；其中，该行星齿轮架被构造成通过该输入组件接收来自发动机的旋转输入动力；并且其中，该齿圈向该动力换挡组件提供旋转输入动力。
10.示例1的变速器，所述变速器进一步包括另一个电机，该另一个电机通过该输入组件旋转地连接到该发动机并且被构造成接收来自发动机的旋转输入动力。
11.一种用于作业车辆的变速器，所述变速器包括：输入组件，其具有定向离合器并且被构造成用于接收来自作业车辆的发动机的旋转输入动力；电机；变换器，其仅包括单个行星齿轮组，所述行星齿轮组被构造成接收来自所述电机和所述输入组件的旋转输入动力，所述变换器被构造成将来自所述电机和所述发动机的所述旋转输入动力相加，以提供分路旋转动力；动力换挡组件，其被构造成接收来自变换器的分路旋转动力，该动力换挡组件包括：主变速齿轮；副变速齿轮；动力换挡离合器，所述动力换挡离合器被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量，所述动力换挡离合器中的一个与所述主变速齿轮和所述副变速齿轮中的每一个相关联；以及输出轴；其中，动力换挡组件被构造成以不同的传动比实现一直到达输出轴的多个不同的旋转动力流，所述多个不同的旋转动力流是由在动力换挡组件每次换挡时啮合所述主变速齿轮和副变速齿轮从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。
12.示例11的变速器，其中，所述动力换挡组件对于所述动力组件的所有挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
13.示例11的变速器，其中，所述动力换挡组件的每个连续挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
14.示例11的变速器，其中，所述动力换挡组件被构造成使用仅四个主变速齿轮和仅两个副变速齿轮来提供正好八个速度模式；并且其中，所述变换器、所述主变速齿轮和所述副变速齿轮被承载在平行轴上，所述平行轴用来实现所述多个不同的旋转动力流中的每一个。
15.示例11的变速器，其中，所述行星齿轮组是具有单个行星齿轮架、单个太阳轮和单个齿圈的单排简单行星齿轮组；并且其中，所述太阳轮被构造成接收来自电机的旋转输入动力，该行星齿轮架被构造成通过该输入组件接收来自发动机的旋转输入动力，并且该齿圈向该动力换挡组件提供所述分路旋转动力。
结论
前面描述了适合用在作业车辆中的变速器装置的一个或更多个示例，其中，发动机和电动力源用于在多个离散操作模式中为作业车辆中的牵引或其他使用提供分路动力。改变电机改变了操作模式的动力带。动力换挡部件允许异步换挡和模式之间的可变换挡点。主变速齿轮和副变速齿轮组以各种结构安装在平行轴上，包括例如使用四个主变速齿轮和两个副变速齿轮的八个前进和倒退速度模式。也可考虑其他布置，例如3×2架构中的六个前进和倒退速度模式以及3×3架构中的九个前进和倒退速度模式。在每个模式中，变速器装置被构造为在模式之间(即，从一个级别到下一个级别)具有均匀或近似均匀的步长，例如在1％或2％内，并且允许每个模式内的宽动力带，从而允许输出速度从每个模式的低端到高端加倍或近似加倍。由齿轮实现的传动比被紧密地限制，例如在连续主变速齿轮之间和连续副变速齿轮之间接近1.5或在1.5内。变速器装置还提供双向(前进和倒退)同步蠕行模式。
如本领域技术人员将理解的，所公开的主题的某些方面可以体现为方法、系统(例如，包括在作业车辆中的作业车辆控制系统)或计算机程序产品。因此，某些实施例可完全实现为硬件，完全实现为软件(包括固件、常驻软件、微代码等)或实现为软件和硬件(和其他)方面的组合。此外，某些实施例可以采取计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机可用存储介质具有包含在该介质中的计算机可用程序代码。
可以使用任何合适的计算机可用或计算机可读介质。计算机可用介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可用或计算机可读的存储介质(包括与计算设备或客户端电子设备相关联的存储设备)可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括以下：具有一条或更多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD－ROM)、光存储装置。在本文档的上下文中，计算机可用或计算机可读的存储介质可以是可包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括其中例如在基带中或作为载波的一部分包含有计算机可读程序代码的传播数据信号。这种传播信号可以采用多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是非瞬态的，并且可以是任何计算机可读介质，该计算机可读介质不是计算机可读存储介质，并且可以传送、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序。
本文描述的某些实施例的各方面可以参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述。应当理解，任何这样的流程图图示和/或框图的每个框以及这样的流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图的一个或更多个框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指示计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现在流程图和/或框图的一个或更多个框中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图的一个或更多个框中指定的功能/动作的步骤。
附图中的任何流程图和框图或上面的类似讨论，可以说明根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的体系结构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实现方式中，在框(或在此另外描述的)中指出的功能可以不按附图中指出的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个框(或连续描述的两个操作)实际上可以基本上同时执行，或者这些框(或操作)有时可以以相反的顺序执行。还将注意到，任何框图和/或流程图图示的每个框以及任何框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
最后，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
如本文所用，除非另外限制或修改，否则具有由连词(例如，“和”)分开并且之前还有短语“一个或更多个”或“至少一个”的要素的列表指示可能包括列表的单独要素或其任何组合的配置或布置。例如，“A、B和C中的至少一个”或“A、B和C中的一个或更多个”表示仅A、仅B、仅C、或A、B和C中的两个或更多个的任何组合的可能性(例如，A和B；B和C；A和C；或A、B和C)。
已出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但该描述不旨在穷举或将本公开限于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述本文明确引用的实施例是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开并认识到对所描述的示例的许多替代、修改和变化。因此，除了明确描述的实施例之外的各种实施例和实现方式都在以下权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于作业车辆(100)的变速器(112，312)，所述变速器(112，312)包括：
输入组件(120，320)，其具有定向离合器(126，128；326，328)并被构造成接收来自所述作业车辆(100)的发动机(104，304)的旋转输入动力；
电机(222，232；422，432)；
变换器(150，350)，其仅包括单个行星齿轮组(152，352)，所述行星齿轮组(152，352)被构造成接收并组合来自所述电机(222，232；422，432)和所述输入组件(120，320)的旋转输入动力；以及
