可逆变速器RVT
阅读：916发布：2022-01-08
专利汇可以提供可逆变速器RVT专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种新型的可逆 变速器 ，所述新型的可逆变速器用于诸如 汽车 、公交车、 卡车 、越野车辆、自动装卸车、伸缩臂处理机和类似车辆的车辆。或者，变速箱可以用在诸如 风 车等系统以及需要以变速传递功率的其它工业应用中。，下面是可逆变速器RVT专利的具体信息内容。
1.行星式变换器（13），所述行星式变换器用作于可变的或可逆变速器的子系统，并且能够连续地改变传动比，其特征在于，
-所述行星式变换器包括环轮（1）、围绕中心轴（12）安装的两个或更多个行星件（2）和太阳轮（3），以便使每个部件，即所述环轮、所述中心轴和所述太阳轮，形成与其它的变速器部件的界面，
-所述环轮是围绕中心轴线的轴对称体，所述环轮具有根据等切面曲线成形的滚动面， -太阳轮基本与环轮相同，但是所述太阳轮的等切面曲线的内径和外径能够与环轮的等切面曲线的内径和外径不同，
-行星件由行星轮（5）构成，所述行星轮（5）具有基本上锥形的滚动面，所述行星轮借助径向和轴向轴承或者轴衬围绕行星叉架（4）自由地转动安装，并且中心轴（12）的轴线与行星件（2）的铰链的轴线的交点与所述锥形的虚拟顶点重合，
-一个行星式变换器（13）的每个行星叉架（4）都能绕铰接部（8）自由地转动，所述铰接部（8）的轴线与中心轴轴线垂直并且与行星轮平面平行，并且对于在行星件的轴线和所述中心轴轴线之间的所有能应用的倾角，每个行星叉架和每个行星轮都设计成不彼此干涉， -所述环轮、行星件和太阳轮彼此挤压，以便使所述滚动面彼此接触并且接触压力足够高以传递所需要的转矩，
-所述中心轴以与挤压力和所传递的转矩相关的限定速度轴向地运动，以便改变传动比，
-所述环轮和太阳轮二者的等切面曲线具有相同的长度参数L，该长度参数L为从所述行星轮的滚动接触点到所述铰链轴线与所述中心轴轴线的交点的距离，其中L用在等切面曲线等式+x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|)和-x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|)二者中，其中x是沿中心轴线的长度，c是任意的常数并且α是在所述接触点的切线与所述中心轴的轴线之间的倾角，
-并且所述行星轮的滚动面的基本上锥形的形状以凸起的方式从理论上的锥形形状稍微偏离，以便最优化接触压力分布。
2.根据权利要求1所述的行星式变换器，其特征在于，
-能够通过用于每个行星件的闭合回路实现用于所述行星件内侧的轴承或轴衬的润滑剂流动，并且通过所述行星件内侧的叶片向各处泵送油，泵送出的油被进一步导引通过所述轴承或轴衬，或者
-通过将油流动集成到包括输入轴和输出轴的所有轴承的主润滑油流动中而实现用于所述行星件内侧的轴承或者轴衬的润滑剂流动，其中，所述流动通过所述铰链中的一个从所述中心轴取得，导引通过所述行星件的轴承，并且经由另一个铰链流回到所述中心轴，或者
-所述行星件的轴承用润滑脂润滑，或使用不需要任何润滑剂的动静压混合轴承。
3.一种可逆变速器，所述可逆变速器包括初级行星式变换器和次级行星式变换器，所述初级行星式变换器和次级行星式变换器是根据权利要求1所述的行星式变换器，其特征在于，
-所述初级行星式变换器（13a）的环轮（1a）连接到壳体（14），以便使所述环轮不能转动，但能通过用于压紧所述两个行星式变换器的所有滚动接触的预加载力而轴向地运动， -两个行星式变换器的中心轴都结合到一主轴（12）并且转动地连接到变速器输入轴（11），并且在输入轴没有轴向地运动的同时能通过沿着两个方向的转向力而轴向地运动， -所述初级行星式变换器（13a）的太阳轮（3a）连接到所述次级行星式变换器（13b）的环轮（3b），以便使结合的环轮-太阳轮能够围绕所述变速器的中心轴线转动， -并且所述次级行星式变换器（13b）的太阳轮（3b）连接到所述变速器的输出轴，并且所述预加载力的反作用力在轴向轴承上传递到所述壳体。
4.一种根据权利要求3所述的可逆变速器，其特征在于，
-所述环轮、太阳轮和行星件的相关尺寸被适当地选择以用于汽车应用，意味着最高速比高得以至于发动机能够几乎总是在其最好效率点处输送其功率，
-所述环轮、太阳轮和行星件的相关尺寸被适当地选择以用于汽车应用，意味着反向的最高速比足够高以在中等发动机转速下以较小的噪音反向地驱动汽车，
-并且通过使所述变速器的主轴运动，所述变速器速比在向前的最高速比经过停止到反向的最高变速器速比之间连续地改变。
5.根据权利要求3所述的可逆变速器，其特征在于，
-通过一个预加载力产生每个滚动接触的法向力，所述预加载力从所述壳体作用在不转动的初级环轮上，并且反作用力从次级太阳轮经过一个轴承传递到所述壳体， -并且通过沿着两个方向中的一个方向从输入轴作用到主轴的力产生净转向力，所述输入轴和所述主轴二者以相同的速度转动，所述净转向力用于限定所述主轴的位置并且从而也限定传动比，并且反作用力从所述输入轴经过轴承传递到所述壳体。
6.根据权利要求3所述的可逆变速器，其特征在于，
-其中滚动接触运动所在的变速器内部填充有惰性气体、或者用于冷却和润滑的普通空气和飞溅流体、或者具有冷却剂雾的气体，
-并且所述内部与用于所述轴承的润滑油密封并且与所述变速器的外部密封。
7.根据权利要求3所述的可逆变速器，其特征在于，
-能够通过用于每个行星件的闭合回路实现用于所述行星件内侧的轴承或轴衬的润滑剂流动，并且通过所述行星件内侧的叶片向各处泵送油，泵送出的油被进一步导引通过所述轴承或轴衬，或者
-通过将油流动集成到包括输入轴和输出轴的所有轴承的主润滑油流动中而实现用于所述行星件内侧的轴承或者轴衬的润滑剂流动，其中，所述流动通过所述铰链中的一个从所述中心轴取得，导引通过所述行星件的轴承，并且经由另一个铰链流回到所述中心轴，或者
-所述行星件的轴承用润滑脂润滑，或使用不需要任何润滑剂的动静压混合轴承。
8.根据权利要求5所述的可逆变速器，其特征在于，
-所述预加载力通过在壳体和初级环轮之间通过单个气动或液压压力启动的一个或者多个活塞和缸系统产生，所述气动或液压压力被称为预加载压力，或者所述预加载力通过机械的预加载系统产生，其中当所述变速器设置为零速比时，所述机械的预加载系统也能够用作驻车制动器，
-所述净转向力通过液压或气动活塞缸系统产生，所述液压或气动活塞缸系统能够沿着两个方向工作，与所述输入轴和所述主轴形成一体，
-并且用于产生所述净转向力的液压或气动压力通过活塞环或密封件密封在静止的所述壳体和转动的输入轴之间，所述活塞环或密封件设计成密封以不同的转速转动的部件，所述液压或气动压力被称为转向压力。
9.一种液压系统，所述液压系统用于控制车辆中的根据权利要求8所述的可逆变速器，其特征在于，
-一个发动机驱动的泵用于输送液压压力和流动，
-高压蓄压器和低压蓄压器在所述液压系统中形成一体，其中来自所述低压蓄压器的用于加压预加载活塞（30）和转向活塞（28）的流体比所述高压蓄压器优先使用， -所述高压蓄压器比所述低压蓄压器优先通过泵填充满，
