CN116733913A - 一种无级变速传动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种无级变速传动系统，为解决现有应用在拖拉机上的液压功率分流CVT产品，存在成本较高、研发难度大和传动路线开发困难等问题，提供一种无级变速传动系统及其控制方法，在动力输送机构接收的外部动力源保持不变的情况下，通过静液压机构的变量泵摆角连续变化，以及后退机构、前进机构、液压挡离合器和各挡位机构的状态配合，即可实现前进挡和后退挡动力换向、输出机构的动力连续输出和连续改变，在各工作区之间切换时动力不中断，速比连续可调，可显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性，进而使车辆适应各种复杂路况。另外，本发明仅使用两个行星排，结构更加紧凑便捷，后续使用维护更加简便。

Description

一种无级变速传动系统及其控制方法

技术领域

本发明属于一种无级变速传动系统，涉及一种无级变速传动系统及其控制方法。

背景技术

近年来，市场上也出现了技术较为先进的同步器换挡产品和动力换挡产品，以及比动力换挡技术更为先进和复杂的机械液压功率分流CVT（汽车变速器）产品。乘用车CVT模式的传扭能力小，无法应用在需要大马力的拖拉机上。针对拖拉机的大扭矩需求，采用液压功率分流构成的CVT是拖拉机的主流选择，但是，现有液压功率分流构成的CVT产品依然存在成本较高、研发难度大和传动路线开发困难等问题。

发明内容

本发明为了解决现有应用在拖拉机上的液压功率分流CVT产品，存在成本较高、研发难度大和传动路线开发困难等技术问题，提供一种无级变速传动系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种无级变速传动系统，包括动力输送机构、静液压机构、液压挡离合器、N个挡位机构、第一行星排、第二行星排、后退机构、前进机构和输出机构；其中，N为大于等于2的整数；

所述第一行星排和第二行星排组成拉维娜行星齿轮机构，所述拉维娜行星齿轮机构的行星架分别连接后退机构的一端和前进机构的一端；

所述静液压机构的一端和N个挡位机构的一端均与动力输送机构的输出端相连，动力输送机构的输入端用于连接外部动力源；所述静液压机构的另一端分别连接第二行星排的太阳轮和液压挡离合器的一端，液压挡离合器的另一端分别连接前进机构的一端和后退机构的一端；

N个所述挡位机构中，第奇数个挡位机构的另一端与第一行星排的太阳轮相连，第偶数个挡位机构的另一端与第一行星排的齿圈相连；

所述后退机构的另一端和前进机构的另一端均与输出机构的一端相连，输出机构的另一端用于无级变速传动系统的动力输出；

所述后退机构、前进机构、液压挡离合器和各挡位机构均包括两种状态，即工作状态和非工作状态；液压挡离合器和前进机构同时处于工作状态时，或者液压挡离合器和后退机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于纯液压挡工作区；任一挡位机构和前进机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于相应前进挡工作区；任一挡位机构和后退机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于相应后退挡工作区。

进一步地，还包括取力机构；

所述取力机构一端与动力输送机构的输出端相连，另一端用于连接外部的取力用具；

所述取力机构包括两种状态，即工作状态和非工作状态。

进一步地，所述挡位机构包括挡位离合器、挡位主动齿轮和挡位被动齿轮；

所述挡位离合器分别连接动力输送机构的输出端和相应的挡位主动齿轮；所述挡位主动齿轮空套于动力输送机构的输出端上，挡位主动齿轮与相应挡位被动齿轮相啮合；第奇数个挡位机构的挡位被动齿轮与第一行星排的太阳轮相连，第偶数个挡位机构的挡位被动齿轮与第一行星排的齿圈相连。