动力换挡组件(170，370)，其被构造成接收来自所述变换器(150，350)的所述旋转输入动力，所述动力换挡组件(170，370)包括：
主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)；
副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)；
动力换挡离合器(178，180，182，184，186，188；378，380，382，384，386，388)，其被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量，所述动力换挡离合器(178，180，182，184，186，188；378，380，382，384，386，388)中的一个与所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)中的每个相关联；以及
输出轴(176，376)；
其中，所述动力换挡组件(170，370)被构造成实现一直到达所述输出轴(176，376)的多个不同的旋转动力流，所述多个不同的旋转动力流是由在所述动力换挡组件(170，370)每次换挡时啮合所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。
2.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)对于所述动力换挡组件的所有挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
3.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)对于所述动力换挡组件的所有挡位具有变化小于5％的传动比步长增量。
4.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)的每个连续挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
5.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)的每个连续挡位具有小于2.0的传动比增量。
6.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)实现彼此变化小于2.0的传动比，并且所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)实现彼此变化小于2.0的传动比。
7.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)被构造成使用仅四个主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和仅两个副变速齿轮(206，208，210；206，208，210)来提供正好八个分路速度模式，所述分路速度模式具有来自所述发动机(104，304)和所述电机(222，232；422，432)的组合动力。
8.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，其中，所述变换器(150，350)、所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)被承载在平行轴(154，174；354，374)上，所述平行轴(154，174；354，374)用来实现所述多个不同的旋转动力流中的每一个。
9.根据权利要求8所述的变速器(112，312)，其中，所述行星齿轮组(152，352)包括行星齿轮架(160，360)、太阳轮(156，356)和齿圈(162，362)；其中，所述太阳轮(156，356)被构造成接收来自所述电机(222，232；422，432)的旋转输入动力；其中，所述行星齿轮架(160，360)被构造成通过所述输入组件(120，320)接收来自所述发动机(104，304)的旋转输入动力；并且其中，所述齿圈(162，362)向所述动力换挡组件(170，370)提供旋转输入动力。
10.根据权利要求1所述的变速器(112，312)，所述变速器(112，312)进一步包括另一个电机(222，232；422，432)，所述另一个电机(222，232；422，432)通过所述输入组件(120，320)旋转地连接到所述发动机并被构造成接收来自所述发动机(104，304)的旋转输入动力。
11.一种用于作业车辆(100)的变速器(112，312)，所述变速器(112，312)包括：
输入组件(120，320)，其具有定向离合器并且被构造成接收来自所述作业车辆(100)的发动机的旋转输入动力；
电机(222，232；422，432)；
变换器(150，350)，其仅包括单个行星齿轮组(152，352)，所述行星齿轮组(152，352)被构造成接收来自所述电机(222，232；422，432)和所述输入组件(120，320)的旋转输入动力，所述变换器(150，350)被构造成将来自所述电机(222，232)和所述发动机(104，304)的所述旋转输入动力相加，以提供分路旋转动力；以及
动力换挡组件(170，370)，其被构造成接收来自所述变换器(150，350)的所述分路旋转动力，所述动力换挡组件(170，370)包括：
主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)；
副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)；
动力换挡离合器(178，180，182，184，186，188；378，380，382，384，386，388)，其被构造成因异步齿轮啮合而消耗能量，所述动力换挡离合器(178，180，182，184，186，188；378，380，382，384，386，388)中的一个与所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)中的每个关联；以及
输出轴(176，376)；
其中，所述动力换挡组件(170，370)被构造成以不同的传动比实现一直到达所述输出轴的多个不同的旋转动力流，所述多个不同的旋转动力流是由在所述动力换挡组件(170，370)每次换挡时啮合所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)从而实现多个传动比中的唯一一个而产生的。
12.根据权利要求11所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)对于所述动力换挡组件的所有挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
13.根据权利要求11所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)的每个连续挡位具有变化小于10％的传动比步长增量。
14.根据权利要求11所述的变速器(112，312)，其中，所述动力换挡组件(170，370)被构造成使用仅四个主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和仅两个副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)来提供正好八个速度模式；并且其中，所述变换器(150，350)、所述主变速齿轮(190，192，194，196，198，200，202，204；390，392，394，396，398，400，402，404)和所述副变速齿轮(206，208，210；406，408，410)被承载在平行轴(154，174；354，374)上，所述平行轴(154，174；354，374)用来实现所述多个不同的旋转动力流中的每一个。
15.根据权利要求11所述的变速器(112，312)，其中，所述行星齿轮组(152，352)是具有单个行星齿轮架(160，360)、单个太阳轮(156，356)和单个齿圈(162，362)的单排简单行星齿轮组；并且其中，所述太阳轮(156，356)被构造成接收来自所述电机(222，232)的旋转输入动力，所述行星齿轮架(160，360)被构造成通过所述输入组件(120，320)接收来自所述发动机(104，304)的旋转输入动力，并且所述齿圈(162，362)向所述动力换挡组件(170，370)提供所述分路旋转动力。
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