多段液压机械传动装置制造方法
【专利摘要】无级变速传动装置(1000)包括具有两个输出的两个行星齿轮(1020)组。变速器(310)驱动第二行星齿轮组(332)的环形齿轮(340)，并且传动装置(1000)输入轴(302)由发动机(110)驱动，发动机(110)也驱动变速器(310)和行星传动输入。第二输出轴和第三输出轴(302)连接至传动装置(1000)输出轴(204)。第一离合器(360)连接至第一输出轴(1002)，第二离合器(362)连接至第二行星传动输出并且接合第一驱动齿轮(424)。第三离合器(364)连接至第一输出轴(1002)并且可释放地接合第一驱动齿轮(424)，第四离合器(366)连接至第一驱动齿轮(424)并且可释放地接合第二输出轴(1008)，以及第五离合器(368)连接至第一驱动齿轮(424)并且可释放地接合第三输出轴(1018)。
【专利说明】多段液压机械传动装置
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及无极变速传动装置，并且更具体地，涉及用于车辆或机器动力系的液压机械传动装置。
【背景技术】
[0002]多段液压机械传动装置已知用于在机器和其它车辆中的各种不同齿轮比之间提供平滑变换。典型液压机械传动装置中的变换是通过使用两个或更多离合器完成的，这两个或更多离合器能够同步地脱离一个齿轮比，同时接合另一齿轮比。离合器速度的同步能够通过使用以各种形式实施的同步组件来实现。用于同步组件的一个已知结构包括连接至离合器的齿轮，离合器被构造成选择性地接合传动装置中的两个或更多旋转元件，使得与待接合的齿轮相关联的旋转元件和与已接合的齿轮相关联的旋转元件以相同的速度旋转。以此方式，齿轮之间的转矩和动力的传动能够平滑地变换且没有突发阶跃。
[0003]已知的液压机械传动装置的一个例子能够在于2009年5月12日授权的美国专利7530913 (’913专利)中看到。’ 913专利描述了一种“多段液压机械传动装置”，其包括输入构件、静液压传动装置和机械传动装置。’ 913专利的机械传动装置包括第一同步组件和第二同步组件，用于将传动装置的第一或第二输出构件同步为来自输入构件和静液压传动装置的结合输出速度。在’913专利中描述的传动装置的一种实施方式中，第一离合器组件和第二离合器组件替代地接合以将来自同步的输出构件的动力传递至最终驱动。
[0004]虽然’913专利中描述的传动装置在前进档和倒退档之间有效地变换，其在具有五个齿轮比的传动装置中实施时包括三个同步器和两个离合器，例如，三个前进档和两个倒退档。在操作过程中，对于每个齿轮比，一个同步器和一个离合器接合，意味着第二离合器和剩余的两个同步器是空转的。因此，每个档位变化要求空转同步器之一接合且另一脱离接合。在每个齿轮变换处的这种同步器接合和脱离接合能够导致同步器的摩擦材料磨损，特别是对于诸如重型卡车及土方作业机器和其它重型机器的高转矩应用。此外，同步器的相对复杂性降低可靠性并且增加传动装置的成本。
【发明内容】
[0005]一方面，本发明描述一种机器动力系，其包括连接至无级变速传动装置的发动机。无级变速传动装置包括具有第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的行星齿轮装置。第一行星齿轮组连接至行星传动输入，第二行星齿轮组的太阳齿轮连接至第二输出轴，并且第二行星齿轮组的过桥齿轮连接至第二行星传动输出。变速器包括可变速度原动机，所述可变速度原动机能够驱动第二行星齿轮组的环形齿轮。传动装置输入轴由发动机驱动并且能够驱动变速器和行星传动输入。传动装置的第二输出轴和/或第三输出轴连接至传动装置输出轴。第一离合器连接至第一输出轴。第二离合器连接至第二行星传动输出并且能够可释放地接合第一驱动齿轮。第一驱动齿轮能够相对于第三输出轴在相反方向上旋转。第三离合器连接至第一输出轴并且可释放地接合第一驱动齿轮。第四离合器连接至第一驱动齿轮并且能够可释放地接合第二输出轴。第五离合器连接至第一驱动齿轮并且能够可释放地接合第三输出轴。
[0006]另一方面，本发明描述一种用于操作无级变速传动装置的方法。该方法包括确定是否需要从当前档位选择转换为新的档位选择。分析新的档位选择的参数，并且与当前档位选择的参数进行比较。当新的档位选择与当前档位选择在不同方向上时，使向前运动离合器或逆向运动离合器中的一个脱离接合并且接合向前运动离合器或逆向运动离合器中的另一个。同样，使当前档位选择离合器脱离接合并且接合新的档位选择离合器。向前运动离合器和逆向运动离合器的脱离接合和接合以及当前档位选择离合器和新的档位选择离合器的脱离接合和接合同时发生并且在短时间段内。调整脱离接合操作和接合操作，并且还调整变速器贡献，以确保当前档位选择和新的档位选择之间的齿轮速度差基本为零。这里使用的基本为零的速度差是指速度变化不明显或者在转换过程中被机器或车辆的操作员几乎忽略。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的机器的示意图。
[0008]图2是用于根据本发明的机器的动力系的示意图。
[0009]图3是根据本发明的液压机械传动装置的图示。
[0010]图4是根据本发明的液压机械传动装置的替代实施方式的图示。
[0011]图5是根据本发明的液压机械传动装置的另一替代实施方式的图示。