-减压器阀用于控制所述预加载压力和用于向前驱动方向的向前转向压力和用于向后驱动方向的向后转向压力，
-能够在预加载压力线路中借助2个关闭阀增加安全特征，并且所述2个关闭阀中的一个通过向前转向压力切换并且另一个通过向后转向压力切换，以便有效转向压力中的一个转向压力一降低到一定偏压以下就立即排出所述预加载压力，
-并且能够通过从液压系统取出安全关闭阀（37）而简化所述安全特征。
10.一种利用软件程序控制可逆变速器的方法，所述方法意在控制车辆中的根据权利要求8所述的可逆变速器，所述可逆变速器具有根据权利要求9所述的液压系统，所述利用软件程序控制可逆变速器的方法的特征在于，
-在控制器存储器中存储表达用于每个发动机功率水平的最小燃料消耗量的发动机转矩对发动机转速的曲线，
-PID控制器限定转向活塞的速度，所述转向活塞连接到所述主轴，以便使发动机转速等于从所述最小燃料消耗量的发动机转矩对发动机转速的曲线计算出的所需要的发动机转速，
-基于计算程序，由所述PID控制器提供的所述转向活塞的速度能够减小，以保持在微滑动的范围内，
-并且基于已公开的纵向和横向微滑动的理论计算所述预加载压力和转向压力，所述预加载压力和转向压力确定行星件相对于所述主轴的轴线的角度。
11.一个或多个根据权利要求1所述的行星式变换器的结合在变速器布局中的使用，其特征在于，
-行星式变换器的每个界面，即，所述环轮、所述中心轴和所述太阳轮，都能够连接到变速器输入、输出、壳体、与另一个行星式变换器的界面或任何其它变速器部件。
12.一个或多个根据权利要求1所述的行星式变换器的结合在可逆变速器布局中的使用，其特征在于，
-在没有用在变矩器或者摩擦盘离合器中的滑动部件的情况下，所述变速器的输出转动方向相对于输入转动方向能够连续地改变，并且所述变速器的速比甚至能限定在非常低的输出速度处和零输出速度处。
13.根据权利要求3所述的变速器的使用，以在车辆、割草机、风轮机、或任何其它需要以可变速度传递功率的工业应用中以可变速度传递功率。
14.一种可逆变速器系统，其包括根据权利要求3所述的变速器，还包括液压系统和计算机可读存储介质，
其中，所述液压系统用于控制车辆中的可逆变速器，所述液压系统的特征在于， -一个发动机驱动的泵用于输送液压压力和流动，
-高压蓄压器和低压蓄压器在所述液压系统中形成一体，其中来自所述低压蓄压器的用于加压预加载活塞（30）和转向活塞（28）的流体比所述高压蓄压器优先使用， -所述高压蓄压器比所述低压蓄压器优先通过泵填充满，
-减压器阀用于控制预加载压力和用于向前驱动方向的向前转向压力和向后驱动方向的向后转向压力，
-能够在预加载压力线路中借助2个关闭阀增加安全特征，并且所述2个关闭阀中的一个通过向前转向压力切换并且另一个通过向后转向压力切换，以便有效转向压力中的一个转向压力一降低到一定偏压以下就立即排出所述预加载压力，
-并且能够通过从液压系统取出安全关闭阀（37）而简化所述安全特征；
并且其中，所述计算机可读存储介质包括软件程序，所述软件程序意在控制车辆中的可逆变速器，所述可逆变速器具有液压阀，所述软件程序的特征在于，
-在控制器存储器中存储表达用于每个发动机功率水平的最小燃料消耗量的发动机转矩对发动机转速的曲线，
-PID控制器限定转向活塞的速度，所述转向活塞连接到所述主轴，以便使发动机转速等于从所述最小燃料消耗量的发动机转矩对发动机转速的曲线计算出的所需要的发动机转速，
-基于计算程序，由所述PID控制器提供的所述转向活塞的速度能够减小，以保持在微滑动的范围内，
-并且基于已公开的纵向和横向微滑动的理论计算所述预加载压力和转向压力，所述预加载压力和转向压力确定行星件相对于所述主轴的轴线的角度。
可逆变速器RVT
技术领域
[0001] 本发明涉及变速箱/变速器领域。尤其，本发明提供一种新型的可逆变速器，所述新型的可逆变速器用于诸如汽车、公交车、卡车、越野车辆、自动装卸车、伸缩臂搬运机和类似车辆的车辆。或者，变速箱可以用在诸如风车等系统以及需要以变速传递功率的其它工业应用中。
背景技术
[0002] 最好可以通过示出理想的汽车变速器和当前可用的汽车变速器之间的差异来说明本发明的优点。
[0003] 理想的变速器
[0005] 当节气门被较深地推动时，发动机在其最高效率点处工作，如图10中的图表所示，图10的图表示出柴油机的燃料消耗率。通过改变发动机转速而不是通过改变节气门来调制功率。例如，在公路上以120km/h的恒速行驶仅需要大约25HP。最优发动机转速对于现代发动机则是大约1300RPM。所需要的变速器转矩比则是0.441，而实际的变速箱的典型传动比从0.90变化到0.65。结论是，当前的变速箱的传动比不足够高来用于最优化发动机效率。
[0006] 图10示出以上的阐述内容。就已知的变速箱而言，汽车通过来自发动机的73Nm在2400RPM下以120km/h驱动。燃料消耗率（SFC）则是265g/kWh。在（在低转矩的发动机的）理想的情况下，发动机转速必须仅减小到1700RPM以获得最高效率。发动机则在225g/kWh的SFC的情况下产生103Nm。这样燃料节约15%。例如，仅从改进发动机工作点获得而不考虑到变速器的效率，这样燃料节约从6.5l/100km到5.5l/100km。
[0007] 为了起步，理想的变速器需要无限的（infinite）转矩比。
[0009] 而且在突然的节气门位置变化过程中和之后，也必须保持这样。（节气门位置变化事实上是要求的发动机功率的变化）。
[0010] 这意味着所述传动比应当能够变化得非常快。假定汽车在用于最优消耗的85%节气门的情况下以恒定的中等速度行驶。发动机仅产生可用的发动机功率的较小部分。如果在没有传动比变化的情况下要求加速，则发动机仅可以在其余15%节气门的情况下加速，以便使低功率可以仅增大15%。因而，需要立即降挡以获得所要求的发动机功率：变速器必须立即改变所述传动比，以便使发动机加速到在最优效率下产生所要求的功率时的发动机转速。
[0011] 理想的变速器必须是环境友好型的，应当不含有不可再循环的或者有毒的材料或油。
[0012] 理想的效率应当是100%，尺寸、重量和成本尽可能小，具有极好的可靠性和耐用性。
[0013] 实际的汽车变速器的局限性
[0014] MT=具有干式离合器的手动变速器
[0017] CVT-带=在2个锥形带轮之间具有带的无级变速器
[0018] CVT-超环面（toriod）=具有半或完全的超环面滑轮的无级变速器
[0019] HSD=静液压传动。这是这样的液压系统，即，所述液压系统具有通过发动机驱动的变量柱塞泵和用于驱动变速箱或者直接驱动车轮的变量液压马达。输出速度可从零改变到某一速度，并且旋转方向通过切换阀而可以反向。
[0020]
[0021] （1）参照乘用车中的典型数量的传动比的历史
[0022]
[0023] 结论
[0025] CVT：低效率；而且最高传动比仍然不足够高来用于最优的燃料经济性。
[0026] 因此，需要一种克服了以上指出的限制和缺点的改进的变速箱或变速器。
发明内容
[0027] 本发明提供一种可逆变速器，所述可逆变速器包括以下限定的所谓的行星式变换器（planetary variator）。
