专利名称：车辆自动传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用双小齿轮式行星齿轮达到无级传动的车辆的自动传动装置。
背景技术：
已经提供了一种包括扭矩变换器及与扭矩变换器组合的行星齿轮的车辆自动传动装置。扭矩变换器可增加发动机产生的扭矩。但是，扭矩增加的范围太小，故单独在汽车中使用自动传动装置是不够的。因此，在实际使用中自动传动装置与一系列行星齿轮组合在一起，使行星齿轮中一系列齿轮减速比之一可按驾驶状态自动选择。
不过，在上述自动传动装置中由于齿轮减速比是按照驾驶状态有级变速的，在加速过程中的变速会导致较大冲击，并使发动机转数瞬间减少。结果，车辆不能平滑地加速。另外，当自动传动装置按照加速器的操作而换低速档时从而使车辆加速时，齿轮减速比突然增加。结果，车身发生冲击而致使驾驶员及旅客感到不舒服。即使在加速器返回以减速时，自动传动装置并不换低速档，有时反而换高速档。结果，不能有效地应用发动机刹车。
另外，扭矩变换器不利地有较大的传动损失，并且由于采用多个行星齿轮，传动损失会更加增大。此外，自动传动装置整体结构复杂，而且尺寸大、重量重。故自动传动装置增加车辆的重量并由此增加驱动系统的尺寸。而且，由于行星齿轮是通过液压技术来控制，因而由油压的产生造成的损失较大。另外，油压控制较为复杂，因此增加了成本并会导致故障。
此外，当驱动轮的驱动力小于当前车辆的行驶阻力时，当前的转数不能维持下去，或者发动机造成爆震，而导致不舒服。由于车辆不能被加速，自动传动装置被控制成选择这样一个齿轮减速比，即按照相对于行驶阻力的车辆速度，车辆行驶在驱动轮的驱动力足够大的状态下。换言之，当车辆在恒速下行驶时，齿轮减速比大于最佳值，在最佳值下驱动轮的驱动力与当前车辆的行驶阻力平衡，于是燃料无谓地消耗。
另一方面，一种利用皮带及皮带轮的皮带连续可变传动(CVT)近来已付诸实施。在皮带CVT中，皮带联接两带轮，两皮带轮的直径可变化而使齿轮减速比连续可变。因此，由于可以实现无级传动，变速并不会导致冲击，因而车辆可以平滑地加速。然而，在目前所使用的CVT中皮带的耐用性很差，因此很难将目前的皮带CVT应用于高功率发动机。而且，由于皮带轮直径由液压技术来改变而使齿轮减速比得到调节，因而即使发动机速度按照加速器的操作而增加，发动机速度的增加率也并不符合车辆的加速率。这导致一种物理混乱的感觉，并因产生油压而在发动机转数上导致重大损失。再说，当附着在皮带轮上时，原来是环形的皮带弹性变形成为椭圆形。皮带轮与皮带之间的滑动或者因上述变形造成损失是较大的。另外，皮带CVT导致突然载荷或发电机功率骤变与变速之间的时间延迟。其结果是，皮带CVT不适用于运动驾驶。并且，即使CVT能完成无级传动，它也是被控制成选择这样一个齿轮减速比，即按照相对于行驶阻力的车辆速度，车辆行驶在驱动轮的驱动力足够大的状态下，如在上面所述的自动传动装置的情况一样。结果是浪费燃料。
另一方面，以电动机作为驱动源的铁路车辆和电力汽车中没有传动机构。在这些车辆中，电动机电压及电动机电流由一变换器控制，使电动机扭矩及速度按照车辆的行驶速度予以控制。不过，这类控制装置的成本非常高。另外，该控制装置施行的控制方式中，驱动轮的驱动力大于车辆的行驶阻力以使车辆平滑行驶。这造成电力的浪费。此外，由于电动机扭矩及速度按照车辆的行驶速度予以控制，驱动轮的驱动力将根据施加于驱动轮的负载而变得不合适，或者电动机将超载荷。
自行车具有手动变换齿轮减速比的传动机构。手动操作是麻烦的，而且传动机构通常不能在自行车停车时换档。这样一来，在自行车上传动机构不能有效地使用。而且，风力发电系统不具有传动机构。因此，当风力产生的扭矩小于发电机静止力时，发电机不能转动，故没有电能产生。另外，当风力产生的扭矩大于维持发电机发电所需扭矩时，风力产生的扭矩不能有效地传动给发电机，故发电效率较低。
本发明的揭示因此，本发明的一个目的是提供一种尺寸小而结构简单的自动传动装置，它在变速时不会造成冲击，并且无需控制就能以最高的效率将旋转输入转换为旋转输出。
本发明提供一种自动传动装置，它包括一输入第一转动件、与第一转动件同轴的输出第二转动件、与第一转动件同轴的第三转动件以及设置在第三转动件上的转动传递元件，该转动传递元件用以将第一转动件的转动传递到第二转动件，使第二传动件在一预定减速比下转动，在第三转动件的停止状态下，它在第一转动件的转动方向上超过第一转动件的旋转。当第一与第三转动件之间的转速差增大时，减速比也增加。
按照上述构造，在第一转动件旋转过程中作用于第三转动件上的力为一第一扭矩和一第二扭矩的合成力，由于设置在第三转动件上的转动传递元件趋向于与第一转动件一起旋转，该第一扭矩是沿与第一转动件转动方向相同的方向作用，由于转动传递元件从第二转动件受到反斥力，该第二扭矩是沿相反于第一转动件转动方向的方向作用。因此，当第一扭矩大于第二扭矩时，第三转动件与第一转动件同方向旋转。
现在假定第三转动件与第一转动件同方向旋转。在此情况下，由于转动传递元件运行的结果，第二转动件与第一转动件同方向旋转，并因第三转动件的转动而受转动传递元件的压力。更具体地说，在第一与第二转动件之间有两条转动传递路线，即由转动传递元件的运行所提供的、预定减速比大于1的第一传递路线，以及由第三转动件的旋转所提供的、减速比等于1的第二传递路线。第二转动件的实际速度为第二转动件通过各条传递路线转动的速度之和。在这种情况下，当第三转动件停止时，第一转动件的所有转动通过转动传递元件与第一转动件转动同方向的运行而均消耗在第二转动件的转动上。另外，当第三转动件与第一转动件以同样速度旋转时，第一转动件的所有转动均消耗在转动传递元件的旋转上，迫使第二转动件与第一转动件同方向旋转。当第三转动件以低于第一转动件的速度旋转时，第一转动件的一部分转动通过转动传递元件与第一转动件转动同方向的运行而消耗在第二转动件转动上。第一转动件的其余部分的转动消耗在转动传递元件转动上，迫使第二转动件与第一转动件同方向旋转。
换言之，第二转动件的转数是通过将第三转动件的转数加上第一转动件转数减去第三转动件转数后再除以第三转动件停止状态的减速比所得到一个转数而获得。而且，自动传动机构此时的减速比是第一转动件的转数除以第二转动件的速度而得到。
如此，随着第一转动件与第三转动件之间的转数差变大，在从第一转动件传递到第二转动件的转动中，预定减速比大于1的转动占主导地位。结果，由于减速比增加，第二转动件产生的扭矩也增加，但其转数降低。此外，当第一转动件与第三转动件之间的速数差变小时，在从第一转动件传递到第二转动件的转动中，减速比等于1的转动占主导地位。结果，由于减速比减少，第二转动件产生的扭矩也减少，但其转数增加。第二转动件的上述旋转特性表明，在第一转动件的转数和扭矩保持恒定的情况下，第二转动件的转数可按照作用于第二转动件的载荷大小而自动调节。因此，第二转动件的转数可自动调节而使其扭矩与载荷大小相平衡。
另一方面，在上述平衡状态下，当负载增加时，第二转动件施加在设置于第三转动件上的转动传递元件的反斥力增加，因而沿与第一转动件相反方向转动第三转动件的扭矩也增加，但是沿与第一转动件相同方向转动第三转动件的扭矩保持不变。结果，由于第三转动件转数减少，致使第一与第三转动件之间的转数差变大。在这种情况下，随着第一与第三转动件之间的转数差变大，自动传动装置的减速比也增加。因此，自动传动装置的减速比按照第三转动件转数的降低而增加，于是第二转动件的转数被降低。结果，第二转动件的转数是按照作用在第二转动件上的负载的增加而降低。不过，由于第二转动件的扭矩随其转数降低而增加，第二转动件的转数一直降低到其扭矩与载荷大小相平衡为止，此时得到稳定。
而且，在上述平衡状态下，当载荷减小时，第二转动件施加在设置于第三转动件上的转动传递元件的反斥力也减小，因而沿与第一转动件相反方向转动第三转动件的扭矩被增加，而沿与第一转动件相同方向转动第三转动件的扭矩保持不变。结果，由于第三转动件转数增加，第一与第三转动件之间的转数差变小。在这种情况下，随着第一与第三转动件之间的转数差变小，自动传动装置的减速比减小。因此，自动传动装置的减速比按照第三转动件转数的增加而减小，于是第二转动件的转数增加。结果，第二转动件的转数按照作用于第二转动件上的载荷的减小而增加。不过，由于第二转动件的扭矩随其转数增加而减少，第二转动件的转速一直增加到其扭矩与载荷大小相平衡为止，此时得到稳定。
作为上述运行的结果，当载荷在第二转动件的扭矩与载荷平衡的状态下增加时，第二转动件的扭矩在其转数减少的同时增加。当载荷减小时，第二转动件的扭矩在其转数增加的同时减少。这样一来，即使载荷有变化，第二转动件的转数也可自动调节以便与载荷大小相平衡。
另一方面，在第二转动件的扭矩与载荷平衡的状态下，当第一转动件转数降低时，使设置在第三转动件上的转动传递元件与第一转动件一起转动的扭矩被减小。而且，作用于第三转动件而使其沿与第一转动件相同方向旋转的扭矩减小，但作用于第三转动件而其沿与第一转动件相反方向旋转的扭矩保持不变。因此，第三转动件的转数降低，使第一与第三转动件之间的转数差变大。在此情况下，随着第一与第三转动件之间的转数差变大，自动传动装置的减速比增加。这样，自动传动装置的减速比是按照第三转动件转数的降低而增加，使第二转动件的转数降低。因此，第二转动件的转数按照第一转动件转数的降低而降低。不过，由于第二转动件的扭矩随其转数增加而降低，因而第二转动件的转数一直降低到其扭矩与载荷大小平衡为止，此时得到稳定。
此外，在第二转动件的扭矩与载荷平衡的状态下，当第一转动件的转数增加时，使设置在第三转动件上的转动传递元件随同第一转动件一起旋转的扭矩增加。并且，作用于第三转动件上而使其沿与第一转动件相同方向旋转的扭矩增加，但作用于第三转动件上而使其沿与第一转动件相反方向旋转的扭矩保持不变。因此，第三转动件的转数增加，使第一与第三转动件之间的转数差变小。在此情况下，随着第一与第三转动件之间转数差的变小，自动传动装置的减速比减小。因此，随着第一与第三转动件之间转数差的变小，自动传动装置的减速比也减小。这样，自动传动装置的减速比按照第三转动件转数的增加而减小。结果是，第二转动件的转数按照第一转动件转数的增加而增加。不过，由于第二转动件的扭矩随第二转动件转数的增加而减小，因而第二转动件的转数一直增加到其扭矩与载荷平衡为止，此时得到稳定。
作为上述运行的结果，当第一转动件的转数在第二转动件的扭矩与载荷相平衡的状态下降低时，第二转动件的扭矩在其转数降低的同时增加。在第一转动件转数增加时，第二转动件的扭矩在其转数增加的同时减小。因此，第二转动件的转数自动调节而使其扭矩与载荷大小相平衡，但第一转动件的转数在变化。
简而言之，第一、第二及第三转动件分别相当于传统车辆的自动传动装置中所采用的扭矩变换器的泵叶轮、涡轮衬套和定子。
本发明还提供一种自动传动装置，它包括一输入第一转动件、一与第一转动件同轴的输出第二转动件、与第一转动件同轴的第三转动件以及一设置在第三转动件上的转动传递元件，该转动传递元件用以将第一转动件的转动传递到第二转动件，使第二传动件沿第一转动件转动方向在按下列公式计算所得的转数及减速比下旋转N2＝N3＋(N1－N3)/R0R＝N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)式中，N1是第一转动件的转数，N2是第二转动件的转数，N3是第三转动件的转数，R是自动传动装置的减速比，而R3是在第三转动件停止状态下自动传动装置的减速比，它小于1。
按照上述构造，在第一转动件的转数N1保持恒定的条件下，第二转动件的转数N2对应于第三转动件的转数N3的关系表示于图3中。在图3中，太阳齿轮、环形齿轮及支架分别相当于第一、第二及第三转动件。并且，自动传动装置的减速比R对应于第三转动件的转数N3的关系表示于图4中。在第一转动件转数不变的条件下，当第三转动件的转数较小时，第二转动件的转速也较小。然而，由于减速比较大，因而第二转动件的扭矩较大。而且，当第三转动件的转数较大时，第二转动件的转数也较大。不过，由于减速比较小，因而第二转动件的扭矩较小。这一特征意味着，第二转动件的扭矩可自动调节而使其转数与载荷大小相平衡。
上述的各自动传动装置最好还包括一逆转防止元件，该元件防止第三转动件沿与第一转动件相反方向旋转。在上述各构造中，当载荷较大时，设置在第三转动件上的转动传递元件从第二转动件所受到的反斥力也较大。因此，第三转动件沿与第一转动件相反的方向转动，于是第一转动件的转动不能传递给第二转动件。然而，在此情况下，逆转防止元件可防止第三转动件沿与第一转动件相反的方向转动，使第一转动件的转动传递给第二转动件。
作用于第二转动件上的载荷在其转数增加时减小。因此，转动传递元件从第二转动件接受的反斥力变小。这样，由于第三转动件与第一转动件的转动方向相同，因而第二转动件的扭矩自动调节而使其转数与载荷大小相平衡。简而言之，逆转防止元件相当于一单向离合器，用来限制传统车辆的自动传动装置中所使用的扭矩变换器定子的转动方向。
上述各自动传动装置最好还包括一第四转动件、一逆转传递元件和一停止元件，逆转传递元件用来在第三转动件沿与第一转动件相反方向旋转的条件下将第三转动件的转动传递给第四转动件，停止元件则向第四转动件施加停止力。在上述各构造中，当载荷较大时，设置在第三转动件上的转动传递元件从第二转动件所接受的反斥力也较大。结果，第三转动件沿与第一转动件相反的方向转动，因此第一转动件的转动不能传递给第二转动件。然而，在此情况下，逆转防止元件将第三转动件的转动传递给第四转动件，使第四转动件旋转。当停止元件接着工作时，在第四及相应地在第三转动件上施加停止力，使第一转动件的转动传递给第二转动件。
