包括无限可变变速器和直接连续可变变速器的非公路连续可变基于行星齿轮的多模式变速器的制作方法

本申请要求2014年6月17日提交的美国临时申请第62/013,129号和2014年12月4日提交的美国临时申请第62/087,545号的权益，这两份申请以引用方式并入本文中。

背景技术：

自动和手动变速器常用于汽车市场中。这些变速器变得越来越复杂以改善燃料经济性并最小化废气排放。常规变速器中对发动机速度的这种更精细的控制通常可通过开发更先进的控制算法或添加额外的齿轮来进行，但这增加了总体复杂性和成本。除此之外，已提出用于诸如小型轮式装载机的非公路(OH)应用的可变变速器。

技术实现要素：

在一些构型中，一种可变变速器包括各种动力路径布局，该布局包括基于两级别齿轮箱的三种构型。第一级提供多模式构型，该构型结合了动力分流模式(无限可变变速器(IVT)(带有齿轮传动空档功能)、超速驱动(OD))和直接驱动模式。第二级是方向级，以利用一对方向离合器选择前进或倒档行驶。三种构型之间的主要区别涉及第一级，尤其是模式及其部件的数量。这些构型特别可用于诸如小型轮式装载机的小型非公路应用，其具有广泛的速度范围和较高的轮缘牵引力要求，其中操作者也可能希望在于低速档位内换档期间有限的冲击运动。

在其它构型中，一种可变变速器包括各种动力路径布局，其包括基于多模式操作的三种构型。这些构型基于三模式解决方案，每种模式通过在接合一离合器/制动器的同时释放其它来进行选择。行星齿轮组与连续可变行星齿轮(CVP)变速机构一起是该构型的中心部分。通过改变行星齿轮的使用方式，可用不同的模式组合来扩大布局数量。行星齿轮可用作合并差速器(summing differential)，将在其元件中的两个处的输入速度和扭矩结合成在其第三元件处的输出速度和扭矩。它也可用作简单的齿轮比，或者通过将任两个元件锁定在一起或者通过将所选一个元件接地来实现。此外，使用复合行星齿轮代替简单行星齿轮在优化齿轮比和因此提高效率方面提供了更大的灵活性，其代价是复杂性增加。这些构型特别可用于诸如小型轮式装载机的小型非公路应用，其具有宽的速度范围和较高的轮缘牵引力要求，其中操作者也可能希望在于低速档位内换档期间有限的冲击运动。

一个重要目标是提供在某个倒档速度和某个前进速度之间的平稳和不明显的切换。在该区域之外，不同步的切换是可接受的。下文提供的布局由包括直接驱动模式和动力分流模式的各种操作模式组成。所有布局都包括IVT模式，以允许有动力的空档的特征。在所有模式中，CVP装置以相对较高的旋转速度和因此对应的相对较低的扭矩运转，其主要目的是减小CVP尺寸。

本文提供了一种基于具有方向级的三模式齿轮箱的可变变速器，该变速器包括：输入轴；变速机构(CVP)，其包括传动地接合到输入轴的输入圈组件，以及输出圈组件；双行星齿轮组，其包括：直接(DIR)驱动离合器；第一行星齿轮组，其包括以下元件：第一太阳齿轮、第一组行星齿轮、第一齿轮架和第一齿圈；以及第二行星齿轮组，其包括以下元件：第二太阳齿轮、第二组行星齿轮、第二齿轮架和第二齿圈，其中，变速机构(CVP)连接到第一太阳轮，并且其中，变速机构(CVP)也可以连接到可选的第一齿轮比；无限可变变速器(IVT)离合器和超速驱动(OD)离合器，它们在动力源(ICE)和变速机构之间连结到输入轴；其中，ICE通过第二齿轮比且通过OD离合器的输出连接到第二齿轮架；并且其中，IVT离合器的输出通过连结到第一齿轮架的第三齿轮比连接到第二圈；第一太阳齿轮和第二太阳齿轮连接而形成双太阳齿轮组；第一齿圈(输出)传动地接合到前进(FWD)离合器的第一部分和倒档惰轮轴(REV-IS)，其中，倒档惰轮轴(REV-IS)通过倒档(REV)离合器连接到可变变速器的输出。

在可变变速器的一些实施例中，可选的第一齿轮比在变速机构(CVP)之前、或在变速机构(CVP)和第一太阳齿轮之间连接到变速器，或者不包括在变速器中。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力再循环(IVT)模式；直接驱动模式；和动力分流(OD)模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力再循环(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。

在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在可变变速器的一些实施例中，存在动力再循环，以便提供接近或等于零的速度比率。

在可变变速器的一些实施例中，直接驱动模式包括：直接(DIR)驱动离合器，其被构造成将第一行星齿轮组的任两个元件锁定到彼此。在可变变速器的一些实施例中，所述任意两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流(OD)模式提供高速度并增加变速器的(齿轮比)范围。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在可变变速器的一些实施例中，REV离合器在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在可变变速器的一些实施例中，FWD离合器在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)始终直接连接到动力源(ICE)和双太阳齿轮组。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力再循环(IVT)模式下操作时，第二齿圈通过齿轮比连接到ICE并以恒定的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，当在直接驱动模式下操作时，双行星齿轮组锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(OD)模式下操作时，第二齿轮架通过齿轮比连接到ICE并以恒定的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，三模式齿轮箱由变速机构(CVP)和双行星齿轮组组成。

在可变变速器的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次IVT或OD或DIR离合器中的仅一个和FWD或REV离合器中的一个活动或闭合。

在可变变速器的一些实施例中，IVT和OD离合器两者或IVT和DIR离合器两者或DIR和OD离合器两者、以及FWD离合器和REV离合器两者均可在模式之间的转变期间或在制动期间为活动的。

本文提供了一种基于具有方向级的三模式齿轮箱的可变变速器，该变速器包括：输入轴；变速机构(CVP)，其包括传动地接合到输入轴的输入圈组件，以及输出圈组件；单行星齿轮组，其包括直接(DIR)驱动离合器，和行星齿轮组元件，即：太阳齿轮、一组行星齿轮、齿轮架和齿圈；其中，变速机构(CVP)连接到第一太阳轮，并且其中，变速机构(CVP)也可以连接到可选的第一齿轮比；无限可变变速器(IVT)离合器和超速驱动(OD)离合器，它们在动力源(ICE)和变速机构之间连结到输入轴；其中，ICE通过第二齿轮比且通过OD离合器的输出连接到齿轮架；并且其中，IVT离合器的输出通过第三齿轮比连接到齿轮架；(输出)齿圈传动地接合到前进(FWD)离合器的第一部分和倒档惰轮轴(REV-IS)，其中，倒档惰轮轴(REV-IS)通过倒档(REV)离合器连接到可变变速器的输出。

在可变变速器的一些实施例中，可选的第一齿轮比在变速机构(CVP)之前、或在变速机构(CVP)和第一太阳齿轮之间连接到变速器，或者不包括在变速器中。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力再循环(IVT)模式；直接驱动(DIR)模式；和动力分流(OD)模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力再循环(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。

在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在可变变速器的一些实施例中，存在动力再循环，以便提供接近或等于零的速度比率。

在可变变速器的一些实施例中，直接驱动模式包括：直接(DIR)驱动离合器，其被构造成将行星齿轮组的任意两个元件锁定到彼此。

在可变变速器的一些实施例中，所述任意两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流(OD)模式提供高速度并增加变速器的齿轮比范围。

在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在可变变速器的一些实施例中，REV离合器在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在可变变速器的一些实施例中，FWD离合器在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)始终直接连接到动力源(ICE)和太阳齿轮。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力再循环(IVT)模式下操作时，齿轮架通过第三齿轮比连接到ICE并以恒定的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，当在直接驱动模式下操作时，双行星齿轮组锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(OD)模式下操作时，齿轮架以动力源(ICE)的速度乘以第二齿轮比(OD比率)的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，三模式齿轮箱由变速机构(CVP)和单行星齿轮组组成。

在可变变速器的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次IVT或OD或DIR离合器中的仅一个和FWD或REV离合器中的一个活动或闭合。在可变变速器的一些实施例中，IVT和OD离合器两者或IVT和DIR离合器两者或DIR和OD离合器两者、以及FWD离合器和REV离合器两者均可在模式之间的转变期间或在制动期间为活动的。

本文提供了一种基于具有方向级的两模式齿轮箱的可变变速器，该变速器包括：输入轴；变速机构(CVP)，其包括传动地接合到输入轴的输入圈组件，以及输出圈组件；单行星齿轮组，其包括直接(DIR)驱动离合器、和行星齿轮组元件，即：太阳齿轮、一组行星齿轮、齿轮架和齿圈，其中，变速机构(CVP)连接到太阳轮，并且其中，变速机构(CVP)也可以连接到可选的第一齿轮比；无限可变变速器(IVT)离合器，其在动力源(ICE)和变速机构之间连结到输入轴；其中，ICE通过第二齿轮比且通过IVT离合器的输出连接到齿轮架；(输出)齿圈传动地接合到前进(FWD)离合器的第一部分和倒档惰轮轴(REV-IS)，其中，倒档惰轮轴(REV-IS)通过倒档(REV)离合器连接到可变变速器的输出。