[0028] 本发明提供一种行星式变换器（13），所述行星式变换器用作用于可变或可逆变速器的子系统，并且能够连续地改变传动比，其特征在于，
[0030] -环轮是围绕中心轴线的轴对称体，所述环轮具有根据等切面曲线（tractrix）成形的滚动面，并且所述滚动面优选地被硬化或者被涂覆以经受住牵引力和压缩力，[0031] -所述太阳轮基本与所述环轮相同，但是所述太阳轮的等切面曲线的内径和外径可以与所述环轮的等切面曲线的内径和外径不同，
[0032] -所述行星件由行星轮（5）构成，所述行星轮（5）具有基本上锥形滚动面，所述锥形滚动面优选地被硬化或者被涂覆以传递牵引力和压缩力，所述行星轮借助径向和轴向轴承或者轴衬（8）围绕行星叉架（4）自由地转动安装，并且所述中心轴（9）的轴线与所述行星件（2）的铰链轴线的交点与所述锥形的虚拟顶点重合，
[0033] -一个行星式变换器（13）的每个行星叉架（4）都能够围绕铰接部（8）自由地转动，所述铰接部（8）的轴线与中心轴轴线垂直并且与行星轮平面平行，并且对于在行星轴线和中心轴轴线之间的所有可应用的倾角，每个行星叉架和每个行星轮都设计成不彼此干涉，[0034] -环轮、行星轮和太阳轮彼此挤压，以便使滚动面彼此接触并且接触压力足够高以传递所需要的转矩，
[0035] -中心轴以与挤压力和所传递的转矩相关的限定速度轴向地（纵向地）运动，以便改变传动比，
[0036] -环轮和太阳轮二者的等切面曲线具有相同的长度参数L，该长度参数L为从行星轮的滚动接触点到铰链轴线与中心轴轴线的交点的距离，其中L用在等切面曲线等式+/-x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|)中，其中c是任意的常数并且α是在接触点的切线与中心轴的轴线之间的倾角，
[0037] -并且行星轮的滚动面的基本上锥形的形状以凸起的方式从该理论形状稍微偏离，以便最优化接触压力分布。
[0038] 本发明还提供一种可逆变速器，所述可逆变速器包括根据本发明的初级行星式变换器和次级行星式变换器，其特征在于，
[0039] -初级行星式变换器（13a）的环轮（1a）连接到壳体（14），以便使环轮不能转动，但可以通过用于压紧两个行星式变换器的所有滚动接触的预加载力而轴向地运动，
[0040] -两个行星式变换器的中心轴都结合到1主轴（12）并且转动地连接到变速器输入轴（11），并且在输入轴没有轴向地运动的同时可通过沿着两个方向的转向力而轴向地运动[0041] -初级行星式变换器（13a）的太阳轮（3a）连接到次级行星式变换器（13b）的环轮（3b），以便使结合的环轮-太阳轮可以围绕变速器的中心轴线转动
[0043] 本发明还提供一种根据本发明的可逆变速器，其特征还在于，
[0044] -环轮、太阳轮和行星件的相关直径被适当地选择以用于汽车应用，意味着最高速比高得以至于发动机可以几乎总是在其最好效率点处输送其功率。尤其，与传动比相关的尺寸是：初级和次级环轮的外径、初级和次级太阳轮的内径、行星轮的有效直径、等切面曲线等式的长度参数L；所示示例的所得到的变速器速比是2.266（绝对值），其示出典型地用于概念的速比范围。（变速器速比是输出速度除以输入速度，忽视效率损失）
[0045] -环轮、太阳轮和行星件的相关直径被适当地选择以用于汽车应用，意味着反向的最高速比足够高以在中等的发动机转速下以较小的噪音反向地驱动汽车。尤其，与反向的传动比相关的尺寸是：初级和次级环轮的内径、初级和次级太阳轮的外径、行星轮的有效直径、等切面曲线等式的长度参数L；所示示例所得到的反向的变速器速比是0.695，其示出典型地用于概念的速比范围，
[0046] -并且通过使变速器的主轴运动，变速器速比在向前的最高速比经过停止到反向的最高变速器速比之间连续地改变。
[0047] 本发明还提供一种根据本发明的可逆变速器，其特征还在于，
[0048] -通过一个预加载力产生每个滚动接触的法向力，所述预加载力从壳体作用在不转动的初级环轮上，并且反作用力从次级太阳轮经过一个轴承传递到壳体，
[0049] -并且通过沿着两个方向中的一个方向从输入轴作用到主轴的力产生净转向力，所述输入轴和所述主轴二者以相同的速度转动，所述净转向力用于限定主轴的位置并且从而也限定传动比，并且反作用力从输入轴经过轴承传递到壳体。
[0050] 本发明还提供一种根据本发明的可逆变速器，其特征还在于，
[0051] -以上解释的预加载力通过在壳体和初级环轮之间通过单个气动或液压压力启动的一个或者多个活塞和缸系统产生，或者通过机械的预加载系统产生，其中当变速器设置为零速比时，该机械系统也可以用作驻车制动器
[0052] -转向压力通过液压或气动活塞缸系统产生，所述液压或气动活塞缸系统能够沿着两个方向工作，与输入轴和主轴形成一体，
[0054] 本发明还提供一种液压系统，所述液压系统用于控制汽车、卡车或者其它在公路上用的或非公路用的车辆中的根据本发明的可逆变速器，其特征在于，
[0055] -一个发动机驱动的泵用于输送液压压力和流动，
[0056] -高压和低压蓄压器在所述液压系统中形成一体，其中来自低压蓄压器的用于加压预加载活塞（30）和转向活塞（28）的流体比高压蓄压器优先使用，
[0057] -高压蓄压器比低压蓄压器优先通过泵填充满，
[0058] -减压器阀用于控制预加载压力和用于向前和向后的驱动方向的转向压力，[0059] -可以在预加载压力线路中借助2个关闭阀增加安全特征，并且所述2个关闭阀中的一个通过向前的转向压力切换并且另一个通过向后的转向压力切换，以便有效转向压力中的一个转向压力一降低到一定偏压以下就立即排出预加载压力，
[0060] -并且可以通过从液压系统图取出安全关闭阀（37）而简化所提及的安全特征。
[0063] -PID控制器限定转向活塞的速度，所述转向活塞连接到主轴，以便使发动机转速等于从最小燃料消耗量曲线计算出的所需要的发动机转速，
[0064] -基于计算程序，由PID控制器提供的转向活塞的速度可以减小，以保持在微滑动的范围内，
[0065] -并且基于已公开的纵向和横向微滑动的理论计算预加载压力和转向压力，所述预加载压力和转向压力确定行星件相对于主轴的轴线的角度。
[0066] 本发明还提供用于一个或者多个根据本发明的行星式变换器的结合在不同变速器布局中的使用，其特征在于，
[0067] -行星式变换器的每个界面，即，环轮、中心轴和太阳轮，可以连接到变速器输入、输出、壳体、与另一个行星式变换器的界面或诸如异心齿轮（offset gear）或行星齿轮系统的任何其它变速器部件，
[0068] -或者可以如上所述制成不同的可逆变速器布局。表述“可逆”在此意思是这样的变速器，即，在没有如用在变矩器或者摩擦盘离合器中的（宏观）滑动部件的情况下，所述变速器的输出转动方向相对于输入转动方向可以连续地改变，并且所述变速器的速比甚至能限定在非常低的输出速度处和零输出速度处。
[0069] 本发明还提供一种根据本发明的可逆变速器，其特征还在于，
[0070] -其中滚动接触运动的变速器内部填充有惰性气体、或者用于冷却和润滑的普通空气和飞溅流体、或者具有冷却剂雾的气体，
