CN1484741A - 马达/发电机及辅助带驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于动力设备的改进带驱动系统和方法。所述动力设备是这样一种类型的设备，即包括一个曲轴滑轮(24)，一个辅助滑轮(18，20，22)，一个马达/发电机滑轮(14)，一个第一带张紧装置(26)，一个第一带张紧轮(28)，和一个绕在曲轴滑轮、辅助滑轮、马达/发电机滑轮和第一带张紧轮周围的动力传递带(30)。动力传递带具有由离各滑轮最近的终点限定的跨段。沿正常操作中带行进的方向，这些跨段包括开始于曲轴滑轮并结束于马达/发电机滑轮的中间跨段。中间跨段包括一个第一中间跨段和一个最后的中间跨段，前者具有离曲轴滑轮最近的曲轴终点，后者具有离马达/发电机滑轮最近的第一马达/发电机终点。所述系统由动力传递带改进，沿正常操作中带行进的方向，动力传递带还具有一个起始于马达/发电机滑轮的起动－松弛－侧跨段。起动－松弛－侧跨段具有离马达/发电机滑轮最近的第二马达/发电机终点和与该终点相对的下游终点。所述系统具有离一个中间跨段的终点最近的第一张紧轮，所述终点不是曲轴终点或第一马达/发电机终点。所述系统还具有离下游终点最近的第二张紧轮(29)。

Description

马达/发电机及辅助带驱动系统

                       技术领域

本发明通常涉及内燃机辅助带驱动系统，各系统具有一既执行发动机起动功能又执行发电功能的整体装置，例如有时称作发电-起动装置(Gen-Star)的马达/发电机。特别是，本发明涉及用在汽车中的这种系统。具体地说，本发明涉及一种用于带驱动系统的结构，所述系统各具有一个马达/发电机和若干张紧装置。

                       背景技术

内燃机通常使用动力传递带驱动系统来从发动机曲轴输出动力并将它输送给一个或多个不同的发动机辅助装置或辅助设备。在汽车领域中，这些辅助设备包括动力转向泵、水泵、空气调节压缩机、燃油泵和交流发电机。过去，这种发动机使曲轴上的主动力输出处从发动机后部突出，用于驱动车轮使汽车移动的传动系统连接到其上。辅助设备由连接到曲轴前部的滑轮驱动。各辅助设备备有一个滑轮。所有的滑轮通过绕在它们周围的一个或多个动力传递带机械连接。提供了一些张紧各动力传递带的方法。动力传递带、滑轮以及完成带张紧的装置形成辅助带驱动系统。

较早的系统包括多个V-带。通常，通过手工调节并固定每条带的至少一个辅助轮或惰轮来张紧各条带。这些指的是锁定中心带驱动，因为这里没有提供任何滑轮的自动运动以总体上适应带或传动的变化条件。如果带应该拉伸或伸长，那么将减小带上的张力。另外，对于带驱动系统的正确操作，带的张力必须被设定得足够高以适应最坏的情况。这种最坏的情况可能是由过高的温度、过度的发动机操作或辅助设备操作引起的。

目前已经感兴趣于使汽车的发动机室的容积更小。为了适应较小的室，发动机的各方面都变得较小，其中包括辅助带驱动系统。至少部分地，这已经通过减少使用的带的数量而实现。由于减少了带，而且因此从发动机前方延伸的层的数量减少，所以从发动机前方延伸的带驱动系统的总长度减小。最终，这导致在许多应用中使用单条蛇形带。蛇形带被如此命名是因为其在各滑轮周围蜿蜒而行，具有一系列的弯曲处，即向前又向后。一种v-肋状或Micro-V形(Gates橡胶公司的一种注册商标)带最适于蜿蜒应用的场合。

在蜿蜒应用的情况中，对于用于带张紧的锁定-中心法的限制加重。因此大多数现代的蛇形带驱动包括一个自动张紧装置，从而可以更好地适应带驱动系统的变化条件。在基本的形式中，自动张紧装置具有一个框架和一个滑轮，框架直接或间接连接到发动机的气缸体上，滑轮压靠在位于带驱动系统的旋转平面中的带上。一个可动元件在框架和滑轮之间延伸并被偏移以通过滑轮而在带上提供压力。所述压力作用以延长被拉带周围的距离，从而使带处于张紧状态。已经采用各种技术和形状来提供偏移力。通常，一个弹性元件如钢质弹簧用于迫使可动元件进行线性或旋转运动，这导致滑轮沿朝向带表面的方向运动，这反过来趋向于增加带上的张力。

当所述系统处于静止状态时(即滑轮没有转动)，仅具有这些元件的张紧装置在带表面上提供了稍稳定的力。至少对于弹性元件的线性度和张紧装置的几何形状的限制，通过弹性元件的作用使由时间、温度或制造偏差引起的驱动系统的尺寸不稳定性得到了相当好的调节。因此当系统静止时，尽管带可能具有拉伸或者发动机可能是热的或冷的，带上的张力仍保持相对稳定。但是，仅具有这些元件的张紧装置不会对于系统的所有操作条件都保持带上的适当张力。