在可变变速器的一些实施例中，可选的第一齿轮比在变速机构(CVP)之前、或在变速机构(CVP)和第一太阳齿轮之间连接到变速器，或者不包括在变速器中。

在一些实施例中，可变变速器包括两种操作模式，这些模式包括：动力再循环(IVT)模式；和直接驱动(DIR)模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力再循环(IVT)模式允许在IVT模式和直接驱动模式之间的无缝比率切换。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在可变变速器的一些实施例中，存在动力再循环，以便提供接近或等于零的速度比率。

在可变变速器的一些实施例中，直接驱动模式包括：直接(DIR)驱动离合器，其被构造成将行星齿轮组的任意两个元件锁定到彼此。

在可变变速器的一些实施例中，所述任意两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。

在可变变速器的一些实施例中，REV离合器在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在可变变速器的一些实施例中，FWD离合器在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)在IVT模式和直接驱动模式两者下均连接到行星齿轮组的太阳轮。在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)始终连接到动力源(ICE)和太阳齿轮。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力再循环(IVT)模式下操作时，齿轮架通过第二齿轮比连接到ICE并以恒定的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，当在直接驱动模式下操作时，行星齿轮组锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP并且以相同的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，两模式齿轮箱由变速机构(CVP)和单行星齿轮组组成。

在可变变速器的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，仅IVT离合器或DIR离合器和FWD离合器或REV离合器活动或闭合。在可变变速器的一些实施例中，IVT离合器和DIR离合器两者以及FWD离合器和REV离合器两者均可在模式之间的转变期间或在制动期间为活动的。

本文提供了基于多模式操作的三种构型。这些构型基于三模式解决方案，每种模式通过在接合一离合器/制动器的同时释放其它来选择。行星齿轮组与CVP一起是这些构型的中心部分。

这些构型的中心部分是变速机构。在变速机构的每一侧上的球斜面提供传递扭矩所需的夹紧力。简单或复合行星齿轮组与简单的CVP变速机构结合使用提供了诸如静止和倒档的IVT功能。不需要如滑动离合器或变矩器的起动装置，因为IVT功能满足起动功能的需要。然而，这些装置可能被添加以允许安全分离或起动具有减小的负载的发动机。在行星齿轮组后的比率(比率SR_AR)需要实现车辆的最大速度和扭矩。变速器的输出在行星齿轮组的外部圈元件上提供。

本文提供了一种基于多模式操作的可变变速器，该变速器包括：输入轴；第一离合器的第一部分，其传动地接合到输入轴；第一齿轮比的第一齿轮，其传动地接合在输入轴周围；其中，第一齿轮比包括传动地接合到第二齿轮的第一齿轮，其中，第二齿轮接合偏心轴且以偏心轴为中心；中空轴，其以输入轴为中心，包括第一离合器的第二部分、第二离合器的第三部分和第二齿轮比的第三齿轮，所述第一离合器的第二部分传动地接合到中空轴，第二离合器的第三部分传动地接合到中空轴，并且第二齿轮比的第三齿轮传动地接合到中空轴；其中，第二齿轮比包括传动地接合到第四齿轮的第三齿轮；第二离合器的第四部分以输入轴为中心且固定到壳体；变速机构(CVP)，其以偏心轴为中心且包括传动地接合到第二齿轮的输入圈组件、和传动地接合到偏心轴的输出圈组件；其中，偏心轴传动地接合到行星齿轮组的太阳齿轮；行星齿轮组包括：传动地接合到一组行星齿轮的太阳齿轮、齿轮架和由行星齿轮接合的齿圈，其中，齿圈传动地接合到车辆的输出和以偏心轴为中心的第三离合器的第五部分；并且其中，齿轮架连接到第二齿轮比的第四齿轮，其中，第四齿轮接合偏心轴并以偏心轴为中心并且传动地接合到第三齿轮和第三离合器的第六部分。

在一些实施例中，第一离合器为IVT离合器。在一些实施例中，第二离合器为倒档离合器。在一些实施例中，第三离合器为前进离合器。

在一些实施例中，第二齿轮比的第三齿轮在第一离合器和第三离合器之间连接到变速器。然而，应该指出，在不改变变速器的功能的情况下，离合器和齿轮的布置可交替地布置。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：直接驱动前进(FWD)模式；直接驱动倒档(REV)模式；和动力分流(IVT)模式。

在一些实施例中，动力分流(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在一些实施例中，IVT动力分流模式能够在前进方向和倒退方向上提供低速度。在一些实施例中，IVT动力分流模式提供有动力的空档模式。在另一些实施例中，当在动力分流(IVT)模式下操作时，根据CVP比率，传递通过变速机构(CVP)的动力的量可以大于、等于或小于源自动力源的动力的量。

在可变变速器的其它实施例中，直接驱动FWD模式的接合包括：启动第三离合器以将行星齿轮组的两个元件锁定到彼此。在一些实施例中，这两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。在一些实施例中，行星齿轮组的所得到的直接驱动比率为1:1。在其它实施例中，变速器在FWD模式下的比率是第一齿轮比和CVP比率的结果。

在可变变速器的另一些实施例中，直接驱动REV模式的接合包括：通过输入轴和CVP驱动引入的动力源，以及启动第二离合器以将行星齿轮组的齿轮架接地，从而实现负比率。在一些实施例中，行星齿轮在直接驱动REV模式下仅用作减速比率。

在可变变速器的一些实施例中，第二离合器在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在一些实施例中，第三离合器在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，第一齿轮比为加速比率。在一些实施例中，变速机构(CVP)始终直接连接到加速比率和行星齿轮组的太阳齿轮。

当在动力分流(IVT)模式下操作时，在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)直接连接到加速比率和行星齿轮组的太阳齿轮，并且齿轮架通过第一离合器和第二齿轮比连接到ICE。

在一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次第一离合器、第二离合器或第三离合器中的仅一个活动或闭合。

在一些实施例中，第三离合器和第一离合器两者或第一离合器和第二离合器两者在模式之间的转变期间均可为活动的。

在一些实施例中，第一离合器、第二离合器和第三离合器三者在制动期间均可为活动的。

在一些实施例中，行星齿轮组为复合行星齿轮组，其还包括至少第二组行星齿轮。

本文提供了一种基于多模式操作的可变变速器，该变速器包括：输入轴；第一离合器的第一部分，其传动地接合到输入轴；第二离合器的第三部分，其传动地接合到输入轴；第一齿轮比的第一齿轮，其传动地接合在输入轴周围；其中，第一齿轮比包括传动地接合到第二齿轮的第一齿轮和以偏心轴为中心的第二齿轮；第一中空轴，其以输入轴为中心且传动地接合到第一离合器的第二部分和第三齿轮；第二中空轴，其以输入轴为中心且传动地接合到第二离合器的第四部分和第五齿轮；变速机构(CVP)，其以偏心轴为中心且包括传动地接合到第二齿轮的输入圈组件和传动地接合到偏心轴的输出圈组件；其中，偏心轴传动地接合到行星齿轮组的太阳齿轮；行星齿轮组包括：传动地接合到一组行星齿轮的太阳齿轮、齿轮架和由行星齿轮接合的齿圈；其中，齿圈传动地接合到车辆的输出；并且其中，齿轮架传动地接合到第六齿轮、第四齿轮和位于副轴上的第三离合器的第五部分；其中，第二齿轮比包括传动地接合到第三齿轮的第四齿轮；其中，第三齿轮比包括传动地接合到第五齿轮的第六齿轮；其中，第三离合器的第六部分固定到壳体。

在一些实施例中，第一离合器为IVT离合器。在一些实施例中，第二离合器为前进离合器。在一些实施例中，第三离合器为倒档离合器。

在可变变速器的一些实施例中，第二齿轮比和第三齿轮比在第一离合器和第二离合器之间连接到变速器。然而，应该指出，在不改变变速器的功能的情况下，中空轴、离合器和齿轮的布置可交替地布置。还值得指出的是，中空轴和离合器也可设置在偏心轴上而不是输入轴上，因为离合器的功能是中断动力路径。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力分流前进(FWD)模式；直接驱动倒档(REV)模式；和动力分流(IVT)模式。

在一些实施例中，动力分流(IVT)模式提供从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在一些实施例中，IVT动力分流模式能够在前进方向和倒退方向上提供低速度。在一些实施例中，IVT动力分流模式提供有动力的空档模式。

在可变变速器的一些实施例中，FWD模式的接合包括：启动第二离合器以将输入轴通过第三齿轮比连接到齿轮架。

在可变变速器的一些实施例中，直接驱动REV模式的接合包括：通过输入轴和CVP驱动引入的动力源，以及启动第三离合器以将行星齿轮组的齿轮架接地，从而实现负比率。

在可变变速器的一些实施例中，行星齿轮在直接驱动REV模式下仅用作减速比率。在一些实施例中，第三离合器在制动和方向切换期间提供负速度和同步。

在一些实施例中，第二离合器在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在一些实施例中，第一齿轮比为加速比率。在一些实施例中，变速机构(CVP)始终直接连接到加速比率和行星齿轮组的太阳齿轮。

当在动力分流(IVT)模式下操作时，在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)直接连接到加速比率和行星齿轮组的太阳齿轮，并且齿轮架通过第一离合器和第二齿轮比连接到ICE。