[0071] -并且所述内部与用于轴承的润滑油密封并且与变速器的外部密封。
[0072] 本发明还提供一种根据本发明的行星式变换器，其特征还在于，
[0074] -通过将该油流动集成到包括输入轴和输出轴的所有轴承的主润滑油流动中而实现用于行星件内侧的轴承或者轴衬的可替代的润滑剂流动。该流动通过铰链中的一个（尤其铰链销中的一个）从中心轴取得，导引通过行星件的轴承，并且经由另一个铰链（或者尤其另一个铰链销）流回到中心轴，
[0075] -并且在另一个可替代方案中，行星件的轴承用润滑脂润滑，或者使用不需要任何润滑剂的动静压混合轴承。
[0076] 本发明还提供根据本发明的变速器的使用以在汽车、卡车、公交车、越野车、割草机、风轮机、伸缩臂搬运机、自动装卸车或者任何其它需要以可变速度传递功率的工业应用中以可变速度传递功率。
[0078] 附图中的部件的附图标记：（1）环轮，（2）行星件，（3）太阳轮，（4）行星叉架，（5）行星轮，（6）行星径向轴承，（7）行星推力轴承，（8）铰链销，（9）中心轴，（10）压力释放阀，（11）输入轴，（12）主轴，（13）行星式变换器，（14）壳体，（15）输入处的轴向轴承，（16）输入处的径向轴承，（17）轴衬太阳轮-环轮，（18）输出处的径向轴承，（19）输出处的轴向轴承，（20）输入轴衬，（21）输出轴衬，（22）油分配器，（23）活塞环，（24）唇部密封件，（25）密封管，（26）向前的转向油缸，（27）向后的转向油缸，（28）转向活塞，（29）预加载力活塞，（30）预加载力气缸，（31）定位器销，（32）油泵叶片，（33）用于向前转向压力的减压阀（pSF器件），（34）用于向后的转向压力的减压阀（pSF小器件），（35）用于正常压力的减压阀（pN小器件），（36）用于向前的转向压力的安全关闭阀，（37）用于向后的转向压力的安全关闭阀，（38）低压蓄压器，（39）高压蓄压器，（40）油泵，（41）液压泵开关，（42）液压馈电开关，（43）液压蓄压器开关，（44）压力传感器，（45）转向力，（46）输出轴，（47）转矩转移装置（即，花键连接），（48）齿圈，（49）行星齿轮，（50）行星式齿轮架，（51）太阳齿轮，（52）预加载力，（53）转向力，下标a：初级行星式变换器，下标b：次级行星式变换器。
[0079] 图1：示意性地表示与行星件（2）相互作用的环轮或太阳轮（1，3）。L表示从滚动锥形的顶点到滚动接触点的距离。图1a示出在彼此上滚动的2个锥形。仅当两个锥形的顶点重合时，锥形可以在彼此上滚动（具有固定的轴线位置），所述滚动是没有滑动的纯滚动。图1b表示环轮或者太阳轮的横截面以及在曲线上的不同点处的切线。在图1c中，在用于较好的目测的这些三个点处添加行星件。注意到L是恒定的。
[0080] 图2：示意性地表示行星式变换器，所述行星式变换器包括连接到主轴（9）的行星件（2）。行星件（2）在环轮（1）和太阳轮（3）上滚动，导致太阳轮以某一输出速度转动。改变相对于行星件（2）的轴线的倾斜，则改变相互作用的太阳轮（3）的输出速度以用于主轴（9）的恒速。（4）行星叉架，（5）行星轮，（6）行星径向轴承，（7）行星推力轴承，（8）铰链销，（9）中心轴，（10）压力释放阀。
[0081] 图3：示意性地表示本发明的可逆变速器。图3a和3b表示分别处于变速器中的位置处的第一和第二行星式变换器。注意到，在沿着变速箱的纵向方向的行星式变换器的定位（滑动）的功能中，第二太阳轮（3）围绕变速器的轴线以变速转动，由此改变行星件到主轴的轴线，并且随后环轮（1a）和（1b）和太阳轮（3a）和（3b）相互作用。
[0082] 图4：示意性地表示行星件以及到变速器的主轴的连接。
[0083] 图5：示意性地表示液压系统图。
[0084] 图6：示意性地表示可逆变速器的可替代实施例。
[0085] 图7：示意性地表示可逆变速器的又一个可替代实施例。
[0086] 图8：示意性地表示可逆变速器的又一个可替代实施例。
[0087] 图9：用于使变速箱转向所需要的软件的软件框图。
[0088] 图10：典型的传统变速箱和柴油机的燃料消耗量的现有技术图解，其适于从Brandstetter和Howard1989：用于福特2.5升D1柴油机的燃料消耗率。
[0089] 图11：远离停顿驱动的完全的节气门的模拟结果。
[0090] 图12：以50km/h恒定地驱动并且继而在完全的节气门的情况下突然加速的模拟结果。
[0091] 图13：可以实现的行星叉架的三维表示。
具体实施方式
[0092] 本发明的变速器可以最好与超环面变速器（toroid transmission）比较。一半或者完全的超环面变速器具有限制总分布的缺点。还需要变矩器或者用于起步的另一个装置以及用于相反的驱动方向的移动机构和齿轮。主要缺点在于，行星轮和滑轮借助钻进动作而在彼此上滚动，所述钻进动作意思是在传递驱动力的同时通过其几何结构被迫宏观滑动而滚动接触。结果，这些滚动接触必须被润滑以减少磨损并且耗散热。润滑的表面具有较低的摩擦系数，以便通过接触面传递驱动力，这些接触面必须借助较大的力被压在彼此上，使得需要繁重的设计。宏观滑动的另一个结果当然是变速器较低的效率。
[0093] 部件的说明
[0094] 主要地，本发明的变速器由2个所谓的行星式变换器构成。行星式变换器是可与行星齿轮系统相比较的机械子系统，但是所述机械子系统具有可变传动比并且具有滚动面而不是齿轮。行星式变换器设计成使得在滚动接触中发生没有钻进动作的纯滚动。在本发明的变速器的应用中，滚动接触的接触压力被控制成使得接触应力保持在可接受的限度内并且接触压力足够高以避免宏观滑动。
[0095] 在文献中宏观滑动说明为这样的两个滚动面的条件，即，所述两个滚动面受到正常载荷并且传递切向力（与所述表面相切），以便在接触面积中存在有其中两个表面粘住在一起的子区域。在该子区域外侧，但是仍然在接触面积内，由于本体的弹性变形而出现蠕动。
[0096] 宏观滑动是其中不存有具有粘住接触的该子区域的条件。在宏观滑动条件下，滑动的大小是不可控制的。
[0097] 行星式变换器
[0098] 行星式变换器子系统（图2）由以下部件构成：
[0099] ●环轮（1）
[0100] ●行星件（2）
[0101] ○行星叉架（4）
[0102] ○行星轮（5）
[0103] ○径向轴承（6）
[0104] ○推力轴承（7）
[0105] ○铰链销（8）
[0106] ○中心轴（9）
[0107] ●太阳轮（3）
[0108] 环轮（1）、太阳轮（3）和中心轴（9）全部具有共同的转动轴线。环轮（1）借助预加载力（52）轴向地压紧在2个或者更多个行星件（2）上。行星轮（5）可以借助径向轴承（6）围绕叉架（4）自由地转动。离心力和由于预加载力（52）所导致的力通过推力轴承（7）传递到行星叉架（4）。每个行星叉架（4）都可以在由中心轴（9）和行星叉架（4）所产生的平面中围绕铰链销（8）自由地转动。每个行星件（2）的铰链轴线都在相同的点处与中心轴（9）交叉。行星轮（5）被推靠在太阳轮（3）上，所述太阳轮（3）提供用于预加载力（52）的反作用力。
[0109] 通过改变铰链到轮的相对位置，改变传动比。由于改动该传动比，必须控制横向接触速度和接触压力，以便将横向和纵向蠕动保持在宏观滑动的范围内。
