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功率分流无级变速 传动系统

阅读：1027发布：2020-06-01

专利汇可以提供功率分流无级变速传动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于通过内燃机驱动车辆的功率分流无级变速传动系统，其包括变速器、累加齿轮系和数个离合器。多个挡位能在同步点相互转换，其中离合器(C0,C1,B0,B1)整合到输入单元(E)中，该输入单元(E)在动力流中布置于累加齿轮系(SG1)的上游。所述累加齿轮系(SG1)具有支承于共同行星架 (St1)上的行星齿轮(P1,P2)，第一行星齿轮(P1)与第二行星齿轮(P2) 啮合，第一太阳齿轮(S1)或第一齿圈(H1)由内燃机(V)驱动，而第二中心齿轮(S2,H2)由变换器(V)驱动，其中第一太阳齿轮(S1)或第一齿圈(H1)在同步点从一个挡位换到下一个挡位期间通过输入单元(E)驱动连接到内燃机(V)，并且行星架(St1)连接到车辆的驱动装置，从而实现最简单的结构并提高功能性。，下面是功率分流无级变速传动系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于通过内燃机驱动车辆和/或作业机械的功率分流无级变速传动系统，其包括变速器和累加齿轮系以及多个离合器，其中，所述变速器提供的一部分功率以在两个旋转方向上的最大转速之间连续可变控制的输出转速传递到累加齿轮系，在此与另一部分功率累加，其中，多个挡位在同步点能相互转换，且其中，所述累加齿轮系是4轴行星齿轮系，所述行星齿轮系具有作为第一中心齿轮的第一太阳齿轮(S1)、第二中心齿轮(S2,H2)、齿圈(H1)和数个安装在行星架(St1)上的行星齿轮(P1,P2)，
其特征在于，
所述离合器(C0,C1,B0,B1)整合到输入单元(E)中，所述输入单元(E)在动力流中布置于所述内燃机(V)与所述累加齿轮系(SG1,SG2)之间；
所述累加齿轮系(SG1,SG2)具有支承于共同行星架(St1)上的行星齿轮(P1,P2)，其中第一行星齿轮(P1)与第二行星齿轮(P2)相互啮合；
所述第一太阳齿轮(S1)或所述第一齿圈(H1)由所述内燃机(V)驱动，并且所述第二中心齿轮(S2,H2)由所述变速器(V)驱动，其中，所述第一太阳齿轮(S1)或所述第一齿圈(H1)在同步点从一个挡位换到下一个挡位期间经由所述输入单元(E)驱动连接到所述内燃机(V)；
其中，所述行星架(St1)随后连接到要驱动的输出轴。
2.根据权利要求1所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述第二中心齿轮构建为第二太阳齿轮(S2)。
3.根据权利要求2所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述行星架(St1)构成从动齿轮(Z1)或以抗相对转动的方式连接到所述从动齿轮(Z1)。
4.根据权利要求1所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述第二中心齿轮构建为第二齿圈(H2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述第一齿圈(H1)布置于所述输入单元(E)的一侧上，而所述行星架(St1)布置于所述累加齿轮系(SG1,SG2)背向所述输入单元(E)的一侧上，并且所述第一太阳齿轮(S1)布置于面向所述输入单元(E)的一侧上，而所述第二中心齿轮(S2,H2)布置于背向所述输入单元(E)的一侧上，并且所述行星架(St1)是以累加的无级变速旋转的输出元件。
6.根据权利要求2所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述第一太阳齿轮(S1)与所述第一行星齿轮(P1)啮合，所述第二太阳齿轮(S2)与所述第二行星齿轮(P2)啮合，所述第二行星齿轮(P2)与所述第一行星齿轮(P1)啮合，并且所述第一行星齿轮(P1)与所述第一齿圈(H1)啮合。
7.根据权利要求4所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述第一太阳齿轮(S1)与所述第一行星齿轮(P1)啮合，所述第一齿圈(H1)与所述第一行星齿轮(P1)啮合，所述第一行星齿轮(P1)与所述第二行星齿轮(P2)啮合，并且所述第二行星齿轮(P2)与所述第二齿圈(H2)啮合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述输入单元(E)经由输入轴(StW0)驱动连接到所述内燃机(VM)并包括第一离合器(C0)和第二离合器(C1)，其中，所述第一离合器(C0)使所述输入轴(StW0)与止于所述第一太阳齿轮(S1)的太阳齿轮轴(SW1)之间建立连接，且其中，所述第二离合器(C1)使所述输入轴(StW0)与所述第一齿圈轴(HW1)连接。
9.根据权利要求8所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述输入单元(E)包括制动器(B1)，借助所述制动器(B1)能使所述第一齿圈(H1)制动。
10.根据权利要求8所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述输入单元(E)包括构建为简单行星齿轮系的增速齿轮系(PG0)，所述增速齿轮系(PG0)能借助输入侧制动器(B0)来进行切换。
11.根据权利要求10所述的功率分流无级变速传动系统，其特征在于，所述增速齿轮系由以下组件组成：与所述输入轴(StW0)固定连接的输入侧行星架(St0)，所述输入侧行星架(St0)承载输入侧行星齿轮(P0)；输入侧太阳齿轮(S0)，所述输入侧太阳齿轮(S0)位于所述输入侧太阳齿轮轴(SW0,SW1)上并布置于所述离合器(C0,C1)之间；以及输入侧齿圈(H0)，借助所述输入侧制动器(B2)能使所述输入侧齿圈(H0)制动。