作用于第二转动件上的载荷在其转数增加时减小。因此，转动传递元件从第二转动件接受的反斥力变小。这样，由于第三转动件沿与第一转动件相同的方向转动，因而第二转动件的扭矩自动调节而使其转数与载荷大小平衡。简而言之，停止元件是用作将第一转动件的转动传递给第二转动件的离合器元件。上述构造适用于转动第一转动件的转动源是内燃机的场合，或者起动扭矩较大的场合，诸如在起动时有大扭矩作用的大型电动机。
停止元件最好随着第四转动件转数的增加而增加作用于第四转动件上的停止力。当有较大载荷使第三转动件沿与第一转动件相反的方向转动时，第四转动件被转动。因此，当第四转动件转数增加时，停止元件增加其对第四转动件的停止力。在第三转动件停止时，转动传递元件工作而使第一转动件的转动传递给第二转动件，于是第二转动件沿与第一转动件相同的方向旋转。由于设置在第三转动件上的转动传递元件趋向于随第一转动件一起旋转，因而第三转动件受到使其与第一转动件同方向转动的一第一扭矩的作用。而且，转动传递元件从第二转动件受到反斥力。该反斥力对第三转动件施加一第二扭矩，使其沿与第一转动件相反的方向转动。在此情况下，当第二转动件开始与第一转动件同方向旋转时，转动传递元件从第二转动件受到的反斥力较大。因此，第二扭矩大于第一扭矩，使第三转动件沿与第一转动件相反的方向转动。当第二转动件的转数增加而作用于第二转动件的扭矩减小时，转动传递元件从第二转动件接受的反斥力就减小。结果，作用于第三转动件的第一扭矩增加，使第三转动件沿与第一转动件相反的方向旋转的转数降低。因此，由于第四转动件的转数降低，停止元件施加于第三转动件的停止力减小。也就是说，停止元件对第三转动件施加停止力，但并未使其完全停止。简而言之，停止元件用作在不完全或者半接合状态将第一转动件的转动传递给第二转动件的离合器元件。
停止元件最好随着第一转动件转数的增加而增加施加于第四转动件的停止力。当有较大载荷使第三转动件沿与第一转动件相反的方向旋转时，第四转动件被转动。此时，随着第一转动件转数的增加，停止元件对第四转动件的停止力增加。在第三转动件停止时，转动传递元件工作而使第一转动件的转动传递给第二转动件，于是第二转动件沿与第一转动件相同的方向旋转。在这种情况下，当第一转动件的转数较大时，第三转动件的转数及相应第四转动件的转数也较大。因此，虽然停止元件随着第一转动件转数的增加而增加其施加于第四转动件的停止力，但第三转动件并未完全停止。简而言之，停止元件用作在不完全或者半接合状态将第一转动件的转动传递给第二转动件的离合器元件。
当在外部操作时，停止元件最后对第四转动件施加停止力。当在外部操作时，停止元件停止第四转动件，因此也停止第三转动件。这样，第一转动件的转动可传递给第二转动件。简而言之，停止元件用作手动离合器装置。
此外，自动传动装置最好还包括一制动保持元件，使第三转动件保持在制动状态。当制动保持元件工作而使第三转动件保持在制动状态时，第一转动件的转动可在预定减速比大于1的情况下将转动传递给第二转动件。因此，不管第一转动件的转动方向如何，第一转动件的转动均可传递给第二转动件。上述构造适用于电力车辆及有轨列车，其中转动源转动第一转动件的方向是可逆转的。
制动保持元件最好随着第二转动件与第一转动件同方向转动的转数的增加而减小制动保持力。当第二转动件的转数增加时，停止元件减小对第三转动件的停止力。因此，第三转动件与第一转动件同方向旋转，并且第二转动件的转速自动调节而使其扭矩与载荷相平衡。在这种情况下，由于上述情况可应用于第一转动件反方向旋转的场合，因而不管第一转动件的转动方向如何，第一转动件的转动均可传递给第二转动件。
当第二转动件与第一转动件同方向转动的转数超过一预定转数时，制动保持元件最好将第三转动件从对其施加的制动保持力下释放出来。当第二转动件与第一转动件同方向转动的转数增加到或超过一预定值时，使第三转动件沿与停止元件相同的方向旋转的扭矩可以认为大于使第三转动件与第一转动件反方向旋转的扭矩。因此，即使制动保持元件将第三转动件从制动保持力下释放出来，第三转动件也与第一转动件相方向旋转。这样，第二转动件的转速便自动调节而使其扭矩与载荷大小平衡。在这种情况下，由于上述情况可应用于第一转动件反方向旋转的场合，因而不管第一转动件的转动方向如何，第一转动件的转动均可传递给第二转动件。
自动传动装置最好还包括一个检测元件，用来检测使第三转动件与第一转动件同方向旋转的扭矩。在此构造中，当检测元件检测到使第三转动件与第一转动件同方向旋转的扭矩时，制动保持元件将第三转动件从对其施加的制动保持力下释放出来。当第三转动件在第一转动件转动时受到使其趋向于与第一转动件同方向旋转的扭矩时，检测元件可检测到这一点。由于制动保持元件此时将第三转动件从制动保持力下释放出来，因而第三转动件与第一转动件同方向旋转，并且第二转动件自动调节而使其扭矩与载荷大小平衡。在这种情况下，由于上述情况可应用于第一转动件反方向旋转的场合，因而不管第一转动件的转动方向如何，第一转动件的转动均可传递给第二转动件。
此外，自动传动装置最好还包括一转数控制元件，用来控制第三转动件的转数。当第一转动件与第三转动件之间的速数差变大时，第二转动件的扭矩增加更多。因此，当第三转动件的转数由转数控制元件控制时，第二转动件的扭矩可以调节到任何值。
转数控制元件最好综合对第三转动件的制动力和一个使第三转动件与第一转动件结合的力，由此控制第三转动件的转数。当第三转动件的转数需要降低时，促使对第三转动件的制动力工作，而当第三转动件的转数需要增加时，使第三转动件与第一转动件结合的力工作。因此，第三转动件的转数可以由一简单的构造来控制。
转数控制元件最好执行逆转防止元件的操作。当载荷大到使第三转动件与第一转动件反方向旋转时，第三转动件的转数被转数控制元件减少。结果，在包括转数控制元件的构造中，第一转动件的转动可以传递给第二转动件，而无需使用逆转限制元件。
转数控制元件最好执行制动保持元件的操作。在包括转数控制元件的构造中，第三转动件由转数控制元件保持在制动状态，因而不管第一转动件的转动方向如何，第一转动件的转动均可传递给第二转动件，而无需使用制动保持元件。
自动传动装置最好还包括一载荷确定元件，用来根据同方向旋转的第一转动件与第三转动件之间的转数差来确定载荷的大小。在第三转动件与第一转动件同方向转动的情况下，当载荷较大时，第一转动件与第三转动件之间的转数差也较大。当载荷较小时，转数差也较小。因此，载荷确定元件可以根据同方向旋转的第一转动件与第三转动件之间的转数差来确定载荷的大小。
自动传动装置最好包括一对上述的自动传动装置，它们各自包含逆转防止元件，并具有彼此相反的有效输入转动方向。自动传动装置还包括一输入转动传递元件和一输出转动传递元件，该输入转动传递元件将输入转动只传递到自动传动装置的第一转动件，有效地相对于输入转动方向运转，该输出转动传递元件只将自动传动装置的第二转动件的转动作为输出转动传递，有效地相对于输入转动运转。
按照上述构造，输入转动传递元件有效地将输入转动传递给成对自动传动装置中的一个的第一转动件，但并不有效地将输入转动传递给成对自动传动装置中的另一个的第一转动件。在所述的一个自动传动装置中，逆转防止元件防止第三转动件沿与第一转动件相反的方向转动。因此，第一转动件的转动被传递到第二转动件。这样，只有所述的一个自动传动装置有效地运转，并且第三转动件与第一转动件同方向旋转，因而第二转动件的转数被自动调节而使其扭矩与负载大小相平衡。在这种情况下，由于所述的一个自动传动装置有效地运转，因而输出转动传递元件有效地传递所述的一个自动传动装置的第二转动件的转动，有效地作为输出转动传递。
此外，当逆方向转动时，输入转动有效地被输入转动传递元件传递到所述一个自动传动装置的第一转动件，但并不有效地传递到所述另一个自动传动装置的第一转动件。因此，只有所述另一个自动传动装置有效地运转，并且所述另一个自动传动装置的第二转动件的转动能够有效地传递出去。上述构造适用于输入转动中有可能逆方向转动的构造。
第一转动件最好包括一双小齿轮行星齿轮的一太阳齿轮，第二转动件最好包括该行星齿轮的一环形齿轮，第三转动件最好包括该行星齿轮的一行星小齿轮支架，而转动传递元件最好包括该行星齿轮的一小齿轮。由于采用了双小齿轮行星齿轮，自动传动装置的尺寸得以减小，构造得以简化。
逆转防止元件最好包括一单向离合器。这样，可简化逆转防止元件的构造。
逆转传递元件最好包括一单向离合器。这样，可简化逆转传递元件的构造。
最好将多个自动传动装置串联地互相连接。总的自动传动装置的减速比等于各个自动传动装置的减速比的乘积。因此可获得一较大的减速比。
自动传动装置最好与一个减速比小于1的增速传动装置相连。因此，可将最小减速比设定在一个小于1的值。
最好设置多个自动传动装置，而各个自动传动装置的第二转动件的转动结合在一起输出。为了使多个转动件的转数可有效地结合于一起，所有转动件的转数应该彼此相等。当转动件的转数彼此不等时，低转数的转动件成为高转数的转动件的反抗阻力，使总的传动效率降低。
然而，在上述构造中，每个自动传动装置的减速比是各自按照载荷大小而自动调节的。因此，即使各个自动传动装置的第一转动件的转数彼此不同，第二转动件的转动也可在最大效率下结合输出。
最好设置多个自动传动装置。第一转动件由一转动源予以转动，而驱动轮由第二转动件予以转动。在加速过程中，随着车辆转速的增加，减速比平滑地减小。因此，车辆可以平滑地加速，而没有因变速造成的冲击。此外，在减速过程中，随着车速的降低，减速比平滑地增加。因此，由于转动源可以用作制动器，车辆可以平滑地减速而没有因变速造成的冲击。此外，由于转动源的转动以最大效率传递到驱动轮，当转动源是发动机时，可以改善燃料消耗。当转动源是用于混合驱动或电力汽车的电动机时，可降低蓄电池的消耗。
当施行制动操作时，转数控制元件最好降低第三转动件的转数。在此构造中，当施行制动操作而使车辆减速时，转数控制元件降低第三转动件的转数。因此，由于减速比增加，可以获得较大的制动力。
在上述构造中，即当施行制动操作时转数控制元件降低第三转动件的转数，第三转动件转数的降低可增加减速比。结果，第一转动件的转数及相应地转动源的转数有时分别会超过容许的转数。这将导致转动源故障。考虑到这一问题，转数控制元件最好控制第三转动件的转数，使转动源的转数降低到或低于容许转数。这样，可防止转动件的转数超过容许转数。
自动传动装置最好还包括一个辅助转动源，用以使第二转动件与第一转动件同方向旋转，该辅助转动源是根据由载荷确定元件所确定的载荷大小而工作。辅助转动源是根据由载荷确定元件所确定的载荷大小而工作，因而第二转动件的扭矩以及因此驱动轮的扭矩可以随意地调节。
辅助转动源施加于第二转动件的转动力最好随由载荷确定元件所确定的载荷的增加而增加。当载荷增加而使第三转动件的转数降低时，第二转动件的转数以及因此驱动轮的转数降低。在上述构造中，在第三转动件的转数降低后，载荷确定元件就确定载荷已被增加。因此，辅助转动源增加使第二转动件与第一转动件同方向转动的扭矩。这样，可防止第二转动件的转数以及因此驱动轮的转数降低。上述构造适用于混合驱动汽车或电动机助动自行车。
最好给每一个驱动轮设置自动传动装置。每一自动传动装置分别自动地调节相应驱动轮的转数，使驱动力与行驶阻力相平衡。因此，当车辆转弯时，各内侧驱动轮的转数变成低于各外侧驱动轮的转数。这样，车辆可以在各驱动轮没有过载力施加于其上的情况下转弯。也就是说，自动传动装置的功能相当于差速齿轮。
此外，在上述构造中，转动源的转动各自传递到每一个驱动轮。因此，即使有一个驱动轮打滑，其余的各驱动轮并未失去驱动力。这样，自动传动装置的功能相当于防滑差速齿轮。此外，打滑驱动轮的转速迅速增加而使驱动力迅速减小。因此，可迅速地消除打滑。
附图简述参照附图阅读以下对较佳实施例的描述后，可以清楚本发明其它的目的、特点和优点，附图中
图1是本发明的自动传动装置的侧视图，表示其基本构造；图2是该自动传动装置的前视图；图3是表示行星齿轮支架与环形齿轮转数之间关系的曲线图；图4是表示行星齿轮支架转数与减速比之间关系的曲线图；图5是表示行星齿轮支架转数与环形齿轮扭矩之间关系的曲线图；图6是表示与行星齿轮支架的转速相对应的环形齿轮的扭矩曲线与载荷曲线之间关系的曲线图；图7是相似于图6的曲线图，表示载荷已增加的情况；图8是相似于图6的曲线图，表示载荷已减少的情况；图9是相似于图6的曲线图，表示太阳齿轮的转数已减少的情况；图10是相似于图6的曲线图，表示太阳齿轮的转数已增加的情况；图11是本发明的第一实施例的自动传动装置的剖视图；图12是相似于图11的图，表示本发明的第二实施例的自动传动装置；图13是相似于图11的图，表示本发明的第三实施例的自动传动装置；图14是相似于图11的图，表示本发明的第四实施例的自动传动装置；图15是表示一控制装置的控制方式的流程图；图16是相似于图11的图，表示本发明的第五实施例的自动传动装置；图17是相似于图11的图，表示本发明的第六实施例的自动传动装置；图18是相似于图11的图，表示本发明的第七实施例的自动传动装置；图19是相似于图11的图，表示本发明的第八实施例的自动传动装置；图20是相似于图11的图，表示本发明的第九实施例的自动传动装置；
图21是相似于图11的图，表示本发明的第十实施例的自动传动装置；图22是相似于图11的图，表示本发明的第十一实施例的自动传动装置；图23是相似于图11的图，表示本发明的第十二实施例的自动传动装置；图24是相似于图11的图，表示本发明的第十三实施例的自动传动装置；图25是表示本发明的第十四实施例的自动传动装置的电气配置的方框图。
本发明的最佳实施方式下面将参照附图来描述本发明的几个实施例。首先，将描述本发明的自动传动装置的基本构造。参见图1和2，自动传动装置1基本上包括一双小齿轮行星齿轮。更具体地说，用作第一转动件的太阳齿轮3与输入轴2联结成一体。太阳齿轮3的齿数Z为1。太阳齿轮3由转动源4转动。输出轴5与输入轴2共轴线。用作第二转动件的环形齿轮6与输出轴5联结成一体。环形齿轮6的齿数Z为2。被转动件7与环形齿轮6一起旋转。