[0110] 环轮（1）和太阳轮（3）
[0111] 环轮（1）和太阳轮（3）二者与行星件（2）的有效接触面是具有特殊形状的轴对称面。
[0112] 为了在没有使两个本体（行星件和环轮，行星件和太阳轮）滑动的情况下获得滚动，这些部件的转动轴和在它们的接触面处的切线必须在一个点中与三个部件全部交叉。参见图1a：2个锥形的尖端重合。如果接触面的一个点在没有滑动的情况下在彼此上滚动，则所有点在没有滑动的情况下在彼此上滚动。没有发生钻进动作。
[0113] 提供滚动而不提供滑动的太阳轮和环轮二者的曲线可以从其在xy平面中的特性进行构造：曲线的任何切线必须与中心x轴交叉，以便使从与x轴线的交点到切点的距离是常数L。与x轴线的交点是铰链的位置。继而通过以下的不同等式组产生曲线：
[0114] L sinα=y
[0115] α=arctan(dy/dx)
[0116] 其中：x是表示转动轴线的水平轴线
[0117] y-轴线与x-轴线垂直
[0118] L是从铰链到滚动接触点的距离
[0119] α是切线相对于x-轴线的角度
[0120] 积分之后：
[0121] +/-x+c=√(L2-y2)-L/2*ln((L+√(L2-y2))/(L-√(L2-y2)))，
[0122] 或：
[0123] +/-x+c=L*(cosα-1/2*ln((1+cosα)/(1-cosα))
[0124] 或：
[0125] +/-x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|)
[0126] 其中c是任意的积分常数
[0127] 通过将y和α限制到
[0128] 0<=y<=L
[0129] 0°<=α<=90°
[0130] 可以构造围绕x轴线的旋转面。在图1b中示出该表面：在曲线上的3个随机点处的切线与x轴线相交，从切点到与x轴线的交点的距离为L。在图1c中，在这三个点中添加行星件。行星件的接触点到其铰链的距离也是L，以便实现用于纯滚动的条件以用于沿着x轴线的铰链的所有位置。在数学中，该曲线已知为等切面曲线，并且在1693年第一次被Christian Huygens和Claude Perrault说明。该曲线主要用公式表示为不同的数学表达式，但是以上公式对于在变速器中应用更加实用。
[0131] 实际上，该表面可以与理论的表面稍微偏离以补偿表面的压缩或者磨损。选择接触面材料、硬度、粗糙度、精整、涂层和润滑剂流体或者气体以最优化牵引和磨损。这些成分在齿轮型面技术和机械加工工具的技术领域中是众所周知的。
[0132] 依据变速器内部的功能和变速器的类型，环轮和太阳轮具有允许或者禁止转动的特征，以便允许或者禁止轴向运动以及使部件居中。在附图3和6至8中绘制出环轮-行星件-太阳轮结合件的不同构造的非限制性示例。这些实施例中，第一环轮不能转动，而在可替代实施例中，环轮可以转动，同时在环轮上滚动的行星件被固定。在又一个可替代实施例中，环轮和行星件二者可以例如以不同的速度与彼此无关地转动。事实上，可以是任何构造，只要符合以上概述的行星件与环轮和太阳轮的轴对称的接触面的概念即可。
[0133] 使用的材料
[0134] 在优选实施例中，转动部件（行星件和轮）由钢或者硬化钢构造，变速器的外壳可以例如是铝，并且具有叶片的盖可以例如由铝和塑料构成。可以使用在能够支持所需要的材料硬度、牵引要求和耐磨性的技术领域中已知的任何其它适当的材料。
[0135] 行星件和轮的相互作用面的表面的涂层可以例如由以下成分构成：AlTiN（氮化铝钛）、TiCN（氮化钛碳）、TiN（氮化钛）或者TiCrN（氮化钛铬）。可以使用能够支持所需要的材料硬度、牵引要求和耐磨性的技术领域中已知的任何其它适当的材料。
[0136] 行星件（2）
[0137] 行星式变换器具有两个或者更多个行星件（2）以用于驱动力的传输。在优选实施例中，对于每个行星式变换器有三个行星件，如在图4中所绘制。滚动面处的切线与铰链的中心交叉。从滚动接触点到铰链的距离等于L：该距离与轮表面的公式中的距离L相同。
[0138] （ⅰ）行星轮（5）
[0139] 给行星轮（5）的滚动面加顶以避免较高的边缘接触应力。与环轮和太阳轮的表面类似，对于牵引和磨损，接触面材料、硬度、粗糙度、条件和涂层被最优化。
[0140] （ⅱ）行星叉架（4）和铰链销（8）
[0141] 叉架（4）和铰链销（8）被设计得足够强以应对离心力、预加载力（52）和驱动运动。另一方面，对于行星件（2）的所有倾角，叉架（4）彼此不能干涉。图2、3和4中示出叉架的设计。在图13中示出三维视图。1个行星式变换器的全部3个叉架都是相同的。叉架（4）的2条腿相对于叉架（4）的中心轴线是镜像的。
[0142] （ⅲ）轴承和润滑
[0143] 所有轴承（6、7）可以是滚柱轴承或者滑动轴承。通过行星轮（5）中的叶片实现用于冷却和润滑轴承的油流动。当发动机运行时，行星轮（5）总是转动。压力释放阀（10）在怠速以下通过离心力打开并且在发动机停止之前通过弹簧力关闭。该阀允许油在没有增大压力的情况下热膨胀。在停止时必须避免来自行星件（2）的油污染滚动接触的区域，所述滚动接触的区域将通常要求另一种润滑或者不要求润滑。当然可以是可替代的润滑系统。也可以使用没有润滑的混合滚柱轴承。
[0144] 行星式变换器的应用
[0145] 行星式变换器与行星齿轮系统类似具有三个界面，所述界面可以输入、输出、与壳体连接、与另一个行星式变换器连接或连接到诸如行星齿轮组或者异心齿齿轮的其它变速器部件。通过可以与其它变速器部件（例如行星齿轮组或者异心齿轮组）结合的一个或者多个行星式变换器，可以构造不同的变速器布局。
[0146] 可逆变速器
[0147] 总体布局
[0148] 如在附图3和4中所示和以下说明的两个行星式变换器的结合是获得可逆变速器的不同方法中的一种。对于“可逆”意味着这样一种变速器，即，所述变速器能以连续可变的方式改变输出转动方向并且从而穿过零速比。
[0149] 发动机直接或者经由扭振减振器系统连接到变速器输入轴（11）。该输入轴连接到初级行星式变换器（13a）的中心轴（9a），使得输入轴和中心轴二者不能相对于彼此转动。该中心轴（9a）可以相对于输入轴（11）轴向地滑动。初级行星式变换器（13a）和次级行星式变换器（13b）的中心轴（9a、9b）结合到一个变速器主轴（12）中。
[0150] 初级行星式变换器的环轮（1a）借助两个或者更多个定位器销（31）固定到壳体（14），以便使所述环轮（1a）不能转动，而是仅可以轴向地运动。所述环轮（1a）通过受控的液压pN被推靠在初级行星式变换器的行星件（2a）上。当传动比改变时，环轮（1a）轴向地运动。代替固定的定位器销（31），扭转振动减振器可以由于替换定位器销（31）而通过诸如弹簧和阻尼元件的沿着切线方向工作的弹性元件形成一体，并且安装在壳体（14）和初级环轮（1a）之间。这些弹性元件继而允许具有高硬度的初级环轮（1a）的切向运动和具有显著较低硬度的初级环轮（1a）的轴向运动。