[0012]图6是根据本发明的液压机械传动装置的又一替代实施方式的图示。
[0013]图7是根据本发明的液压机械传动装置的再一替代实施方式的图示。
[0014]图8是根据本发明的液压机械传动装置的另一替代实施方式的图示。
[0015]图9是根据本发明的液压机械传动装置的又一替代实施方式的图示。
[0016]图10是根据本发明的液压机械传动装置的再一替代实施方式的图示。
[0017]图11是根据本发明的液压机械传动装置的另一替代实施方式的图示。
[0018]图12是用于操作根据本发明的液压机械传动装置的方法的流程图。
[0019]图13是用于操作根据本发明的液压机械传动装置的替代方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]本发明涉及液压机械传动装置，并且更具体地涉及包括多个液压离合器的液压机械传动装置，液压离合器能够在不使用同步器的情况下提供同步转换。虽然这里公开的实施方式都是针对土方作业机器描述的，它们可适用于其它应用，诸如汽车应用、轻型、中型和重型卡车等。
[0021]图1示出轮式装载机的轮廓，作为车辆或机器100的一个例子。图2是车辆100的动力系200的示意图。参照这些附图，车辆100包括通过铰接接头106连接至非发动机框架部分104的发动机框架部分102。发动机框架部分102和非发动机框架部分104中的每个包括连接至一组轮108的各自的轴202。发动机框架部分102包括发动机110，其具有连接至转矩变换器206的输出轴204。转矩变换器206又经由连接轴210连接至传动装置208。传动装置208的输出轴212连接至分离器214，分离器214为两个驱动轴216提供动力，每个驱动轴216用于每个轴202。每个驱动轴216将动力经由各自的差速器218传输至轮119，使得在发动机输出轴204处提供的旋转动力被有效地传输至轮108。虽然示出了两个从动轴202，根据车辆的类型可以使用单个轴或多于两个轴。此外，虽然示出了轮，可以使用诸如履带等其它类型的接地构件。
[0022]车辆100还包括容纳各种机器控制装置的操作员室130。如图2中所示，这些装置包括具有加速踏板传感器(APS) 222的加速踏板220和具有控制杆编码器226的档位选择控制杆224。APS 222和控制杆编码器226可以被构造成提供指示在使用过程中由操作员指令的车辆100的期望地面速度的信号。
[0023]现在返回图1，图示的实施方式的车辆100包括作业工具，其在该例子中为铲斗122，铲斗122连接在一对提升臂114的端部处，提升臂114在铰链116处可枢转地连接至车辆100的非发动机框架部分104。
[0024]如图2中所示，发动机110具有界面228，该界面228通过发动机调节器232连接至通信信道230。发动机调节器232操作以通过接收信息并将指令通过通信信道230传输至各种发动机部件来监视并控制各种发动机系统的功能，诸如监视来自各种发动机传感器的传感器读数，控制发动机速度和负载输出等等。如所示，发动机调节器232或连接至调节器232的另一控制器进一步连接至能够控制发动机的操作的各种车辆部件。在图示的实施方式中，调节器232是电子控制器，其包括与诸如数据存储装置和各种通信信道等其它电子元器件可操作地相关联的处理器。在图2的图示中，节流通信信道234和档位选择编码器通信信道236连接至调节器232并且能够向调节器232提供指示诸如期望的发动机速度或负载、期望的档位选择设定等操作员指令的信息。应当理解的是，在调节器232和各种发动机和/或车辆系统之间可以存在附加或替代连接，为了简化未示出。
[0025]调节器232还被构造成接收指示动力系200的剩余部分的操作的信息。以此方式，调节器232经由发动机速度通信信道240连接至发动机输出轴速度传感器238、经由转矩变换器通信信道244连接至转矩变换器锁定状态传感器242，并且经由地面速度通信信道248连接至车辆地面速度传感器246。
[0026]图示的实施方式中的动力系200包括被构造成控制传动装置208的操作的传动装置控制器250。相应地，传动装置控制器250经由传动装置通信信道254连接至传动装置208的界面252。界面252可以包括如下结构，其能够响应于来自传动装置控制器250的指令选择性地接合和脱离传动装置208的各种齿轮组以及向传动装置控制器250提供指示传动装置208的当前齿轮接合状态的信息和诸如通过传动装置208传输至轮108的动力、输出轴212的速度、连接轴210的速度等其它信息。在操作过程中，传动装置控制器250可以基于针对换高速档和换低速档的预定连接轴210速度阈值向传动装置208指令档位变化。
[0027]在图示的实施方式中，在发动机调节器232和传动装置控制器250之间可以经由数据总线256进行信息交换，当应当理解的是，虽然发动机调节器232和传动装置控制器250被示出为分离的部件，但它们可以替代地结合在单个控制单元中或分成多于两个控制单元。因此，发动机调节器232和/或传动装置控制器250中的任一个可以是单个控制器或者可以包括设置为控制机器的各种功能和/或特征的多于一个控制器。例如，用于控制机器的总体操作和功能的主控制器可以与用于控制发动机110的马达或发动机控制器协作地执行。在该实施方式中，术语“控制器”或“调节器”是指包括可以与机器100相关联并且可以协作来控制机器100(图1)的各种功能和操作的一个、两个或更多控制器。这些装置的功能性尽管在附图中仅出于图示的目的构思地示出为包括各种离散功能，其可以不考虑所示的离散功能性以硬件和/或软件执行。相应地，虽然控制器的各种界面是相对于附图中的动力系系统的部件描述的，这些界面不意于限制连接的部件的类型和数量，也不限制描述的控制器的数量。