由于曲轴或辅助设备的扭转振动或其它角加速度的影响，不平衡条件的影响或其它影响，工作中的带驱动系统通常会振荡。曲轴扭转振动的出现部分是由于通过各气缸和活塞组合的燃烧循环传送给曲轴的特定冲量引起的。这种振荡导致带的振动。这反过来又导致张紧装置的可动部分的振动。然后动量在那些可动部分上聚积，改变滑轮施加在带表面上的力和施加在带上的张力。带上的变化张力会引起不能接受的带驱动系统的操作性能。在一种情况中，短期操作性能的问题，例如带驱动系统的带过度滑移限制了系统的效率或动力传递能力，或者由于滑移或其它原因引起的过度嘈杂的问题会出现。在另一种情况中，为了短期具有能接收的操作性能，必须施加到带上的张力量导致长期的问题，例如系统的一个或多个元件的过早损坏，包括带或一个或多个辅助设备。

为了调解这些问题并因此改善张紧装置的性能，减震装置已经被包括在张紧装置中。早期的减震张紧装置已经包括了对称减震，其中无论瞬时运动是沿趋向于增加带上张力的方向还是沿趋向于减小带上张力的方向，张紧装置的可动部分的运动被衰减得近似相等。在滑轮/带交界面处，阻尼与由弹性元件提供的力结合以导致修正的偏置。其它张紧装置使用了不对称的减震。通常，这些张紧装置被如此减震，以便当张紧装置沿带张紧方向运动时可动部分上的阻尼最小；当张紧装置沿带松弛方向运动时可动部分上的阻尼最大。

不对称减震的某些方法本质上是被动的。可动部分的主要运动方向产生不同的减震率。在一种方法中，闸瓦以不和皮带槽表面垂直的角度偏靠在皮带槽上。结果，闸瓦和皮带槽沿一方向的相对运动趋向于从皮带槽抬起闸瓦。这降低了其交界面处的压力，降低了引起衰减的摩擦，并因此减少了衰减。另一方向趋向于将闸瓦楔入皮带槽中并增加了衰减，如图2中所示。在另一种方法中，如Meckstroth等人的美国专利US5439420中所述，根据张紧装置可动部分的运动，减震流体通过阀流经不同的孔。当张紧装置沿张紧方向运动时，流体通过较大的孔或通道，给流体运动提供很小的阻力和提供很小的衰减。在松弛的方向上，流体通过较小的孔或通道，提供较大的阻力和较大的衰减。

另一种不对称张紧装置衰减的方法也是现有的而且被披露在‘420专利中。在‘420专利中，论述了两个有效的非对称实施例。一个中，电磁阀配置闸瓦。当配置闸瓦时，张紧装置的运动在两个方向上被衰减。另外，一个楔子与闸瓦配合以在张紧装置运动时改变配置闸瓦的元件的力。当张紧装置沿松弛方向运动时衰减增加，而且当张紧装置沿张紧方向运动时衰减减小。在另一种情况中，电磁阀配置活塞，其改变流体通路并因此改变衰减。‘420专利中披露的另一种方法是使用一个电磁阀，类似于两个有效的非对称减震张紧装置，包括一个在两种操作模式之间切换张紧装置的锁定元件。在张紧装置的一个模式中，张紧装置作为自动张紧装置。在另一个模式中，其可动部分被锁定，使张紧装置以和锁定-中心的张紧装置几乎相同的方式操作。

‘420专利涉及解决由惯性力产生的不能接受的带驱动系统操作的问题，所述惯性力由辅助设备和惰轮快速减速时的旋转质量引起。如此处所述，当在发动机的曲轴处产生突然的转动减速时“交流发电机的高转动惯性使它保持转动并使交流发电机沿使[所述特定驱动结构的]带松弛的方向拉张紧装置…结果驱动带(原文为drivebelt)滑移…”。

传统地，提供一个使发动机曲轴旋转的起动电动机，因此可以开始燃烧过程而且发动机将开始运行。起动电动机位于发动机后部附近并用于通过齿轮链间歇地接合曲轴的后部。

目前，通过减小汽车的重量并减少发动机罩下元件的数量，增加压力来降低排放和增加燃油经济性。针对这些目标的方法包括将起动电动机的功能和交流发电机的功能组合在一起成为一个装置，即一个马达/发电机或Gen-Star。另外对于增加燃油经济性的目标，Gen-Star促进了一种称作“怠速停止”的特征的应用。该特征是在发动机怠速运转时容许发动机停止运转，然后在希望汽车起动时再起动发动机。该特征实质上增加了对辅助带驱动的需要。应用中，马达/发电机通过辅助带驱动系统与曲轴机械连接。马达/发电机和相联的辅助带驱动系统倾向于设置在发动机前方。但是，可以将这些系统设置在其它可以看到的位置，包括发动机的后方。

Gen-Star系统的出现使动力传递带驱动系统的设计者面对新的挑战。其中的一个重大挑战是通过一种包括此新装置的辅助带驱动开发一种具有满意性能的张紧系统，这不仅提供了基本的载荷和旋转惯性，而且将大的驱动扭矩加到辅助带驱动系统中。另外，它在间歇的基础上提供此大驱动扭矩。