[0151] 初级行星式变换器的太阳轮（3a）与次级行星式变换器的环轮（1b）连接为一个部件。该结合的太阳轮-环轮（3a，1b）在没有用于居中的轴承的情况下通过初级行星式变换器（2a）和次级行星式变换器（2b）的行星件居中。然而，为了避免较长的输入轴振动或者为了产生“空挡”（参见4.6.1），可以在太阳轮-环轮（3a，1b）和主轴（12）之间添加径向轴衬或轴承（17）。当传动比改变时太阳轮-环轮（3a，1b）轴向地运动。
[0152] 次级行星式变换器的行星件（2b）也连接到主轴（12）。
[0153] 次级行星式变换器的太阳轮（3a）是变速器的输出。所述太阳轮（3a）通过轴承（18、19）轴向地和径向地定位。选择这些轴承（18、19）以传递预加载力（52）和作用在行星件（2a、2b）上的转向力（53）、离心力和回转力的轴向分量。
[0154] 应用的领域
[0155] 变速器可用于乘用车，但是其应用可以延伸到：
[0156] ●卡车：需要高效率的较低和较高的许多传动比。
[0157] ●非公路用的车辆
[0158] ○诸如较大的割草机的应用，在该应用中爬行速度和在低速下较好的效率是重要的
[0159] ○自动装卸车，所述自动装卸车需要沿着两个驱动方向的平顺的低速的操纵能力和较快的倒车（可与向前的二挡相比较）
[0160] ○像伸缩臂搬运机一样的机器，其中必须可与地面变化的阻力无关地控制低速[0161] ●风轮机，其中变速器“输出”连接到非常缓慢转动的螺旋桨并且“输入”驱动发电机。
[0162] ●其它工业应用，其中功率必须以可变速度传递。
[0163] 示例
[0164] 通过以下非限制性示例说明本发明。
[0165] 示例1：根据本发明的变速器的示例的细节
[0166] 输入轴（11）被轴承（15）和轴承（16）支撑。轴承（15）经受住来自离心力、回转力、横向蠕动力和花键摩擦力的轴向合力。轴承（15）和轴承（16）容纳在油分配器（22）中，所述油分配器（22）借助螺栓连接到壳体（14）。来自发动机的输入轴经由花键轴元件链接到变速器的主轴，允许平移的轴向运动，但是不相对于彼此转动。这样，来自输入轴（11）的转矩经由长内花键传递到主轴（12）的外花键。代替花键，能够使用传递转矩并且允许轴向运动（沿着轴的纵向方向）的可替代方案。主轴（12）通过输入轴（11）内侧的轴衬（20）和次级行星式变换器的太阳轮（3b）中的另一个轴衬（21）而被定中心。这些轴衬（20、21）没有被轴向力加载，而是必须仅使主轴（12）居中而且允许轴向运动。第一轴衬（20）分开以允许安装在花键上。次级行星式变换器的太阳轮（3b）支撑在两个轴承（18、19）上。两个轴承（18、19）中的一个接受轴向载荷。
[0167] 用于轴承（15、16、18、19）和轴衬（20、21）的润滑油从壳体（14）经由钻孔供给到轴承（15）和轴承（16）上的油分配器（22），继而流动分开。一部分通过轴衬（20）和花键并且继而通过主轴（12）中的中心钻孔。另一部分绕过这些部件到孔口上方，并且加入中心钻孔中的第一油流。在主轴（12）的端部处，润滑油通过轴衬（21）和2个太阳轮轴承（18、19）。油经由壳体（14）中的钻孔流回到油槽。
[0168] 每个行星件的轴承（6a、6b、7a、7b）的润滑示出为闭合回路，但是也可以替代地通过铰链销（8a、8b）内侧的油流过通道在润滑油回路中形成一体。该可替代方案将要求在铰链销（8a、8b）与行星叉架（4a、4b）之间密封。在闭合回路设计中，通过行星轮（5）内侧的叶片产生流动，向外泵送油。输入轴一转动，行星件（2）也就围绕行星件（2）的轴线转动并且因而油循环通过轴承（6和7）。润滑的设计使得滚动接触的润滑剂流体或者气体必须不与轴承的润滑油混合。因此，具有滚动接触的变速器内部完全与用于轴承的润滑油密封并且当然与外部密封。壳体（14）和油分配器（22）也含有用于转向压力pSF和pSR的2个额外的钻孔。这些压力通过3个活塞环（23）在油分配器（22）和转动的输入轴（11）之间密封。越过活塞环（23）从转向压力泄漏的油被收集在润滑回路中。润滑回路对变速器外部完全密封，并且通过唇部密封件（24）对滚动面的面积密封。经由密封管（25），转向压力pSF和pSR被密封并且分别被导引到向前的转向油缸（26）和向后的转向油缸（27）。
[0169] 轴衬（17）由用于干运行（dry running）或在用于滚动接触的气体或者流体中运行的材料制成。在正常操作中，该轴衬（17）不与主轴（12）接触。参见段4.6.1。
[0170] 根据本发明的变速器概念具有以下优点：
[0171] ●仅需要一个活塞-缸系统（29、30）来产生预加载力（52），所述预加载力（52）将所有接触面压靠在彼此上。该缸（30）不转动，这样使得液压（或者气动）供给容易，这是因为不需要动态密封件。
[0172] ●转向缸（26、27）以与主轴（12）相同的速度转动。将需要沿着两个轴向方向工作的其它较大的轴承。转向活塞（28）的密封件仅轴向地运动而不切向地运动。在这些较大直径和较高发动机转速处不会相对转动。在图3的所示布局中，仅需要沿着两个轴向方向工作的一个转向活塞（28）以使两个行星式变换器的中心轴（9）运动。
[0173] ●通过将如图3中所示的2个行星式变换器结合，每个行星式变换器的传动比被放大，使得沿着向前的驱动方向产生非常长的超速传动比。另一个优点是，而且沿着相反的驱动方向获得较高的传动速比，所述较高的传动速比避免了当沿着相反的方向驱动时较高的发动机转速。
[0174] ●较长的转矩比（0.441）允许汽车在最优的发动机效率下以任何速度和任何功率水平行驶。这样将把发动机的燃料消耗减少15%至20%。也参见图10中的发动机图表。现代发动机在较低的发动机转速处产生大量功率。在接近低达1300RPM的发动机转速的最优效率下产生25HP（在恒速下足以驱动约110km/h至120km/h）。
[0175] ●用于该变速器概念的控制的目的为总是使发动机以发动机的最优效率运行。这意味着在中等发动机功率处发动机以非常低的速度运行。如果当驾驶员突然推动节气门时能够非常快地改变传动比，则该情况可以被驾驶员接受。改变所述传动比意味着，行星轮（5）必须在环轮（1）和太阳轮（3）上执行横向运动（=与滚动方向垂直）。这是没有问题的，这是因为用于克服给定传动比变化的横向距离相对于沿着滚动方向的纵向距离太小，以至于在滚动接触保持在微滑动情况下的同时该横向运动可以足够快。
[0176] ●转矩比连续地从-1.44（向后）越过无限到+0.441（向前）。因而不需要起步装置。在起步期间，没有在滑动离合器或者变矩器中耗散能量。没有热耗散减少了从0.1l/100km到0.12l/100km的燃料消耗量。在没有主离合器或者变矩器的情况下，当然节约了成本和重量。转矩比从而连续地改变到无限，但是最大输出转矩被限制到与干地面上的汽车轮胎滑动极限相对应的转矩。容易根据速比（=输出速度除以输入速度）表达所述比。速比因而连续地从向后的-0.695越过零到向前最高挡位的+2.268。