进一步地，所述动力输送机构包括离合器轴和离合器驱动齿轮；

所述静液压机构的一端与离合器驱动齿轮相连；

所述离合器轴的输入端连接外部动力源，所述离合器驱动齿轮、挡位离合器和取力机构均安装在离合器轴的输出端上。

进一步地，所述静液压机构包括第一中间轴、静液压单元、变量泵驱动齿轮、马达驱动齿轮和马达被动齿轮；

所述变量泵驱动齿轮和马达驱动齿轮均固定连接在第一中间轴上；变量泵驱动齿轮和离合器驱动齿轮相啮合，马达驱动齿轮和马达被动齿轮相啮合；

所述马达被动齿轮分别连接第二行星排的太阳轮和液压挡离合器的一端。

进一步地，还包括第二中间轴和第四中间轴；

所述马达被动齿轮固定在第四中间轴上；

所述第一行星排的太阳轮和第奇数个挡位机构的挡位被动齿轮均安装于第二中间轴上，第二行星排的太阳轮安装于第四中间轴上；第偶数个挡位机构的挡位被动齿轮空套于第二中间轴上；

所述第二中间轴和第四中间轴同轴设置。

进一步地，还包括第三中间轴、液压流输出被动齿轮和行星架输出被动齿轮；

所述后退机构的一端、前进机构的一端、液压挡离合器和行星架输出被动齿轮均安装在第三中间轴上；所述液压流输出被动齿轮空套于第三中间轴上，马达被动齿轮和液压流输出被动齿轮通过惰轮相连；

所述拉维娜行星齿轮机构的行星架上安装有行星架输出齿轮，行星架输出齿轮与行星架输出被动齿轮相啮合，行星架输出齿轮空套在第四中间轴上。

进一步地，所述前进机构包括前进挡离合器和前进挡主动齿轮，前进挡主动齿轮和前进挡离合器相连；所述后退机构包括后退挡离合器和后退挡主动齿轮，后退挡主动齿轮和后退挡离合器相连；

所述输出机构包括输出轴，以及安装在输出轴上的后退挡被动齿轮和前进挡被动齿轮，所述输出轴用于无级变速传动系统的动力输出；

所述前进挡离合器和后退挡离合器均安装在第三中间轴上，所述前进挡主动齿轮和后退挡主动齿轮均空套于第三中间轴上；

所述后退挡主动齿轮与后退挡被动齿轮相啮合，前进挡主动齿轮和前进挡被动齿轮通过前进挡惰轮相连。

进一步地，所述取力机构包括取力器离合器、取力器驱动齿轮、取力器输出轴和取力器输出被动齿轮；

所述取力器离合器安装在离合器轴的输出端上，取力器驱动齿轮空套于离合器轴的输出端上；

所述取力器输出被动齿轮安装在取力器输出轴的一端，取力器输出轴的另一端用于取力器输出；取力器输出被动齿轮与取力器驱动齿轮相啮合；

所述离合器轴、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴和输出轴相互平行。

本发明还提出了一种无级变速传动系统的控制方法：

车辆起步时，控制无级变速传动系统处于纯液压挡工作区，直至外部动力源输入的转速到达预设值，同时，通过改变静液压机构的变量泵摆角配合控制车辆前进或后退；

车辆升挡或降挡时，控制静液压机构的变量泵摆角，再通过控制挡位机构、前进机构和后退机构的状态，使无级变速传动系统处于相应的前进挡工作区或后退挡工作区；

车辆在坡道悬停时，控制无级变速传动系统处于纯液压挡工作区，同时，使静液压机构的变量泵摆角为0°。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提出一种无级变速传动系统，可以根据需要设置挡位机构的数量，使本发明的传动系统具备相应数量的前进挡和相应数量的后退挡。在动力输送机构接收的外部动力源保持不变的情况下，通过静液压机构的变量泵摆角连续变化，以及后退机构、前进机构、液压挡离合器和各挡位机构的状态配合，即可实现前进挡和后退挡动力换向、输出机构的动力连续输出和连续改变，在各工作区之间切换时动力不中断，速比连续可调，能够显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性，进而使车辆适应各种复杂路况。另外，本发明仅使用两个行星排，结构更加紧凑便捷，后续使用维护更加简便。

2.本发明的无级变速传动系统中还设置有取力机构，通过控制取力机构的状态，即可简单实现取力机构向外部的取力用具输出。

3.本发明中使用的挡位机构结构简单，通过与第一行星排的连接，配合第一行星排和第二行星排的组合，能够简便实现多挡位的连续切换。

4.本发明通过取力机构、挡位机构、动力输送机构、静液压机构、前进机构、后退机构，以及其他各部件的具体安装方式，使本发明形成一种集成平行轴、行星排、静液压单元实现功率分流的无级变速传动系统，结构和布局更加合理，进而能够有效节省安装空间，增强本发明的适用性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一种无级变速传动系统实施例的结构示意图。