用作第三转动件的行星小齿轮支架8可转动地安装在固定部分(未图示)或输入轴2上。多个轴9可转动地安装在支架8上。多个小齿轮10各自可转动地安装在轴9上而互相啮合。每个小齿轮10用作一转动传递元件，而其齿数Z为3。小齿轮10中的一个还与太阳齿轮3啮合，而另一个小齿轮10还与环形齿轮6啮合。
当太阳齿轮3由转动源4转动时，小齿轮10及相应地支架8趋向于与太阳齿轮3一起转动。此时，被转动件7是静止的。由于施加于环形齿轮6的载荷较大，小齿轮10从环形齿轮6接受的反斥力使支架8沿与太阳齿轮3相反的方向转动。结果，太阳齿轮3的转动没有传递到环形齿轮6。
同时，当利用合适的装置将停止力施加于支架8时，支架8被停住，因此太阳齿轮3的转动通过小齿轮10传递到环形齿轮6。这样，环形齿轮6以及因此被转动件7与太阳齿轮3同方向转动。因而，在太阳齿轮3与环形齿轮6转动的条件下，当考虑作用于支架8上的力时，小齿轮10趋向于随太阳齿轮3一起转动。这导致在支架8上作用一转动力，该转动力趋向使其与太阳齿轮3同方向旋转。此外，小齿轮10从环形齿轮6受到反斥力。该反斥力导致在支架8上作用另一转动力，该转动力趋向于使其与太阳齿轮3反方向旋转。
当被转动件7开始转动时，施加于环形齿轮6的载荷较大。小齿轮10从环形齿轮6受到的反斥力导致在支架8上作用一转动力，该转动力趋向于使其与太阳齿轮3反方向旋转。这一转动力大于随太阳齿轮3转动而作用于支架8上并趋向于使支架与太阳齿轮3同方向旋转的转动力。因此，支架8与太阳齿轮3反方向旋转。
当被转动件7的转数在支架8停止后增加时，施加于环形齿轮6的载荷变小，以致小齿轮10从环形齿轮6受到的反斥力减小。结果，施加于支架8而使其与太阳齿轮3反方向旋转的扭矩减小，而施加于支架8使其与太阳齿轮3同方向旋转的扭矩保持不变。因此，施加于支架8使其与太阳齿轮3同方向旋转的扭矩变得大于施加于支架8使其与太阳齿轮3反方向旋转的扭矩。结果，与太阳齿轮3反方向旋转的支架8被停止，然后与太阳齿轮3同方向旋转。
当支架8与太阳齿轮3同方向旋转时，环形齿轮6随小齿轮10的转动而旋转，并进而被小齿轮10推动，随支架8的转动而被转动。这样，在太阳齿轮3与环形齿轮6之间提供两条转动传递路线，即具有预定减速比(＝Z2/Z1)大于1的第一传递路线和减速比为1的第二传递路线。环形齿轮6分别以各减速比转动时的转数之和，即为环形齿轮6的转数。在此情况下，当支架8被停止时，太阳齿轮3的所有转动通过小齿轮10的运行消耗于环形齿轮6与第一转动件的同方向旋转。在此状态，从太阳齿轮3经过小齿轮10到环形齿轮6的传递路线的减速比或传动比可通过公式(Z3/Z1)·(Z3/Z3)·(Z2/Z3)＝Z2/Z1根据各齿轮的齿数来计算。这就是说，环形齿轮6的齿数除以太阳齿轮3的齿数而得到的值即为自动传动装置的减速比。此外，上述公式表明，减速比不受小齿轮10的齿数影响。
当支架8以低于太阳齿轮3的转数转动时，太阳齿轮3的一部分转动通过小齿轮10的运行而消耗于环形齿轮6与太阳齿轮3的同方向转动。太阳齿轮3其余部分的转动消耗于小齿轮10沿与太阳齿轮3转动方向相同的方向推动环形齿轮6。此外，当支架8以与太阳齿轮3相同的转数转动时，由于小齿轮10随同太阳齿轮3一起转动，太阳齿轮3的全部转动消耗于小齿轮10沿与太阳齿轮3转动方向相同的方向推动环形齿轮6。在此状态，自动传动装置1的减速比为1。
换言之，环形齿轮6的转数是这样获得的，即，支架8的转数加上另一数值，该数值为太阳齿轮3的转数减去支架8的转数后再除以支架8停止时自动传动装置的减速比。而且，此时自动传动装置的减速比可通过将太阳齿轮3的转数除以环形齿轮6的转数而获得。环形齿轮6的转数可表达为N2＝N3＋(N1－N3)/R0式中，N1是太阳齿轮3的转数，N2是环形齿轮6的转数，N3是支架8的转数，R0是当支架8停止时自动传动装置的减速比。
图3表示当太阳齿轮3的转数为N1或常数时支架8的转数与环形齿轮6之间的关系。此外，自动传动装置1的减速比R通过N1/N2得到如下R＝N1/N2＝N1/(N3＋(N1－N3)/R0)＝N1·R0(N3·R0＋N1－N3)＝N1·R0((R0－1)·N3＋N1)这样，为了可以获得自动传动装置1的减速比R，太阳齿轮3的转数N1首先乘以支架8停止时的减速比R0。然后将以上所得乘积除以一数值，该数值是将太阳齿轮3的转数N1加上(R0-1)与支架8的转数N3的乘积而得到的。这意味着在太阳齿轮3的转数为常数的条件下，随着N3变大，自动传动装置1的减速比R因支架8的转数N3的倒数而变小。
图4表示在太阳齿轮3的转数为N1或常数时支架8的转数N3与自动传动装置1的减速比R之间的关系。此外，环形齿轮6的扭矩T2由T1·R得到如下，式中T1是太阳齿轮3的扭矩T2＝T1·N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)图5表示在太阳齿轮3的转数为N1或常数的情况下支架8的转数N3与环形齿轮6的扭矩T2之间的关系。然而，不管其转数如何，太阳齿轮3的扭矩为常数。简而言之，在太阳齿轮3的转数及扭矩为常数的情况下，环形齿轮6的转数随支架8的转数的增加而增加，而环形齿轮6的扭矩随支架8的转数的增加而减小。
现在假定，在环形齿轮6可旋转的转数的范围内，保持被旋转件7的转数所需的扭矩(载荷)Tx为常数，如图6所示。在用斜线表示的区域A内，环形齿轮6的扭矩特征曲线位于载荷特征曲线上方，支架8承受一个力而增加使其与太阳齿轮3同方向旋转的扭矩。结果，支架8的转数增加。另外，在用斜线表示的区域B内，环形齿轮6的扭矩特征曲线位于载荷特征曲线的下方，支架8承受一个力而增加使其与太阳齿轮反方向旋转的扭矩。结果，支架8的转数降低。因此，环形齿轮6的扭矩和保持被旋转件7转动所需的扭矩在环形齿轮6的扭矩特征曲线和载荷特征曲线的交点处相平衡。此时环形齿轮6的转数用Nx表示。
上述扭矩特征曲线按照载荷大小而变化。更具体地说，当载荷在如图6所示平衡状态下增加时，在环形齿轮6的总的可旋转的转数范围内，载荷特征曲线向上移动，如图7所示。环形齿轮6的与载荷相平衡的扭矩增加到Tx’。结果，在太阳齿轮3的转数N3为常数的情况下，环形齿轮6的扭矩(＝Tx)变得小于保持被旋转件7的当前转数所需的扭矩(Tx’)。这样，当在环形齿轮6的扭矩与载荷平衡的状态下载荷增加时，施加于支架8使其与太阳齿轮3相反方向旋转的扭矩，而施加于支架8使其与太阳齿轮3相同方向旋转的扭矩保持不变。结果，支架8的转数降低而使太阳齿轮3与支架8之间的转数差增加。在此情况下，自动传动装置1的减速比随太阳齿轮3与支架8之间的转数差的增加而增加。因此，自动传动装置1的减速比增加了一个与支架8转数的降低相等的量，于是环形齿轮6的转数降低。因此，环形齿轮6的转数是按照载荷增加的量而降低。不过，由于环形齿轮6的扭矩随环形齿轮6转数的降低而增加，环形齿轮6的转数一直降低到扭矩特征曲线与载荷特征曲线相交。此时，环形齿轮6的转数稳定，并且行星齿轮支架8的转数从Nx降低到Nx’。
此外，当载荷在如图6所示平衡状态下减小时，在环形齿轮6的可旋转的转数的范围内，载荷特征曲线从图6所示平衡状态向下移动，如图8所示。环形齿轮6与载荷相平衡的扭矩减小到Tx’。因此，在太阳齿轮3的转数N1为常数的情况下，环形齿轮6的扭矩(＝Tx)变得大于保持被旋转件7的当前转动所需的扭矩(＝Tx)。这样，当在环形齿轮6的扭矩与载荷平衡的状态下载荷减小时，使支架8与太阳齿轮3相反方向旋转的扭矩减小，但使支架8与太阳齿轮3同方向旋转的扭矩保持不变。结果，支架8的转数增加而使太阳齿轮3与行星齿轮8之间的转数差减小。在此情况下，自动传动装置的减速比随着太阳齿轮3与支架8之间转数差的减小而减小。结果，自动传动装置1的减速比按照支架8转数的增加而减小，使环形齿轮6的转数增加。因此，虽然环形齿轮6的转数随载荷减小而增加，但环形齿轮6的扭矩随其转数增加而减小。因此，当环形齿轮6的转数一直增加到扭矩特征曲线和载荷特征曲线相交时，环形齿轮6的转数达到稳定。支架8的转数从Nx增加到Nx’。
作为上述运行的结果，当在环形齿轮6的扭矩与载荷相平衡的状态下载荷增加时，环形齿轮6的转数增加，而其扭矩减小。当载荷减小时，环形齿轮6的转数增加，而其扭矩同时减小。因此，环形齿轮6的扭矩得以自动调节而使其转数与载荷大小相平衡。
另一方面，上述扭矩特征曲线按照太阳齿轮3的转数而变化。更具体地说，当太阳齿轮3的转数在如图6中所示的平衡状态下从N1减小到N1’时，在环形齿轮6的总的可旋转的转数范围内，扭矩特征曲线从如图6所示平衡状态向下移动，如图9所示。环形齿轮6的扭矩减小到Tx’。于是，在载荷为常数的情况下，环形齿轮6的扭矩(＝Tx’)变得小于保持被转动件7的当前转数所需的扭矩(＝Tx)。这样，当在环形齿轮6的扭矩与载荷相平衡的状态下太阳齿轮3的转数降低时，使支架8与太阳齿轮3同方向旋转的扭矩减小，但使支架8与太阳齿轮3反方向旋转的扭矩保持不变。结果，支架8的转数被降低而使太阳齿轮3与行星齿轮8之间的转数差增加。在此情况下，自动传动装置1的减速比随着太阳齿轮3与支架8之间转数差的增加而增加。因此，环形齿轮6的转数随太阳齿轮3转数的降低而降低。然而，环形齿轮6的扭矩增加，因此当其转数一直减小到扭矩特征曲线与载荷特征线相交时，环形齿轮的转数达到稳定。此时，支架8的转数从Nx减小到Nx’。
另外，当太阳齿轮3的转数在图6所示的平衡状态下从N1增加到N1’时，在环形齿轮6的总的可旋转的转数范围内，扭矩特征曲线从如图6所示平衡状态向下移动，如图10所示。环形齿轮6的扭矩增加到Tx’。于是，在载荷为常数的情况下，环形齿轮6的扭矩(＝Tx’)变得大于保持被转动件7的当前转数所需的扭矩(＝Tx)。这样，当太阳齿轮3的转数在环形齿轮6的扭矩与载荷相平衡的状态下增加时，使支架8与太阳齿轮3同方向旋转的扭矩增加，但使支架8与太阳齿轮3反方向旋转的扭矩保持不变。结果，支架8的转数增加而使太阳齿轮3与行星齿轮8之间的转数差减小。在此情况下，自动传动装置1的减速比随着太阳齿轮3与支架8之间转数差的减小而减小。结果，自动传动装置1的减速比被减小了一个与支架8转数的增加相等的量，于是环形齿轮6的转数增加。因此，环形齿轮6的转数被增加了一个与太阳齿轮3转数的增加相等的量。然而，环形齿轮6的扭矩被减小，因此当其转数一直减小到扭矩特征曲线与载荷特征线相交时，环形齿轮的转数达到稳定。此时，支架8的转数从Nx增加到Nx’。
作为上述运行的结果，当太阳齿轮3的转数在环形齿轮6的扭矩与载荷相平衡的状态下降低时，环形齿轮6的转数降低，而同时其扭矩增加。在太阳齿轮3的转数增加后，环形齿轮6的转数增加，而同时其扭矩减小。因此，环形齿轮6的转数得以自动调节而使其扭矩与载荷大小相平衡，但太阳齿轮3的转数有变化。
当太阳齿轮3的扭矩较大时，扭矩特征曲线向上移动。因此，将环形齿轮6保持在相同转数下所需的太阳齿轮3的转数降低。此外，当太阳齿轮3的扭矩较小时，扭矩特征曲线向下移动。因此，将环形齿轮6保持在相同转数下所需的太阳齿轮3的转数增加。
按照以上描述的包括双小齿轮行星齿轮的自动传动装置1，环形齿轮6的转数可按照载荷大小及太阳齿轮3的转数和扭矩而自动调节，使环形齿轮6的扭矩与载荷的大小相平衡。简而言之，太阳齿轮3、环形齿轮6和小齿轮10分别相当于传统车辆自动传动装置中使用的扭矩变换器中的泵叶轮、涡轮衬套和定子。在太阳齿轮3通过小齿轮10到环形齿轮6的转动传递中的损失包括齿轮损失，而不包括如扭矩变换器中所见的滑动损失。这样，自动传动装置1能够实现100％的扭矩转换效率。而且，由于自动传动装置1的减速比取决于太阳齿轮3的齿数和环形齿轮6的齿数，因而自动传动装置1可以比扭矩变换器实现更大的减速比。
本发明的上述基本构造的特点在于，环形齿轮6的转数可自动调节而使环形齿轮6的扭矩与载荷大小相平衡，而不管载荷的变化或太阳齿轮3的转数如何。因此，在该基本构造中不一定需要对支架8施加停止力的装置，而可以在需要时才设置。第一实施例下面将参照图11来描述本发明的第一实施例。在该第一实施例中，本发明应用于车辆的自动传动装置中。图11中所示的自动传动装置11基本上包括一双小齿轮行星齿轮。更具体地说，该自动传动装置11包括一壳体12，其上支承有一输入轴13。输入轴13连接于一作为转动源的发动机14，使其由该发动机转动。输出轴15支承在壳体12上而与输入轴13同轴线。输出轴15通过一推进轴(未图示)连接于作为被转动件的驱动轮，使输出轴的转动驱动车辆。
在位于壳体12内的输入轴13的一端部上设置一双小齿轮行星齿轮16。更具体地说，在位于壳体12内的输入轴13的端部上一体地安装有一作为第一转动件的太阳齿轮17。在输入轴13上可转动地安装有一包括齿轮的支架18，使其与太阳齿轮17相邻。支架18作为第三转动件。在支架18上可转动地安装多个成对的轴19。作为转动传递元件的小齿轮20各自装在相应的轴19上。在各对轴19中，小齿轮20互相啮合，小齿轮中的一个与太阳齿轮17啮合。
此外，作为第三转动件的环形齿轮21由输入轴13上的一个支承元件(未图示)支承，并与输入轴同轴线。小齿轮中的另一个与环形齿轮21啮合。环形齿轮21适合于通过一个前进/倒退变换机构而连接于输出轴15。该变换机构22包括一采用众所周知的同步啮合机构的车辆手动传动装置。更具体地说，变换机构22包括一套筒23，环形齿轮21在套筒23处于一预定位置时与输出轴15连接。套筒23在变速杆(未图示)被手动操作时直接移动，或者在变速杆被操作时由诸如电动机、气动缸或液压缸之类的致动器移动。
图11表示在变速杆处于停车或空档的情况下套筒23的位置。当变速杆被操作而处于驱动位置时，套简23按图11中箭头A所指方向移动，使输出轴15直接与环形齿轮21连接。在此连接状态下，输出轴15与环形齿轮21同方向转动。而且，当变速杆被操作而处于倒车档时，套筒23按图11中箭头A所指相反方向移动，使环形齿轮21通过数量为奇数的齿轮24至28而连接到推进轴。在上述连接状态下，输出轴15沿与环形齿轮21相反的方向转动。