[0028]图3中示出根据本发明的液压机械传动装置300的示意图。传动装置300包括输入轴302，其具有连接至泵306的叶轮轴的输入齿轮组304。输入轴302还连接至驱动变速器310的第二输入齿轮组308，该变速器310在图示的实施方式中包括与液压马达314流体地互连并布置为操作液压马达314的可变排量液压泵312。输入轴302还连接至机械传动装置输入齿轮316。以此方式，例如通过发动机(参见图2中的发动机110)或诸如电动马达的另一原动机向传动装置300的动力输入能够分成提供至变速器310或提供至机械传动装置318系统的动力。
[0029]机械传动装置318包括行星齿轮装置320和通过输出齿轮组324连接至第一输出构件326和第二输出构件328的组合输出轴322。在图示的实施方式中，第一输出构件326提供在机器向前行进方向的驱动运动，并且第二输出构件328提供在机器倒退行进方向的驱动运动。行星齿轮装置320包括第一轴向对准行星齿轮组330和第二轴向对准行星齿轮组332，以及行星传动输出轴334。第一行星齿轮组330包括太阳齿轮336、过桥齿轮338和环形齿轮340。第二行星齿轮组包括太阳齿轮337、过桥齿轮339和环形齿轮341。行星传动输出轴334包括内部轴342和套筒344。套筒344在内部轴342的一部分上方以轴向对准设置，并且能够实施为由内部轴342支撑的中空轴或毂。内部轴342连接至第一行星齿轮组330和第二行星齿轮组332的太阳齿轮336和337。套筒344连接至第二行星齿轮组332的过桥齿轮339，过桥齿轮339还连接至第一行星齿轮组330的环形齿轮340。机械传动装置输入齿轮316连接至第一行星齿轮组330的过桥齿轮338。第二行星齿轮组332的环形齿轮341连接至变速器310的液压马达314的输出齿轮346。
[0030]行星传动输出轴334包括第二行星传动输出齿轮350和第三行星传动输出齿轮352。第一行星传动输出齿轮348连接至套筒344，使得第一行星齿轮组330的环形齿轮340的运动和/或第二行星齿轮组332的过桥齿轮339的运动通过第一行星传动输出齿轮348传递至包括两个齿轮的第一组驱动齿轮354，所述两个齿轮之一设置为围绕第一输出构件326或第二输出构件328旋转。第二行星传动输出齿轮350连接至内部轴342，使得第一行星齿轮组330和第二行星齿轮组332的太阳齿轮336和337的旋转通过第二行星传动输出齿轮350传递至也包括两个齿轮的第二组驱动齿轮356，所述两个齿轮之一设置为围绕第一输出构件326或第二输出构件328旋转。最后，第三行星传动输出齿轮352设置为围绕内部轴342旋转并且连接至第三驱动齿轮358，该第三驱动齿轮358连接至第一输出构件326。
[0031]操作中，输入轴302将分开的输入动力传输至变速器310和行星齿轮装置320。行星齿轮装置320将来自第二行星齿轮装置输入齿轮303的静液压输出动力与分开的输入机械动力结合，以提供应用于诸如一个或多个车辆驱动轮、土方作业机器的履带等负载的液压机械输出动力。如能够理解的，最初通过行星齿轮装置320的齿轮比设定的每个动力范围中的速度和转矩能够通过改变变速器310的液压泵312的冲程而无限变化。
[0032]操作过程中，被选择性地经受通过行星齿轮装置320的适当齿轮比的直接和/或通过变速器310来自输入轴302的动力通过五个离合器中的至少一个的选择性接合提供给输出轴322。更特别地，辅助或第一离合器360连接至内部轴342并且被构造成接合并向第三行星传动输出齿轮352提供动力，使得当第一离合器360接合时，内部轴342的旋转经由第三行星传动输出齿轮352和第三驱动齿轮358传递至第一输出轴326。第二离合器362连接至第一输出轴326，并且当接合时，被构造成接收来自第一组驱动齿轮354的驱动动力，使得第一输出轴326通过第一行星传动输出齿轮348驱动。第三离合器364连接至第一输出轴326，并且当接合时，被构造成接收来自第二组驱动齿轮356的驱动动力，使得第一输出轴326通过第二行星传动输出齿轮350驱动。换句话说,第一输出轴326能够在第二离合器362接合时通过第一行星传动输出齿轮348驱动、在第三离合器364接合时通过第二行星传动输出齿轮350驱动并且在第一离合器360接合时通过第三行星传动输出齿轮352驱动。
[0033]在类似的构造中，第四离合器366连接至第二输出轴328并且能够选择性地接合连接至第一组驱动齿轮354的毂，并且第五离合器368连接至第二输出轴328并且能够选择性地接合连接至第二组驱动齿轮356的毂。以此方式，第二输出轴328能够当第四离合器366接合时经由第一组驱动齿轮354通过第一行星传动输出齿轮348驱动，并且当第五离合器368接合时经由第二组驱动齿轮356通过第二行星传动输出齿轮350驱动。