在可变变速器的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次第一离合器、第二离合器或第三离合器中的仅一个活动或闭合。在其它实施例中，第三离合器和第一离合器两者或第一离合器和第二离合器两者在模式之间转变期间均可为活动的。在另一些实施例中，第一离合器、第二离合器和第三离合器三者在制动期间均可为活动的。

在可变变速器的一些实施例中，行星齿轮组为复合行星齿轮组，其还包括第二组行星齿轮。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(IVT)或前进(FWD)模式下操作时，根据CVP比率，传递通过变速机构(CVP)的动力的量可以大于、等于或小于源自动力源的动力的量。

本文提供了一种基于多模式操作的可变变速器，该变速器包括：输入轴；第一离合器的第一部分，其传动地接合到输入轴；第一齿轮比的第一齿轮，其传动地接合在输入轴周围；第二齿轮比的第三齿轮，其传动地接合在输入轴周围；其中，第一齿轮比包括传动地接合到第二齿轮的第一齿轮和以偏心轴为中心的第二齿轮；变速机构(CVP)，其以偏心轴为中心且包括传动地接合到第二齿轮的输入圈组件和传动地接合到偏心轴的输出圈组件；其中，偏心轴传动地接合到行星齿轮组的太阳齿轮；行星齿轮组包括：传动地接合到一组行星齿轮的太阳齿轮、齿轮架和由行星驱动的齿圈，其中，齿圈传动地接合到车辆的输出；并且其中，齿轮架传动地接合到第二离合器的第三部分、第三离合器的第五部分和第四齿轮比的第八齿轮；第一中空轴，其以偏心轴为中心，且传动地接合到第二离合器的第四部分和第二齿轮比的第四齿轮；第二中空轴，其以偏心轴为中心，且传动地接合到第三离合器的第六部分和第三齿轮比的第六齿轮；以及第三中空轴，其以输入轴为中心，且传动地接合到第一离合器的第二部分和第四齿轮比的第九齿轮；惰轮轴，其传动地接合到第二齿轮比的第五齿轮和第三齿轮比的第七齿轮；其中，第二齿轮比包括第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮；并且其中，第三齿轮传动地接合到第四齿轮和第五齿轮；其中，第三齿轮比包括第六齿轮和第七齿轮；并且第六齿轮传动地接合到第七齿轮；并且其中，第四齿轮比包括第八齿轮和第九齿轮；并且第八齿轮传动地接合到第九齿轮。

在一些实施例中，第一离合器为IVT离合器。在一些实施例中，第二离合器为前进离合器。在一些实施例中，第三离合器为倒档离合器。在一些实施例中，第一齿轮比、第二齿轮比和第三齿轮比在IVT离合器之后连接到输入轴。然而，还应该指出，在不改变变速器的功能的情况下，中空轴、离合器和齿轮的布置可交替地布置。还值得指出的是，中空轴和离合器也可设置在偏心轴而不是输入轴上，因为离合器的功能是中断动力路径。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力分流前进(FWD)模式；动力分流倒档(REV)模式；和动力分流(IVT)模式。

在一些实施例中，动力分流(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在一些实施例中，IVT模式提供有动力的空档模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流FWD模式的接合包括：启动第二离合器以将齿轮架通过第二齿轮比连接到ICE。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流REV模式的接合包括：启动第三离合器以将齿轮架通过第二齿轮比和第三齿轮比连接到ICE。

在一些实施例中，第三离合器在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在一些实施例中，第二离合器在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(IVT)模式下操作时，变速机构(CVP)直接连接到加速比率和行星齿轮组的太阳齿轮，并且齿轮架通过第一离合器和第四齿轮比连接到ICE。在一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次第一离合器、第二离合器或第三离合器中的仅一个活动或闭合。在其它实施例中，第三离合器和第一离合器两者或第一离合器和第二离合器两者在模式之间转变期间均可为活动的。在可变变速器的另一些实施例中，第一离合器、第二离合器和第三离合器三者在制动期间均可为活动的。

在可变变速器的一些实施例中，行星齿轮组为复合行星齿轮组，其还包括至少第二组行星齿轮。

在一些实施例中，本文所述可变变速器还包括扭力阻尼器，其中，所述扭力阻尼器位于输入动力源和输入轴之间，以避免或减少将扭矩峰值和振动从输入动力源传递至输入轴、第一离合器、第二离合器、第三离合器、变速机构和行星齿轮组中的一者或多者。在一些实施例中，扭力阻尼器与离合器联接。

本文提供了包括牵引流体润滑剂的可变行星齿轮变速器的实施例。

在本文所述可变变速器的一些实施例中，输入动力源包括内燃发动机(ICE)。

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请都在好像每个独立公开物、专利和专利申请都专门和独立地指示通过参考引入那样相同的程度上通过参考引入本文。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求书中进行了详细描述。通过参照叙述其中使用本发明的原理的示例性实施例的以下详细描述和附图，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：

图1是球型变速机构的侧剖视图；

图2是图1的变速机构的球的放大侧剖视图，其具有第一圈组件和第二圈组件的对称布置；

图3是在非公路(OH)车辆中使用的典型的连续可变变速器(CVT)的框图；

图4是示例性三模式齿轮箱的说明性视图，其具有方向级和两个简单行星齿轮组或双行星齿轮组，示出了由齿轮箱的第一级提供的三种模式。

图5是图4中所示行星齿轮组的速度图的说明性视图。

图6是图4的构型的物理布局的说明性视图。

图7是三模式齿轮箱的另一个说明性视图，其具有方向级和单行星齿轮组，示出了由齿轮箱的第一级提供的三种模式。

图8是图7中所示行星齿轮组的速度图的说明性视图。

图9是图7的构型的物理布局的说明性视图。

图10是示例性两模式齿轮箱的说明性视图，其具有离合器和单行星齿轮组，示出了由齿轮箱的第一级提供的两种模式。

图11是图10中所示行星齿轮组的速度图的说明性视图。

图12是图10的构型的物理布局的说明性视图。

图13是带有锁定的行星齿轮组的示例性直接驱动前进(FWD)模式的说明性视图。

图14是带有接地的行星齿轮组齿轮架的示例性直接驱动倒档(REV)模式的说明性视图，其中太阳齿轮、齿圈和行星均具有非零速度。

图15是示例性无限可变行星(IVT)动力分流模式的说明性视图，其中CVP仍连接到太阳，但发动机也通过比率连接到行星齿轮组的齿轮架。

图16是示例性变速器构型的速度图的说明性视图，该变速器构型具有两种直接驱动模式和一种动力分流模式。

图17是图16所示变速器构型的物理布局的说明性视图，其包括两种直接驱动模式和一种动力分流模式。

图18是示例性变速器构型的速度图的说明性视图，该变速器构型具有一种直接驱动模式和两种动力分流模式。

图19是图18所示变速器构型的物理布局的说明性视图，其包括一种直接驱动模式和两种动力分流模式。

图20是示例性变速器构型的速度图的说明性视图，其具有三种动力分流模式。

图21是图20所示变速器构型的物理布局的说明性视图，其包括三种动力分流模式。

具体实施方式

连续可变变速器速度比率可具有提供从低速度比率到高速度比率的更平滑且连续的转变的优点。然而，现有的连续可变变速器可能比理想的更复杂。

连续可变变速器或CVT具有许多类型：作为非限制性示例，带有可变皮带轮的皮带式、环面式和圆锥式。CVT的原理在于，它通过以无级方式改变传动比而使得发动机能够以其最高效的旋转速度运转，其中传动比是汽车的速度和驾驶员的扭矩需求(节气门位置)的函数。如果需要的话，例如当加速时，CVT被构造成也切换至提供更大动力的最佳比率。CVT被构造成在丝毫不中断动力传输的情况下将比率从最小值变为最大值，而不是像通常的变速器那样的相反情况，后者需要通过分离从一种离散比率切换以接合下一比率而中断动力传输。CVT的具体用途是无限可变变速器或IVT。在CVT局限于正速度比率的情况下，IVT构型可连续地执行空档和甚至倒档比率。在一些传动系构型中，CVT可用作IVT。

本文提供了基于针对连续可变行星的球型变速机构(也称为CVP)的CVT的构型。CVT和CVP的一些一般方面在US20040616399或AU2011224083A1中有所描述，这两份专利全文以引用方式并入本文中。

如图1所示，本文所用CVT的类型由多个变速机构球997(根据应用)、两个盘(输入盘995、输出盘996)或环形圈，每个环形圈具有接合变速机构球997的接合部分。接合部分可以与变速机构球997形成圆锥或环面凸形或凹形的表面接触，以作为输入和输出。CVT可包括惰轮999，其接触球997，也在图1中示出。变速机构球997安装在轮轴998上，其自身保持在保持架或齿轮架中，以允许通过使变速机构球的轮轴998倾斜来改变比率。也存在其它类型的球型CVT，例如由Milner生产的那种，但略有不同。本文另外构思到这些备选的球型CVT。球型CVT的一般工作原理在图2中示出。