用于张紧包含马达/发电机的辅助带驱动系统的张紧系统被披露在日本专利申请公开JP1997000359071中。在此公开中，将一种自动张紧装置抵靠带的一段设置，如果没有张紧装置的存在，在马达/发电机处于起动模式中时这段将变为最松弛的一段。

所述被披露的张紧系统被认为不是最佳的。在短期内，为了得到满意的性能，必须牺牲长期的性能，而且必须被用来得到足够的短期性能的带的长度不是最佳的。

因此，需要一种能同时提供足够的短期性能和足够的长期性能的张紧系统，需要优化可以被用于任何给定场合的带的长度，以及需要降低成本和复杂性。

                     发明内容

本发明的一个目的是提供一种能改善短期性能和长期性能的带驱动系统构造，并且使带的选择最优。

本发明的另一个目的是提供一种与进一步优化短期、长期性能和带宽度的构造结合的非对称张紧装置。

本发明的又一个目的是提供一种包括一个与进一步优化短期、长期性能和带宽度的构造结合的锁定元件的张紧装置。

为了实现本发明的前述和其它目的，如此处具体描述的，披露了一种包含马达/发电机的辅助带驱动系统。本发明提供了一种用于动力设备(power plant)的改进带驱动系统。所述动力设备是这样一种类型的设备，即包括一个曲轴滑轮，一个辅助滑轮，一个马达/发电机滑轮，一个第一带张紧装置，一个第一带张紧轮，和一个绕在曲轴滑轮、辅助滑轮、马达/发电机滑轮和第一带张紧轮周围的动力传递带。动力传递带具有由离各滑轮最近(靠近滑轮)的终点限定的跨段(span)。沿正常操作中带行进的方向，这些跨段包括开始于曲轴滑轮并结束于马达/发电机滑轮的中间跨段。中间跨段包括一个第一中间跨段和一个最后的中间跨段，前者具有离曲轴滑轮最近的曲轴终点，后者具有离马达/发电机滑轮最近的第一马达/发电机终点。所述系统由动力传递带改进，沿正常操作中带行进的方向，动力传递带还具有一个起始于马达/发电机滑轮的起动-松弛-侧跨段。起动-松弛-侧跨段具有离马达/发电机滑轮最近的第二马达/发电机终点和与该终点相对的下游终点。所述系统具有离一个中间跨段的终点最近的第一张紧轮，所述终点不是曲轴终点或第一马达/发电机终点。所述系统还具有离下游终点最近的第二张紧轮。

                       附图说明

包含在说明书中并形成说明书一部分的附图和说明书一起描述了本发明的优选实施例，用以解释本发明的原理，其中相同的标号表示相同的元件。

图1表示包括马达/发电机的辅助带驱动系统构造的优选实施例的示意图。

图2是形成优选的包括马达/发电机的辅助带驱动系统的一部分的张紧装置的详图。

图3表示包括马达/发电机的辅助带驱动系统构造的另一优选实施例的示意图。

图4是形成另一优选的包括马达/发电机的辅助带驱动系统的一部分的另一张紧装置的详图。

图5是形成另一优选的包括马达/发电机的辅助带驱动系统的一部分的另一张紧装置的详图。

图6是控制信号路径的方框图。

图7是形成另一优选的包括马达/发电机的辅助带驱动系统的一部分的另一张紧装置的详图。

                      具体实施方式

图1中示出了辅助带驱动系统10的一个优选实施例。它包括马达/发电机12，马达/发电机滑轮14，动力转向泵滑轮18，空气调节压缩机滑轮20，水泵滑轮22，曲轴滑轮24，第一张紧装置26，第一张紧轮28，第二张紧装置27，第二张紧轮29和动力传递带30。将使第一张紧装置26或第二张紧装置27看不清的动力传递带30的部分在图中被断开。

尽管描述了用在特定几何形状的设置中的特定辅助滑轮，但是应该认识到本发明适用于各种辅助设备和几何形状设置的组合，包括蛇形和非蛇形结构，这取决于具体的应用。所描述的结构是蛇形。因此，动力传递带30通常为v-肋型。但是，本发明适用于所有类型的带。另外，这种描述还被看作具有多条带的辅助带驱动系统中的一个带/滑轮平面。

标以“带行进”的箭头表示发电和起动模式中带正常工作期间的带行进方向。沿动力传递带30限定的路径向下游运动就是沿和带行进的方向相同的方向运动。向上游运动就是沿和带行进的方向相反的方向运动。

向下游运动开始于曲轴滑轮24，第一中间跨段32包括起始于一个终点并终止于另一个终点的距离，前一终点位于曲轴滑轮24和动力传递带30之间的最后接触点，后一终点位于张紧轮28和动力传递带30之间的第一接触点。最后的中间跨段34包括起始于张紧轮28和动力传递带30之间的最后接触点并终止于马达/发电机滑轮14和动力传递带30之间的第一接触点的距离。如果添加接触第一中间跨段32或者最后的中间跨段34的滑轮，那么将导致附加的中间跨段。另外，起动-松弛-侧跨段36跨过从与马达/发电机滑轮14接触的点到与第二张紧轮29接触的点的距离。