另一方面，在壳体12上还支承有一制动轴29，它与输入轴13平行。制动齿轮31通过单向离合器30装在制动轴29上。制动齿轮31与支架18啮合，使得当支架转动方向与太阳齿轮3相反时，支架18的转动通过单向离合器30从制动齿轮31传递到制动轴29。
在壳体12中设置一个液压泵32而使其由制动轴29驱动。在壳体12外有一制动板33安装在制动轴29上。由液压泵32驱动的液压制动器34对制动板33施加停止力。液压制动器34的用作停止元件。在这种情况下，随着制动轴29转数的增加，油泵32对液压制动器34增加油压。因此，液压制动器34施加于制动板33的停止力增加。当变速杆处于停车档时，输出轴15由一众所周知的停车锁定机构(未图示)锁定。
下面将描述自动传动装置11的操作。当开始时变速杆处于停车档或空档，发动机空转。由于在此状态下环形齿轮21并不连接于输出轴15，因而没有载荷施加于环形齿轮21上。结果，小齿轮20和环形齿轮21与太阳齿轮17一起旋转。在这种情况下，由于环形齿轮21的转动没有传递到输出轴15，因而虽然环形齿轮21在转动，但车辆并未被向前驱动。而且，当变速杆被操作而处于驱动档时，变换机构22的套筒23按图11中箭头A所指方向移动，由此环形齿轮21被连接到输出轴15并从而连接到驱动轮。由于在这一连接状态作用于驱动轮的载荷是车辆的静态阻力，其特别地大，因而与太阳齿轮17一起转动的环形齿轮21被停止，使环形齿轮对小齿轮20施加较大的反斥力。结果，由于支架18与太阳齿轮17以相反方向旋转，与支架啮合的制动齿轮31被转动，因而制动轴29及制动板33被单向离合器30转动。此时，液压泵32随着制动轴29的转动而运转。不过，在发动机14的空转状态下液压泵32的液压较低。因此，液压制动器34没有在制动板33上施加停止力。
当加速器被压下而驱动车辆时，支架18的转数以及因此制动轴29的转数随着发动机14转数的增加而增加。因此，液压泵32的液压增加而使液压制动器34施加于制动板33上的停止力增加。结果，停止力通过制动轴29、单向离合器30及制动齿轮31而施加于支架18。当支架18被停止时，太阳齿轮17的转动通过小齿轮20传递到环形齿轮21，因而对环形齿轮21的驱动力及因此对驱动轮的驱动力逐渐增加。当驱动轮上的驱动力超过静态阻力时，车辆开始驱动。
可以注意到，当液压制动器34施加于制动板33的停止力增加而使制动轴29的转数降低时，液压泵32的液压力减小，因此液压制动器34施加于制动板33的停止力减小。换言之，由于液压制动器34并不完全锁定制动板33，因而液压泵32、制动板33及液压制动器34的起到离合器的作用。因此，车辆可以平滑地启动。
在太阳齿轮17转动过程中作用于支架18的力包括两个扭矩，一个扭矩由小齿轮20趋向于与太阳齿轮17一起转动造成并使支架18与太阳齿轮同方向旋转。另一个扭矩由小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力造成并使支架18与太阳齿轮反方向转动。
当车辆开始驱动时，如果车辆转数恒定，作用于环形齿轮21的载荷从静态阻力变为行驶阻力。因此，由于小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力减小，使支架18与太阳齿轮17同方向转动的扭矩变得大于使支架与太阳齿轮17反方向转动的扭矩。于是，支架18与太阳齿轮17同方向转动。当支架18与太阳齿轮17同方向转动时，单向离合器促使支架18在自由状态与太阳齿轮17同方向转动，不论液压制动器是否向制动板33施加停止力。
环形齿轮21的转数是通过将在支架18停止状态太阳齿轮17的转数除以在支架18停止状态行星齿轮16的减速比而得到。这表达为N1/R0，此时N1(rpm)为太阳齿轮17的转数，它等于发动机14的转数，T1(N·m)为发动机的扭矩而不管其转数如何，R0(rpm)为行星齿轮在停止状态的减速比。此外，当支架18在低于太阳齿轮17的转数下转动时，环形齿轮21的转数通过支架18的转数加上一个转数值而得到，此值为太阳齿轮17的转数减去支架18的转数，再除以行星齿轮16在支架18停止状态的减速比。而且，当支架18与太阳齿轮17一起转动时，环形齿轮21的转数等于太阳齿轮17的转数N1(rpm)。上述关系由下列公式表达N2＝N3＋(N1－N3)/R0。
图3表示当太阳齿轮17(发动机14)的转数为N1并保持恒定时支架18与环形齿轮21(车辆行驶速度)的转数之间的关系。此外，行星齿轮16的减速比R由N1/N2获得如下R＝N1/N2＝N1/(N3＋(N1－N3)/R0)＝N1·R0/(N3·R0＋N1－N3)＝N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)。
这样，为了可以获得行星齿轮16的减速比R，首先将太阳齿轮17的转数N1乘以支架18在停止状态的减速比R0。然后将上述乘积除以一个数值，该值为太阳齿轮17的转数N1加上(R0－1)与支架18转数N3的乘积。这意味着在太阳齿轮3的转数N1保持恒定的条件下，随着支架18转数N3的增加，行星齿轮16的减速比R变得小于其倒数。
图4表示当太阳齿轮17的转数N1保持恒定时支架18的转数与行星齿轮16的减速比R之间的关系。此外，环形齿轮21的扭矩T2由T1·R获得如下，其中T1为太阳齿轮17(发动机14)的扭矩T2＝T1·N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)。
图5表示在太阳齿轮17(发动机14)的转数N1保持恒定条件下支架18的转数与环形齿轮21的扭矩T2(驱动轮的驱动力)之间的关系。不过，太阳齿轮17的扭矩T1不管其转数如何均为常数。也就是说，发电机14的扭矩不管其转数如何均为常数。简而言之，在发动机14的转数和扭矩为常数的条件下，车辆的行驶速度随着支架18转数的增加而增加，同时驱动轮的驱动力减小。
车辆的行驶阻力是滚动阻力、空气阻力及坡度阻力的总和。滚动阻力与车辆的重量成正比，与运行速度无关。空气阻力与其行驶速度的平方成正比。坡度阻力与坡度及车辆的重量成正比。因此，如果忽略空气阻力，当车辆在平坦的路上行驶时，行驶阻力可以认为是恒定的，与车辆行驶速度无关。在此情况下，当驱动轮的驱动力大于行驶阻力时(图6中的阴影区域A)，支架18的转数就增加，这是因为作用于支架18上的力趋向于增加使其与太阳齿轮17同方向转动的扭矩。行驶速度随着支架18转数的增加而增加，同时驱动轮的驱动力减小。此外，当驱动轮的驱动力小于行驶阻力时(图6中的阴影区域B)，支架18的转数就减小，这是因为作用于支架18上的力趋向于增加使其与太阳齿轮17反方向转动的扭矩。行驶速度随着支架18转数的降低而减小，同时驱动轮的驱动力增加。上述控制是自动进行的。因此，车辆的行驶速度可自动地调节而达到驱动力特征曲线与行驶阻力特征线相交的平衡状态。图6中的标号Tx表示环形齿轮21与行驶阻力相平衡的扭矩。
上述行驶阻力特征曲线按照行驶状况而变化。更具体地说，当在平坦路上行驶的车辆开始上坡而增大车辆行驶阻力时，在图7所示全部行驶速度范围内，行驶阻力特征线从图6中的平衡状态向上移动。与行驶阻力平衡的环形齿轮21的扭矩增加到Tx’。结果，在发动机14的转数为常数的条件下，与环形齿轮21扭矩Tx相对应的驱动轮的驱动力变得小于维持当前行驶速度所需要的并与环形齿轮21扭矩Tx’相对应的驱动力。如此，当在驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡的状态下行驶阻力增加时，作用于支架18并使其与太阳齿轮17反方向转动的扭矩增加，而作用于支架18使其与太阳齿轮17同方向转动的扭矩保持不变。结果，支架18的转数减小而使太阳齿轮17与支架18之间的速度差增加。在这种情况下，行星齿轮16的减速比随着太阳齿轮与支架之间速度差的增加而增加。因此，行星齿轮16的减速比被增加了一个与支架18转速的降低相当的量，因而驱动轮的转数降低。这样，车辆的行驶速度按照行驶阻力的增加量而减小。不过，由于驱动轮的驱动力随车辆行驶速度的减小而增加，因而车辆的行驶速度一直减小到驱动力特征曲线与行驶阻力特征线相交。此时，行驶速度达到稳定，并且行星齿轮支架18的转数从Nx降低到Nx’。换言之，当发动机14的转数恒定并且行驶阻力增加到使车辆速度下降时，车辆自动地换低速档。
而且，当沿上坡行驶的车辆来到平坦的路上而使车辆的行驶阻力减小时，在图8所示全部行驶速度范围内，行驶特征曲线从图6中的平衡状态向下移动。环形齿轮21与行驶阻力相平衡的扭矩减小到Tx’。结果，在发动机14的转数保持恒定的条件下，与环形齿轮21的扭矩Tx相对应的驱动轮的驱动力变得大于维持当前行驶速度需要的并与环形齿轮扭矩Tx’相对应的驱动力。如此，当在驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡的状态下行驶阻力减小时，作用于支架18而使其与太阳齿轮17同方向转动的扭矩增加，而作用于支架18使其与太阳齿轮17反方向转动的扭矩保持不变。结果，支架18的转数增加而使太阳齿轮17与支架18之间的速度差减小。在这种情况下，行星齿轮16的减速比随着太阳齿轮与支架之间速度差的减小而减小。因此，行星齿轮16的减速比减小了一个与支架18的增加相当的量，因而驱动轮的转数增加。因此，车辆的行驶速度按照行驶阻力的减小量而增加。不过，由于驱动轮的驱动力随车辆行驶速度的减小而减小，因而车辆的行驶速度一直增加到驱动力特征曲线与行驶阻力特征线相交。此时，行驶速度达到稳定，并且行星齿轮支架18的转数从Nx增加到Nx’。换言之，当发动机14的转数为常数并且行驶阻力减小到使车辆速度上升时，车辆自动地换高速档。
由于上述操作的结果，当在驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡的状态下行驶阻力增加时，驱动轮的转数减小，同时其驱动力增加。当行驶阻力减小时，驱动轮的转数增加，同时其驱动力减小。因此，虽然行驶阻力有变化，但驱动轮的转数可自动调节而使其驱动力与行驶阻力的大小相平衡。
另一方面，上述驱动力特征曲线按照发动机14的转数而变化。更具体地说，当发动机14的转数降低而使太阳齿轮17的转数在图6所示的平衡状态中从N1减小到N1’时，在如图9所示的全部行驶转数范围内，驱动力特征曲线从图6所示的平衡状态向下移动。与驱动力相对应的环形齿轮21的扭矩减小到Tx’。因此，在行驶阻力恒定的条件下，与环形齿轮21的扭矩Tx’相对应的驱动力变得小于维持当前车辆行驶速度所需要的驱动力(与扭矩Tx相对应)。如此，当发动机14的转数在驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡的状态下减小时，使支架18与太阳齿轮17同方向转动的扭矩增加，但使支架18与太阳齿轮17反方向转动的扭矩保持不变。结果，支架18的转数降低而使太阳齿轮17与支架18之间的速度差增加。在这种情况下，随着太阳齿轮17与支架18之间转数差的增加，行星齿轮16的减速比也增加。结果，车辆的行驶速度按照发动机14转数的降低而减小。不过，驱动轮的驱动力被增加，因此车辆的行驶速度在减小到驱动力特征曲线与行驶阻力特征线相交时而达到稳定。此时，行星齿轮支架18的转数从Nx减小到Nx’。换言之，当行驶阻力恒定并且发动机14的转数降低到使车辆行驶速度减小时，车辆自动地换低速档。
此外，当发动机14的转数从N1增加到N1’时，在如图10所示全部行驶转数范围内，驱动力特征曲线从图6所示的平衡状态向上移动。与驱动力相对应的环形齿轮21扭矩被增加到Tx’。因此，在行驶阻力恒定的条件下，与环形齿轮21扭矩Tx’相对应的驱动力变得大于维持当前车辆行驶速度所需要的驱动力(与环形齿轮21扭矩Tx相对应)。这样，当发动机14的转数在驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡的状态下增加时，使支架18与太阳齿轮17同方向转动的扭矩增加，但使转动支架18与太阳齿轮17反方向转动的扭矩保持不变。结果，支架18的转数增加而使太阳齿轮17与支架18之间的速度差减小。在这种情况下，当太阳齿轮17与支架18之间的速度差减小时，行星齿轮16的减速比也减小。结果，行星齿轮16的减速比减小了一个与支架18转数的增加相当的量，于是驱动轮的转数升高。因此，车辆的行驶速度按照发动机14转数的升高而升高。不过，驱动轮的驱动力被减小，因此车辆的行驶速度在减小到驱动力特征曲线与行驶阻力特征线相交时而达到稳定。此时，行星齿轮支架18的转数从Nx增加到Nx’。换言之，当行驶阻力保持恒定并且发动机14的转数增加到使车辆行驶速度升高时，车辆自动换高速档。
由于上述操作的结果，当发动机14的转数在驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡的状态下减小时，驱动轮的转数降低，同时其驱动力增加。在发动机14的转数升高后，驱动轮的转数升高，同时其驱动力减小。因此，尽管太阳齿轮3的转数有变化，环形齿轮6的转数自动调节而使其扭矩与载荷的大小相平衡。
当发动机14有较大扭矩时，驱动力特征曲线向上移动。因此，使车辆保持在相同转数所需的发动机14的转数减小。而且，当发动机14有较小扭矩时，驱动力特征曲线向下移动。因此，使车辆保持在相同转数所需的发动机14的转数增加。