其中：1-第一行星排、2-第二行星排、3-液压挡离合器、4-取力机构、5-挡位离合器、6-挡位主动齿轮、7-挡位被动齿轮、8-离合器轴、9-离合器驱动齿轮、10-第一中间轴、11-静液压单元、12-变量泵驱动齿轮、13-马达驱动齿轮、14-马达被动齿轮、15-第二中间轴、16-第三中间轴、17-液压流输出被动齿轮、18-行星架输出被动齿轮、19-前进挡离合器、20-前进挡主动齿轮、21-后退挡离合器、22-后退挡主动齿轮、23-输出轴、24-后退挡被动齿轮、25-前进挡被动齿轮、26-取力器离合器、27-取力器驱动齿轮、28-取力器输出轴、29-取力器输出被动齿轮、30-惰轮、31-前进挡惰轮、32-行星架输出齿轮、33-第四中间轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提出一种无级变速传动系统，适用于大马力拖拉机功率分流，为高端农机提供了最为先进的传动系统产品。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一

一种无级变速传动系统，包括动力输送机构、静液压机构、液压挡离合器3、N个挡位机构、第一行星排1、第二行星排2、后退机构、前进机构和输出机构；其中，N为大于等于2的整数，N的具体取值，等于需要的前进挡位数量或后退挡位数量，且前进挡位和后退挡位的数量相等。例如，需要设置两个前进挡位和两个后退挡位，则N=2。此处需要说明的是，本发明的描述中，纯液压挡不包含在此处N的数量中。

第一行星排1和第二行星排2组成拉维娜行星齿轮机构，第一行星排1的行星架和第二行星排2的行星架固定连接，第一行星排1和第二行星排2共用一个齿圈，拉维娜行星齿轮机构的行星架分别连接后退机构的一端和前进机构的一端，本发明仅使用两个行星排，且采用拉维娜行星齿轮机构能够与本发明的其他结构设置相匹配。

静液压机构的一端和各挡位机构的一端均与动力输送机构的输出端相连，动力输送机构的输入端连接外部动力源，外部动力源提供动力。静液压机构的另一端分别连接第二行星排2的太阳轮和液压挡离合器3的一端，液压挡离合器3的另一端分别连接前进机构的一端和后退机构的一端。

N个挡位机构中，第奇数个挡位机构的另一端与第一行星排1的太阳轮相连，第偶数个挡位机构的另一端与第一行星排1的齿圈相连，例如，包含前进四挡和后退四挡，则共有四个挡位机构，四个挡位机构的具体结构可以相同，也可以根据其他结构的具体情况有所差异，只要满足实施例一中的连接关系即可。后退机构的另一端和前进机构的另一端均与输出机构的一端相连，输出机构的另一端用于无级变速传动系统的动力输出，通过输出机构，对外输出动力。

其中，后退机构、前进机构、液压挡离合器3和各挡位机构均包括两种状态，即工作状态和非工作状态，工作状态表示对应部件接入无级变速传动系统，非工作状态表示对应部件在无级变速传动系统中断开连接，处于不工作状态。液压挡离合器3和前进机构同时处于工作状态时，或者液压挡离合器3和后退机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于纯液压挡工作区；任一挡位机构和前进机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于相应前进挡工作区；任一挡位机构和后退机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于相应后退挡工作区。通过后退机构、前进机构、液压挡离合器3和各挡位机构的状态配合，能够实现本发明的无级变速传动系统不同工作区转换，实现动力不间断输出。

实施例二

参见图1，本发明实施例二中的结构能够实现两个前进挡工作区、两个后退挡工作区、一个纯液压挡工作区和相应的动力换向，集成平行轴系统、行星排系统和静液压机构的无级变速传动系统，可实现功率分流，动力无中断传递，且速比连续可调，通过控制取力器离合器26处于结合状态，还可实现取力机构4输出。将各部件所处区域进行划分，共包括六个平行轴系统，即第一平行轴系统、第二平行轴系统、第三平行轴系统、第四平行轴系统、第五平行轴系统和第六平行轴系统。