[0034]在所示的实施方式中，五个离合器360、362、364、366和368中的每个能够包括离合器组件或换言之多个离合器盘，其能够通过专用致动器响应于控制信号的动作被选择性地接合。以此方式，第一致动器370与第一离合器360相关联并且被构造成当通过电子控制器(在该例子中为传动装置控制器250(图2))向第一致动器370可操作地提供适当的启动信号时接合第一离合器。第二离合器362和第三离合器364被示出为复合离合器，其能够通过第二致动器372也响应于来自传动装置控制器250的信号的动作被选择性地接合，第二致动器372可以包括两个分离的致动器，每个致动器用于每个离合器。类似地，第四离合器366和第五离合器368也形成为与第三致动器374相关联的复合离合器，第三致动器374也可以包括能够与复合离合器中的每个接合和脱离接合的两个分离的致动器。第一致动器370、第二致动器372和第三致动器374中的每个能够实施为本领域中已知的任何适当类型的离合器致动器，诸如机械联动装置、液压或电气致动器及其它。在图示的实施方式中，致动器是液压活塞，其中，为操作每个活塞的液压流体流动是以已知方式通过机电电磁阀控制的。
[0035]基于前述，针对液压机械传动装置300的图示实施方式能够根据所接合的离合器提供三个前进运动齿轮比和两个倒退运动齿轮比，如以下表I中图示的:
[0036]表I
[0037] 方向速度第一' 离第二离第三离第四离第五离合器360合器362合器364合器366合器368
低__ff__N__ff__ff__ff
前进高__ff__ff__N__ff__ff
____N__ff__ff__fT__ff
倒退低__if__ff__ff__N__ff
_丨高 I ff I ff 丨 ff I ff ^
[0038]如能够从上述表格看出的，五个离合器360至368中的每个提供机器行进速度和方向的具体组合，而不使用同步器或其它运动传递装置。该驱动构造的主要优点是当与其它已知传动装置构造相比时，传动装置300的成本降低并且可靠性增强。另外，当期望从一个档位转换为另一档位时，转换能够很快地发生，其仅需要一个离合器的脱离接合和另一离合器的接合，这能够在相对短的时间中完成并且由此提供机器操作员几乎察觉不到的良好转换质量。在所示的【具体实施方式】中，当在连续档位之间进行转换时使用不同的离合器致动器，其增大转换速度。例如并且参照表I和图3，当在前进方向上运动并且从“低”速度设定转换到“高”速度设定时，第二离合器362通过第二致动器372的操作脱离接合并且第三离合器364通过第三致动器374的操作接合。第二致动器372和第三致动器374的这种同时操作能够相比于负责在接合另一离合器之前使一个离合器脱离接合的单个致动器的致动节约时间。如这里使用的，同时操作意于指在短的时间段内完成的操作，例如在少于大约250毫秒的时间段内。
[0039]图4中示出用于传动装置400的替代实施方式。在传动装置400中，为了简化，如之前相对于传动装置300描述的相同或相似特征和元件在图4中使用之前的相同附图标记来标示。
[0040]相应地，传动装置400包括驱动变速器310和机械传动装置402的输入轴302。机械传动装置402包括行星齿轮装置320，其在该实施方式中具有行星传动输出轴404，该行星传动输出轴404包括内部轴406、第一套筒408和第二套筒410。第一套筒408和第二套筒410中的每个在内部轴406的一部分上方轴向对准地设置，并且能够实施为由内部轴406支撑的中空轴或毂。输出轴322经由输出齿轮组324连接至可逆输出轴412，可逆输出轴412有时与逆向副轴414协作，如以下更详细描述的。
[0041]如图4中能够看到的，液压机械传动装置400包括五个离合器，其与之前相对于传动装置300 (图3)描述的离合器装置不同地布置。更特别地，传动装置400包括辅助或第一离合器360，其很像在传动装置300中，被构造成选择性地驱动第三行星传动输出齿轮352。也在该实施方式中，第三行星传动输出齿轮352经由第三驱动齿轮358连接至可逆输出轴412。
[0042]在传动装置400中，不像传动装置300 (图3)，连接至第一行星齿轮组330的环形齿轮340和第二行星齿轮组332的过桥齿轮339的第一套筒408连接至第一行星齿轮输出离合器盘416。类似地，内部轴406连接至第二行星齿轮输出离合器盘418。第一行星齿轮输出离合器盘416和第二行星齿轮输出离合器盘418被布置成选择性地接合第二离合器420或第三离合器422，第二离合器420和第三离合器422均连接至第二套筒410。在所示实施方式中，第一行星齿轮输出离合器盘416大于第二行星齿轮输出离合器盘418,使得当第一行星齿轮输出离合器盘416接合时能够得到高齿轮比，并且类似地，当行星齿轮输出离合器盘418接合时能够得到低齿轮比。
[0043]第二套筒410也连接至第一驱动齿轮424。第一驱动齿轮424与向前驱动齿轮426啮合，向前驱动齿轮426连接至由向前运动离合器428接合的离合器盘。向前运动离合器428连接至可逆输出轴412，使得当向前运动离合器428接合时，输出轴322在机器100 (图1)的向前行进方向上被驱动。第一驱动齿轮424还连接至齿轮，该齿轮又连接至逆向副轴414。逆向副轴414包括与逆向驱动齿轮432啮合的第二驱动齿轮430。逆向驱动齿轮432连接至由逆向运动离合器434接合的离合器盘，逆向运动离合器434也连接至可逆输出轴412，使得当逆向运动离合器434接合时，输出轴322在机器100的倒退行进方向上被驱动。