按照上述实施例的、包括双小齿轮行星齿轮16的自动传动装置，车辆的行驶速度可自动调节，在发动机14的扭矩保持恒定的情况下使驱动轮的驱动力与行驶阻力平衡，而不管其转数如何。简而言之，太阳齿轮17、环形齿轮21和小齿轮20分别相当于传统车辆自动传动装置中使用的扭矩变换器的泵叶轮、涡轮衬套和定子。太阳齿轮17通过小齿轮20到环形齿轮21的转动传递中的损失仅包括齿轮损失，而不包括如在扭矩变换器中所见到的滑动损失。这样，行星齿轮16能够实现100％的扭矩转换效率。此外，由于行星齿轮16的减速比取决于太阳齿轮17齿数与环形齿轮21齿数之比，故自动传动装置可比扭矩变换器实现更大的减速比。
当加速器被压下而驱动车辆时，有较大载荷作用于驱动轮上，因此小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力非常大。支架18承受一较大扭矩使其与太阳齿轮17反方向转动。因此，支架18的转数迅速地减小而使环形齿轮21的转数以及因此驱动轮的转数被减小，于是车辆行驶速度也被减小。不过，发动机14转数和太阳齿轮17转数同时随加速器的操作而增加。由于环形齿轮21的转数随太阳齿轮17转数的增加而增加，因而车辆能够通过加速器的操作而加速。
当加速器复位而使发动机空转时，环形齿轮21的转数变得高于太阳齿轮17的转数。因此，太阳齿轮17以及因此发动机14因环形齿轮21的转动而在当前减速比的倒数下旋转，当车辆在平坦的路上恒速行驶时该加速比接近1。更具体地说，空转的发动机14是由于车辆的惯性而被转动的。由于发动机14作为载荷作用于环形齿轮21，车辆可以由发动机制动器制动。在发动机刚开始空转后，从环形齿轮21经过小齿轮20到太阳齿轮17的传动路线的减速比大约为1。因此，尽管发动机制动器的制动力较小，当发动机14作为载荷作用于环形齿轮21时，小齿轮20从太阳齿轮17受到较大的反斥力。结果，支架18的转数迅速地降低而使行星齿轮16的减速比迅速增加，于是可以从发动机制动器获得较大的制动力。由于发动机进行制动的情况相当于连续地执行换低速档，故车辆的行驶速度可以平滑地降低。
另一方面，当在车辆停车时将变速杆移动到倒车档时，变换机构22的套筒23按图11中箭头A的相反方向移动，于是环形齿轮21被连接到输出轴15并因此连接到驱动轮。然后，当操作加速器而使发动机的转数升高时，与太阳齿轮17相反方向旋转的支架18的转数被增加。这就增加了液压制动器施加于制动板33的停止力，于是制动轴29以及因此支架18被停止。结果，由于太阳齿轮17的转动能够传动到环形齿轮21并因此传递到驱动轮，因而车辆可以向后行驶。此外，与车辆向前行驶的情况一样，驱动轮的转数可自动调节而使驱动力与行驶阻力平衡。
按照上述实施例，在双小齿轮行星齿轮16中设置输入太阳齿轮17和输出环形齿轮21。此外，可转动地设置了支架18。行星齿轮16的减速比随着太阳齿轮17和支架18转数之差的增加而增加。因此，环形齿轮21的转数增加，而其扭矩同时减小。也就是说，驱动轮的驱动力同时随车辆行驶速度的增加而减小。结果，由于车辆的行驶速度可调节而使驱动轮的驱动力与车辆的行驶阻力平衡，因而与传统的自动传动装置相比，发动机14的转动能够在最大效率下传递，故发动机14的燃料消耗能够得到很大程度的改进。
此外，由于行星齿轮16的减速比是平滑地变化的，故自动传动装置11几乎不会因为其运行而造成冲击。因此，车辆可以平稳地加速和减速。此外，双小齿轮行星齿轮16与传统自动传动装置相比包括较少数量的齿轮供发动机减小及输出转动之需。因此，自动传动装置11具有较小的传动损失和较佳的耐用性。另外，自动传动装置11与传统CVT差别在于自动传动装置可以应用于大功率发动机。
当行星齿轮16的减速比设定在一较大数值时，甚至在小发动机上也可获得较大扭矩。因此，即使是大车辆也可使用小发动机。此外，由于支架18是可转动的，太阳齿轮17或环形齿轮21中的转动变化可以由支架18的转动吸收。这可以防止因发动机扭矩或车辆行驶阻力的变化产生的令人不快的车辆震动。
而且，通过在传统自动传动装置使用的双小齿轮行星齿轮16，能够很容易地实现上述构造。因此，可以较大程度地降低自动传动装置的成本。并且，由于自动传动装置11具有减小的尺寸和重量，因而对于自动传动装置布置空间的减小能够增加乘客车厢的空间容量，车辆重量的减轻可以改善燃料消耗。另外，小齿轮20是设置成不与环形齿轮21径向对齐。在此情况下，与小齿轮设置成同环形齿轮径向对齐的情况相比，可减小自动传动装置的尺寸。此外，当操作变速杆时，变换机构22是手动变换或用促动器变换的。这就消除了为控制自动传动装置而在传统上设置的液压泵。因此，可以防止发动机14功率的减小，当车辆有故障或损坏时可以拖行。
当加速器被踩下而使车辆加速时，换低速档是自动执行的。因此，施加于环形齿轮21的载荷不是直接作用于发动机14。此外，在发动机的转数按照加速器的操作量而升高时，车辆的行驶速度升高而使驱动轮的驱动力与行驶阻力相平衡。这样，自动传动装置11对加速器有高度的响应。这意味着车辆能够在发动机14保持高转数时加速。因此，自动传动装置可应用于高转数工作的发动机。另外，当加速器被踩下时时，大载荷不是直接施加在发动机上。因此，可防止发动机的燃料燃烧情况变坏而使排气具有过分污染性。而且，可防止发动机14的耐用性降低。因此，当自动传动装置应用于最近实行的贫燃发动机或气缸直接噴射发动机时，可以在载荷较小时经常使用贫燃区域。这很大程度地改善了燃料消耗。另外，当自动传动装置11应用于以燃料电池为动力的车辆时，燃料消耗也可得到改善。
离合器装置是通过对与太阳齿轮17反方向转动的支架18施加停止力而实现的。因此，由于离合器装置可以利用行星齿轮16的构件来构成，自动传动装置的总体构造可以简化，比使用扭矩变换器作为离合器装置的传统自动传动装置更小。而且，支架18的转动被用来驱动液压泵32而对支架18施加停止力。结果，与传统构造相比，可防止发动机功率降低，因为在传统构造中是利用发动机功率来驱动液压泵32以获得对支架的停止力的。此外，在车辆行驶时由于太阳齿轮17的转动是在最高效率下传递到环形齿轮21，因而与使用扭矩变换器的构造相比，发动机14的燃料消耗能得到很大程度的改善。
制动板33和液压制动器34设置在壳体12外面。因此，可很容易对离合器装置进行维护、检查和零件更换。再说，当驱动轮打滑时，行星齿轮16的减速比迅速地随着施加于驱动轮的载荷的减小而减小。结果，由于驱动轮的驱动力迅速降低，驱动轮的抓持力得以恢复，这样有望使驱动轮自动从打滑状态解脱出来。此外，当在车辆中进行发电机制动时，由于行星齿轮16的减速比平滑地增加，即使在诸如积雪路之类的滑溜路面上也可安全地减速。
当如同在扭矩变换器所获得的一样希望蠕行时，在发动机14空转时可由液压制动器对制动板33施加轻微的停止力。此外，除液压制动器34之外，也可设置磁铁或发电机用来对制动板33施加停止力。当用作对制动板33施加停止力的装置时，发电机用来为电池充电，籍此电池可被抑止放电。而且，当发电机的载荷受控制而使施加于制动板33的停止力得到控制时，在离合器装置完成的同时，车辆的行驶速度可以得到调节。上述构造对于混合驱动汽车是有效的，发电机能够用作辅助动力源。
上述自动传动装置对于以发动机14作为转动源的车辆是有效的，这种车辆包括普通汽车、摩托车、小型摩托车、柴油牵引机车、电气有轨车、公共汽车、诸如卡车之类的大型汽车以及具有大重量并在启动时载荷较大的坦克。另外，当启动载荷较大时，还可以提供多个对支架18施加停止力的装置。
可以利用鼓形制动器作为对支架18施加制动力的装置，以替代液压制动器34。此外，可以采用扭矩变换器或液力联轴节作为离合器装置。在这方面，由于自动传动装置11不需要离合器装置，需要有一装置以防止支架18与太阳齿轮17反方向转动，例如单向离合器。此外，在车辆行驶时扭矩变换器一般可以锁定。因此，可以改善燃料消耗。另外，有一众所周知的、用在传统自动传动装置中的机构，该机构包括行星齿轮及多盘片离合器，它可以代替变换机构22使用。
当变速杆处于驱动档时，可以设置联接装置将环形齿轮21连接于变换机构22。联接装置将环形齿轮21的转动通过单向离合器传递到变换机构22。例如，当车辆的驱动转数低于20千米/小时或处于或高于80千米/小时时，环形齿轮21的转动通过单向离合器传递到变换机构22。当车辆的驱动速度低于20千米/小时或处于或高于80千米/小时时，环形齿轮21的转动直接传递到变换机构22。在减速比较大而车辆行驶速度较慢的情况下，在加速器回复后，由于大发动机制动器而施加制动力，故车辆不能平滑运行。此外，当加速器在车辆行驶于高速过程中回复时，由于发动机制动器而施加制动力，使车辆的驱动速度降低，由此燃料消耗减小。上述联接装置可以由驾驶员操作的开关促动。
自动传动装置11的输出可以通过一众所周知的超速传动机构送出。超速传动机构可以由驾驶员操作的开关促动。此外，液压制动器34施加于制动板33的停止力可以随太阳齿轮17转数的增加而增加。也就是说，停止太阳齿轮17所需的停止力在其转数较大时变大。因此，尽管停止力被增加，但停止力不必增加到使制动板完全停止的程度。这样，停止力施加机构可起到离合器装置的作用。
可以注意到，不管支架18的转动状态如何，当行星齿轮16的减速比调节到正常的1时，行星齿轮16仅仅起到离合器装置的作用。更具体地说，在获得环形齿轮21的转数的公式中，当R0＝1时，N2＝N3＋(N1－N3)/R0，N2＝N1，也就是说，不管支架18的转数如何，环形齿轮21的转数等于太阳齿轮17的转数。这意味着离合器装置可以由制动装置来实现。
下面参照图12来描述本发明的第二实施例。在该第二实施例中，本发明也应用于车辆的自动传动装置。第二实施例中与第一实施例中完全相同或相似的零件相应地用相同的标号表示，并省略对这些零件的描述。扼要地说，第二实施例的自动传动装置具有控制支架转数的附加功能。
参见图12，自动传动装置41具有对支架18施加停止力的装置和施加力量将支架18及太阳齿轮17结合于一起的装置。两装置之一进行操作而控制支架18的转数。更具体地说，在安装有太阳齿轮17的输入轴上一体地设置一个辅助太阳齿轮42。齿轮43可转动装在输入轴13上，使其处于太阳齿轮17与太阳齿轮43之间。多个轴44可转动地装在齿轮43上。在各个轴44的两端分别装上齿轮45和46。齿轮45与辅助太阳齿轮42啮合，而齿轮46与同支架18成一体的齿轮47啮合。辅助太阳齿轮42和齿轮45、46及47均有相同的齿数。
第一及第二制动轴48及49可转动地装在壳体12上而与输入轴平行。第一制动轴的一端处于壳体12中，并一体形成有一齿轮50，该齿轮与支架18相啮合。第一制动轴的另一端处于壳体12外面，并一体地形成有一制动板51。第二制动轴的一端处于壳体12中，并一体地形成有一齿轮52，该齿轮与齿轮43相啮合。第二制动轴的另一端处于壳体12外面，并一体地形成有一制动板53。液压制动器54及55各自对制动板51及53施加停止力。液压制动器54及55由一控制装置56驱动。控制装置56具有模式转换开关57，可操作而设定成正常模式、运动模式、经济模式、手动模式及雪地模式，使液压制动器54及55的驱动按照各种模式来控制。
更具体地说，当控制装置56由模式转换开关57设定在正常模式时，液压制动器54及55不受驱动，于是没有对齿轮43和支架18施加停止力。齿轮43在自由状态下转动，但辅助太阳齿轮42通过齿轮45、46和47连接到支架18。因此，即使辅助太阳齿轮42随发动机转动而转动，辅助太阳齿轮42的转动并未传递到支架18。如此，由于支架18在自由状态下转动，当设置在正常模式时可以实现与第一实施例一样的操作。因此，发动机的转数可以在最大效率下由行星齿轮16传递到驱动轮。
当控制装置56由模式转换开关57设定在运动模式时，液压制动器54受到驱动而使一个预定的停止力施加于制动板51以及因此施加于支架18。停止力确定为不完全停止支架18，但是其转数受控制而使其低于上述正常模式中的转数。结果，由于行星齿轮16的减速比与正常模式相比是增加的，因而驱动轮的驱动力被增加而得到一个较大的加速力。
当控制装置56由模式转换开关57设定在经济模式时，液压制动器55受到驱动而使一个预定的停止力施加于制动板53并因此而施加于齿轮43。当停止力施加于齿轮43时，辅助太阳齿轮42的转动通过齿轮45至47而传递到支架18。结果，支架18受到一个力而使其与太阳齿轮17结合成一体。因此，支架18的转数变得大于其在自由转动状态下的转数。停止力确定成不完全使支架18与太阳齿轮17结合成一体，但是其转数受到控制而大于在上述正常模式中的转数。结果，由于行星齿轮16的减速比与正常模式相比是减小的，因而驱动轮的驱动力被减小，使加速力减小。不过，车辆的驱动速度可以随保持在较低转数下的发电机14一起增加。因此，发动机14的燃料消耗得以改善。在车辆加速时，可采用上述运动模式和经济模式。当车辆在恒定转数下行驶时，控制装置56设置在正常模式。当正常模式设定在恒定转数的驱动中时，行星齿轮16可提供最高的转换效率。
当控制装置56由模式转换开关57设定在手动模式时，行星齿轮16的当前减速比是根据太阳齿轮17与支架18之间转数的当前差别而得出的。支架18的转数是根据当前太阳齿轮17的转数而控制的，使所得的行星齿轮16的减速比得以维持。或者，支架18的转数是根据当前太阳齿轮17转数而控制的，以设定众多预先设定减速比中的最接近当前的一个。换言之，控制装置56控制支架18的转数，使太阳齿轮17的当前转数代入求减速比R的公式R＝N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)中，使所得的减速比取一预定值。
当操作一换高速档开关58时，支架18的转数受控制而使行星齿轮16当前的减速比减小一档。此外，当操作一换低速档开关59时，支架18的转数受控制而使行星齿轮16当前的减速比增加一档。因此，通过在手动模式中操纵换高速档和换低速档开关，驾驶员能享受运动驾驶的乐趣。在操作换高速档开关58或换低速档开关59的过程中可连续地驱动液压制动器54或55，使停止力施加于制动板51或53，从而连续地增加或减小支架18的转数，使行星齿轮16的减速比连续地变化。