说明书全文

功率分流无级变速传动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于通过内燃机驱动车辆和/或作业机械的功率分流无级变速传动系统，其包括变速器和累加齿轮系以及多个离合器，其中变速器提供的一部分功率以在两个旋转方向上的最大转速之间连续可变控制的输出转速传递到累加齿轮系，在此与另一部分功率累加，其中多个挡位在同步点能相互转换，且其中累加齿轮系是4轴行星齿轮系，该行星齿轮系具有作为第一中心齿轮的第一太阳齿轮、第二中心齿轮、齿圈和数个安装在行星架上的行星齿轮。

背景技术

[0002] 专利文件DE 3533193涉及这种功率分流无级变速传动系统。变速器和累加齿轮系皆与内燃机的输出轴同轴布置。同轴变速器需要空心轴。累加齿轮系是一种具有两个齿圈的行星齿轮系并且通过另外两个空心轴(相互嵌套)与输出侧安装的离合器保持联系。累加齿轮系和空心轴成本过高，尤其是两个嵌套空心轴的外套空心轴的直径很大。特别不利的是，从动侧布置的离合器需针对整体传动系统的输出转矩来部署，因此占据大量结构空间。传动系统仅有三个挡位，即，一个纯静液压挡位和两个功率分布挡位。

[0003] US 9,488,263已描述另一种功率分流无级变速传动系统。该传动系统包括两个模块化布置的行星齿轮系(即，一个输入侧差动模块和一个输出侧挡位模块)以及一个变速器。几个离合器布置于模块之间，一个离合器布置于挡位模块的下游。在这种传动系统中，离合器需根据机械传递的力矩与静液压力矩的累加力矩来部署，因此同样占据大量结构空间。这就难以控制向离合器的给油，因为一些离合器布置于模块之间，而另外一个离合器布置于挡位模块的下游。基于挡数，通常需要更多个离合器。

[0004] 最后，EP 2258966中已揭示一种具有静液压或电动变速器的功率分流传动系统，其累加齿轮系由两个完整的行星齿轮组(太阳齿轮、齿圈和行星齿轮)组成，它们的两个太阳齿轮位于由变速器经由正齿轮驱动的轴上并因此固定相连；同样固定相连的是两个行星齿轮系的行星架(又称行星齿轮架)。机械功率路径包括传动系统输入侧的一系列级正齿轮。因此，该传动系统的输入轴与输出轴不可能同轴，而且传动系统的整体构型极宽。倒数第二个功率分流的前进挡在同步点无法转换到下一个更高挡位。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种同类传动系统，其能够克服上述缺陷。采用更少数又更简单的组件就能实现同时节省成本和结构空间的构型并提高功能性。本发明达成上述目的的解决方案参阅权利要求1的特征部分。