[0044]如图4的实施方式中所示，向前运动离合器428与逆向运动离合器434 —起是复合离合器，如第二离合器420和第三离合器422。如图3中所示的传动装置300的实施方式，复合离合器能够通过由机电电磁阀控制的液压活塞致动器驱动。相应地，第二离合器420和第三离合器422能够被低/高致动器436每次一个地选择性接合，低/高致动器436可以包括操作两个离合器的两个活塞。类似地，向前运动离合器428和逆向运动离合器434能够通过向前/逆向致动器438的操作被选择性地接合，向前/逆向致动器438包括操作专用离合器接合活塞的两个活塞。因此，在传动装置400的实施方式中，行进方向和期望齿轮比的选择将要求两个离合器的接合，一个为设定期望的高或低齿轮比，并且另一个为设定向前或倒退行进方向。外加辅助向前齿轮比，以下表2中图示传动装置400针对三个前进档和两个倒退档中的每个的各种设定:
[0045]表2
[0046]
方向速度第一离第二第三向前运逆向运合器360 (低)离(高)离动离合动离合
____合器420合器422 器428 器434
低__f|__N__ff__N__ff
向前高__ff__ff__N__N__ff
____N__ff__ff__ff__ff
倒退低__ff__N__ff__ff__N
_丨高 I ff ff I N I ff N
[0047]如从表2能够看出的，除了“辅助”向前运动，每个齿轮比要求第二离合器420或第三离合器422中任一个的接合以设定低或高齿轮比，以及向前运动离合器428或逆向运动离合器434中任一个的接合以设定机器的行进方向。该构造较相对于传动装置300示出并描述的构造的主要优点是改进的燃料消耗，其中，由于通过闲置离合器产生的液压阻力的附加损失在传动装置400中相对于传动装置300减少。
[0048]在传动装置300和400中，当在变速器310的帮助下在传出和传入的齿轮之间以大约零的相对速度进行转换时，能够平滑地完成档位变换。更特别地，变速器用以调节第二行星齿轮组332 (参照图3和4)的环形齿轮341的速度，使得尽管由发动机向输入轴302提供旋转输入，套筒344 (图3)或第一套筒408 (图4)能够当机器或车辆静止时处于零旋转速度。这能够通过在逆向方向上驱动变速器输出齿轮346来完成。此时，内部轴342(图3)或406 (图4)以高速旋转。随着机器开始运动，套筒344或408开始加速，内部轴342或406开始减速，并且变速器310开始减速，并且当其达到零速度时，反向并且开始在相反方向上加速。例如在低齿轮和高齿轮之间的转换当套筒和内部轴的速度匹配时发生。基于相对于在操作过程中监视的机器的速度和/或传动装置部件的速度的各种输入参数，该过程对于调低速档变速镜像并且通过例如控制器250 (图2)的传动装置控制器控制。
[0049]图5中示出针对传动装置500的替代实施方式。如前，与之前描述的相应结构和特征相同或相似的结构和特征在图5中为了简化以如之前使用的相同附图标记标示。传动装置500大致类似于传动装置400，但与其不同，在于逆向副轴414(图4)和在由第一驱动齿轮424驱动的轴上的齿轮被省略。相应地，传动装置500包括相对细长的第二套筒510，其包括第一驱动齿轮424以及例如通过链驱动514连接至第二驱动齿轮430的附加驱动齿轮512。传动装置500的所有剩余的结构与传动装置400的相应结构相同或相似，并且为了简化以如之前使用的相同附图标记标示。但是，注意到在该实施方式中，低或第二离合器420键接至第二行星齿轮组332的过桥齿轮339，该过桥齿轮339相对于传动装置400以较低速度驱动第二离合器420，使得第二离合器420的操作和控制能够例如通过去除平衡活塞(未示出)得以简化，该平衡活塞操作以控制并稳定第二离合器420和第三离合器422之间的接合和脱离接合。
[0050]图6中示出针对传动装置600的另一替代实施方式。传动装置600大致类似于传动装置400，但与其不同，在于逆向运动离合器434从可逆输出轴412运动至逆向副轴414。如在图6中更具体示出的，逆向运动离合器434能够选择性地使逆向副轴414与第二驱动齿轮430接合，该第二驱动齿轮430在该实施方式中也连接至逆向驱动齿轮432。虽然传动装置600的操作类似于传动装置400的操作，逆向运动离合器434在逆向副轴414上的布置使得对于机器或车辆上的传动装置能够有不同的包装选择并且为了支持两个标准离合器去除复合离合器。
[0051]图7中示出针对传动装置700的另一替代实施方式。传动装置700大致类似于传动装置400，但与其不同，在于高或第三离合器422与辅助或第一离合器360结合为复合离合器610，因为它们均由内部轴406驱动。以此方式，低或第二离合器420是标准离合器，其在该实施方式中也键入第二行星齿轮组332的过桥齿轮339。在该实施方式中，第一离合器360驱动第三套筒604，第三套筒604连接至第三行星传动输出齿轮352，当辅助或第一离合器360接合时，第三行星传动输出齿轮352通过第三驱动齿轮358驱动可逆输出轴414。