当控制装置56由模式转换开关57设定在雪地模式时，当车辆启动时，液压制动器55在制动板上以及因此也在齿轮43上施加一个预定的停止力。结果，支架18受到一个力而使其与太阳齿轮17结合成一体。因此，由于与正常模式相比行星齿轮16的减速比减小，驱动轮的驱动力比平常时小，于是车辆可以在驱动轮不打滑的情况下起步。
当操作一脚踏制动器时，控制装置56增加液压制动器对制动板以及因此对支架18的停止力，其大小与脚踏制动器的操作量成正比。结果，由于支架18受到的停止力较正常发动机的制动器所产生的大，因而行星齿轮16的减速比迅速增加，于是因大发动机制动器而将制动力施加于车辆。在具有较大重量而发动机制动器所产生的制动力较小的车辆中，如公共汽车和卡车，这种构造是有效的。当发动机制动器大到使发动机14的转数过度增加从而造成超速时，加在支架上的停止力需要减小，使发动机14不超过容许转数。
按照第二实施例，当设置在手动模式时，换高速档开关58和换低速档开关59受操作而使减速比是可选择的。因此，驾驶员通过手动模式能享受运动驾驶的乐趣。此外，液压制动器54及55被驱动而使支架18的转数得到控制。因此，支架18的转数控制可以用简单构造的制动装置来完成。而且，控制支架18转数的制动装置设置在壳体12的外面。因此，与制动装置设置在壳12内部的情况相比，能够更方便地检查并更换制动装置。
可以采用湿式多片离合器或皮带制动器作为对支架18施加停止力和施加力使支架18与太阳齿轮17结合于一起的结构，如在传统自动传动装置中的一样。
由于支架18的转数能够被检测到，载荷的大小可根据一个转数确定，该转数是把太阳齿轮17的转数(发动机14的转数)减去支架的转数而得到的。应该注意，按照所确定的载荷大小可以执行各种控制模式。例如，在贫燃发动机或气缸直接喷射发动机中贫燃控制可以最佳化地执行，于是燃料消耗得以改善。
当制动踏板的动作促使驱动论锁定时，在环形齿轮21停止后，支架18与太阳齿轮17反方向转动。因此，在车辆行驶过程中，当支架18与太阳齿轮17反方向转动时，驱动轮可从制动中脱离出来，从而实现反抱死制动系统(ABS)。此外，当驱动轮打滑时，行驶阻力迅速减小，于是与太阳齿轮17同方向转动的支架18的转数迅速地增加。在支架18的转数迅速增加的基础上，制动力施加于驱动轮，从而完成防滑功能。
下面参照图13来描述本发明的第三实施例。简言之，通过第三实施例中齿轮的组合，可完成与双小齿轮行星齿轮同样的功能。
参见图13，自动传动装置61包括支承有输入轴13的壳体12。在输入轴13上一体地安装输入齿轮62。齿轮63和输出齿轮64可转动地装在输入轴13上。在齿轮63上可转动地安装多个轴65。齿轮65及67各自可转动地安装在各个轴65的两端。齿轮66与输入齿轮62啮合，而齿轮67与输出齿轮64啮合。变换装置22连接于输出齿轮64。输入齿轮62的齿数少于各齿轮66的齿数。各齿轮66的齿数少于输出齿轮64的齿数。
当停车时，输出齿轮64受到车辆的静止阻力。因此，当变速杆在发动机14转动过程中移动到驱动档时，不管输入齿轮62的转动如何，输出齿轮64保持停止。结果，由于各齿轮67从输出齿轮64受到较大的反斥力，因而齿轮63向与输入齿轮62反方向转动，使制动齿轮31以及因此制动板随齿轮63的转动而转动。当加速器受到促动而使发动机14的转数增加时，液压泵32的液压增加，使制动器34施加在制动板33上的停止力增加，于是齿轮63被停止。结果，输入齿轮62的转动通过齿轮66及67传递到输出齿轮64而使车辆前进。车辆的驱动转数增加，然后当驱动轮的驱动力与车辆的行驶阻力相平衡时达到稳定。
在上述情况下，表达式，即(各齿轮66的齿数/输入齿轮62的齿数)·(输出齿轮64的齿数/各齿轮67的齿数)，代表对应于如第一实施例中所述的行星齿轮16的支架18的停止状态的减速比。因此，输入齿轮62对应于双小齿轮行星齿轮的太阳齿轮，而齿轮63对应于支架。此外，输出齿轮64对应于环形齿轮，而齿轮66及67各自对应于小齿轮。
按照该第三实施例，除了与第一实施例中相同的效果之外，还可以获得比行星齿轮16更大的减速比。此外，自动传动装置的外部尺寸可以小于行星齿轮，因为在行星齿轮中是径向地相对于输入轴13设置多个齿轮。
下面参照图14及15来描述本发明的第四实施例。简言之，控制装置控制支架的转动，从而实现离合器。
参见图14，自动传动装置71基本上包括双小齿轮行星齿轮16。制动齿轮31一体地安装在制动轴29上，使制动板33依靠支架18的转动而转动，不管支架的转动方向如何。此外，设置转动传感器72以检测制动板33的转动以及因此支架18的转动。设置一控制装置73，用于控制由液压制动器34施加于制动板33的停止力。
图15是表示控制装置73操作的流程图。在图15中，控制装置73确定加速器是否已在发动机转动过程中被操作(步骤S1)。当驾驶员操作加速器(步骤S1中为“是”)，控制装置73根据检测的结果(步骤S2)确定支架是否与太阳齿轮17反方向转动。此时，由于车辆停止并且因此环形齿轮21也停止，因而支架18与太阳齿轮17反方向转动(步骤S2中为“是”)。因此，控制装置73控制液压制动器34，按照支架18的转数在制动板33上施加停止力，并因此施加于支架(步骤S3)。如此，在发动机14的转数随加速器操作而增加时，控制装置73增加作用在支架18上的停止力，于是发动机14的转动传递到驱动轮，使车辆被驱动向前。在此情况下，当施加在支架18上的停止力降低其转数时，控制装置73减小停止力。因此，支架18没有完全被停止。这意味着控制装置73的功能是可不完全接合或半接合的离合器。
当车辆的驱动速度增加(步骤S4中为“是”)时，控制装置73然后减小对支架18的停止力(步骤S5)。在确定支架18与太阳齿轮17同方向转动(步骤S6中为“是”)后，控制装置73把支架18从停止力释放出来(步骤S7)。因此，车辆的驱动速度随着支架18转数的增加而增加，并当驱动轮的驱动力平衡车辆的行驶阻力时达到稳定。
当车辆来到向上的陡坡时，其驱动力减小，并在最后支架18与太阳齿轮17反方向转动，于是发动机14的转动不能被有效地传递到驱动轮。在此情况下，当支架18与太阳齿轮17反方向转动(步骤S2中为“是”)而加速器已踩下(步骤S1中为“是”)时，控制装置73控制液压制动器34而使停止力按照支架18的转数施加到制动板33上，并因此施加到支架18(步骤S3)。结果，发动机14的转动能够有效地传递到驱动轮，使车辆的驱动转数增加。此外，当执行换低速档或脚踏制动器被促动时，控制装置73对支架18施加停止力以降低其转数。因此，减速比增加而使由于发动机制动器的制动力增加。
按照第四实施例，控制装置73控制支架18的转动。因此，能够实现离合器，并且减速比能够受控制装置73的调节。
下面参照图16来描述本发明的第五实施例。在该第五实施例中，本发明应用于具有离合器踏板的车辆自动传动装置。参见图16，自动传动装置81基本上包括双小齿轮行星齿轮16。在该实施例中，当离合器踏板未操作时，制动板33被液压制动器34停止。当离合器踏板踏下时，液压制动器34施加于制动板33的停止力就被释放。
变速杆被操作而处于空档，或者发动机在离合器踏板踏下时启动。此外，在离合器踏板踏下时，变速杆受操作而从空档移到驱动档。在这种情况下，由于车辆停止并且施加于环形齿轮21的载荷较大，因而支架18与太阳齿轮17反方向转动。因此，制动齿轮31及相应的制动板33被转动。当离合器踏板82逐渐从踏下状态释放出来时，液压制动器34对制动板33施加停止力。因此，发动机14的转动被传递到驱动轮，使车辆向前行驶。当驱动轮的驱动力平衡车辆的行驶阻力时，车辆的驱动速度达到稳定。并且，离合器踏板82被踏下，变速杆切换到倒车档。在此状态下，离合器踏板82从踏下状态中释放出来，使车辆可以后退。
按照该第五实施例，通过离合器的操作车辆可以向前或向后驱动。因此，通过操作离合器驾驶员能够享受车辆驾驶的乐趣，而在行驶中发动机14的转动能够在最高效率下传动到驱动轮。
下面参照图17来描述本发明的第六实施例。简言之，在该第六实施例中，将多台发动机的转动组合在一起。例如，当将两台发动机的转动以相同的减速比组合而传输给输出轴时，发动机的转数需要彼此完全一致。当发动机的转数彼此不同时，低转数的发动机成为高转数发动机的阻力，于是发动机的转动不能有效地传递到驱动轮。
参见图17，自动传动装置91基本上包括两套双小齿轮行星齿轮16。在该实施例行中，行星齿轮16被设置成互相平行。此外，在行星齿轮的环形齿轮21上各自一体地设置齿轮92。齿轮92的转动与齿轮93组合而通过变换机构22传递到输出轴15，并因此而传递到驱动轮。
按照该第六实施例，各行星齿轮16独立地自动调节到最佳减速比，在此减速比下发动机的转动以最高效率传递到驱动轮。结果，即使发动机的转数彼此不同，低转数发动机并不成为高转数发动机的阻力。于是，发动机14的转动能组合起来有效地传递到驱动轮。因此，例如，两台四缸发动机的转动经组合可获得一台八缸发动机。此外，两台六缸发动机的转动经组合可获得一台十二缸发动机。另外，三台四缸发动机的转动经组合可获得一台十二缸发动机。以上描述意味着现有的发动机可组合成一台多缸的发动机。因此，可很容易地实现需要高水平机械精度和高水平点火控制的多缸发动机，而开发成本或制造成本能够显著降低。此外，当只有已启动的一台发动机的自动传动装置的输出转动被传递到驱动轮时，车辆能够仅用启动的发动机行驶，而不影响停止的一台发动机。此外，上述构造可实现不同减速比的自动传动装置的组合或者不同扭矩特性的发动机的组合。而且，可实现具有发动机和电动机的混合驱动汽车，并且可实现有多台电动机相组合的电力汽车和电动列车。此外，上述构造对人力和电动机组合在一起的电动机助动自行车也有效，并且对各种转动源的转动组合均有效。
在主转动源与辅助转动源的转动组合在一起而传动到驱动轮的构造中，对应于辅助转动源转动的行星齿轮16的环形齿轮21的转动通过单向离合器传递到驱动轮，使得即使辅助转动源的转数低于主转动源的转数，主转动源的转动也不致受到不利的影响。在这方面，当辅助转动源是一台电动机时，就不需要制动轴29、制动齿轮31、液压泵32、制动板33及液压制动器34。不过，需要设置单向离合器以防止支架18与太阳齿轮反方向转动。此外，当多个行星齿轮16的环形齿轮21的转动通过单向离合器传递到驱动轮而组合时，虽然不能从转动源、例如发动机制动器取得制动力，但转动可很容易地组合起来，而各个转动不会影响其他的转动。另外，在上述构造中，多个行星齿轮的环形齿轮的转动可传递到一个共同的输出轴。然而，输出轴可连接于某一特定行星齿轮的环形齿轮，使另一行星齿轮的环形齿轮的转动可传递到输出轴。
下面参照图18来描述本发明的第七实施例。本发明应用于电力有轨车的自动传动装置。参见图18，与第一实施例一样，自动传动装置101基本上包括双小齿轮行星齿轮16。太阳齿轮17通过输入轴15连接于电动机102。环形齿轮21通过输出轴15连接于电力有轨车的车轮。支架18安装在输入轴13上，而单向离合器103也安装在输入轴13上，以防止支架18沿与电动机102正常转动方向相反的方向转动。
制动齿轮31一体地设置在制动轴29上。锁定齿轮104一体地设置制动轴29位于壳体12外面的一端上。为了锁住锁定齿轮104，设置锁定臂105。锁定臂105与锁定齿轮104隔开。当有轨车向前行驶时，电动机102正常运转，锁定臂105与锁定齿轮104保持隔开。促动器(未图示)受驱动而使锁定臂105锁住锁定齿轮104。当有轨车向后行驶时，电动机102倒转，锁定臂105锁住锁定齿轮104。第一实施例的自动传动装置中所采用的变换机构22没有在第七实施例中设置。
当电动机102正常运转而使有轨车向前行驶时，由于有轨车是停止的，施加于环形齿轮21上的载荷较大。因此，各小齿轮20从环形齿轮21受到较大的反斥力。支架18于是趋向于与电动机102反方向转动。然而，由于单向离合器103阻止支架18沿与电动机102正常转动方向相反的方向转动，因而支架18保持停止。这样，电动机102的转动通过小齿轮20传递到环形齿轮21，使环形齿轮21和相应的有轨车的车轮转动，从而使有轨车向前行驶。
当有轨车开始向前行驶时，施加在环形齿轮21上的载荷减小，使各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力减小，于是支架18与太阳齿轮17同方向转动。结果，由于行星齿轮16减速比减小，有轨车的转数增加。当车轮的驱动力与有轨车的行驶阻力相平衡时，有轨车的转数达到稳定。
当有轨车向后行驶时，促动器(未图示)受驱动而使锁定臂105锁住锁定齿轮104。当电动机在此状况下倒转时，支架18趋向沿与电动机102倒转方向相反的方向转动，或者沿单向离合器103可转动的方向转动。不过，由于锁定臂105锁住锁定齿轮104而阻止支架18沿与电动机102倒转方向相反的方向转动，因而电动机102的倒转通过太阳齿轮17及小齿轮20传递到环形齿轮21，于是有轨车向后行驶。由于在此情况下支架18是停止的，因而行星齿轮16的减速比保持恒定。
按照该第七实施例，当电动机正在沿正常方向转动时，有轨车可以平滑地加速或减速，而无需诸如矢量控制之类的复杂的转动控制。此外，由于电动机102的转动是在最大效率下传递到车轮，因而电力消耗可以减小。另外，通过行星齿轮16的作用，没有较大载荷施加于电动机102。因此，电动机102的尺寸能够减小，并可防止电动机受过载。另外，锁定齿轮104被锁定臂105锁住，因而支架18被停止。这样，有轨车通过简单的构造能够向后行驶。前面的实施例可以应用于电力汽车而不需离合器。