马达/发电机滑轮14和曲轴滑轮24处扭矩的方向根据辅助带驱动系统10的操作模式反向，如各滑轮14和24处分别标以“起动”和“发电”的箭头所示。在发电模式中，曲轴滑轮24供给所有的驱动扭矩。水泵滑轮22、空气调节压缩机滑轮20、动力转向泵滑轮18和马达/发电机滑轮14消耗驱动扭矩，第一张紧轮28和第二张紧轮29消耗较少的扭矩。在起动模式中，马达/发电机滑轮14供给所有的驱动扭矩。曲轴滑轮24、水泵滑轮22、空气调节压缩机滑轮20和动力转向泵滑轮18消耗驱动扭矩，第一张紧轮28和第二张紧轮29消耗较少的扭矩。

通常不考虑操作模式，如果假定容许各滑轮自由转动，那么各跨段上的张力将相同而且处于静态张紧。静态张紧是趋向于延长动力传递带30的、施加到动力传递带30上的力的结果，所述力经第一张紧轮28通过第一张紧装置26或经第二张紧轮29通过第二张紧装置27施加。通常，如后面详细所述，第一张紧装置26或第二张紧装置27根据辅助带驱动系统10的操作模式提供静态张力。但是，如果：1)辅助带驱动系统10处于非运转状态；或者由于结构或者由于时间，第一和第二张紧装置26和27的减震分别是不存在的；而且第一和第二张紧装置26和27根据各自能够提供的张力被合理地平衡，那么静态张紧量将是由寻求相等张力点的第一和第二张紧装置26和27提供的张力的结果。但是，当扭矩被供给并由辅助带驱动系统10的各滑轮消耗时，例如当辅助带驱动系统10工作时，各跨段中的张力被改变。

在传统的或发电模式中，曲轴滑轮24和发电-拉紧-侧跨段38供给驱动扭矩而且为分别具有最大张力的跨段。在发电-拉紧-侧跨段38的各跨段上游，由于立即经过所述跨段的各扭矩消耗滑轮的作用而使动力传递带30上的张力降低。大多数情况中，马达/发电机滑轮14具有最大的载荷。因此，当从起动-松弛-侧跨段36运动到最后的中间跨段34时，通常出现由于载荷而引起的张力上的最大差别。总之，这种倾向继续到第一中间跨段32具有最小张力的点处，其中第一中间跨段32具有位于曲轴滑轮24处的终点。

在起动模式中，对于此处所述的实施例，马达/发电机12供给驱动扭矩。最后的中间跨段34为具有最大张力的跨段。第一中间跨段32的张力仅通过由第一张紧轮28提供的小载荷而稍微减少。不像发电模式，曲轴滑轮24具有最大的载荷。同样地，在第一中间跨段32和发电-拉紧-侧跨段38之间具有由载荷引起的最大张力差。传统地，最优化被看作一种在驱动系统的布置中使各种载荷和张紧装置的设置有一定顺序的功能。可以看到，发电模式中最优的布置基本上和起动模式中最优的布置不同。

在传统的辅助v-肋带驱动系统中，基本的设计事项是：1)与期望被供给和消耗的扭矩有关的带宽度(通常由肋的数量表示)和类型的选择；2)静态张力的选择，以使其低于迫使系统的任一带或部件在可接受范围下降低使用寿命的点，并且同时使其高于不可接受的滑移开始的点。另外，带宽度和类型的选择影响带寿命。另外，这两个基本的设计事项(consideration)之间有相互关系。

从成本和复杂性的观点看来，辅助带驱动系统设计者的一个恒定目标是同时优化这两个设计事项。通过控制许多几何和材料参数来实现最优化，这对于本领域的技术人员而言是熟知的。这些中是基于惯性或其它扭矩的主动和从动滑轮的设置。

包括马达/发电机的驱动系统提出了新的和难的限制，而且因此间接提到了实际的优化。困难的根本在于下述事实，即供给驱动扭矩和具有最大载荷和惯性扭矩的滑轮根据操作模式的不同而不同。另外，上述惯性扭矩载荷通常比传统驱动系统中遇到的大。

所述优选实施例的设计在某些用于组合模式的应用中极大地优化了辅助带驱动系统10，特别是当与第一和第二张紧装置26和27结合时，如图2中的设计和结构所示。由于第一张紧装置26的设计和结构与第二张紧装置27的相同，所以图2中仅描述第一张紧装置26。