[0052]图8中示出针对传动装置800的另一替代实施方式。传动装置800大致类似于传动装置400，但与其不同，在于辅助或第一离合器360位于可逆输出轴412上，而不是内部轴406上。在图不的实施方式中，第一离合器360与向前运动离合器428结合为复合离合器，并且逆向运动离合器434是现在与逆向副轴414相关联的单独离合器。因此，第三行星输出齿轮352直接连接至内部轴406并且经由现在与第一离合器360相关联的第三驱动齿轮358选择性地连接至可逆输出轴412。逆向驱动齿轮432现在直接连接至可逆输出轴412并且选择性地接合现在与逆向副轴414上的逆向运动离合器434相关联的第二驱动齿轮430。另外，第一驱动齿轮424直接连接至向前驱动齿轮426并且也通过链驱动804连接至逆向离合器齿轮802。
[0053]虽然传动装置800中逆向驱动齿轮432和第二驱动齿轮430之间的连接被示出为直接、啮合的齿轮连接，在这里公开的实施方式中的这种和所有其它齿轮连接可以通过任何其它已知连接构造完成，诸如通过链驱动、轴、及可以直接或以比例传输运动的其它旋转传动装置。
[0054]为了图示，图9中示出针对传动装置900的另一替代实施方式。传动装置900大致类似于传动装置800，除了第一驱动齿轮424直接连接至向前驱动齿轮426，向前驱动齿轮426直接连接至逆向离合器齿轮802，如图9中所示。另外，逆向副轴414的第二驱动齿轮430以类似于传动装置300 (图3)的方式直接连接至结合的输出轴322。
[0055]图10中示出针对传动装置1000的替代实施方式。传动装置1000以许多方式类似于已描述的实施方式，但与这些实施方式不同，在于行星齿轮装置320的输出在齿轮装置的两端上，其允许较短或更紧凑的设计。此外，接进行星齿轮装置的两端的柔性使得更具柔性并且允许通过使用五个离合器来提供第三或逆向档位选择。
[0056]更特别地，功能上类似于之前描述的实施方式的内部轴406的第一输出轴1002包括能够与第三行星传动输出齿轮352接合的辅助或第一离合器360。在该实施方式中,传动装置1000还包括低输出齿轮1004和高输出齿轮1006。高输出齿轮1006连接至第一输出轴1002。低输出齿轮1004通过第二行星齿轮组332的过桥齿轮339驱动。第二离合器420和第三离合器422连接至第二输出轴1008，使得第二离合器420 (低齿轮)可经由低驱动齿轮1010与低输出齿轮1004接合并且第三离合器422 (高齿轮)可经由高驱动齿轮1012与高输出齿轮1006接合。第二离合器420和第三离合器422被示出为复合离合器，其在该实施方式中还包括向前驱动齿轮1014。逆向驱动齿轮1016连接至第二输出轴1008。
[0057]传动装置1000还包括第三输出轴1018，该第三输出轴1018包括向机器提供向前和倒退运动的第四离合器428和第五离合器434。向前驱动齿轮1014可经由传动齿轮1020与第四离合器428接合。第五离合器434可经由传动齿轮1022和空转齿轮1024与逆向驱动齿轮1016接合。在传动装置1000的实施方式中，行进方向和期望齿轮比的选择将需要两个离合器的接合，一个为设定期望的高、低或辅助齿轮比，并且另一个为设定向前或倒退行进方向。不像传动装置400 (图4)，在辅助离合器360能够通过自身接合以驱动机器向前的情况中，在该实施方式中，也需要向前运动或第四离合器428的接合以驱动机器向前。相应地，以下在表3中图示包括三个向前和三个倒退档位选择的传动装置1000的各种设定:
[0058]表 3
[0059] 方向速度弟一辅弟二弟三第四离第五离助离合(低)离(高)离合器428合器434
___器360 合器420合器422___
低__ff__N__ff__N__ff
向前高__ff__ff__N__N__ff
____N__ff__ff__N__ff
低__ff__N__ff__ff__N
倒退高__ff__ff__N__ff__N
_ 辅助丨 N I ff I ff 丨 ff N
[0060]图11中示出针对传动装置1100的替代实施方式。传动装置1100类似于传动装置700 (图7)和1000(图10)以及之前描述的其它传动装置的一些方面。但是，在传动装置1100中，分别与输入轴302或输出轴322相关联的空转齿轮被省略，使得在输出处的旋转与输入相同。传动装置1100的变速器310以与传动装置1000中的变速器安装(图10)相似的取向安装。类似于传动装置700，传动装置1100包括设置在环绕内部轴406的套筒上的第一驱动齿轮424，内部轴406通过第一行星齿轮组330和第二行星齿轮组332的太阳齿轮336和337驱动。第一驱动齿轮424可与第二(低)离合器420或第三(高)离合器422中的任一个选择性地接合。传动装置1100中的第二离合器420和第三离合器422的驱动连接与传动装置700中的相应连接相同。
[0061]第一驱动齿轮424与逆向驱动齿轮1102啮合，逆向驱动齿轮1102又与向前驱动齿轮1104啮合。逆向驱动齿轮1102可与第五或逆向运动离合器434接合，并且向前驱动齿轮1104可与第四或向前运动离合器428接合。逆向运动离合器434连接至并驱动逆向输出轴1106，逆向输出轴1106经由齿轮1108连接至输出轴322。类似地，向前运动离合器428连接至并驱动向前输出轴1110，向前输出轴1110也经由齿轮1112连接至输出轴322。