[0006] 整合到输入单元中的离合器仅针对最终减速之前的较低输入力矩并且仅针对机械转矩分量来部署。这样就能减少空间需求，并且便于压力给油。

[0007] 相较于前文提及的现有技术，四轴累加齿轮系仅具有一个行星齿轮组。取消传动元件(中心齿轮，即太阳齿轮或齿圈)。整体传动系统的构型变得更为简单且更为短小，进而允许直通驱动，即传动系统的输入轴和输出轴位于同一个旋转轴上。然而，仅需一个空心轴。

[0008] 根据行驶挡位，机械输入路径可通过第一太阳齿轮或第一齿圈传动。来自变速器的输入路径通过第二中心齿轮传入每个挡位，第二中心齿轮是第二太阳齿轮或第二齿圈。这样就使输出范围具有更大的结构灵活性。至少经由行星架输出动力。

[0009] 灵活性源于在累加齿轮系的两种实施方式之间进行选择，而无需改变输入单元。在第一种实施方式中，第二中心齿轮构建为太阳齿轮。然后通过空心轴或具有从动齿轮的行星架输出动力。在第二种实施方式中，第二中心齿轮构建为齿圈，而通过简单的实心轴实现动力输出。这种构型特别适于直通驱动。换言之，传动系统的输入轴和输出轴位于同一个旋转轴上。

[0010] 变速器可以设计为静液压式和电动式或任何其他形式，而且变速器按照安装要求相对于整个变速器布置并与累加齿轮系的输入构件(太阳齿轮或齿圈)驱动连接。

[0011] 在一种有利实施方案中，累加齿轮系的第一齿圈和第一太阳齿轮布置于输入单元和行星架(即，行星齿轮架)的一侧上，而第二中心齿轮布置于累加齿轮系背向输入单元的一侧上，第一行星齿轮和与之啮合的第二行星齿轮支承于行星架上。这种类型的行星齿轮组就是拉威娜行星齿轮组。在第一种实施方式中，第二行星齿轮与第二太阳齿轮啮合，在第二种实施方式中，第二行星齿轮与第二齿圈啮合。所有其他特征皆为相同。

[0012] 输入单元仅通过累加齿轮系面向该输入单元的元件(第一太阳齿轮和第一齿圈)就能与累加齿轮系联系，该输入单元可以采用不同的实施方式，而累加齿轮系不变。在最简单的情况下，内燃机的输入轴直接选择经由第一离合器驱动第一太阳齿轮还是经由第二离合器驱动第一齿圈。

[0013] 在第一种改进方案中，在输入单元中设置第一制动器，利用该第一制动器能使第一齿圈固定。制动器也是离合器，从而涵括在权利要求1所述的术语离合器范围内。通过仅操纵这个制动器(而不操纵其他离合器)，仅由变速器就能选择输出转矩的最慢挡位。在该挡位中，累加齿轮系运作为高变速比的增速齿轮系。

[0014] 在一种扩展实施方式中，输入单元包括构建为能借助输入侧制动器进行切换的简单行星齿轮系。借此创建至少一个另外的挡位。在一种优选实施方案中，增速齿轮系由以下组件组成：与输入轴固定连接的行星齿轮架，该行星齿轮架承载输入侧行星齿轮；输入侧太阳齿轮，该输入侧太阳齿轮位于直通驱动轴上并位于离合器之间；以及输入侧齿圈，借助输入侧制动器能使输入侧齿圈制动。这样，增速齿轮系和输入侧制动器的结构紧凑并且连同其他离合器整合到输入单元中，由此减少构造成本。附图说明