第一张紧装置26包括第一张紧轮28，主枢轴40，减震器枢轴42，减震器臂44，减震器闸瓦46，减震器皮带槽48，偏压弹簧(biasingspring)50，棘齿52，棘爪54，棘爪枢轴56，柱塞58，电磁阀60和导线62。第一张紧轮28、减震器皮带槽48、棘齿52、偏压弹簧50和主枢轴40由张紧装置的框架64支撑。在此实施例中，偏压弹簧50为钢质弹簧。其它弹性元件，包括人造橡胶元件或气动元件，可以被使用以提供弹性偏移力。注意到第一张紧装置26设置在第一中间跨段32和最后的中间跨段34之间。第二张紧轮29设置在起动-松弛-侧跨段36的终点处，与在马达/发电机滑轮14处的终点相对。

当辅助带驱动系统10在发电模式和起动模式中操作时，模式传感器66(图6)检测特定模式的存在。模式传感器可以是一个单独的电开关或继电器，其工作时马达/发电机12接收电能以开始驱动辅助带驱动系统10，模式传感器还可以是汽车点火开关的一部分。模式传感器66通常设置在马达/发电机的控制器中。由模式传感器66产生的信号被传给信号处理器68，其可以是各种用于处理所述信号并使它与第一和第二致动器70和71相容。对于本领域的普通技术人员而言，此信号通路的元件和相联部件、模式传感器66、信号处理器68以及第一和第二致动器70和71是已知的。该优选实施例的第一和第二致动器70和71包括电磁阀60，其具有用于第一和第二张紧装置26和27的柱塞58和导线62。尽管该优选实施例考虑使用电信号、传感器、处理器和致动器，但是也可以预想机械、液压和气动信号、传感器、处理器和致动器的使用。

当信号被传送到电磁阀60时，它经导线62传送。通过提升柱塞58，使棘爪54绕棘爪枢轴56转动到棘爪54与棘齿52啮合的位置。当如此配置时，第一或第二张紧轮28或29能沿张紧方向运动，但被限制或锁定而不能沿松弛方向移动。

在发电模式中，第一中间跨段32和最后的中间跨段34承载最小的张力。没有信号被传给第一致动器70。因此，如所述的，棘爪54与棘齿52脱开。因此，第一张紧装置26用于在曲轴滑轮24的下游和马达/发电机滑轮14的上游处给整个辅助带驱动系统10提供静态张力。偏压弹簧50偏压第一张紧轮28。

当动力传递带30的条件容许时，偏压弹簧50使偏压弹簧50跨过的距离延长。接着，由张紧装置的框架64支撑的第一张紧轮28沿顺时针和图2所示的张紧方向绕主枢轴40转动。偏压弹簧50使减震器臂44将减震器闸瓦46压靠在减震器皮带槽48上。同时，顺时针运动和主枢轴与减震器枢轴的几何关系一起使减震器皮带槽48在减震器闸瓦46下顺时针运动，引起阻尼摩擦力。阻尼摩擦力趋向于减小第一张紧轮28施加到动力传递带30上的偏置力。但是，顺时针运动和枢轴40与42之间的关系趋向于减小闸瓦46和皮带槽48的配合力。因此，当第一张紧轮28沿张紧方向转动时，阻尼摩擦力减小。

当动力传递带30的条件迫使第一张紧轮28通过克服偏压弹簧50提供的力而沿松弛方向转动时，逆时针运动和主枢轴40与减震器枢轴42之间的关系趋向于增加闸瓦46和皮带槽48的配合力。因此，当张紧轮28沿松弛方向转动时，阻尼摩擦力增加。所述阻尼摩擦力趋向于增加第一张紧轮28施加到动力传递带30上的偏压力。

因此，信号被传给到第二致动器71。到达电磁阀60的信号是经导线62传送的。通过提升柱塞58，电磁阀60与该信号响应，迫使棘爪54绕棘爪枢轴56旋转并使棘爪54与棘齿52啮合。

第二张紧装置27用作有效的非对称张紧装置。当配置有这种锁定元件时，第二张紧轮29可以沿张紧方向运动，但是被限制或锁定而不能沿松弛方向运动。没有致动器71的操作，张紧装置27将被迫使限制其行程而且容许动力传递带30绕最短的可能距离行进。动力传递带30通过此新路径所花费的时间将取决于由减震闸瓦46和减震皮带槽48的组合所提供的阻尼摩擦的量。如果使用不同的减震结构，如下所述，那么所述时间将取决于由所用结构提供的阻尼级别(level)。

但是，棘爪54与棘齿52的啮合保持第二张紧装置27，这反过来将动力传递带30限制到一条路径，它就在辅助带驱动系统10设置在发电模式之前通过该路径。因此，当切换模式时，辅助带驱动系统10上的张力基本上不会减小。当在发电模式下操作时，这种结构和非对称减震有利于优化辅助带驱动系统10。

当辅助带驱动系统10在起动模式下操作时，模式传感器66(图6)检测起动模式的存在。信号被传给第一致动器70，但不被传给第二致动器71。当这样构造时，第一张紧轮28可以沿张紧方向运动，但是被限制或锁定而不能沿松弛方向运动。现在第二张紧装置27以和发电模式中第一张紧装置26的上述方式相同的方式工作。