在实施例二中，挡位机构设置有两个，分别对应一挡的挡位机构和二挡的挡位机构，两个挡位机构的结构相同。每个挡位机构均包括挡位离合器5、挡位主动齿轮6和挡位被动齿轮7，挡位离合器5分别连接动力输送机构的输出端和相应的挡位主动齿轮6，挡位主动齿轮6空套于动力输送机构的输出端上，挡位主动齿轮6与相应挡位被动齿轮7相啮合，第奇数个挡位机构的挡位被动齿轮7与第一行星排1的太阳轮相连，第偶数个挡位机构的挡位被动齿轮7与第一行星排1的齿圈相连。相应的，一挡的挡位机构包括一挡离合器、一挡主动齿轮和一挡被动齿轮，二挡的挡位机构包括二挡离合器、二挡主动齿轮和二挡被动齿轮。

第一平行轴系统包括离合器轴8、离合器驱动齿轮9、一挡主动齿轮、一挡离合器、二挡主动齿轮、二挡离合器和取力器驱动齿轮27。离合器轴8与外部动力源的动力输入通过花键连接。离合器驱动齿轮9、一挡离合器、二挡离合器和取力器离合器26固定连接在离合器轴8上，一挡主动齿轮、二挡主动齿轮和取力器驱动齿轮27空套在离合器轴8上，一挡主动齿轮与一挡离合器通过花键连接，二挡主动齿轮与二挡离合器通过花键连接，取力器驱动齿轮27与取力器离合器26通过花键连接。

第二平行轴系统包括第一中间轴10、静液压单元11、变量泵驱动齿轮12和马达驱动齿轮13。第一中间轴10与离合器轴8相互平行布置，静液压单元11、变量泵驱动齿轮12和马达驱动齿轮13均安装在第一中间轴10上，使静液压单元11分别与变量泵驱动齿轮12和马达驱动齿轮13固定连接，同时，变量泵驱动齿轮12与离合器驱动齿轮9相啮合，马达驱动齿轮13与第三平行轴系统中的马达被动齿轮14相啮合。

第三平行轴系统包括第二中间轴15、第四中间轴33、第一行星排1、一挡被动齿轮、二挡被动齿轮、第二行星排2、行星架输出齿轮32、马达被动齿轮14，第二中间轴15和第四中间轴33同轴设置。第二中间轴15与离合器轴8相互平行布置。第一行星排1的太阳轮与第二中间轴15通过花键连接。一挡被动齿轮固定连接在第二中间轴15上，且一挡被动齿轮与一挡主动齿轮相啮合。二挡被动齿轮空套在第二中间轴15上，且二挡被动齿轮与二挡主动齿轮相啮合，二挡被动齿轮与第一行星排1的齿圈通过花键连接。第一行星排1的行星架记作第一行星架，第二行星排2的行星架记作第二行星架，第一行星架与第二行星排2的齿圈固定连接，第一行星排1与第二行星排2构成拉维娜行星齿轮机构。行星架输出齿轮32与第二行星排2的行星架通过花键连接。马达被动齿轮14固定安装在第四中间轴33上，第二行星排2的太阳轮通过花键与第四中间轴33固定连接，且马达被动齿轮14与马达驱动齿轮13啮合。

第四平行轴系统包括第三中间轴16、行星架输出被动齿轮18、液压流输出被动齿轮17、液压挡离合器3、后退挡主动齿轮22、后退挡离合器21、前进挡离合器19和前进挡主动齿轮20。行星架输出被动齿轮18、液压挡离合器3、后退挡离合器21、前进挡离合器19均固定连接在第三中间轴16上。行星架输出被动齿轮18与行星架输出齿轮32相啮合。液压流输出被动齿轮17空套在第三中间轴16上，且液压流输出被动齿轮17与液压挡离合器3通过花键连接。后退挡主动齿轮22空套在第三中间轴16上，后退挡主动齿轮22与后退挡离合器21通过花键连接。前进挡主动齿轮20空套在第三中间轴16上，前进挡主动齿轮20与前进挡离合器19通过花键连接。