[0015] 下面将参照附图阐述本发明。图中：

[0016] 图1示出第一种实施方式的简化纵剖面图；

[0017] 图2示出第二种实施方式的简化纵剖面图；

[0018] 图3示出第一种实施方式的转速曲线图；

[0019] 图4示出关于图3的离合表。

具体实施方式

[0020] 在图1和图2中，功能上必要的元素由提示性首字母缩略词表示，其余由数字表示。为清楚起见，省略壳体部件、变速器和控制系统。

[0021] 首字母缩略词表示：

[0022] VM 内燃机

[0023] Sg 功率分流无级变速传动系统

[0024] E 输入单元

[0025] SG1 第一种实施方式的累加齿轮系

[0026] SG2 第二种实施方式的累加齿轮系

[0027] V 变速器

[0028] PG0 输入侧增速行星齿轮系

[0029] H0 输入侧齿圈

[0030] H1 第一齿圈

[0031] H2 第二种实施方式的第二齿圈

[0032] P0 输入侧行星齿轮

[0033] P1 第一行星齿轮

[0034] P2 第二行星齿轮

[0035] S0 输入侧太阳齿轮

[0036] S1 第一太阳齿轮

[0037] S2 第二太阳齿轮

[0038] St0 输入侧行星架

[0039] St1 第一行星架

[0040] StW0 VKM的输入轴

[0041] StW1 输出轴

[0042] SW0 输入侧太阳齿轮轴＝直通驱动轴

[0043] SW1 第一太阳齿轮轴

[0044] SW2 第二太阳齿轮轴(第一种实施方式的中心齿轮轴)

[0045] HW1 第一齿圈轴

[0046] SW2 第二齿圈轴(第二种实施方式的中心齿轮轴)

[0047] Z1 从动齿轮

[0048] B0 输入侧制动器

[0049] B1 第一制动器

[0050] C0 输入侧离合器

[0051] C1 第一离合器

[0052] 在图1中，机械动力流从左到右自内燃机VM经由输入轴StW0传递到输入单元E，该输入单元E包含所有离合器和制动器以及输入侧行星齿轮系PG0。输入轴StW0止于输入侧行星架St0，该输入轴行星架St0同时构成两个离合器C0和C1的外部。

[0053] 离合器C0的内部位于输入侧太阳齿轮轴SW0上，在最简单的实施方式中，该太阳齿轮轴SW0同时是第一太阳齿轮轴SW1并且止于累加齿轮系的第一太阳齿轮S1。在所示的实施方式中，输入侧太阳齿轮轴(SW0)是承载输入侧行星齿轮系PG0中的输入侧太阳齿轮S0的直通驱动轴。该行星齿轮系PG0运作为增速齿轮系。输入侧太阳齿轮S0与安装在输入侧行星架St0中的输入侧行星齿轮P0啮合，该输入侧行星齿轮P0又与输入侧齿圈H0啮合。齿圈H0借助制动器B0与输入单元E的壳体连接并借此使其制动。

[0054] 离合器C1的内部置于第一齿圈轴HW1上并且固定连接到累加齿轮系的第一齿圈H1。根据所选择的挡位，机械功率分量通过齿圈轴HW1或太阳齿轮轴S1输入累加齿轮系SG。为了形成纯静液压或纯电动挡位，齿圈HW1进一步借助制动器B1与输入单元E的壳体连接。
累加齿轮系SG1就用作具有高变速比的纯增速齿轮系。太阳齿轮S1及其太阳齿轮轴S1则空转。

[0055] 累加齿轮系SG1是四轴行星齿轮系。三个输入轴是具有太阳齿轮S1的第一太阳齿轮轴SW1、用于相应机械转矩分量的具有齿圈H1的第一齿圈轴HW1以及用于变速器V的转矩分量的中心齿轮轴SW2(这里是具有太阳齿轮S2的太阳齿轮轴)。这里，输出轴StW1是环绕太阳齿轮轴SW2的空心轴。

[0056] 这种布置使得第一太阳齿轮S1与支承于行星架St1上且轴向延伸的第一行星齿轮P1啮合，该第一行星齿轮P1又与第一齿圈H1啮合并与支承于同一行星架St1上的第二行星齿轮P2啮合。两个行星齿轮P1和P2彼此啮合，在图中由线条10表示。在这种实施方式中，行星架St1可以构建为从动齿轮Z1，除非不通过输出轴StW1输出动力。这取决于整体传动系统的安装位置。