如图1或图2所示，变速机构是一个系统，其使用在齿轮架中的一套旋转且倾斜的球，齿轮架被定位在输入圈和输出圈之间。使球倾斜改变其接触直径并改变速度比率。在相对于球体的旋转轴线的两个不同的位置处接触旋转的球体将针对输入和输出扭矩和速度提供可根据接触点的位置从低速驱动向超速驱动变化的“速度比率”。因此，变速机构系统提供到其范围内的任何比率的连续转变。通过以连续方式倾斜球体的轮轴，以提供不同的接触半径，继而驱动输入和输出圈或盘，就能切换齿轮比。

如上所述，变速机构具有多个球，以通过多个流体补片(patch)传递扭矩。各球以圆形阵列围绕中心惰轮(太阳轮)放置并且接触单独(分开)的输入和输出牵引圈接合部分。该构型使输入和输出可以是同心且紧凑的。结果是使变速器能够在运动时、在负载下或停止时平滑地掠过整个比率范围。

CVT的主要工作原理在于，它通过无缝地改变随车辆速度变化的传动比而使得发动机能够以其最高效的旋转速度运转。此外，如果需要更高的加速度/性能，CVT也可切换至提供更大动力的比率。CVT可在丝毫不中断动力流的情况下将比率从最小值变为最大值，而不像在比率切换期间造成颠簸的常规变速器那样。CVT的具体用途是无限可变变速器或IVT。CVT局限于正速度比率，而IVT构型可连续地执行空档和甚至倒档比率。在一些传动系构型中，CVT也可用作IVT。

一个典型的CVT设计例子是"VariGlide"技术，它代表一种滚动牵引驱动系统，该系统通过剪切薄流体膜而在输入和输出滚动表面之间传递力。由于其类似于行星齿轮系统的操作，该技术被称为“连续可变行星齿轮”(CVP)。该系统由下列部分组成：输入盘(圈)，其由动力源驱动；输出盘(圈)，其驱动CVP输出；和一组球，其在其自己的轮轴上旋转，并且装配在这两个盘之间；以及中心太阳轮，如图1所示。

变速机构自身利用牵引流体工作。牵引流体可选地位于变速机构中以用于润滑和牵引。来自输入动力源的扭矩在输入圈、球和输出圈之间利用牵引流体的薄层(也称为弹性流体动力润滑(EHL))被传递。盘被紧密地夹紧到球上，以获得传递扭矩所需的夹紧力。在球和圆锥圈之间的润滑剂在高压下充当固体。当该流体在这两个非常硬的元件(球和圈)之间的滚动接触下经受高接触压力时，流体会经历向弹性固体的几乎瞬时的相变。在该牵引补片内，流体的分子堆积并连结以形成固体，通过该固体可传递剪切力进而是扭矩。应当注意，当滚动元件旋转时，这些元件实际上不物理接触。动力因此从第一圈组件(变速机构的输入)通过变速机构球传递至第二圈组件(变速机构的输出)。通过使变速机构球轮轴倾斜，比率在输入和输出之间改变。当变速机构球中的每一个的轴线为水平时，比率为一，当轴线倾斜时，在轴线和接触点之间的距离改变，从而在低速驱动和超速驱动之间改变整个比率。所有变速机构球的轮轴利用包括在保持架中的机构同时且以相同的角度倾斜。

本文所述本发明的实施例将在诸如小型轮式装载机的小型非公路应用中使用，其具有宽的速度范围和较高的轮缘牵引力要求，其中操作者也可能希望在于低速档位内换档期间有限的冲击运动。

本文所述本发明的实施例还会有许多其它应用。例如，虽然对非公路车辆应用进行了引用，但本文所述连续可变变速器可在其中存在宽的速度范围和/或较高的轮缘牵引力要求的许多应用中使用，例如，越野休闲车(或其它跨界车)、军用车辆和其它重型应用。

用于非公路(OH)车辆300的典型传动系在下图3中示出。CVT 305用来代替传统变速器，并且位于发动机(ICE)301或内燃发动机或其它动力源和差速器302之间，如图3所示。在发动机301和CVT 305之间可以引入扭力阻尼器303(备选地称为阻尼器)，以避免传递会损坏CVT 305的扭矩峰值和振动。在一些构型中，该阻尼器303可与离合器304联接，以用于起动功能或允许发动机与变速器脱离。在该布局中，其它类型的CVT(除了球型牵引驱动器之外)也可用作变速机构。

除了以上构型之外，在变速机构直接用作主变速器的情况下，其它架构也是可能的。通过添加多个齿轮、离合器和简单或复合行星，可以引入各种动力路径布局。在这样的构型中，整个变速器可提供若干操作模式：CVT、IVT、组合模式等。

本文提供了基于两级齿轮箱的三种构型。第一级提供多模式构型，该构型结合动力分流模式(IVT(带有齿轮传动空档功能)和超速驱动(OD))以及直接驱动模式。第二级是方向级，以利用一对方向离合器选择前进或倒档行驶。三种构型之间的主要区别涉及第一级和尤其模式及其部件的数量。

第一构型(备选地称为3*2模式-宽构型)基于具有方向级的三模式齿轮箱。在三种模式之间的切换设计成平稳且不明显的。在前进和倒档离合器之间的切换通常将发生在零速度附近，同时IVT功能将提供有动力的空档模式。

图4示出了由齿轮箱的第一级提供的三种模式。齿轮箱由CVP变速机构和两个简单行星齿轮组(备选地称为双行星齿轮组)组成。几种行星齿轮构型可以用来提供相同的功能，然而，图4-图6中所用示例为双太阳轮行星齿轮，其太阳轮连接到彼此。

CVP输出在所有模式下均连接到双行星齿轮的双太阳轮。除了1之外的附加比率可在CVP的任一侧上(在CVP和太阳轮或发动机之间)添加，如图4所示。附加比率将仅略微改变总比率，从而保持该构型的相同工作原理。行星齿轮组的第一圈连接到前进离合器和倒档离合器，离合器最终将圈在所有三种模式下均连接到变速器的输出。

第一模式是称为无限可变变速器(IVT)的动力再循环模式，因为它允许从负比率向有动力的空档和前进速度比率的无缝比率切换。在该模式下，第一齿轮架/第二圈通过齿轮比连接到ICE，即：“速度比率IVT”。在该模式下，动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。一些动力再循环将存在，以便提供接近零的速度比率。

第二模式是直接驱动模式，其中第一行星齿轮组的两个元件连接到彼此。这样，行星齿轮组锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP。应当指出，待锁定的行星齿轮组元件被任意选择，并且可以根据物理约束或其它考虑而改变。

第三模式是称为超速驱动(OD)模式的动力分流模式，因为它提供高速度并增加变速器的齿轮比范围。在该模式下，第二齿轮架通过另一个齿轮比连接到ICE，即：“速度比率OD”。类似于第一模式，动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

邻近这三种模式，在制动和方向切换期间，两个离合器提供正速度和负速度，加上所需的同步。因此，在前进离合器接合的IVT模式和倒档离合器接合的IVT模式之间需要一些重叠。该范围也将提供有动力的空档功能。

提供该构型的可变比率的主要部件是此前所述的CVP变速机构。在变速机构的每一侧上的球斜面提供传递扭矩所需的夹紧力。由于两个简单行星齿轮组，该构型能够通过仅使用简单的CVP变速机构而提供如在IVT中那样的零速度和倒档比率。不需要如滑动离合器或变矩器的起动装置，因为IVT功能可能解决起动功能问题。然而，附加部件可能对于“安全断开”或“发动机断开”功能是必要的。在行星之后的比率(比率SR_AR)是必要的，以确保车辆的最大速度和扭矩要求仍能被实现。变速器的输出在行星齿轮组的外部(即，圈)元件上实现。

图5示出了在此构型内使用的两个简单行星齿轮组的速度图。四个水平轴线自下而上分别表示双太阳轮旋转速度501、第二齿轮架旋转速度502、第二齿轮架/第一圈旋转速度503和第一圈旋转速度504。

第一圈始终用作行星齿轮组的输出并且在离开轮轴之前到达方向级。CVP输入始终连接到ICE，并且CVP输出在另一侧上始终连接到两个简单行星齿轮组的公共太阳齿轮；然而，除了1之外的比率可以存在于CVP的两侧上。可由CVP仅通过调整其比率达到的速度在太阳轮轴线上示出为粗体区域507。

在IVT模式下，第二圈通过齿轮比505连接到ICE且因此始终以恒定的速度转动。第一级的输出因此提供可看作在第一轴线上的区域506的速度。如果前进离合器接合，CVP的最大速度比率对应于在输出508处略负的速度，而CVP中的最小速度比率使IVT模式达到其最大正速度509。

在直接驱动模式下，行星齿轮组锁定在1:1的比率，并且第一级的输出因此正以与CVP输出相同的速度转动。该模式在速度图上的区域510中示出。

超速驱动模式由特征511示出且类似于IVT模式，第二齿轮架以发动机速度乘以超速驱动比率512的速度转动且提供超速驱动输出。

变速器的第二级由两个简单离合器构成以选择前进或倒档。通过接合倒档离合器，所示三个区域将针对倒档区域体现为在速度图上的区域513中所示那样。因此在两种IVT模式之间可获得小的重叠，如上文所解释那样。