第五平行轴系统包括输出轴23、后退挡被动齿轮24和前进挡被动齿轮25。后退挡被动齿轮24和前进挡被动齿轮25均固定连接在输出轴23上。后退挡被动齿轮24与后退挡主动齿轮22相啮合。前进挡被动齿轮25与前进挡主动齿轮20同时与前进挡惰轮31相啮合。

第六平行轴系统包括取力器输出轴28和取力器输出被动齿轮29。取力器输出被动齿轮29固定连接在取力器输出轴28上。取力器输出轴28连接外部的取力用具，在无级变速传动系统处于前进挡、后退挡和纯液压挡时，均可通过取力器输出轴28进行取力。当给定取力器使能信号，取力器离合器26处于结合状态，取力器输出轴28即可输出转速。

以实施例二的具体结构为例，对本发明在各工作区的工作原理进行说明，以下是实施例二的结构在不同工作区的动力传递路线：

纯液压挡（前进）工作区：液压挡离合器3和前进挡离合器19处于结合状态，其他离合器均处于断开状态。发动机功率作为动力输入，从离合器轴8输入，带动离合器驱动齿轮9转动，功率全部通过液压流传递，离合器驱动齿轮9依次带动变量泵驱动齿轮12、静液压单元11、马达驱动齿轮13、马达被动齿轮14、惰轮30、液压流输出被动齿轮17转动，使第三中间轴16转动，进而带动前进挡主动齿轮20、前进挡惰轮31、前进挡被动齿轮25和输出轴23工作，由输出轴23输出动力。

在纯液压挡（前进）工作区，发动机转速不变的情况下，可通过控制静液压单元11中变量泵的摆角从0°到正最大连续变化，使输出轴23的转速连续增大，速比连续可调。

相应的，纯液压挡（后退）工作区，动力传递至第三中间轴16后，带动后退挡主动齿轮22、后退挡被动齿轮24和输出轴23工作，由输出轴23输出动力。

前进一挡工作区：一挡离合器和前进挡离合器19处于结合状态，其他离合器均处于断开状态。发动机功率作为动力输入从离合器轴8输入，带动离合器驱动齿轮9转动，由于一挡离合器处于结合状态，使一部分功率通过液压流传递，另一部分功率通过机械流传递。通过液压流传递的功率：离合器驱动齿轮9依次带动变量泵驱动齿轮12、静液压单元11、马达驱动齿轮13、马达被动齿轮14和第二行星排2的太阳轮工作。通过机械流传递的功率：一挡主动齿轮依次带动一挡被动齿轮、第二中间轴15和第一行星排1的太阳轮工作。两路功率在拉维娜行星齿轮机构进行汇合后，通过拉维娜行星齿轮机构的行星架（第二行星架）输出，然后传递到行星架输出齿轮32，再依次带动行星架输出被动齿轮18和第三中间轴16转动，由于前进挡离合器19处于结合状态，第三中间轴16依次带动前进挡主动齿轮20、前进挡惰轮31、前进挡被动齿轮25和输出轴23工作，由输出轴23输出动力。

在前进一挡工作区，发动机转速不变的情况下，可通过控制静液压单元11中变量泵的摆角从正最大到负最大连续变化，使输出轴23的转速连续增大，速比连续可调。

前进二挡工作区：二挡离合器和前进挡离合器19处于结合状态，其他离合器均处于断开状态。发动机功率作为动力输入，从离合器轴8输入，带动离合器轴8和离合器驱动齿轮9工作。由于二挡离合器处于结合状态，使一部分功率通过液压流传递，另一部分功率通过机械流传递。通过液压流传递的功率：离合器驱动齿轮9依次带动变量泵驱动齿轮12、静液压单元11、马达驱动齿轮13、马达被动齿轮14和第二行星排2的太阳轮工作。通过机械流传递：二挡主动齿轮依次带动二挡被动齿轮和第一行星排1的齿圈工作。两路功率在拉维娜行星齿轮机构进行汇合后，通过拉维娜行星齿轮机构的行星架输出，然后，依次传递到行星架输出齿轮32、行星架输出被动齿轮18、第三中间轴16、前进挡主动齿轮20、前进挡惰轮31、前进挡被动齿轮25和输出轴23工作，由输出轴23输出动力。