[0177] ●为了借助起步装置（变矩器或者离合器）从停顿开始的最大加速度，发动机必须到达提供最大转矩（或者用于接近轮胎滑动所需要的转矩）的速度。发动机的加速需要时间。在该时间期间，在车轮处无法得到最大驱动力。就具有如上所述从零改变的速比的变速器而言，在发动机的怠速时就可获得最大驱动力。因而在刚好开始推动节气门时也可获得该最大驱动力。以下模拟示出变速器能够足够快地增大发动机转速，以便连续地维持最大驱动力直到发动机到达其最大功率点。（只要节气门踏板完全被推到地板，发动机转速就从该点保持恒定。）
[0178] ●变速器因而在没有任何滑动部件的情况下可以也保持停止并且非常慢地向前或者向后驱动。在非常慢的速度下也保持了较高效率。在这些较低的传动比下驾驶几乎与斜坡、上坡或者下坡无关。（例如在斜坡上停车或者抵靠路缘石停车期间是非常有用的）。当在光滑面或者雪地上起步时该非常低的速比也是实用的。在具有滑动离合器的传统的车中，驱动动轮的转矩被控制。当轮胎抓地力降到驱动力以下时，轮加速度未受控制，直到离合器关闭为止。在多雪或者多泥的条件下，轮胎自身在地坑中工作，以致于使汽车困住。就本发明的变速器而言，轮在速度方面被控制并且可以在给定的非常低的速度下转动。当轮胎抓地力降低时，轮胎保持在相同的低速下转动，以便使轮胎可以重新获得地面上的抓地力。该能力也对于非公路用的车辆或者4轮驱动车辆是非常有用的。
[0179] ●变速器自身的模拟的效率在较低功率水平下是大约99.4%。该图包括机械损失和液压损失。在完全的节气门加速处，所述模拟的效率减小到96%至97%。实际的变速箱在最大转矩处具有最高效率，这在现代高功率的汽车中是很少出现的状况。本发明的变速器看来在低功率处和零或者较慢的传动比变化处具有最高效率。这些驱动条件最有助于总燃料消耗量。
[0180] ●高效率的结果是不需要冷却系统或者仅在极少情况下使用较小的冷却器系统。泵、冷却器、风扇、冷却剂和液压控制增加成本和重量并且在环境中增大废弃油的风险。另外，用于驱动冷却器泵的功率还降低了效率。
[0181] ●模拟示出，传动比可以改变的很快（当节气门被突然推动时）以至于整个发动机转矩在发动机自身加速时消耗。更快的传动比变化当然没有意义。这意味着，发动机功率在200ms内从几乎零增大到全功率。（在1800kg的后轮驱动乘用车的情况下，对300HP、400Nm的汽油发动机实施的模拟）。
[0182] ●总之，总效率提高是大约18%到30%
[0183] ●15%到20%来自提高的发动机效率
[0184] ●2%到7%来自本发明的变速器效率对比MT
[0185] ●1%到3%来自没有离合器或者变矩器
[0186] ●当变速器速比设置为零时可以容易制成驻车制动器。（在发动机可以在没有提供功率的情况下转动时，输出从而停止）。当机械装置应用为预加载力（52）时，同样当切断发动机时将维持该力。这样不管发动机是否运行，变速器输出不能转动。
[0187] ●图11示出从停止起步的模拟
[0188] ●图12模拟在以50km/h的匀速行驶之后的突然加速。该视图示出获得的汽车的加速有多快。
[0189] 示例2：液压控制
[0190] 图5示出用于产生预加载力和转向力的液压方法，但是这些力也可以通过气动或者机械装置产生。
[0191] 液压控制的压力作用在初级行星式变换器的环轮（1a）的预加载力活塞（29）上以在行星件（2a、2b）和太阳轮（1a、1b、3a、3b）之间产生法向力。预加载力活塞（29）和预加载力气缸（30）没有转动。每个接触面上的法向力必须足够大，以便使接触区中的纵向和横向蠕动保持在微滑动中。永久地，除了所需要的压力以外的显著较高的压力将缩短轴承和接触面的寿命。
[0192] 通过作用在向前的转向油缸（26）上的转向活塞（28）上的向前的转向压力pSF并且通过作用在向后的转向油缸（27）上的转向活塞（28）的另一侧上的向后的转向压力pSR控制所述传动比。该转向活塞（28）和转向油缸（26、27）以输入速度转动。在没有转向压力的情况下，传动比将是零速比，这是因为行星件（2a、2b）上的离心力将主轴（12）推入零速比的位置中。通过软件控制净转向力。快速降挡（当向前行驶时）在大部分情况下不需要来自转向压力的液压动力，这是由于行星件（2a、2b）上的离心力通常已经足够强大以仅通过减小向前的转向压力pSF而降挡。当离心力不足时，通过向后的转向压力pSR辅助快速降挡。
[0193] 示例3：软件控制
[0194] 解释作为用于自动应用的示例的软件程序。
[0195] 通常，SW必须控制预加载力压力和转向压力pSF和pSR。为了安全和可控性原因，转向活塞（28）的侧中没有一个达到零压力，但是总是在一侧处最小化偏压。参见4.6.1。用于SW的输入是节气门位置、要求的行驶方向、输入速度、输出速度和发动机转矩和效率图。转向活塞的位置将可以用作反馈信号。
[0196] 从节气门位置，所要求的发动机功率水平是已知的。借助效率图限定所要求的发动机速度。就PID（或者PID2）控制器而言，SW限定用于转向活塞（28）的速度的第一建议，以便使发动机转速朝向所要求的发动机转速改变。更具体地，变速器计算机在5个步骤中计算预加载力和转向力，以便防止将在一个滚动接触中出现宏观滑动并且防止过于频繁干涉汽车的抗空转控制（anti-spin control）。
[0197] 步骤1：
[0198] 在较低的车速下，所要求的功率将通过在干硬性混凝土上的轮胎抓地力的已知值限制。通过所要求的发动机功率并且通过发动机的效率图计算所要求的发动机转速和转矩。PID控制器继而限定转向活塞（28）的速度vS。然后计算所有几何参数和所有内部速度（在滚动方向上的纵向和横向）。通过施加的变速器输入转矩，计算滚动接触中的纵向力。
[0199] 步骤2：
[0200] 假设预加载压力pN最大。
[0201] 通过微滑动的理论，计算纵向蠕动。如果纵向蠕动是在微滑动内，则控制器进入下一个步骤；如果纵向蠕动不是在微滑动内，则必须减小输入转矩。（由于变速器经过专门设计，因此后一种情况将不会出现）。
[0202] 步骤3：
[0203] 已经通过控制器计算转向速度vS；预加载压力pN则假设为最大。
[0204] 通过已知的实际输入转矩和输入速度，接触点处的纵向力是已知的。转向速度vS也限定滚动接触中的所有横向速度。通过微滑动的理论，通过已知的法向力并且通过横向速度，限定纵向的微滑动。从微滑动的理论，也限定横向蠕动。两种蠕动限定总蠕动。
[0205] 如果总蠕动是在微滑动内，则控制器进入下一个步骤；如果总蠕动不是在微滑动内，则转向速度vS必须减小到新的转向速度vS。
[0206] 步骤4：
[0207] 通过转向速度vS的实际建议和实际的驱动力，能够找到最小的预加载压力pN，所述最小的预加载压力pN导致微滑动稍微处于微滑动限度以下。
[0208] 计算正确的预加载压力pN。（通过该计算速度，预加载压力不能超出最大限度）。通过输出速度与输入速度的比已知转向活塞位置（或者直接从位置传感器）。该位置限定所有几何条件。从输入速度已知离心力，并且从发动机（=输入）转速和节气门位置已知驱动力。
[0209] 而且计算转向压力以获得转向速度vS。在每个滚动接触点处，横向速度是已知的，并且通过微滑动的理论计算横向力。结果就是净转向力。
[0210] 步骤5：