在三种模式之间的切换设计成平稳且同步的，这意味着CVP比率以及所有其它部件的速度在模式切换之前、期间和之后将保持相同。

图6示出了该构型600的物理布局的示例。该视图从车辆的侧面截取。输入轴105连结到CVP 601，CVP 601的输出通过齿轮比602连接到双简单行星齿轮组605的第一太阳轮610。直接驱动离合器DIR 614存在于行星齿轮组605中，以将两个元件锁定在一起，并且因此将行星齿轮组设定至1:1的比率。ICE 100也连结到IVT模式630和OD模式640的离合器。在OD模式下，ICE速度通过齿轮比645连接到双简单行星齿轮组的第二齿轮架622。IVT离合器的输出连接到双简单行星齿轮组的第二圈623，第二圈623连结到第一齿轮架。双简单行星齿轮组的两个太阳轮610、620连接到彼此。行星齿轮组的输出(第一圈613)接着通过惰轮轴670连接到前进离合器650的第一部分和倒档离合器660两者。这些离合器联接到变速器的输出。

在变速器600的正常操作中，每次第一级的仅一个离合器与前进离合器或倒档离合器中的一个一起闭合。然而，在两种相邻模式之间的转变期间，第一级的两个离合器可同时施加，而不使离合器在同步点打滑。这在制动时也是可能的，以便耗散变速器中的能量。

本文提供了一种带有方向级的基于三模式齿轮箱的可变变速器600，该变速器包括：输入轴105；变速机构(CVP)601，其包括传动地接合到输入轴的输入圈组件601a和输出圈组件601b；双行星齿轮组605，其包括：直接(DIR)驱动离合器614；第一行星齿轮组，其包括以下元件：第一太阳齿轮610、第一组行星齿轮611、第一齿轮架612和第一齿圈613；以及第二行星齿轮组，其包括以下元件：第二太阳齿轮620、第二组行星齿轮621、第二齿轮架622和第二齿圈623，其中，变速机构(CVP)输出601b连接到第一太阳轮610，并且其中，变速机构(CVP)601也可以连接到可选的第一齿轮比602；无限可变变速器(IVT)离合器630和超速驱动(OD)离合器640，在动力源(ICE)100和变速机构之间连结到输入轴105；其中，ICE 100通过第二齿轮比645且通过OD离合器的输出连接到第二齿轮架622；并且其中，IVT离合器的输出通过连结到第一齿轮架612的第三齿轮比635连接到第二圈623；第一太阳齿轮610和第二太阳齿轮620连接而形成双太阳齿轮组；第一齿圈613(输出)传动地接合到前进(FWD)离合器650的第一部分和倒档惰轮轴670(REV-IS)，其中，倒档惰轮轴670(REV-IS)通过倒档(REV)离合器660连接到可变变速器的输出。

在可变变速器的一些实施例中，可选的第一齿轮比602在变速机构(CVP)601之前或在变速机构(CVP)和第一太阳齿轮610之间连接到变速器，或者不包括在变速器中。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力再循环(IVT)模式；直接驱动模式；和动力分流(OD)模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力再循环(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在可变变速器的一些实施例中，动力再循环存在，以便提供接近或等于零的速度比率。

在可变变速器的一些实施例中，直接驱动模式包括：直接(DIR)驱动离合器614，其被构造成将第一行星齿轮组的任意两个元件锁定到彼此(610-613)。在可变变速器的一些实施例中，所述任意两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流(OD)模式提供高速度并增加变速器的齿轮比范围。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在可变变速器的一些实施例中，REV离合器660在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在可变变速器的一些实施例中，FWD离合器650在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)601始终直接连接到动力源(ICE)100和双太阳齿轮组610/620。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力再循环(IVT)模式下操作时，第二齿圈623通过齿轮比635连接到ICE 100并以恒定的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，当在直接驱动模式下操作时，双行星齿轮组锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(OD)模式下操作时，第二齿轮架622通过齿轮比645连接到ICE 100并以恒定的速度转动。

在可变变速器的一些实施例中，三模式齿轮箱由变速机构(CVP)601和双行星齿轮组605组成。

在可变变速器的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次IVT离合器630或OD离合器640中的仅一个和FWD离合器650或REV离合器660中的一个活动或闭合。

在可变变速器的一些实施例中，IVT离合器和OD离合器两者和FWD离合器和REV离合器两者均可在模式之间的转变期间或在制动期间为活动的。

第二构型(备选地称为3*2模式-短构型)基于具有方向级的三模式齿轮箱。在三种模式之间的切换设计成平稳且不明显的。在前进和倒档离合器之间的切换通常将发生在零速度附近，同时IVT功能将提供有动力的空档模式。该构型使用单个简单行星齿轮组来代替第一构型中的双简单行星齿轮组。因此，该构型的齿轮比范围将略小，而工作原理将保持相同。

图7示出了由齿轮箱的第一级提供的三种模式。齿轮箱由CVP变速机构和单行星齿轮组组成。

在所有模式下，CVP连接到行星齿轮组的太阳轮。附加比率可在CVP的任一侧上(在CVP和太阳轮或发动机之间)添加，如图7所示。附加比率将仅略微改变总比率，从而保持该构型的相同工作原理。在所有三种模式下，行星齿轮组的圈通过一对方向离合器连接到变速器的输出。

该构型的三种模式在功能上类似于此前的(3*2模式-宽)构型，并且包括：称为无限可变变速器(IVT)的动力再循环模式；直接驱动模式；和称为超速驱动(OD)的动力分流模式。

提供该构型的可变比率的主要部件是此前所述CVP变速机构。图8示出了在该构型中使用的(单)行星齿轮组的速度图。三个水平轴线自上而下分别表示太阳轮旋转速度801、齿轮架旋转速度802和圈旋转速度803。

该圈始终用作行星齿轮组的输出并且在离开轮轴之前到达方向级。CVP输入始终连接到ICE，而CVP输出在另一侧上始终连接到行星齿轮组的太阳轮；然而，某些比率可以存在于CVP的两侧上。可由CVP仅通过调整其比率达到的速度在太阳轮轴线上示出为粗体区域806。

在IVT模式下，齿轮架通过齿轮比804连接到ICE且因此始终以恒定的速度转动。第一级的输出因此提供可看作在第一轴线上的区域807的速度。如果前进离合器接合，CVP的最大速度比率对应于在输出808处略负的速度，而CVP中的最小速度比率使IVT模式达到其最大正速度809。

在直接驱动模式下，行星齿轮组锁定在1:1的比率，并且第一级的输出因此以与CVP输出相同的速度转动。该模式在速度图上的区域810中示出。

超速驱动模式以紫色811示出且类似于IVT模式，齿轮架以发动机速度乘以超速驱动比率805的速度转动且提供超速驱动输出。该设计和此前的设计在工作原理上的唯一区别是该OD模式的齿轮比范围。

变速器的第二级由两个简单离合器构成以选择前进或倒档。通过接合倒档离合器，示出为807、810和811的区域将针对倒档区域体现为在速度图上的区域812中所示那样。因此在两种IVT模式之间可获得小的重叠，如上文所解释那样。

图9示出了该构型900的物理布局的示例。该视图从车辆的侧面截取。动力源(ICE)100通过输入轴105连结到CVP 901，CVP 901的输出通过第一齿轮比902连接到行星齿轮组905的太阳轮910。直接驱动离合器DIR 914存在于行星齿轮组中，以将两个元件锁定在一起，并且因此将行星齿轮组设定至1:1的比率。ICE也连结到IVT模式和OD模式的离合器。在OD模式下，ICE速度通过第二齿轮比945连接到行星齿轮组的齿轮架。IVT离合器930的输出连接到行星齿轮组的齿轮架912。行星齿轮组的输出(圈913)接着通过惰轮轴970连接到前进离合器950的第一部分和倒档离合器960两者。这些离合器联接到变速器的输出。

在变速器900的正常操作中，每次第一级的仅一个离合器与前进离合器或倒档离合器中的一个一起闭合。然而，在两种相邻模式之间的转变期间，第一级的两个离合器可被施加，而不在同步点处打滑。远离同步点，附加的离合器将充当制动器。这在制动时也是可能的，以便耗散变速器中的能量。

本文提供了一种基于具有方向级的三模式齿轮箱的可变变速器，该变速器包括：输入轴105；变速机构(CVP)901，其包括传动地接合到输入轴105的输入圈组件901a和输出圈组件901b；单行星齿轮组905，其包括直接(DIR)驱动离合器914和行星齿轮组元件：太阳齿轮910、一组行星齿轮911、齿轮架912和齿圈913；其中，变速机构(CVP)901连接到第一太阳轮910，并且其中，变速机构(CVP)901也可以连接到可选的第一齿轮比902；无限可变变速器(IVT)离合器930和超速驱动(OD)离合器940，其在动力源(ICE)100和变速机构901之间连结到输入轴105；其中，ICE 100通过第二齿轮比945且通过OD离合器940的输出连接到齿轮架912；并且其中，IVT离合器930的输出通过第三齿轮比935连接到齿轮架912；(输出)齿圈913传动地接合到前进(FWD)离合器950的第一部分和倒档惰轮轴(REV-IS)970，其中，倒档惰轮轴(REV-IS)970通过倒档(REV)离合器960连接到可变变速器的输出。

在可变变速器900的一些实施例中，可选的第一齿轮比902在变速机构(CVP)901之前或在变速机构(CVP)901和第一太阳齿轮910之间连接到变速器，或者不包括在变速器中。