在前进二挡工作区，发动机转速不变的情况下，可通过控制静液压单元11中变量泵的摆角从负最大到正最大连续变化，输出轴23的转速连续增大，速比连续可调。

后退一挡工作区：一挡离合器和后退挡离合器21处于结合状态，其他离合器均处于断开状态。发动机功率作为动力输入从离合器轴8输入，带动离合器驱动齿轮9转动，由于一挡离合器处于结合状态，使一部分功率通过液压流传递，另一部分功率通过机械流传递。通过液压流传递的功率：离合器驱动齿轮9依次带动变量泵驱动齿轮12、静液压单元11、马达驱动齿轮13、马达被动齿轮14和第二行星排2的太阳轮工作。通过机械流传递的功率：一挡主动齿轮依次带动一挡被动齿轮、第二中间轴15和第一行星排1的太阳轮工作。两路功率在拉维娜行星齿轮机构进行汇合后，通过拉维娜行星齿轮机构的行星架输出，然后传递到行星架输出齿轮32，再依次带动行星架输出被动齿轮18和第三中间轴16转动，由于后退挡离合器21处于结合状态，第三中间轴16依次带动后退挡主动齿轮22、后退挡被动齿轮24和输出轴23工作，由输出轴23输出动力。

在后退一挡工作区，发动机转速不变的情况下，可通过控制静液压单元11中变量泵的摆角从正最大到负最大连续变化，使输出轴23的转速连续增大。速比连续可调。

后退二挡工作区：二挡离合器和前进挡离合器19处于结合状态，其他离合器均处于断开状态。发动机功率作为动力输入，从离合器轴8输入，带动离合器轴8和离合器驱动齿轮9工作。由于二挡离合器处于结合状态，使一部分功率通过液压流传递，另一部分功率通过机械流传递。通过液压流传递的功率：离合器驱动齿轮9依次带动变量泵驱动齿轮12、静液压单元11、马达驱动齿轮13、马达被动齿轮14和第二行星排2的太阳轮工作。通过机械流传递：二挡主动齿轮依次带动二挡被动齿轮和第一行星排1的齿圈工作。两路功率在拉维娜行星齿轮机构进行汇合后通过拉维娜行星齿轮机构的行星架输出，然后，依次传递到行星架输出齿轮32、行星架输出被动齿轮18、第三中间轴16、后退挡主动齿轮22、后退挡被动齿轮24和输出轴23工作，由输出轴23输出动力。

在后退二挡工作区，发动机转速不变的情况下，可通过控制静液压单元11中变量泵的摆角从负最大到正最大连续变化，使输出轴23的转速连续增大。速比连续可调。

如下的表1中，列出了上述各工作区下，离合器的工作状态，表1中“●”表示对应离合器处于结合状态，没有“●”的表示对应离合器处于断开状态。

表1无级变速传动系统各工作区下离合器工作状态表

采用本发明实施例二的无级变速传动系统，对应车辆的不同状态，工作原理如下：

车辆起步时：处于纯液压挡工作区（包括前进和后退），通过改变静液压单元11中变量泵的摆角，以及前进挡离合器19或者后退挡离合器21能够实现前进或后退，到达设定转速时进行其他工作区的切换。

传动系统升挡时：以从前进一挡工作区升至前进二挡工作区为例，当车速达到换挡点时，变量泵摆角处于负角度，一挡离合器脱开，同时，二挡离合器结合，变量泵摆角不变，整个升挡过程完成，速比连续、动力无中断。

传动系统降挡时：以从前进二挡工作区降至前进一挡工作区为例，当车速达到换挡点时，此时变量泵摆角处于负角度，二挡离合器脱开，同时，一挡离合器结合，变量泵摆角不变，整个升挡过程完成，速比连续、动力无中断。