如上所述，当辅助带驱动系统10处于起动模式时，最后的中间跨段34成为具有最大张力的跨段。起动-松弛-侧跨段36变成具有最小张力的跨段。没有致动器70的操作，张紧装置26将被迫使限制其行程而且容许动力传递带30绕最短的可能距离行进。动力传递带30通过此新路径所花费的时间将取决于由减震闸瓦46和减震皮带槽48的组合所提供的阻尼摩擦的量。如果使用不同的减震结构，如下所述，那么所述时间将取决于由所用结构提供的阻尼级别。

但是，棘爪54与棘齿52的啮合保持第一张紧装置26，这反过来将动力传递带30限制到一条路径，它就在辅助带驱动系统10设置在起动模式之前通过该路径。因此，当切换模式时，辅助带驱动系统10上的张力基本上不会减小。重要地，这容许通过偏压弹簧50的弹簧刚度(spring rate)和张紧装置26的整体几何形状选择静态张力，它比迄今能得到的结构所容许的张力低得多，而不会使短期性能不适当。

当从起动到发电切换模式时，使致动器70不活动，并致动致动器71。这容许第一张紧装置26的棘爪54从棘齿54脱开，并且容许第二张紧装置27的棘爪54与棘齿54啮合，还容许第一张紧装置26和第二张紧装置27回到上述发电模式。

第一和第二致动器70和71的致动可以严格地基于模式传感器66的输入或者基于信号处理器68中的其它参数。例如，时间延迟可以被加入信号处理器68的操作中，以便在模式传感器66显示模式已经被切换后，第一或第二致动器70或71保持活动一段时间。另外，不管什么时候模式传感器66发出模式切换的信号，发现在一段时间后使第一致动器70或第二致动器71停止活动是有利的。另外，模式传感器66能够检测发电机r.p.m(转速)，发动机歧管压力，曲轴滑轮24上的扭矩或马达/发电机滑轮14上的扭矩，用以确定模式切换。

图3示出了另一种优选实施例。除第一和第二替换张紧装置126和127之外，该实施例和前一实施例相同，包括第一和第二安装板128和129，第一和第二减震组件130和131，第一和第二主枢轴140和141，以及第一和第二可动元件164和165。第一和第二主枢轴140和141被轴向地移动。但是，第一和第二主枢轴140和141也可以共轴。应该认识到，根据哪个朝前，第一和第二张紧可动元件164和165将被反向，以容许第一和第二张紧轮28和29保持在所述带平面上。

第一和第二减震组件130和131具有相同的设计和结构。因此，在图4中仅详细地示出了第一减震组件130。减震组件130包括气缸132，活塞134，旁通管136，磁性线圈138，连杆142，连接销144，主体146和导线162。气缸132和旁通管136充满流变流体133。在此实施例中，流变流体133本质上是磁流变(magnetorheological)的。

第一和第二张紧装置126和127具有分别使第一和第二可动元件164和165沿张紧方向(逆时针)偏移的弹性元件(未示出)。此弹性元件可以包括扭簧、盘簧或许多扭矩产生元件中的一种。另外，它们能包括由线性弹性元件致动的杠杆臂，用以产生扭矩。第一可动元件164绕第一主枢轴140的运动与连杆142机械相关。连杆142的运动使活塞134在气缸132内运动，这迫使流变流体133通过旁通管136从活塞134一侧的气缸132转移到活塞134另一侧的气缸132。这使流变流体133经过磁性线圈138的磁心。通过导线162激励磁性线圈138而在流变流体133上施加磁场，并因此提高磁流变流体133的粘度。

当磁性线圈138未被激励时，流变流体133以相对自由的方式经过旁通管136。因此张紧装置126的运动与阻尼无关。但是，当线圈138被激励时，流变流体133粘度增加的结果使流变流体133通过旁通管136受到限制。在施加在流变流体133上的磁场强度和导致的粘度之间具有直接关系。取决于为旁通管136所选择的尺寸和形状，阻尼可以被增加到实际锁定第一或第二张紧装置126或127的值。

图6所示的信号路径也适用于该实施例。该实施例容许在如何、何时和什么程度的阻尼将施加到第一和第二张紧装置126和127上具有额外的灵活性。模式传感器66和信号处理器68内逻辑控制的选择容许精细地调节第一和第二张紧装置126和127的阻尼。例如，辅助带驱动系统10一切换，阻尼就可以被选择处于非常高的级别，但比需要锁定第一或第二张紧装置126或127的阻尼小。因此第一或第二张紧装置126或127将被容许与由松弛方向上的轻微松懈而引起的模式变化响应。然后在一短的时间后，对于辅助带驱动系统10处于特定模式的时期，阻尼可以被增加到将第一或第二张紧装置126或127锁定在新的位置。另外，模式传感器66可以监测第一和第二张紧装置126和127的活动或位置。该信息可以被信号处理器68处理，以智能地衰减或锁定第一和第二张紧装置126和127，以调节辅助带驱动系统10的振荡或振动，或者模仿前述优选实施例的棘轮效应。