在一些实施例中，可变变速器900包括三种操作模式，这些模式包括：动力再循环(IVT)模式；直接驱动(DIR)模式；和动力分流(OD)模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力再循环(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在可变变速器的一些实施例中，动力再循环将存在，以便提供接近或等于零的速度比率。

在可变变速器900的一些实施例中，直接驱动模式包括：直接(DIR)驱动离合器914，其被构造成将行星齿轮组905的任意两个元件锁定到彼此。在可变变速器的一些实施例中，所述任意两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。

在可变变速器900的一些实施例中，动力分流(OD)模式提供高速度并增加变速器的齿轮比范围。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在可变变速器900的一些实施例中，REV离合器960在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在可变变速器的一些实施例中，FWD离合器950在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器900的一些实施例中，变速机构(CVP)901始终直接连接到动力源(ICE)100和太阳齿轮910。

在可变变速器900的一些实施例中，当在动力再循环(IVT)模式下操作时，齿轮架912通过第三齿轮比935连接到ICE 100并以恒定的速度转动。

在可变变速器900的一些实施例中，当在直接驱动模式下操作时，双行星齿轮组锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP 901并且以相同的速度转动。

在可变变速器900的一些实施例中，当在动力分流(OD)模式下操作时，齿轮架912以动力源100(ICE)的速度乘以第二齿轮比945(OD比率)的速度转动。

在可变变速器900的一些实施例中，三模式齿轮箱由变速机构(CVP)901和单行星齿轮组905组成。

在可变变速器900的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次IVT离合器930或OD离合器940中的仅一个和FWD离合器950或REV离合器960中的一个活动或闭合。在可变变速器的一些实施例中，IVT离合器930和OD离合器940两者以及FWD离合器950和REV离合器960两者均可在模式之间的转变期间或在制动期间为活动的。

该第三构型基于带有方向级的两模式齿轮箱。在两种模式之间的切换设计成平稳且不明显的。在前进和倒档离合器之间的切换通常将发生在零速度附近，同时IVT功能将提供有动力的空档模式。该构型类似于第二构型，其中，超速驱动模式已被移除以简化设计(即，降低成本)。

图10示出了由齿轮箱的第一级提供的两种模式。齿轮箱由CVP变速机构和单行星齿轮组组成。

在两种模式下，CVP 1201连接到行星齿轮组1205的太阳轮1210。附加比率1202可在CVP1201的任一侧上(在CVP和太阳轮或发动机之间)添加，如图10所示。附加比率将仅略微改变总比率，从而保持该构型的相同工作原理。在所有三种模式下，行星齿轮组的圈1213通过一对方向离合器1260、1250连接到变速器的输出。

该构型的两种模式在功能上类似于此前两种构型的两种第一模式(即，IVT和直接驱动)，并且包括：称为无限可变变速器(IVT)的动力分流模式；和直接驱动(低速)模式。如前所述，称为超速驱动(OD)的动力分流模式已从该构型移除，以示出较低成本的构型。

提供该构型的可变比率的主要部件是此前所述CVP变速机构。图11示出了在该构型中使用的行星齿轮组的速度图。三个水平轴线自上而下分别表示太阳轮旋转速度1101、齿轮架旋转速度1102和圈旋转速度1103。

该圈始终用作行星齿轮组的输出并且在离开轮轴之前到达方向级。CVP输入始终连接到ICE，而CVP输出在另一侧上始终连接到行星齿轮组的太阳轮；然而，除了1之外的比率可以存在于CVP的两侧上。可由CVP仅通过调整其比率达到的速度在太阳轮轴线上示出为粗体区域1105。

在IVT模式下，齿轮架通过齿轮比1104连接到ICE且因此始终以恒定的速度转动。第一级的输出因此提供可看作在第一轴线上的区域1106的速度。如果前进离合器接合，CVP的最大速度比率对应于在输出处略负的速度1107，而CVP中的最小速度比率使IVT模式达到其最大正速度。

在直接驱动模式下，行星齿轮组锁定在1:1的比率，并且第一级的输出因此以与CVP输出相同的速度转动。该模式在速度图上的区域1109中示出。

变速器的第二级由两个简单离合器构成以选择前进或倒档。通过接合倒档离合器，所示两个区域将针对倒档区域体现为在速度图上的区域1110中所示那样。因此在两种IVT模式之间可获得小的重叠，如上文所解释那样。

在两种模式之间的切换设计成平稳且同步的，这意味着CVP比率以及大多数其它部件的速度在模式切换之前、期间和之后将保持相同。

图12示出了该构型1200的物理布局的示例。该视图从车辆的侧面截取。输入轴105连结到CVP 1201，CVP 1201的输出通过齿轮比1202连接到行星齿轮组1205的太阳轮1210。直接驱动离合器DIR 1214存在于行星齿轮组中，以将两个元件锁定在一起，并且因此将行星齿轮组设定至1:1的比率。ICE 100也连结到IVT模式的离合器1230。IVT离合器的输出连接到行星齿轮组的齿轮架1212。行星齿轮组的输出(圈1213)传动地接合到前进(FWD)离合器1250的第一部分和倒档惰轮轴(REV-IS)1270，其中，倒档惰轮轴(REV-IS)1270通过倒档(REV)离合器1260连接到可变变速器的输出。

在变速器1200的正常操作中，每次第一级的仅一个离合器与前进离合器或倒档离合器中的一个一起闭合。然而，在两种相邻模式之间的转变期间，两个离合器可被施加，而不在同步点处打滑。远离同步点，附加的离合器将充当制动器。这在制动时也是可能的，以便耗散变速器中的能量。

本文提供了一种基于具有方向级的两模式齿轮箱的可变变速器1200，该变速器包括：输入轴105；变速机构(CVP)1201，其包括传动地接合到输入轴105的输入圈组件1201a和输出圈组件1201b；单行星齿轮组1205，其包括直接(DIR)驱动离合器1214和行星齿轮组元件：太阳齿轮1210、一组行星齿轮1211、齿轮架1212和齿圈1213；其中，变速机构(CVP)1201连接到太阳轮1210，并且其中，变速机构(CVP)1201也可以连接到可选的第一齿轮比1202；无限可变变速器(IVT)离合器1230，其在动力源(ICE)100和变速机构1201之间连结到输入轴105；其中，ICE 100通过第二齿轮比1235且通过IVT离合器1230的输出连接到齿轮架1212；(输出)齿圈1213传动地接合到前进(FWD)离合器1250的第一部分和倒档惰轮轴(REV-IS)1270，其中，倒档惰轮轴(REV-IS)1270通过倒档(REV)离合器1260连接到可变变速器的输出。

在可变变速器1200的一些实施例中，可选的第一齿轮比1202在变速机构(CVP)1201之前或在变速机构(CVP)1201和第一太阳齿轮1210之间连接到变速器，或者不包括在变速器中。

在一些实施例中，可变变速器包括两种操作模式，这些模式包括：动力再循环(IVT)模式；和直接驱动模式。在可变变速器的一些实施例中，动力再循环(IVT)模式允许在IVT模式和直接驱动模式之间的无缝比率切换。在可变变速器的一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在可变变速器的一些实施例中，动力再循环将存在，以便提供接近或等于零的速度比率。

在可变变速器1200的一些实施例中，直接驱动模式包括：直接(DIR)驱动离合器1214，其被构造成将行星齿轮组1205的任意两个元件锁定到彼此。在可变变速器1200的一些实施例中，所述任意两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。

在可变变速器1200的一些实施例中，REV离合器1260在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在可变变速器的一些实施例中，FWD离合器1250在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器1200的一些实施例中，变速机构(CVP)1201在IVT模式和直接驱动模式两者下连接到行星齿轮组1205的太阳1210。在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)1201始终连接到动力源(ICE)100和太阳齿轮1210。

在可变变速器1200的一些实施例中，当在动力再循环(IVT)模式下操作时，齿轮架1212通过第二齿轮比1235连接到ICE 100并以恒定的速度转动。

在可变变速器1200的一些实施例中，当在直接驱动模式下操作时，行星齿轮组1205锁定在1:1的比率并且所有动力都流过CVP 1201。

在可变变速器1200的一些实施例中，两模式齿轮箱由变速机构(CVP)1201和单行星齿轮组1205组成。

在可变变速器1200的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，仅IVT离合器1230或DIR离合器1214和FWD离合器1250或REV离合器1260活动或闭合。在可变变速器的一些实施例中，IVT离合器和DIR离合器两者以及FWD离合器和REV离合器两者均可在前进和倒档之间转变期间或在制动期间为活动的。

本文介绍了基于相同的一般原理的三种构型。它们均由两个主要级组成。第一级是多模式齿轮箱，而第二级对应于用于前进和倒档的两个简单离合器。在第一级中的模式选择通过在接合三个离合器之一的同时释放其它离合器来进行。在第二级中的方向选择通过在接合两个离合器之一的同时释放另一个来进行。

各种模式和两个方向允许CVT提供倒档速度、前进速度和有动力的空档，而没有任何间隙。另外，在相邻模式之间的切换是同步的，并且可以变得不引人注意；从而提供了改善的驾驶舒适性和安全性。在倒档离合器和前进离合器之间的切换也在零速度下进行，并且因此也将是不引人注意的。