[0057] 如图2所示第二种实施方式与如图1所示实施方式的区别在于，作为第二中心齿轮，由位于第二齿圈轴SW2上的第二齿圈H2代替第二太阳齿轮S2。借此，第二行星齿轮P2与第一行星齿轮P1(由线条10表示)和第二齿圈H2啮合，该第二齿圈H2固定连接到第二齿圈轴HW1。由于两个齿圈H1和H2驱动连接，第二行星齿轮P2比第一行星齿轮P1更宽(轴向拉长)。如图1所示，行星齿轮P1与第一太阳齿轮S1和第一齿圈H1啮合。这里，第二齿圈轴HW1为空心轴，输出轴StW1为实心轴，便于以同轴方式直通驱动所述传动系统。

[0058] 下面将结合如图3所示的图1中实施方式的转速图和如图4所示的离合表来说明所述传动系统的工作方式。在转速图中，横轴绘出车速(与行星架St1的转速成正比)，纵轴绘出各构件的转速与行驶速度的函数关系，即：

[0059] 由变速器以转速为n_S2驱动的太阳齿轮S2的转速绘为长划线；

[0060] 由内燃机VM以转速n_S1驱动的太阳齿轮S1的转速绘为短划线；

[0061] 具有转速n_H1的第一齿圈H1的转速绘为虚线；

[0062] 作为输出转速n_St1的行星架St1的转速绘为实线。

[0063] 由F1到F4表示前进挡，由Fr表示慢速后退挡。此外，行驶换挡点表示为0(行驶速度0，从前进挡换到后退挡)、1(从F1换到F2)、2(从F2换到F3)和3(从F3换到F4)。

[0064] 在后退挡Fr和第一挡F1中，如图4所示，离合器(即，制动器)B1接合，借此使齿圈H1制动(n_H1＝0)。变速器V经由第二太阳齿轮S2并且该第二太阳齿轮S2再经由第一行星齿轮P1和第二行星齿轮P2驱动行星架St1。第一太阳齿轮S1与第二太阳齿轮S2以相同的转速但相反的旋转方向空转(因为离合器C1和C2接合)。仅通过变速器就能驱动车辆。在这个慢速挡位，能够简单通过使变速器的旋转方向反转来倒车。换挡点0并非切换点。

[0065] 当变速器和太阳齿轮S1在某个旋转方向上达到最大速度时，通过接合离合器C0并断开制动器B1，第二挡位F2开始于切换点1。内燃机VM的转速恒定并等于太阳齿轮S1的转速n_S1。因此，这种换挡同步进行，而离合器C0或制动器B1中无滑脱。变速器V的输出转速n_S2此时减小，越过线n＝0，又向相反的旋转方向增大，直至达到下一个切换点2。该切换点2是转速n_S1和n_H1相等的另外一个同步点。在该第二挡位中，太阳齿轮S1的转速n_S1恒定(因此内燃机VM的转速恒定)。

[0066] 通过释放离合器C0并同时接合离合器C1，第三挡位F3开始于切换点3，这两个离合器在同步点也无滑脱。由此，内燃机VM的转矩分量从第一太阳齿轮S1传递到第一齿圈H1，该第一齿圈H1就以恒定的转速n_H1旋转。同时，第二太阳齿轮S2的转速n_S2又开始减小，直至其在反转的旋转方向上达到其最大值。第一太阳齿轮S1以转速n_S1在整个挡位内空转。

[0067] 通过释放离合器C1并接合制动器B0，第四挡位F4开始于切换点3，其中变速器V的转速又开始减小，因此太阳齿轮S2的转速n_S2开始减小。通过接合制动器B0，输入侧行星齿轮系PG0充当增速齿轮系。如此选择其变速比，即在第三挡位中以转速n_S1空转的第一太阳齿轮S1在切换点4达到对应于内燃机VM转速的适当转速，而在这个同步点，离合器C1和制动器B0也在无滑脱的情况下操作。因此，切换点3也是同步点。在该第四挡位中，变速器V的转速又从最大值变成相反旋转方向的最大值。

[0068] 总体而言，创建这样具有一个后退挡和四个前进挡的传动系统，这些挡位相应同步互换。

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