流变流体133本质可以是电流变(electrorheological)的。在这种情况中，静电板(未示出)代替磁性线圈138。基本的操作和关系保持相同。另外，通过分别在第一或第二可动元件164或165上添加齿52并以静止方式添加其余部分，所述第一优选实施例的棘轮效应(ratcheting)设置中包括的棘齿52、棘爪54、柱塞58、电磁阀60和导线62可以被包含在第一或第二张紧装置126或127中。

图5描述了减震组件130的另一个实施例。此处，液压流体156代替流变流体133。因此，没有磁性线圈138、旁通管136和导线162。在此实施例中，当第一或第二张紧装置126或127沿张紧方向运动时，液压流体156被迫使从气缸132的下部进入主通道154，经过止回球148并进入气缸132的上部。由于主通道154较大，所以沿张紧方向提供了很小的阻尼。当第一或第二张紧装置126或127沿松弛方向运动时，液压流体156被迫使从气缸132的上部进入次通道150，进入主通道154的下部，然后进入气缸132的下部。次通道150比较小。因此，真正的阻尼出现在第一或第二张紧装置126或127的操作方向上。示出的控制活塞152基本上是回退的。如果包括一个致动器，类似于图2中所述的，那么控制活塞152可以选择地前进或回退。上面的描述假定控制活塞152是全面回退的。如果控制活塞152全面前进，那么第一或第二张紧装置126或127仍能沿张紧方向运动，具有最小的阻尼。但是，次通道150被隔断，使第一或第二张紧装置126或127被锁定而不能沿松弛方向运动。该实施例沿松弛方向具有和图4中所示实施例的相同的减震灵活性。

另外一个类似于图2中的实施例的实施例也是可以预见的。棘齿52和相配合的棘爪54的齿可以各自被一种直齿形式代替，例如相对的锯齿结构。然后在张紧和松弛方向上锁定第一或第二张紧装置26或27。棘齿变成无效的。另外，所有这些齿可以被相应的制动表面代替。这容许由第一或第二张紧装置26或27提供对减震的控制，而不给锁定点带来阻尼。

某些应用还可以装有不具有有效减震或锁定的张紧装置，例如图7中所示的第一或第二张紧装置26或27。使用包括减震组件130的图3所示的第一和第二张紧装置126和127是另一个例子，其中控制活塞152的位置被固定。也可以使用其它各种非对称减震张紧装置，例如所谓的Zed型。第一和第二张紧装置26和27是相对平衡的。

如上所述，在发电模式中，起动-松弛-侧跨段36具有基本上比最后的中间跨段34和第一中间跨段32的张力大的张力。在起动模式中，这种关系被反过来。当系统的模式从起动切换到发电使第二张紧装置27被迫使向带松弛方向运动，或者逆时针方向运动。第一张紧装置26被同时容许沿其带张紧方向运动，或顺时针方向运动。这些运动的速度由第二张紧装置27中的阻尼量限制。这种运动继续直到第二张紧装置27到达其行程极限。

所述极限可以由到达其机械极限的张紧装置框架64建立。该极限还可以通过选择第二张紧轮29行进的工作圆弧来建立，因此中点位于逆时针运动从带松弛到带张紧切换的地方。一旦第二张紧装置27到达其行程极限，第一张紧装置26将提供静态张力。当从发电模式切换到起动模式或者从停止切换到起动模式时，上述的反面是正确的。在此结构中，第一或第二张紧装置226或227将仅在另一张紧装置到达其行程极限后提供必需的静态张力。所述的所有实施例包括某些形式的反向阻力，无论是主动的、被动的、减震、锁定或棘齿啮合，任何时候动力传递带30都迫使张紧装置26、27、126或127沿带松弛方向运动。

上述实施例中描述的本发明完成了长期和短期性能的重要优化，而且同时基本上使成本和复杂性最小。

本发明的前述和解释性实施例已经在附图中示出而且通过变型和替换实施例进行了详细描述。但是，应该理解，本发明的前述说明仅是示例性的，而且本发明的范围仅由基于现有技术所要求的权利要求限定。而且，此处描述的本发明可以在缺少任何未在此处特定披露的元件的情况下应用。

Claims (20)

1.一种用于动力设备的改进带驱动系统，所述动力设备是这样一种类型的设备：包括一个曲轴滑轮，一个辅助滑轮，一个马达/发电机滑轮，一个第一带张紧装置，一个第一带张紧轮，和一个绕在所述曲轴滑轮、所述辅助滑轮、所述马达/发电机滑轮和所述第一带张紧轮周围的动力传递带，所述动力传递带具有由离各滑轮最近的终点限定的跨段，沿正常操作中带行进的方向，这些跨段包括开始于所述曲轴滑轮并结束于所述马达/发电机滑轮的中间跨段，所述中间跨段具有终端并包括一个第一中间跨段和一个最后的中间跨段，所述第一中间跨段具有离所述曲轴滑轮最近的曲轴终点，所述最后的中间跨段具有离所述马达/发电机滑轮最近的第一马达/发电机终点，其改进在于：

沿正常操作中带行进的方向，所述动力传递带还具有一个起始于所述马达/发电机滑轮的起动-松弛-侧跨段，所述起动-松弛-侧跨段具有离所述马达/发电机滑轮最近的第二马达/发电机终点和与该第二马达/发电机终点相对的下游终点，