动力换向模式：在任意车速下均可使用，启动动力换向模式时，传动系统会通过控制静液压单元11的变量泵摆角和各挡位离合器5，依次升挡/降挡至纯液压挡，在纯液压挡下控制静液压单元11的变量泵摆角，当摆角处于0°时，切换前进挡离合器19和后退挡离合器21的工作状态，完成动力换向。控制变量泵摆角，相当于控制马达转速，通过调节马达转速控制输出转速，液压流功率是随着马达转速的变化而变化的。

通过控制取力器离合器26的工作状态能够控制取力机构4的输出状态。

通过使车辆进入纯液压挡工作区并控制静液压单元11中变量泵的摆角为0°，可实现整车坡道悬停。

上述车辆的各状态，需要车辆进入任一工作区时，只需参照表1使各离合器处于对应工作状态即可。

在本发明的其他实施例中，还可以根据挡位需要调整挡位机构的数量。

另外，本发明采用在第三中间轴16上直接增加一个液压挡离合器3控制液压挡工作状态，结合两个行星排的结构，以及后端采用前进机构和后退机构控制方向，前端通过挡位机构控制挡位车速，使得行星排结构更为简单，纯液压挡效率更高，换挡时速差更小，能够有效提高液压挡离合器3、一挡离合器和后退挡离合器21的寿命。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无级变速传动系统，其特征在于：包括动力输送机构、静液压机构、液压挡离合器（3）、N个挡位机构、第一行星排（1）、第二行星排（2）、后退机构、前进机构和输出机构；其中，N为大于等于2的整数；

所述第一行星排（1）和第二行星排（2）组成拉维娜行星齿轮机构，所述拉维娜行星齿轮机构的行星架分别连接后退机构的一端和前进机构的一端；

所述静液压机构的一端和N个挡位机构的一端均与动力输送机构的输出端相连，动力输送机构的输入端用于连接外部动力源；所述静液压机构的另一端分别连接第二行星排（2）的太阳轮和液压挡离合器（3）的一端，液压挡离合器（3）的另一端分别连接前进机构的一端和后退机构的一端；

N个所述挡位机构中，第奇数个挡位机构的另一端与第一行星排（1）的太阳轮相连，第偶数个挡位机构的另一端与第一行星排（1）的齿圈相连；

所述后退机构的另一端和前进机构的另一端均与输出机构的一端相连，输出机构的另一端用于无级变速传动系统的动力输出；

所述后退机构、前进机构、液压挡离合器（3）和各挡位机构均包括两种状态，即工作状态和非工作状态；液压挡离合器（3）和前进机构同时处于工作状态时，或者液压挡离合器（3）和后退机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于纯液压挡工作区；任一挡位机构和前进机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于相应前进挡工作区；任一挡位机构和后退机构同时处于工作状态时，无级变速传动系统处于相应后退挡工作区。

2.根据权利要求1所述一种无级变速传动系统，其特征在于：还包括取力机构（4）；

所述取力机构（4）一端与动力输送机构的输出端相连，另一端用于连接外部的取力用具；

所述取力机构（4）包括两种状态，即工作状态和非工作状态。

3.根据权利要求2所述一种无级变速传动系统，其特征在于：所述挡位机构包括挡位离合器（5）、挡位主动齿轮（6）和挡位被动齿轮（7）；

所述挡位离合器（5）分别连接动力输送机构的输出端和相应的挡位主动齿轮（6）；所述挡位主动齿轮（6）空套于动力输送机构的输出端上，挡位主动齿轮（6）与相应挡位被动齿轮（7）相啮合；第奇数个挡位机构的挡位被动齿轮（7）与第一行星排（1）的太阳轮相连，第偶数个挡位机构的挡位被动齿轮（7）与第一行星排（1）的齿圈相连。

4.根据权利要求3所述一种无级变速传动系统，其特征在于：所述动力输送机构包括离合器轴（8）和离合器驱动齿轮（9）；

所述静液压机构的一端与离合器驱动齿轮（9）相连；

所述离合器轴（8）的输入端连接外部动力源，所述离合器驱动齿轮（9）、挡位离合器（5）和取力机构（4）均安装在离合器轴（8）的输出端上。

5.根据权利要求4所述一种无级变速传动系统，其特征在于：所述静液压机构包括第一中间轴（10）、静液压单元（11）、变量泵驱动齿轮（12）、马达驱动齿轮（13）和马达被动齿轮（14）；