[0062]在从之前描述的实施方式的变型中，传动装置1100具有连接至向前输出轴1110而非直接连接至行星齿轮装置320的输出的第一或辅助离合器360。在图示的实施方式中，辅助离合器360与向前运动离合器428结合为复合离合器装置。辅助离合器360可与辅助驱动齿轮1114接合，辅助驱动齿轮1114与空转齿轮1116啮合。空转齿轮1116例如经由链连接至辅助输出齿轮1118，辅助输出齿轮1118连接至内部轴406。以此方式，辅助离合器360能够将行星齿轮装置的输出与传动装置1100的输出轴322直接连接用于如所示在向前方向上行进，而不必还接合向前运动离合器428。以下在表4中图示包括三个向前和两个倒退档位选择的传动装置1100的各种设定:
[0063]表4
[0064] 方向速度弟一辅弟二第三第四离第五离助离合(低)离(高)离合器428合器434
___器360 合器420合器422___
低__ff__N__ff__N__ff
向前高__ff__ff__N__N__ff
__辅助N__ff__ff__ff__ff
低__ff__N__ff__ff__N
倒退 I 高 I ff 丨 ff I N I ff N
[0065]工业实用性
[0066]本发明可应用于液压机械传动装置，并且更具体地，应用于针对公路上的车辆以及越野和土方作业机器在中型至重型应用中使用的液压机械传动装置。本发明提供用于液压机械传动装置的系统和方法，为此提供具有三个前进档和两个倒退档的传动装置的示例性实施方式。但是，可以设想，这里描述的结构和方法能够适用于具有较少或多于三个前进档和/或较少或多于两个倒退档的传动装置。相应地，本发明的系统和方法除了它们的特定执行之外应当考虑它们的总体教导。
[0067]图12示出用于操作液压机械传动装置的方法的流程图。该过程通过在传动装置控制器中作出将传动装置中的档位从当前档位选择改变为新的档位选择的决定(1202)开始。从当前档位选择改变为新的档位选择的决定可以基于控制器中根据传动装置的各种操作参数(诸如传动装置的输入和/或输出轴的速度和/或转矩)要求转换的确定，或者可以替代地(或附加地)是操作员或机器的另一控制器的被传送至传动装置控制器的决定。
[0068]传动装置控制器可以分析新的档位选择(1204)，以确定新的档位选择的方向和期望齿轮比。例如，在之前描述的传动装置300中，传动装置控制器可以分析新的档位选择以确定其是否为前进档或倒退档以及其是否为低、高或辅助齿轮比。传动装置控制器接着可以将新的档位选择与当前档位选择的参数进行比较(1206)，以确定传动装置的哪个离合器应当被脱离接合以释放当前档位选择，以及哪个离合器应当被接合以采取新的档位选择。以协调的方式，例如，当在当前传动比齿轮和新的传动比齿轮之间存在大致零的相对速度时，传动装置控制器可以使单个离合器脱离接合(1208)以释放当前档位选择，并且接合单个离合器(1210)以采取新的档位选择。传动装置控制器可以任选地调整离合器的脱离接合和接合(1212)，以及调整在与传动装置相关联且对至少一个行星齿轮系统的环提供液压阻力的变速器处的泵排量(1214)，以确保转换如期望那样平滑，并且该过程能够重复。
[0069]图13示出用于操作液压机械传动装置的替代方法的流程图。该过程通过在传动装置控制器中作出将传动装置中的档位从当前档位选择改变为新的档位选择的决定(1302)开始。从当前档位选择改变为新的档位选择的决定可以基于控制器中根据传动装置的各种操作参数(诸如传动装置的输入轴和/或输出轴的速度和/或转矩)要求转换的确定，或者可以替代地(或附加地)是操作员或机器的另一控制器的被传送至传动装置控制器的决定。
[0070]传动装置控制器可以分析新的档位选择(1304)，以确定新的档位选择的方向和期望齿轮比。例如，在之前描述的传动装置400中，传动装置控制器可以分析新的档位选择以确定其是否为前进档或倒退档以及其是否为低、高或辅助齿轮比。传动装置控制器接着可以将新的档位选择与当前档位选择的参数进行比较(1306)，以确定传动装置的哪些离合器应当被脱离接合以释放当前档位选择，以及哪些离合器应当被接合以采取新的档位选择。
[0071]当传动装置已在当前档位选择和新的档位选择之间共享的行进方向上操作(例如，向前行进模式)时，控制器可以维持确定机器的行进方向的离合器的接合(1307)(例如，图4的实施方式中所示的向前运动离合器428)。如果需要行进方向改变(1309)，控制器可以使当前行进方向离合器脱离接合并且接合新的行进方向离合器。以协调的方式，传动装置控制器还可以使单个离合器脱离接合(1308)以释放当前档位选择并且接合不同的单个离合器(1310)以采取新的档位选择。参照图4中所示的实施方式，例如，方向改变可以涉及第四离合器428和第五离合器434之间的转换(如果合适的话)，并且从低齿轮比到高齿轮比的变换可以涉及第二离合器420的脱离接合和第三离合器422的接合或者反之亦然(如果合适的话)。传动装置控制器可以任选地还调整离合器的脱离接合和接合(1312)，以及调整与传动装置相关联且对至少一个行星齿轮系统的环提供液压阻力的变速器处的泵排量(1314)，以确保转换如期望那样平滑。该过程可以在机器的操作过程中连续地以此方式重复。
[0072]相对于给出的流程图的以下描述的操作是根据这里执行的适当控制算法可以由图2中所示的电子控制器250和/或调节器232执行的操作。即，公开的过程可以经由计算机可执行的指令的执行通过电子控制器执行，例如，以机器语言形式或通过其它方式从计算机可读介质读取(例如，易失性或永久存储器、磁盘或光盘、或其它可触介质)。虽然该方法是参照图2中所示的电子控制器描述的，该方法可应用于监视并控制机器或车辆动力系中的传动装置的操作的任何控制器。同样，虽然上面描述了具体顺序，这种描述是为了便于示出并且应当理解，本发明也可应用于根据不同的步骤控制传动装置的操作。