[0211] 当转向压力高于限度时，转向速度vS必须减小并且控制器返回到步骤1；如果当转向压力不高于限度时，则预加载压力pN和向前的转向压力pSF被限定以保持在微滑动内，并且使用尽可能接近到其最大效率点的发动机以用于给定（改变）的功率要求。
[0212] 示例4：液压系统
[0213] 液压供给
[0214] 在图5中示出优选的液压动力供给。
[0215] 安全
[0216] 当仅一个比例阀将用于向前的转向压力pSF并且另一个比例阀用于向后的转向压力pSR时，将出现不安全的状态。当假定汽车向前行驶时，用于pSF（33）的比例阀无法达到零压力。在该情况下，离心力将把传动比非常快速地改变到零速比，以便使发动机将超速并且车轮将阻滞。为了避免这些结果，添加2个安全关闭阀（36、37），并且减压阀（“小器件（props）”）（33、34）总是在转向活塞（28）的两侧上最小化偏压（即，0.5bar）。该偏压保持安全关闭阀（通-断）（36、37）打开。当一个器件（33或34）无法达到零压力时，相对应的通-断（36或相应的37）排出预加载压力pN，并且变速器没有传递任何转矩。汽车将惯性滑行并且发动机通过其超速保护而节约。变速器在该条件下“处于空挡”。（仅在该紧急情况下轴衬（17）将支撑太阳轮-环轮（3a、1b）。）
[0217] 液压动力
[0218] 在全节气门加速期间中，在几乎没有流动的情况下需要高压（即，20bar至50bar）。在该状况中，所需要的液压动力是大约50瓦特，但是在较快的传动比变化期间，在一秒的小部分期间同时需要高压和高流动性。液压峰值功率可以上升到接近10kW。当以匀速和中等发动机功率驱动时，液压动力pN和pSF较低（大约10bar）并且所需要的液压动力小于5瓦特。
[0219] 为了实现关于有效的功率消耗和低成本的这些要求，选择具有低压蓄压器（38）和高压蓄压器（39）的解决方案。
[0220] 液压系统图
[0221] 具有小排量的油泵（40）被发动机驱动。液压泵开关（41）是双位阀，所述双位阀选择是泵（40）供给功率到蓄压器（38或39）中的一个还是所述泵（40）将所有泵流动排回到油槽并且从而几乎没有消耗来自发动机的功率。液压供给开关（42）选择填充哪个蓄压器。高压蓄压器（39）比低压蓄压器（38）优先。液压蓄压器开关（43）选择哪个蓄压器用作用于
3个小器件的供给：使用具有超过所要求的最大压力的最小压力的蓄压器。用于监测蓄压器压力的压力传感器（44）用作用于变速器控制器的输入信息。如上在4.4中所述控制压力pN、pSF和pSR。
3个小器件的供给：使用具有超过所要求的最大压力的最小压力的蓄压器。用于监测蓄压器压力的压力传感器（44）用作用于变速器控制器的输入信息。如上在4.4中所述控制压力pN、pSF和pSR。
[0222] 示例5：冷却和过滤
[0223] 在滚动表面处的微滑动产生热。在高发动机功率和高转矩比处，产生比将转移到周围气体或者流体的热更多的热。该过多的热将升高行星轮、太阳轮和环轮的温度。在较低的功率水平或者较低的转矩比处，转动部件将通过对流到周围气体或者流体而冷却下来。可以在行星件上以及在环轮和太阳轮的内侧处添加冷却片来改进传热。该气体或者流体可以是惰性气体以避免钢部件的侵蚀，但是也可以是与润滑剂或者具有冷却流体雾的气体结合的普通空气。壳体内侧处的冷却片将内部气体或者流体的热传递到壳体。自身可以在外侧处配备有冷却片的壳体将通过行驶风冷却。在某些应用或者条件中，通过如上所述的对流所导致的冷却会是不足的。在该情况下，将添加用于鼓风的风扇或者用于使流体循环的泵。在壳体的外侧，将冷却气体或者流体。在同样的回路中，来自滚动面的磨损颗粒将被收集在过滤器中。
[0224] 示例6：可替代的变速器设计
[0225] 就行星式变换器而言，可以通过将环轮1、太阳轮3和中心轴9与其它行星式变换器连接或者通过将环轮1、太阳轮3和中心轴9与诸如行星齿轮或异心齿轮的变速器部件连接而制成不同的变速器布局。
[0226] 图6示出由2个行星式变换器构成的可逆变速器的示例。“可逆”意味是这样的变速器，即，所述变速器不但可以连续地将其传动比改变到零输出速度，而且连续地改变输出转动方向。相对于图3的布局，该可替代设计具有如下优点，即，初级变换器的行星轮5和叉架4不围绕中心轴9a转动。这样，所述行星轮5和叉架4不受到高离心力。缺点在于，最高速比低于图3的设计中的速比。可替代设计的2个中心轴9需要通过2个转向活塞轴向地运动以例如控制传动比，而在原始设计中仅需要1个转向活塞28。
[0227] 输入轴11驱动初级太阳轮3a和次级环轮1b。初级行星件2a以与原始设计中的方式相同的方式借助铰链销8连接到初级中心轴9a。初级中心轴9a不能转动，但是可以通过转向力53a轴向地运动。这些力控制中心轴9a的轴向位置并且从而也控制传动比。初级环轮1a经由转矩传递装置47机械地连接到次级太阳轮3b。转矩传递装置47在2个部件之间传递转矩，但是允许在这些部件之间轴向位移。可以通过花键连接实现，但是可以使用可替代的机构。次级中心轴9b通过类似的转矩传递装置47连接到输出轴46。该次级中心轴9b以类似的方式通过转向力53b轴向地定位以获得所要求的传动比。
[0228] 初级和次级行星式变换器的环轮1、行星件2和太阳轮3的所有接触面压靠在彼此上，以便通过摩擦传递转矩。这通过仅一个预加载力52来实现，所述仅一个预加载力52作用在初级环轮1a上的轴承上。反作用力从次级太阳轮3b通过轴承传递到壳体。
[0229] 图7示出可逆变速器的另一个可替代设计。此处次级行星式变换器被传统的行星齿轮系统替换（具有恒定的传动比）。在该设计中，行星式变换器的中心轴9a是固定的，并且因而没有离心力作用在行星件2的轴承上。该设计的沿着两个转动方向的最高传动比当然小于图6的先前布局中相应的最高传动比。
[0230] 初级行星式变换器等同于图6的初级行星式变换器。在该情况下，初级环轮1a通过转矩传递装置47连接到齿圈48。太阳轮3a连接到太阳齿轮51。转矩传递到行星齿轮49，所述行星齿轮49驱动行星齿轮架50，所述行星齿轮架50是变速器输出。在行星式变换器和行星齿轮系统之间需要密封，以便避免用于齿轮系统的润滑油达到行星式变换器壳体的内部。由于该变速器也是“可逆”的，输出速度可以连续地改变到零并且输出的转动方向也可以连续地改变。
[0231] 图8中示出具有固定的输出转动方向的变速器。就该概念而言，可以结合随机量的行星式变换器，以便获得较大的传动比分布。如果1个行星式变换器的传动比从r改变到1/r，则用于n行星式变换器的总传动比分布成为r(2n)（绝对值）。在所示示例中r约等于2。
[0232] 输入轴11驱动初级太阳轮3a。每个行星式变换器的所有中心轴9连接在一起。中心轴9不能转动，但是可以通过1个轴向转向力45定位。所有滚动接触通过经由轴承在输出环轮1b上仅施加一个预加载力52而压靠在彼此上。反作用力从初级太阳轮3a经由轴承传递到壳体。因为中心轴9不转动，所以没有离心力作用在行星轮2的轴承上。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
驻车制动器热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