所述静液压单元（11）、变量泵驱动齿轮（12）和马达驱动齿轮（13）均安装在第一中间轴（10）上；变量泵驱动齿轮（12）和离合器驱动齿轮（9）相啮合，马达驱动齿轮（13）和马达被动齿轮（14）相啮合；

所述马达被动齿轮（14）分别连接第二行星排（2）的太阳轮和液压挡离合器（3）的一端。

6.根据权利要求5所述一种无级变速传动系统，其特征在于：还包括第二中间轴（15）和第四中间轴（33）；

所述马达被动齿轮（14）固定在第四中间轴（33）上；

所述第一行星排（1）的太阳轮和第奇数个挡位机构的挡位被动齿轮（7）均安装于第二中间轴（15）上，第二行星排（2）的太阳轮安装于第四中间轴（33）上；第偶数个挡位机构的挡位被动齿轮（7）空套于第二中间轴（15）上；

所述第二中间轴（15）和第四中间轴（33）同轴设置。

7.根据权利要求6所述一种无级变速传动系统，其特征在于：还包括第三中间轴（16）、液压流输出被动齿轮（17）和行星架输出被动齿轮（18）；

所述后退机构的一端、前进机构的一端、液压挡离合器（3）和行星架输出被动齿轮（18）均安装在第三中间轴（16）上；所述液压流输出被动齿轮（17）空套于第三中间轴（16）上，马达被动齿轮（14）和液压流输出被动齿轮（17）通过惰轮（30）相连；

所述拉维娜行星齿轮机构的行星架上安装有行星架输出齿轮（32），行星架输出齿轮（32）与行星架输出被动齿轮（18）相啮合，行星架输出齿轮（32）空套在第四中间轴（33）上。

8.根据权利要求7所述一种无级变速传动系统，其特征在于：所述前进机构包括前进挡离合器（19）和前进挡主动齿轮（20），前进挡主动齿轮（20）和前进挡离合器（19）相连；所述后退机构包括后退挡离合器（21）和后退挡主动齿轮（22），后退挡主动齿轮（22）和后退挡离合器（21）相连；

所述输出机构包括输出轴（23），以及安装在输出轴（23）上的后退挡被动齿轮（24）和前进挡被动齿轮（25），所述输出轴（23）用于无级变速传动系统的动力输出；

所述前进挡离合器（19）和后退挡离合器（21）均安装在第三中间轴（16）上，所述前进挡主动齿轮（20）和后退挡主动齿轮（22）均空套于第三中间轴（16）上；

所述后退挡主动齿轮（22）与后退挡被动齿轮（24）相啮合，前进挡主动齿轮（20）和前进挡被动齿轮（25）通过前进挡惰轮（31）相连。

9.根据权利要求7所述一种无级变速传动系统，其特征在于：所述取力机构（4）包括取力器离合器（26）、取力器驱动齿轮（27）、取力器输出轴（28）和取力器输出被动齿轮（29）；

所述取力器离合器（26）安装在离合器轴（8）的输出端上，取力器驱动齿轮（27）空套于离合器轴（8）的输出端上；

所述取力器输出被动齿轮（29）安装在取力器输出轴（28）的一端，取力器输出轴（28）的另一端用于取力器输出；取力器输出被动齿轮（29）与取力器驱动齿轮（27）相啮合；

所述离合器轴（8）、第一中间轴（10）、第二中间轴（15）、第三中间轴（16）和输出轴（23）相互平行。

10.一种权利要求1至9任一所述一种无级变速传动系统的控制方法，其特征在于：

车辆起步时，控制无级变速传动系统处于纯液压挡工作区，直至外部动力源输入的转速到达预设值，同时，通过改变静液压机构的变量泵摆角配合控制车辆前进或后退；

车辆升挡或降挡时，控制静液压机构的变量泵摆角，再通过控制挡位机构、前进机构和后退机构的状态，使无级变速传动系统处于相应的前进挡工作区或后退挡工作区；

车辆在坡道悬停时，控制无级变速传动系统处于纯液压挡工作区，同时，使静液压机构的变量泵摆角为0°。