本发明不限于所示特定实施例，并且假设类似于速度图执行的所有构型和一般布局也是本发明的一部分。

本文所述的该构型和其布局提供了有动力的空档比率。所实现的扩展足以允许发动机在更佳的点操作，从而提供燃料经济性，同时保持相同的操作速度。

这三种设计之间的区别主要是复杂性(成本和机械/物理约束)与CVP尺寸(操作扭矩)。由于通过从3×2宽朝2×2减小内容而简化了设计，总齿轮比范围变得更窄，这最终导致较高的扭矩传递通过变速机构，这也意味着对于相同的变速器输出扭矩来说变速机构的更大的球尺寸。

3×2模式设计也具有以下优点：在相邻模式之间同步切换的情况下提供六种模式(Rev OD-Rev DIR-Rev IVT-Fwd IVT-Fwd DIR-Fwd OD)，并且仅需要五个离合器。结合IVT-DIR-OD等的现有技术每种模式将需要一个离合器。另外，认识到很难执行在前进和倒档中具有相等速度比率的六种模式的现有技术。

本文提供了基于多模式操作的三种构型。这些构型基于三模式解决方案，每种模式通过在接合一个离合器/制动器的同时释放其它来选择。行星齿轮组与CVP一起是这些构型的中心部分。通过改变行星齿轮的使用方式，可用不同的模式组合来扩大布局数量。行星齿轮可用作合并差速器，将在其元件中的两个处的输入速度和扭矩结合成在其第三元件处的输出速度和扭矩。它也可用作简单的齿轮比，或者通过将任两个元件锁定在一起或者通过将所选一个元件接地来实现。此外，使用复合行星齿轮代替简单行星齿轮在优化齿轮比和因此提高效率方面提供了更大的灵活性。

一个重要目标是，提供在某个倒档速度和某个前进速度之间的平稳和不明显的切换。在该区域之外，不同步的切换是可接受的。下文提供的布局由包括直接驱动模式和动力分流模式的不同操作模式组成。所有布局都包括IVT模式，以赋予有动力的空档特征。在所有模式中，CVP装置以相对较高的旋转速度和因此对应的相对较低的扭矩运转，其主要目的是减小CVP尺寸。

该构型的中心部分是此前所述变速机构。在变速机构的每一侧上的球斜面提供传递扭矩所需的夹紧力。简单或复合行星齿轮组与简单的CVP变速机构的结合使用提供了诸如静止和倒档的IVT功能。不需要如滑动离合器或变矩器的起动装置，因为IVT功能满足起动功能的需要。然而，这些装置可能被添加以允许安全分离或起动具有减小的负载的发动机。需要在行星后的比率(比率SR_AR)以实现车辆的最大速度和扭矩。变速器的输出在行星的外部圈元件上提供。

动力分流模式

一些构型具有一种或多种动力分流模式，这意味着该模式将需要在ICE和行星齿轮组(PGS)之间的两个动力路径；而不是像直接模式那样，在直接模式中，所有动力均通过CVP路径流向PGS。

在每种动力分流模式下，存在根据CVP设定以可变速度自转的太阳齿轮和根据所选择的模式以离散的速度自转的齿轮架。为清楚起见，本领域的技术人员应当理解，假设恒定的发动机速度，并且齿轮架速度与发动机速度具有固定的关系。对于特定的RTS比率来说，可以计算连结到齿轮箱的输出的PGS的齿圈速度。齿圈速度可由简单的公式计算，或者可以像在下文所述速度图中那样在图中找到。

对于每种模式来说，画出两条线。一条线从太阳轮速度范围的底部或最下端引出，穿过对应于所关注的模式的齿轮架速度，延伸至齿圈轴线。第二条线从太阳轮速度范围的顶部或最上端引出，穿过齿轮架速度点，到达齿圈轴线。这两条线与齿圈轴线的相交产生两个点。在这两个点之间的范围是通过改变CVP比率而在该具体模式下可实现的速度范围。当为所有三种模式做完这些时，在齿圈轴线上可看到齿轮箱的总速度范围。目标是获得邻接的单独的范围，以便具有连续的速度范围或优选地略微重叠。这可以通过改变齿轮比来实现，这使太阳轮速度范围和齿轮架速度点向左或向右移动。也可以通过改变PGS的齿圈与太阳轮(RTS)比率来影响；其中，较高的RTS数将向上移动整个齿轮架轴线，反之亦然。

直接模式

其它构型被称为“直接模式”。这意味着在ICE和输出之间仅存在一个动力路径。代替像在动力分流模式中那样使用PGS接合两个动力路径，其现在充当简单齿轮比。

当齿轮架接地时，它具有零速度。这利用一部分实际上固定到齿轮箱壳体的离合器实现。在齿轮架轴线上的齿轮架速度点现在在竖直的“0”轴线上。如上所述画两条线产生对应的齿圈速度范围。由于齿轮架具有零速度，正的太阳轮速度将产生负的齿圈速度。这就是将齿轮架接地常用来获得倒档速度的原因。

另一种直接模式通过将三个PGS部件中的两个彼此锁定在一起而获得，这实际上将三者全部锁定在一起。在这种情况下，太阳轮速度、齿轮架速度和齿圈速度是相同的。齿轮架速度不是上文所述的点，而是等于太阳齿轮速度的范围。相同的情况适用于齿圈。在速度图中的线是竖直的。

第一构型是包括两种直接驱动模式和一种动力分流模式的变速器。前进模式在图13中示出。这是直接驱动模式，其中，行星齿轮组被锁定在1:1的比率；所有动力直接传递通过CVP且通过行星齿轮组的圈送往输出。可以任意选择要将行星齿轮组的哪两个元件锁定在一起，以便获得1:1的比率。

图14所示倒档模式也是直接驱动模式，原因是所有动力都送往CVP，并且行星齿轮组通过将元件中的一个锁定到地面(即，接地，这通常利用齿轮架进行)而仅用作减速比。如果齿轮架被锁定，则实现负比率。

在这些前进模式和倒档模式之间，图16的速度图示出了允许有动力的空档特征的第三IVT模式。图15所示的这种IVT模式是动力分流模式，其中CVP仍连接到太阳轮，但发动机也通过一个比率连接到行星齿轮组的齿轮架。该模式允许在前进方向和倒退方向上的低速度，以及有动力的空档模式。

图16示出了在该构型中使用的行星齿轮组的速度图1600。三个水平轴线自上而下分别表示太阳轮旋转速度1601、齿轮架旋转速度1602和圈旋转速度1603。

齿圈始终用作行星齿轮组的输出，并且连接到轮轴以驱动车辆。CVP输入始终通过一个齿轮比在其一侧上连接到ICE 100或其它动力源，并且在其另一侧上连接到行星齿轮组的公共太阳轮。

在倒档模式下，使得将齿轮架连接到地面的离合器接合。行星齿轮组因此仅用作单一齿轮比。所有其它离合器均保持打开。CVP的最大速度比提供最大倒档速度，而CVP的最小速度比提供该模式的最小倒档速度。在圈旋转速度轴线的左侧上的区间1604示出了在该模式下可达到的速度。

通过释放所有其它离合器并接合将齿轮架连接到其对应的比率的离合器，启用IVT模式。这样，输出将覆盖从倒档速度(当CVP被设定在其最大比率时)向前进速度(当CVP被设定在其最小比率时)变化的速度。这是动力分流模式。在圈旋转速度轴线的中部的区间1605示出了在该模式下可达到的速度。

前进模式由在速度图上的圈旋转速度轴线的右侧上的区间1606示出。行星齿轮组元件中的两个由离合器锁定在一起，这导致行星齿轮组的所有元件以相同的速度运转，由此在CVP输出和齿轮箱输出之间实现1:1的比率。区间1606显示了在该模式下可达到的速度。

在任何动力分流模式下，一些动力将流过CVP，而剩余动力将直接流过机械路径。根据所选模式和CVP比率，传递通过变速机构的动力的量可以大于、等于或小于源自ICE的动力的量。

在前进模式和IVT模式之间的切换是同步的。在倒档模式和IVT模式之间的切换是不同步的，并且另外，提供了在这两种模式之间的一些重叠，以便在操作和选择模式过程中赋予更大的裕度；即，同步化。通过略微调整齿轮比或行星齿轮组，可以将重叠设计在其它模式之间，但这可以导致它们丧失其同步特性。

图17示出了该构型1700的物理布局的示例。该视图从车辆的侧面截取。通过可选的阻尼器105使来自ICE 100的输入始终连结到第一加速比率1710，其通往CVP 1730。CVP输出1713连结到行星齿轮组1740的太阳齿轮1741。在IVT模式下，副轴1714通过接合称为IVT的离合器1705而联接到齿轮架1743。因此，在ICE和行星齿轮组之间的比率是两个齿轮比的乘积；第一个齿轮比是在输入1701和副轴1714之间，第二个齿轮比是在CVP 1730所处的副轴1713和对应的行星齿轮组元件之间。FWD离合器1750已被拉到这里以连接齿圈1744和齿轮架1743，但具有此功能的离合器可以位于行星齿轮组1740中的任何其它地方，以将任两个旋转元件锁定在一起，以便接合FWD模式。最后，REV离合器1715通过将行星齿轮组1740的齿轮架1743连接到地面来提供倒档模式。