下面参照图19来描述本发明的第八实施例。简言之，可以实现一自动无级传动，不管有轨车行驶方向如何，均可这样的传动。参见图19，与第一实施例一样，自动传动装置111基本上包括双小齿轮行星齿轮16。一对制动齿轮37与支架18啮合，并通过单向离合器30与制动轴29连接。单向离合器30中之一防止支架18在对应的制动轴29被停止的同时沿与电动机102正常转动相反的方向转动。此外，另一个单向离合器30防止支架18在对应的制动轴29被停止的同时沿与电动机102倒转方向相反的方向转动。
锁定齿轮104一体地设置在各自的制动轴29上而位于壳体12之外。锁定齿轮104适合于被各自的锁定臂105锁住。当有轨车向前行驶时，电动机102按正常方向转动，而制动轴29之一的锁定齿轮104被相应锁定臂105锁住。而且，当有轨车要向后行驶时，电动机102沿逆向转动，而另一制动轴29的锁定齿轮104被相应锁定臂105锁住。
当有轨车要向前行驶时，电动机102在锁定齿轮104之一被相应锁定臂105锁住的情况下正常转动。此时，施加于环形齿轮21的载荷较大，使各小齿轮20从环形齿轮21受到较大的反斥力。支架18于是趋向于沿与电动机102正常转动方向相反的方向转动。不过，制动轴29是锁住的，而所述制动轴的单向离合器30防止支架18与太阳齿轮17反方向转动。因此，由于电动机的转动通过太阳齿轮17及小齿轮20传递到环形齿轮21，因而车轮转动而使有轨车向前行驶。
当有轨车开始向前行驶时，施加在环形齿轮21上的载荷减小，使各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力减小，于是支架18沿与太阳齿轮17正常转动方向相同的方向转动。结果，由于行星齿轮16减速比减小，有轨车的转数增加。当车轮的驱动力平衡有轨车的行驶阻力时，有轨车的转数达到稳定。
当有轨车要向后行驶时，电动机102在锁定齿轮104被相应锁定臂105锁住的情况下逆向转动。因此，电动机102的转动能够在最高效率下传动到驱动轮，于是有轨车向后行驶。
按照该第八实施例，选择要被锁定臂105锁住的锁定齿轮104，使得在向前和向后行驶中均可实现自动无级传动。因此，有轨车可平滑地加速和减速，并且电动机102的转动能够在最高效率下传递到驱动轮。当上述实施例应用于电力汽车时，在向前和向后行驶中均可实现自动无级传动。
下面参照图20来描述本发明的第九实施例。简言之，不管有轨车行驶方向如何，不需要控制就可以实现自动无级传动。参见图20，与第一实施例一样，自动传动装置121基本上包括双小齿轮行星齿轮16。一对行星齿轮16分别包括安装在单向离合器122上的太阳齿轮17，单向离合器再安装在输入轴13上。各单向离合器122用作输入转动传递元件。当电动机按正常方向转动时，单向离合器122中之一将电动机的转动传递到太阳齿轮17，而当电动机逆向转动时，另一单向离合器122将电动机的转动传递到太阳齿轮17。支架18各自支承在单向离合器123上，各单向离合器再支承在壳体12上。单向离合器123中之一防止相应的支架18沿与电动机102正常转动方向相反的方向转动，而另一单向离合器123防止相应的支架18沿与电动机102倒转方向相反的方向转动。
在壳体12中设置有输出轴124，并使其与输入轴13平行。一对输出齿轮126各自安装在单向离合器125上，各单向离合器再安装在输出轴124上。各单向离合器125用作输出转动传递元件。输出齿轮126分别与行星齿轮16的环形齿轮21啮合。当所述环形齿轮21与电动机102同方向转动时，单向离合器125之一将与环形齿轮21之一一起转动的输出齿轮126的转动传递到输出轴124。当所述环形齿轮21沿与电动机102相反的同方向转动时，另一单向离合器125将与另一环形齿轮21一起转动的输出齿轮126的转动传递到输出轴124。
当电动机102沿正常方向转动而使有轨车向前行驶时，电动机102的转动由单向离合器122只传动到太阳齿轮17之一。因此，行星齿轮16之一有效地操作而使环形齿轮21沿与电动机102正常方向相同的方向转动。结果，由于环形齿轮21的转动通过单向离合器125从输出齿轮126传递到输出轴124，因而有轨车向前行驶。当车轮的驱动力平衡有轨车的行驶阻力时，有轨车的转数达到稳定。
当电动机102沿逆向转动而使有轨车向后行驶时，输入转动通过单向离合器122和125的作用只传递到另一行星齿轮16，而有效运转的行星齿轮16的输出转动传递到输出轴124。结果，电动机102的转动与有轨车向前行驶一样的最高效率下传递到车轮，于是有轨车向后行驶。
按照该第九实施例，在向前和向后行驶中，不需控制均可实现自动无级传动。因此，有轨车可平滑地加速和减速，并且电动机102的转动能够在最高效率下传递到驱动轮。当上述实施例应用于电力汽车时，在向前和向后行驶中均可实现自动无级传动。上述构造对转动源的转动方向可逆转的场合均有效。
下面参照图21来描述本发明的第十实施例。本发明也可应用于第二实施例中的电气有轨车。第十实施例中与第一和第七实施例中相同或相似的零件用相同的标号表示，并省略对这些零件的描述。简言之，制动器起单向离合器的功能，防止支架与太阳齿轮反方向转动。
参见图21，与第一实施例一样，自动传动装置131基本上包括双小齿轮行星齿轮16。太阳齿轮17由电动机102转动，而车轮由环形齿轮21转动。支架18被转动而使制动板33转动。制动板33一体地设置在制动轴29上，并通常由作为停止保持元件的液压制动器34停止。当设置在输出轴15上的液压泵32供给油压时，液压制动器34将制动板33从停止力下释放出来。
当电动机102沿正常方向转动而使有轨车向前行驶时，由于支架18被液压制动器34停止，太阳齿轮17的转动通过小齿轮20传递到环形齿轮21，于是有轨车的车轮转动而使有轨车向前行驶。因此，环形齿轮21的转数增加，液压制动器34把制动板33从停止力下释放出来，于是支架18与太阳齿轮17同方向转动。结果，行星齿轮16的减速比减小而使有轨车的行驶速度增加。当车轮的驱动力平衡有轨车的行驶阻力时，有轨车的行驶速度达到稳定。
有轨车行驶阻力的增加使各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力也增加。而且，电动机102转数的降低使支架18的转数也降低，由此，环形齿轮21及相应的驱动轮的转数被降低。在每一种情况下，液压制动器34施加于制动板33的液压被降低而使液压制动器34施加于制动板及相应的支架18的停止力增加。结果，由于当有轨车停止时支架也停止，因而电动机102的转动能够可靠地传递到车轮。而且，在电动机102倒转而使有轨车向后行驶的情况下，当有轨车停止时，支架也停止。因此，电动机102的转动能够传递到车轮，使有轨车以相同于有轨车向前行驶的方式向后行驶。
按照该第十实施例，随着有轨车行驶速度的增加，支架18从停止力释放出来。因此，不管有轨车行驶方向如何，电动机102的转动能够传递到车轮，而不需要使用单向离合器。上述构造可以应用于电力汽车。
当有轨车行驶速度达到预定值(例如10公里/小时)时，即当环形齿轮21转数处于或超过预定值时，支架18可以从停止力下释放出来。此外，随着太阳齿轮17转数的增加，制动板33可以从制动器34的停止力下释放出来。
下面参照图22来描述本发明的第十一实施例。该第十一实施例中与第四实施例中相同或相似的零件用相同的标号表示，并省略对这些零件的描述。简言之，在该第十一实施例中，设置控制装置以控制支架的转动。
参见图22，与第一实施例一样，自动传动装置141基本上包括双小齿轮行星齿轮16。太阳齿轮17由电动机102驱动。环形齿轮21被转动并由此转动车轮。支架18被转动并由此转动制动板33。作为检测元件及停止保持元件的控制装置142包括检测制动板33转动方向的转动传感器72。控制装置142根据传感器72的检测结果控制液压制动器34。更具体地说，当在电动机转动过程中支架18与太阳齿轮17反方向转动时，控制装置142控制制动器34，使液压制动器34间歇性地对制动板33施加停止力。在此情况下，停止力逐渐地增加。当制动板33从停止力下释放出来时，制动板33及相应的支架18的转动方向被转向传感器72检测到。在此情况下，在制动板33从制动器34的停止力下释放出来的条件下，当支架18与太阳齿轮17的反方向转动时，控制装置142控制制动器34，使其间歇性地对制动板33施加停止力。控制装置142还控制制动器34，使得当支架18与太阳齿轮17的同方向转动时，制动板33从制动器34的停止力下释放出来。
当电动机102正常地转动而使有轨车向前行驶时，环形齿轮21所承受的载荷量较大，使各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力也较大。因此，支架18与太阳齿轮17反方向转动。控制装置142于是控制制动器34，使间歇性的停止力施加于制动板33并相应地施加于支架18。这样，太阳齿轮17的转动间歇地通过小齿轮20传递到环形齿轮21，于是车轮转动而使有轨车向前行驶。在此情况下，由于当有轨车开始行驶时环形齿轮21受到较大载荷，因而各小齿轮20从环形齿轮21受到较大的反斥力。因此，当从制动器34的停止力下释放出来后，支架18与太阳齿轮17反方向转动。这样，控制装置142控制制动器34，使间歇的停止力连续地施加于制动板33。
当有轨车开始向前行驶时，环形齿轮21所承受的载荷量减小。因此，由于各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力减小，当从制动器34的停止力下释放出来时，支架18与太阳齿轮17同方向转动。控制装置142于是控制制动器34，使制动板33从停止力下完全释放出来。因此，由于支架18与太阳齿轮17同方向旋转，有轨车的行驶速度增加，并且当车轮的驱动力与有轨车的行驶阻力相平衡时，其速度达到稳定。
当有轨车开始上坡而使行驶阻力增加时，或者，当有轨车随电动机102转数的降低而停止时，支架18与太阳齿轮17反转动。结果，电动机102的转动不能够传递到车轮。在此情况下，由于控制装置142控制制动器34，使间歇性的停止力施加于支架18，因而电动机的转动能够传递到车轮。
此外，当电动机102倒转而使有轨车向后行驶时，电动机的转动以相同于有轨车向前行驶的方式传递到车轮，于是有轨车向后行驶。此外，当需要停止有轨车时，将间歇性的停止力施加于支架18，使电动机的转动能够传递到车轮。
下面参照图23来描述本发明的第十二实施例。该第十二实施例中与第一和第九实施例中相同或相似的零件用相同的标号表示，并省略对这些零件的描述。简言之，在第十二实施例中，自动传动装置用作无滑动差速齿轮。
参见图23，自动传动装置151的基本构造与第九实施例的自动传动装置121相同。更具体地说，发动机14的转动通过离合器154和F/R(前/后)开关从支承在壳体152上的输入轴153传递到正交齿轮155(如伞齿轮)的输入齿轮155a。自动传动装置121的输入轴13连接于正交齿轮155的输出齿轮155b。两个驱动轮分别连接于自动传动装置121的输出轴124。如此，两套自动传动装置121设置成分别对应于车辆的驱动轮156。
当F/R开关22在发动机14转动并且离合器154受促动过程中换到“向前”时，发动机14的转动从输入轴153通过F/R开关和正交齿轮155传递到自动传动装置121。由于各自动传动装置121自动地调节相应驱动轮156的转数而使驱动轮的驱动力平衡行驶阻力，因此，发电机14的转动能够在最高效率下传递到驱动轮156，于是驱动轮转动而使有轨车向前行驶。另一方面，当F/R开关22换到“向后”时，各自动传动装置用作无级传动装置。因此，车辆能够以相同于向前行驶的方式向后行驶。在此情况下，各自动传动装置121用作差速齿轮。更具体地说，通过各自的自动传动装置121，驱动轮156能够互相独立地转动，当车辆转弯时，内侧驱动轮156的转数能够平滑地变得小于外侧驱动轮的转数。如此，各自动传动装置121用作差速齿轮。换言之，各自动传动装置121在起自动传动功能的同时还用作差速齿轮。所以，不需要设置差速齿轮。由于各自动传动装置121的太阳齿轮17的转数相同，内侧驱动轮的驱动力增加，但其转数变得小于外侧驱动轮的转数。
应注意，由于在车辆行驶过程中两套自动传动装置121均连接于发动机14，即使一个驱动轮156打滑，另一个驱动轮156也不会丧失驱动力。如此，每一套自动传动装置121均用作无滑动差速齿轮。另外，打滑的驱动轮的行驶阻力迅速减小。驱动轮156的转数随着行驶阻力的迅速减小而增加，而其驱动力同时减小。因此，车辆能够从打滑中解脱出来。
在此情况下，从自动传动装置11和121的减速比的组合可取得较大的减速比。另外，当构制成减速比在支架18停止时变为1时，行星齿轮16的减速比为1，因此完全起到离合器的作用。为了使行星齿轮16的减速比为1，齿轮62、66、67及64的齿数需要与第三实施例中的相同，在该第三实施例中行星齿轮的构造包括多个齿。
按照该第十二实施例，自动传动装置能够在完成自动无级传动的同时起到无滑动差速齿轮的作用。因此，自动传动装置能够改进得到额外的价值。上述构造可以应用于混合驱动汽车及电力汽车。此外，可以设置两套自动传动装置121分别用于前驱动轮，而同时可设置两套自动传动装置121用于后驱动轮。结果，发动机的转动分别通过自动传动装置121传递到各驱动轮。这样，不必采用将驱动力分配到前、后车轮的装置和差速齿轮，便可实现四轮驱动汽车。另外，当前置发动机并前轮驱动的汽车的各前驱动轮分别设置自动传动装置121时，扭矩的变化被支架18的转动吸收。因此，可以防止驱动轮的扭矩变化，而不必采用恒速万向联轴节。
该第八实施例的自动传动装置111可用来与各驱动轮对应。不过，在这种情况下，锁定臂105需要予以控制。
下面参照图24来描述本发明的第十三实施例。在该第十三实施例中，本发明应用于自行车的自动传动装置。参见图24，自动传动装置161基本上包括双小齿轮行星齿轮16。太阳齿轮由踏蹬162转动，而支架(未图示)安装在单向离合器上，该离合器再安装在自行车车架上。链轮163形成在环形齿轮21的外圈上。环形齿轮21的转动通过链条164从链轮163传递到后车轮齿轮165而使后车轮(未图示)转动。