所述系统具有离一个中间跨段的终点最近的所述第一张紧轮，所述一个中间跨段的终点不是所述曲轴终点或所述第一马达/发电机终点，而且

所述系统还具有第二张紧装置，该第二张紧装置的第二张紧轮与所述动力传递带接触但不靠近所述中间跨段的终点。

2.根据权利要求1所述的改进，还包括：

所述第二张紧轮离所述下游终点最近。

3.根据权利要求1所述的改进，还包括：

所述第一张紧轮离所述第一中间跨段的第二下游终点最近，该第二下游终点与所述曲轴终点相对。

4.根据权利要求1所述的改进，还包括：

所述第一张紧装置非对称地沿趋向于使所述动力传递带处于张紧状态的方向非对称地偏移。

5.根据权利要求1所述的改进，还包括：

所述第二张紧装置非对称地沿趋向于使所述动力传递带处于张紧状态的方向非对称地偏移。

6.根据权利要求1所述的改进，还包括：

所述第一张紧装置和所述第二张紧装置各自沿趋向于使所述动力传递带处于张紧状态的相应方向非对称地偏移。

7.根据权利要求3所述的改进，其中：

当施加在所述第一张紧装置和所述第一张紧轮上的外力比必需用来克服所述弹簧刚度的偏移力小，而且因此趋向于使所述第一张紧轮沿增加带张力的方向运动时，所述非对称偏移的偏移级别不超过由弹簧刚度偏移所提供的级别，而且当施加在所述第一张紧装置和所述第一张紧轮上的外力比必需用来克服所述弹簧刚度的偏移力大，而且因此趋向于使所述第一张紧轮沿减小带张力的方向运动时，所述非对称偏移为由弹簧刚度偏移力和反向阻力引起的偏移。

8.根据权利要求7所述的改进，其中：

所述反向阻力由与所述第一张紧装置沿减小带张力的方向上的运动响应的阻尼因素引起。

9.根据权利要求7所述的改进，其中：

所述反向阻力由与所述第一张紧装置沿减小带张力的方向上的运动响应的锁定因素引起。

10.根据权利要求7所述的改进，其中：

与和所述马达/发电机滑轮机械连接的马达/发电机的操作模式响应，所述反向阻力被间歇地施加。

11.根据权利要求10所述的改进，还包括：

所述间歇反向阻力的施加为：当所述马达/发电机在马达模式下操作时，所述第一张紧装置沿减小带张力的方向被控制到第一阻尼级，当所述马达/发电机在发电机模式下操作时，所述第一张紧装置沿减小带张力的方向被控制到第二阻尼级。

12.根据权利要求10所述的改进，还包括：

所述间歇反向阻力的施加为：当所述马达/发电机在马达模式下操作时，所述第一张紧装置被锁定沿减小带张力方向的运动，当所述马达/发电机在发电机模式下操作时，所述第一张紧装置不被锁定沿减小带张力方向的运动。

13.根据权利要求10所述的改进，还包括：

所述间歇反向阻力的施加与源于所述马达/发电机操作模式的控制输入信号响应。

14.根据权利要求13所述的改进，其中：

所述控制输出信号是一种电脉冲。

15.根据权利要求5所述的改进，其中：

当施加在所述第二张紧装置和所述第二张紧轮上的外力比必需用来克服所述弹簧刚度的偏移力小，而且因此趋向于使所述第二张紧轮沿增加带张力的方向运动时，所述非对称偏移的偏移级别不超过由弹簧刚度偏移所提供的级别，而且当施加在所述第二张紧装置和所述第二张紧轮上的外力比必需用来克服所述弹簧刚度的偏移力大，而且因此趋向于使所述第二张紧轮沿减小带张力的方向运动时，所述非对称偏移为由弹簧刚度偏移力和反向阻力引起的偏移。

16.根据权利要求15所述的改进，其中：

所述反向阻力由与所述第二张紧装置沿减小带张力的方向上的运动响应的阻尼因素引起。

17.根据权利要求15所述的改进，其中：

所述反向阻力由与所述第二张紧装置沿减小带张力的方向上的运动响应的锁定因素引起。

18.根据权利要求15所述的改进，其中：

与和所述马达/发电机滑轮机械连接的马达/发电机的操作模式响应，所述反向阻力被间歇地施加。

19.根据权利要求18所述的改进，还包括：

所述间歇反向阻力的施加为：当所述马达/发电机在马达模式下操作时，所述第二张紧装置沿减小带张力的方向被控制到第一阻尼级，当所述马达/发电机在发电机模式下操作时，所述第二张紧装置沿减小带张力的方向被控制到第二阻尼级。

20.根据权利要求18所述的改进，还包括：

所述间歇反向阻力的施加为：当所述马达/发电机在马达模式下操作时，所述第二张紧装置被锁定沿减小带张力方向的运动，当所述马达/发电机在发电机模式下操作时，所述第二张紧装置不被锁定沿减小带张力方向的运动。

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