[0073]将理解的是，前述描述提供本发明系统和技术的例子。但是，可以设想到本发明的其它执行可以在细节上与前述例子不同。对其公开或例子的所有参照意于参照在该点讨论的具体例子并且不意于暗示更广泛地针对本发明的范围的任何限制。针对一些特征的区别和偏见的任何语言意于指示对这些特征缺乏优先，但不从本发明的范围整体排除，除非另外指明。
[0074]这里对值的范围的记载仅仅意于用作单独地指示落入范围内的每个单独值的简化方法，除非在这里另外指明，并且每个单独值如同其在这里单独记载地并入说明书中。这里描述的所有方法能够以任何适当的顺序执行，除非在这里另外指明或者以其它方式通过上下文清楚否定。
【权利要求】
1.一种机器(100)动力系(200)，其包括连接至无级变速传动装置(400)的发动机(110)，所述无级变速传动装置包括: 行星齿轮装置(320)，其具有第一行星齿轮组(330)和第二行星齿轮组(332)，第一行星齿轮组(330)连接至行星传动输入，第二行星齿轮组(332)的太阳齿轮(336)连接至第一输出轴(406)，并且第二行星齿轮组(332)的过桥齿轮(338)连接至第二行星传动输出(408)； 变速器(310)，其包括可变速度原动机，所述可变速度原动机能够驱动第二行星齿轮组(332)的环形齿轮(340)； 传动装置输入轴(302)，其由发动机(110)驱动并且能够驱动变速器(310)和行星传动输入； 第二输出轴(412)和第三输出轴(414)，第二输出轴和第三输出轴中的至少一个连接至传动装置输出轴(322)； 第一离合器(360),其连接至第一输出轴(406)； 第二离合器(420)，其连接至第二行星传动输出(408)并且能够可释放地接合第一驱动齿轮(424),其中，第一驱动齿轮(424)能够相对于第三输出轴在相反方向上旋转； 第三离合器(422)，其连接至第一输出轴(406)并且能够可释放地接合第一驱动齿轮(424)； 第四离合器(428)，其连接至第一驱动齿轮(424)并且能够可释放地接合第二输出轴(412);和 第五离合器(434)，其连接至第一驱动齿轮(424)并且能够可释放地接合第三输出轴(414)。
2.根据权利要求1所述的机器动力系，其中，所述无级变速传动装置(400)能够在传动装置输入轴(302)和传动装置输出轴(322)之间提供: 当第二离合器和第四离合器接合时的第一向前运动齿轮比， 当第三离合器和第四离合器接合时的第二向前运动齿轮比， 当第三离合器和第四离合器接合时的第一逆向运动齿轮比，和 当第三离合器和第五离合器接合时的第二逆向运动齿轮比。
3.根据权利要求2所述的机器动力系，其中，第一离合器能够可释放地接合第二输出轴，并且其中，无级变速传动装置还能够当第一离合器接合时提供第三向前运动齿轮比。
4.根据权利要求2所述的机器动力系，其中，第一离合器能够可释放地接合第一驱动齿轮(424)，使得无级变速传动装置还能够提供: 当第一离合器和第四离合器接合时的第三向前运动齿轮，和 当第一离合器和第五离合器接合时的第三逆向运动齿轮。
5.根据前述任一项权利要求所述的机器动力系，其中，第四离合器连接至第二输出轴，并且其中，第五离合器连接至第三输出轴。
6.根据前述任一项权利要求所述的机器动力系，其中，第一离合器和第四离合器结合成复合离合器，其连接至第二输出轴(412)，并且其中，第五离合器连接至第三输出轴。
7.根据权利要求6所述的机器动力系，其中，第二输出轴和第三输出轴均连接至传动装置输出轴。
8.根据权利要求6所述的机器动力系，其中，第一离合器经由空转齿轮(1024)连接至第二输出轴。
9.根据前述任一项权利要求所述的机器动力系，其中，无级变速传动装置能够当第一离合器和第二离合器中的一个与第三离合器和第四离合器中的一个同时接合时在传动装置输入和传动装置输出之间提供至少两个向前运动齿轮比和至少两个逆向运动齿轮比。
10.一种用于操作根据前述任一项权利要求所述的无级变速传动装置的方法，该方法包括: 确定是否需要从当前档位选择转换为新的档位选择； 分析新的档位选择的参数； 将新的档位选择的参数与当前档位选择的参数进行比较； 当新的档位选择与当前档位选择在不同方向上时，使向前运动离合器(428)和逆向运动离合器(434)中的一个脱离接合并且接合向前运动离合器(428)和逆向运动离合器(434)中的另一个； 使当前档位选择离合器脱离接合并且接合新的档位选择离合器； 其中，向前运动离合器和逆向运动离合器的脱离接合和接合以及当前档位选择离合器和新的档位选择离合器的脱离接合和接合同时发生并且在短时间段内； 调整脱离接合操作和接合操作，并且还调整变速器(310)贡献，以确保当前档位选择和新的档位选择之间的齿轮速度差基本为零。
【文档编号】F16H61/40GK104136812SQ201380011193
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年2月28日
【发明者】J·M·塞波尔德, G·P·卡尔维特, R·E·布拉克, M·G·克罗宁 申请人:卡特彼勒公司