当踏蹬162工作而使自行车向前行驶时，施加于环形齿轮21的载荷量较大，而各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力也较大。因此，支架趋向于与太阳齿轮17反方向转动。在这种情况下，单向离合器(未图示)防止支架与太阳齿轮17反方向转动。太阳齿轮保持停止。结果，由于踏蹬162转动是从太阳齿轮17通过小齿轮20传递到环形齿轮21，因而环形齿轮21与太阳齿轮17同方向转动。这样，环形齿轮21的转动通过链条从链轮163传递到后车轮齿轮165，并相应地传递到后车轮，于是自行车向前行驶。
当自行车开始向前行驶时，各小齿轮20从环形齿轮21受到的反斥力减小。因此，支架趋向于与太阳齿轮17同方向转动。结果，由于行星齿轮的减速比减小，自行车的行驶速度增加，并且当后车轮的驱动力平衡自行车的行驶阻力时达到稳定。
按照该第十三实施例，当自行车开始行驶时，施加于各踏蹬162的力量较大，或在自行车上坡行驶时，行驶阻力较大，自动传动装置161的减速比变大。当施加于各踏蹬162的力量较小时，或自行车在平路上行驶或下坡行驶而行驶阻力较小时，减速比变小。这样，减速比可以按照施加于各踏蹬162的力或行驶阻力的大小而自动调节。因此，在上述的自动传递装置中，就不需要在传统手动传动装置中所需要的齿轮变换操作。此外，即使对踏蹬162施力较小的年长者或幼年者也能稳定地骑自行车。另外，各踏蹬162的转动能够在最高效率下传递到后轮。
在输入转动只有一个转动方向的情况下，上述构造是有效的。因此，该构造可应用于风力发电、水力发电、热力发电、车辆发电机、气动泵、液压泵、真空泵、车辆用涡轮增压器及增压器、飞机用螺旋桨转动机构、飞机用涡轮风扇发动机、飞机或直升机用螺旋桨、船用螺旋桨、雪橇、钓杆卷轴、飞轮等等。更具体地说，例如在风力发电机中不设置传动机构。因此，当风车的旋转力小于发电机的静态阻力时，发电机不转动，以致不能发电。当风车的旋转力大于维持发电机转动所需的力时，风车的转动不能有效地传递到发电机。不过，如果该第十三实施例的自动传动装置应用于风力发电机，即使风车的转数较低，风车的转动也可通过行星齿轮16传递到发电机，使发电机能够转动。另外，当风车的旋转力大于维持发电机转动所需的力(载荷)时，发电机的转数随着星齿轮16减速比的减小而增加。当风车的旋转力与维持发电机转动所需的力相平衡时，发电机的转动达到稳定。因此，可很大程度地提高发电机的发电效率。此外，当随着发电机转数的增加，停止力施加于行星齿轮16的支架时，可以防止发电机转数过分地增加，从而可保护发电机。
上述实施例对于被转动件的转动可提供高度的可靠性。因此，例如当车辆的涡轮增压器或增压器的压气机通过自动传动装置转动时，压气机的转数以及因此发动机的输出功率可以在短时间内提高。换言之，当被转动件沿单一方向旋转时，就可以应用本发明。这样，本发明就有广泛的应用范围。
此外，当与第六实施例一样用多个转动源进行组合时，不管转动件的转数如何，均可有效地实现组合。因此，当该第十三实施例应用于风力发电时，多个风车的转动可以有效地组合。
下面参照图25来描述本发明的第十四实施例。本发明应用于电动机助动自行车的自动传动装置。该自动传动装置的基本构造与第十三实施例的相同，因此不用图表示。
参见图25，助力电动机171对各后轮施加驱动力。为检测太阳齿轮17的转数，设置太阳齿轮转数传感器172。为检测支架的转数，设置支架转动传感器173。控制装置174根据太阳齿轮17与支架的转数差而控制助力电动机171的转数。太阳齿轮17与支架的转数差表明载荷的大小。当载荷较大时，太阳齿轮17与支架的转数差也较大。当载荷较小时，转数差也较小。因此，控制装置174控制助力电动机171，使电动机的转数在太阳齿轮17与支架的转数差变大时增加。结果，由于助力电动机171的转动是根据载荷的大小作为辅助动力而施加，即使当自行车上坡时，也能防止自行车行驶速度的减小。
按照该第十四实施例，根据太阳齿轮17与支架的转数差而检测载荷的大小。因此，由于用行星齿轮16的构造而不用其它如扭矩传感器之类的专用装置来检测载荷大小，自动传动装置的构造得以简化。
本发明不应受到上述实施例的限制，而可以作如下修改。多个双小齿轮行星齿轮16可以互相串联地连接。由于从此构造中可获得较大减速比，因而它适合用于如公共汽车及卡车之类的大型车辆。
包括双小齿轮行星齿轮16的自动传动装置可以在手动传动装置中作为一个齿轮而使用。在这种情况下，当自动传动装置包括如第一实施例中所述的离合器时，该离合器能够起到非必要的自动传动装置的功能。
当包括双小齿轮行星齿轮16的自动传动装置设置在发动机与手动传动装置之间时，发动机的扭矩特性能够得到改善。在这种情况下，需要防止支架与发动机反方向转动。
各行星齿轮16的支架18的转动可由电动机控制。此外，本发明可以应用于具有两台分别驱动前、后轮的发动机的汽车，并可应用于具有一台驱动前轮和后轮之一的发动机、并有一台驱动前轮和后轮中另一个的电动机的混合驱动汽车。
以上描述和附图仅仅是举例说明本发明的原理，而不能在限制的意义上予以解释。各种变化及修改对于本技术领域的普通技术人员来说是明显的。所有这些变化及修改均被认为是落入本发明范围之内，该范围如所附权利要求所限定。
工业实用性从以上描述很容易看出，本发明的自动传动装置适用于包括混合驱动汽车和其它车辆在内的汽车。
权利要求书按PCT19条的修改1.一种自动传动装置，包括一输入第一转动件；一与所述第一转动件同轴的输出第二转动件；一与所述第一转动件同轴的第三转动件；以及一设置在所述第三转动件上的转动传递元件，以将所述第一转动件的转动传递到所述第二转动件，使得当所述第三转动件停止时所述第二传动件在超过1的预定减速比下沿所述第一转动件的转动方向转动；其中，所述减速比随着所述第一与第三转动件之间转速差的增大而增大。
2.一种自动传动装置，包括一输入第一转动件；一与所述第一转动件同轴的输出第二转动件；一与所述第一转动件同轴的第三转动件；以及一设置在所述第三转动件上的转动传递元件，以将所述第一转动件的转动传递到所述第二转动件，使所述第二传动件沿所述第一转动件的转动方向在分别由以下公式所表示的一个转数和一减速比下转动N2＝N3＋(N1－N3)/R0R＝N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)式中，N1是所述第一转动件的转数，N2是所述第二转动件的转数，N3是所述第三转动件的转数，R是所述自动传动装置的减速比，而R0是当所述第三转动件停止时所述自动传动装置的减速比，它小于1。
3.按照权利要求1或2的自动传动装置，其特征在于，它还包括反向转动防止元件，防止所述第三转动件与所述第一转动件反方向转动。
4.按照权利要求1或2的自动传动装置，其特征在于，它还包括一第四转动件；一反向转动传递元件，在所述第三转动件与所述第一转动件反方向转动的情况下把所述第三转动件的转动传递给所述第四转动件；以及一停止元件，对所述第四转动件施加停止力。
5.按照权利要求4的自动传动装置，其特征在于，所述停止元件随着所述第四转动件转数的增加而增加施加于所述第四转动件的停止力。
权利要求
1.一种自动传动装置，包括一输入第一转动件；一与所述第一转动件同轴的输出第二转动件；一与所述第一转动件同轴的第三转动件；以及一设置在所述第三转动件上的转动传递元件，以将所述第一转动件的转动传递到所述第二转动件，使所述第二传动件在预定减速比下转动，当所述第三转动件停止时，所述第二转动件在所述第一转动件转动方向上超过所述第一转动件的旋转；其中，所述减速比随着所述第一与第三转动件之间转速差的增大而增大。
2.一种自动传动装置，包括一输入第一转动件；一与所述第一转动件同轴的输出第二转动件；一与所述第一转动件同轴的第三转动件；以及一设置在所述第三转动件上的转动传递元件，以将所述第一转动件的转动传递到所述第二转动件，使所述第二传动件沿所述第一转动件的转动方向在分别由以下公式所表示的一个转数和一减速比下转动N2＝N3＋(N1－N3)/R0R＝N1·R0/((R0－1)·N3＋N1)式中，N1是所述第一转动件的转数，N2是所述第二转动件的转数，N3是所述第三转动件的转数，R是所述自动传动装置的减速比，而R3是当所述第三转动件停止时所述自动传动装置的减速比，它小于1。
3.按照权利要求1或2的自动传动装置，其特征在于，它还包括反向转动防止元件，防止所述第三转动件与所述第一转动件反方向转动。
4.按照权利要求1或2的自动传动装置，其特征在于，它还包括一第四转动件；一反向转动传递元件，在所述第三转动件与所述第一转动件反方向转动的情况下把所述第三转动件的转动传递给所述第四转动件；以及一停止元件，对所述第四转动件施加停止力。
5.按照权利要求4的自动传动装置，其特征在于，所述停止元件随着所述第四转动件转数的增加而增加施加于所述第四转动件的停止力。
6.按照权利要求4的自动传动装置，其特征在于，所述停止元件随着所述第一转动件转数的增加而增加施加于所述第四转动件的停止力。
7.按照权利要求4的自动传动装置，其特征在于，当受外部操作时，所述停止元件在所述第四转动件上施加停止力。
8.按照权利要求1至7中的任一项的自动传动装置，其特征在于，它还包括一停止保持元件，将所述第三转动件保持在停止状态。
9.按照权利要求8的自动传动装置，其特征在于，所述停止保持元件随着所述第二转动件与所述第一转动件同方向转动的转数的增加而减小停止保持力。
10.按照权利要求8的自动传动装置，其特征在于，当所述第二转动件与所述第一转动件同方向转动的转数超过一预定转数时，所述停止元件将所述第三转动件从对其施加的停止保持力下释放出来。
11.按照权利要求8的自动传动装置，其特征在于，它还包括一检测元件，检测使所述第三转动件与所述第一转动件同方向转动的扭矩，当所述检测元件检测到使所述第三转动件与所述第一转动件同方向转动的扭矩时，所述停止保持元件将所述第三转动件从对其施加的停止保持力下释放出来。
12.按照权利要求1至11中的任一项的自动传动装置，其特征在于，它还包括一控制所述第三转动件的转数的转数控制元件。
13.按照权利要求12的自动传动装置，其特征在于，所述转数控制元件联合一使所述第三转动件停止的力和一使所述第三转动件与所述第一转动件结合为一体的力，从而控制所述第三转动件的转数。
14.按照权利要求12或13的自动传动装置，其特征在于，所述转数控制元件执行逆转防止元件的操作。
15.按照任何权利要求12至14中的任一项的自动传动装置，其特征在于，所述转数控制元件执行停止保持元件的操作。
16.按照任何权利要求1至15中的任一项的自动传动装置，其特征在于，它还包括一载荷确定元件，用以根据沿同方向转动的所述第三转动件与所述第一转动件的转数差而确定载荷大小。
17.按照权利要求3的自动传动装置，其特征在于，设置一对具有相反的有效输入转动方向的自动传动装置，还包括一输入转动传递元件，仅用以将输入转动传递到相对于所述输入转动方向而有效运行的所述自动传动装置的所述第一转动件，以及一输出转动传递元件，仅用以作为输出转动传递相对于所述输入转动而有效运行的所述自动传动装置的所述第二转动件的转动。
18.按照权利要求1至17中的任一项的自动传动装置，其特征在于，所述第一转动元件包括一双小齿轮行星齿轮的太阳齿轮，所述第二转动元件包括所述行星齿轮的环形齿轮，所述第三转动元件包括所述行星齿轮的行星小齿轮支架，而所述转动传递元件包括所述行星齿轮的小齿轮。
19.按照权利要求3自动传动装置，其特征在于，所述逆转防止元件包括单向离合器。
20.按照权利要求4的自动传动装置，其特征在于，所述逆转传递元件包括单向离合器。
21.按照权利要求1至20中的任一项的自动传动装置，其特征在于，多个自动传动装置相互串联的连接。
22.按照权利要求1至21中的一项的自动传动装置，其特征在于，它连接于一减速比小于1的增速齿轮。
23.按照权利要求1至22中的任一项的自动传动装置，其特征在于，设置多套自动传动装置，这些自动传动装置的第二转动件的转动联合在一起输出。
24.按照权利要求1至23中的任一项的自动传动装置，其特征在于，设置多套自动传动装置，诸第一传动件由一转动源转动，诸驱动轮分别由诸第二转动件转动。
25.按照权利要求24的自动传动装置，其特征在于，当执行制动操作时，所述转数控制元件降低所述第三传动件的转数。
26.按照权利要求25的自动传动装置，其特征在于，所述转数控制元件控制所述第三传动件的转速，使所述转动源的转数降低到等于或低于一容许的转数。
27.按照权利要求24至26中的任一项的自动传动装置，其特征在于，它还包括一辅助转动源，用以使所述第二转动件与所述第一转动件同方向转动，所述辅助转动源根据所述载荷确定元件所确定的载荷大小而操作。
28.按照权利要求27的自动传动装置，其特征在于，随着所述载荷确定元件所确定的载荷的增加，所述辅助转动源施加于所述第二转动件的转动力增加。
29.按照权利要求17的自动传动装置，其特征在于，为每一驱动轮设置自动传动装置。
全文摘要
一种自动传动装置包括输入第一转动件(3)、与第一转动件(3)同轴的输出第二转动件(6)、与第一转动件(3)同轴的第三转动件(8)以及设置在第三转动件(8)上的转动传递元件(10),该转动传递元件将第一转动件(3)的转动传递到第二转动件(6),使第二传动件(6)在预定减速比下转动,当第三转动件(8)停止时,使该第二转动件在第一转动件(3)转动方向上超过第一转动件(3)的旋转。当第一与第三转动件(3,8)之间的转数差增大时,减速比也增大。
文档编号F16H3/72GK1327522SQ00802164
公开日2001年12月19日 申请日期2000年9月20日 优先权日1999年10月4日
发明者森井克 申请人:森井克