本文提供了一种基于多模式操作的可变变速器1700，该变速器包括：输入轴1701；第一离合器1705的第一部分1702，其传动地接合到输入轴1701；第一齿轮比1710的第一齿轮1711，其传动地接合在输入轴周围；其中，第一齿轮比1710包括传动地接合到第二齿轮1712的第一齿轮1711，其中，第二齿轮接合偏心轴1713且以偏心轴1713为中心；中空轴1704，其以输入轴1701为中心，包括第一离合器1705的第二部分1703传动地接合到中空轴1704，第二离合器1715的第三部分1717传动地接合到中空轴1704，并且第二齿轮比1720的第三齿轮1721传动地接合到中空轴1704；其中，第二齿轮比1720包括传动地接合到第四齿轮1722的第三齿轮1721；第二离合器1715的第四部分1716，其以输入轴1701为中心且固定到壳体；变速机构(CVP)1730，其以偏心轴1713为中心，且包括传动地接合到第二齿轮1712的输入圈组件1731和传动地接合到偏心轴1713的输出圈组件1732；其中，偏心轴传动地接合到行星齿轮组1740的太阳齿轮1741；行星齿轮组，其包括传动地接合到一组行星齿轮1742的太阳齿轮1741、齿轮架1743和由行星齿轮接合的齿圈1744，其中，齿圈1744传动地接合到车辆的输出1790和以副轴轴1714为中心的第三离合器1750的第五部分1752；并且其中，齿轮架1743连接到第二齿轮比1720的第四齿轮1722，其中，第四齿轮1722接合副轴1714并以副轴1714为中心，并且传动地接合第三离合器1750的第六部分1751。

在一些实施例中，第一离合器1705为IVT离合器。在一些实施例中，第二离合器1715为倒档离合器。在一些实施例中，第三离合器1750为前进离合器。

在一些实施例中，第二齿轮比1720的第三齿轮1721在第一离合器1705和第二离合器1715之间连接到变速器。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：直接驱动前进(FWD)模式；直接驱动倒档(REV)模式；和动力分流(IVT)模式。

在一些实施例中，动力分流(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在一些实施例中，IVT动力分流模式能够在前进方向和倒退方向上提供低速度。在一些实施例中，IVT动力分流模式提供有动力的空档模式。在另一些实施例中，当在动力分流(IVT)模式下操作时，根据CVP比率，传递通过变速机构(CVP)的动力的量可以大于、等于或小于源自动力源的动力的量。

在可变变速器的其它实施例中，直接驱动FWD模式的接合包括：启动第三离合器1750以将行星齿轮组1740的任两个元件锁定到彼此。在一些实施例中，这两个元件根据设置到变速器的物理约束任意选择。在一些实施例中，行星齿轮组的所得到的直接驱动比率为1:1。在其它实施例中，变速器在FWD模式下的比率是第一齿轮比和CVP比率的结果。

在可变变速器的另一些实施例中，直接驱动REV模式的接合包括：通过输入轴1701和CVP 1730驱动引入的动力源100；以及启动第二离合器1715以将行星齿轮组1740的齿轮架1743接地，从而实现负比率。在一些实施例中，行星齿轮组1740在直接驱动REV模式下仅用作减速比率。

在可变变速器的一些实施例中，第二离合器1715在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在一些实施例中，第三离合器1750在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，第一齿轮比1710为加速比率。在一些实施例中，变速机构(CVP)1730始终直接连接到加速比率1710和行星齿轮组1740的太阳齿轮1741。

当在动力分流(IVT)模式下操作时，在可变变速器的一些实施例中，变速机构(CVP)1730直接连接到加速比率1710和行星齿轮组1740的太阳齿轮1741，并且齿轮架1743通过第一离合器1705和第二齿轮比1720连接到ICE 100或其它动力源。

在变速器的正常驱动操作中，三个离合器中仅一个会接合。然而，在诸如模式切换的转变期间，两个离合器可部分接合或打滑，以实现同步目的。这也适用于制动，以便耗散变速器中的能量和控制所需的减速度。此外，这些离合器也可用作扭矩限制器。离合器部件可设计成使得在过大扭矩的情况下，离合器板可开始滑移，从而限制CVP和其它变速器部件上的扭矩，以保护变速机构并提高耐久性/寿命。

在一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次第一离合器1705、第二离合器1715或第三离合器1750中的仅一个活动或闭合。

在一些实施例中，第三离合器1750和第一离合器1705两者或第一离合器1705和第二离合器1715两者在模式之间转变期间均可为活动的。

在一些实施例中，第一离合器1705、第二离合器1715和第三离合器1750三者在制动期间均可为活动的。

在一些实施例中，行星齿轮组1740为复合行星齿轮组，其还包括至少第二组行星齿轮。

第二构型1900与此前的构型的区别在于，它是包括一种直接驱动模式和两种动力分流模式的变速器。这样的构型的代表性的非限制性实施例在图18和图19中示出。

FWD模式通过闭合FWD离合器来接合。由于这将齿轮架通过具有不同比率的另一组齿轮连接到ICE的事实，齿轮架以比IVT模式更高的速度自转，从而导致“前进”速度范围。

图18示出了在该构型中使用的行星齿轮组的速度图1800。三个水平轴线自上而下分别表示太阳轮旋转速度1801、齿轮架旋转速度1802和圈旋转速度1803。

齿圈始终用作行星齿轮组的输出，并且连接到轮轴以驱动车辆。CVP输入始终通过齿轮比在其一侧上连接到ICE 100或其它动力源，并且在其另一侧上连接到行星齿轮组的公共太阳轮。

如在此前的构型1中那样，通过闭合称为REV的离合器而锁定行星齿轮组的齿轮架，实现倒档模式，这导致行星齿轮组的太阳轮和齿圈具有相反的旋转方向。行星齿轮组因此仅用作单一齿轮比。所有其它离合器均保持打开。CVP的最大速度比提供最大倒档速度，而CVP的最小速度比提供该模式的最小倒档速度。在圈旋转速度轴线的左侧上的区间1804示出了在该模式下可达到的速度。

为了接合IVT模式，称为IVT的离合器闭合，从而通过合适的齿轮比将齿轮架连接到ICE。这样，输出将覆盖从倒档速度(当CVP被设定在其最大比率时)向前进速度(当CVP被设定在其最小比率时)变化的速度。这是动力分流模式。在圈旋转速度轴线的中部的区间1805示出了在该模式下可达到的速度。

前进模式是如由在速度图上的圈旋转速度轴线的右侧上的区间所示的动力分流模式。当FWD离合器闭合时，通过合适的齿轮比在ICE和齿轮架之间形成路径。齿轮架以ICE*FWD齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上所指示的。只要ICE速度是恒定的，该速度就是固定的速度，而不是像在太阳轮速度的情况中那样的范围。

在任何动力分流模式下，一些动力将流过CVP，而其余动力将直接流过机械路径。根据所选模式和CVP比率，传递通过变速机构的动力的量可以大于、等于或小于源自ICE的动力的量。

在前进模式和IVT模式之间的切换以及在倒档模式和IVT模式之间的切换是不同步的，并且另外，提供了在模式之间的一些重叠，以便在操作和选择模式过程中赋予更大的裕度；即，同步化。可通过略微调整齿轮比或行星齿轮组来设计附加的重叠。

第一动力路径始终通过CVP到PGS的太阳轮。由于CVP具有可变的速度比率，太阳齿轮具有可变的速度，在速度图1800的太阳轮轴线1801上示出为虚线1807。

三者中的第二动力路径通过接合IVT离合器或FWD离合器中的一个而形成于ICE和PGS的齿轮架之间。如果FWD离合器闭合，则通过合适的齿轮比在ICE和齿轮架之间形成路径；并且齿轮架以ICE*FWD齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上的1808处所示。只要ICE速度是恒定的，该速度就是固定的速度，而不是像在太阳轮速度的情况中那样的范围。这对于IVT模式来说是相同的；其中，IVT离合器闭合，在ICE和齿轮架之间形成路径，且具有不同的齿轮比。齿轮架此时以ICE*IVT齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上的1809处所示。

最后，通过闭合REV离合器并将齿轮架接地而实现REV，如在齿轮架轴线上的1810处所示。

如图19所示，本文提供了一种基于多模式操作的可变变速器1900，该变速器包括：输入轴1901；第一离合器1905的第一部分1902，其传动地接合到输入轴1901；第二离合器1915的第三部分1916，其传动地接合到输入轴1901；第一齿轮比1910的第一齿轮1911，其传动地接合在输入轴1901周围；其中，第一齿轮比1910包括传动地接合到第二齿轮1912的第一齿轮1911和以偏心轴1923为中心的第二齿轮；第一中空轴1904，其以输入轴1901为中心且传动地接合到第一离合器1905的第二部分1903和第三齿轮1921；第二中空轴1914，其以输入轴1901为中心且传动地接合到第二离合器1915的第四部分1913和第五齿轮1931；变速机构(CVP)1940，其以偏心轴1923为中心，且包括传动地接合到第二齿轮1912的输入圈组件1941和传动地接合到偏心轴1923的输出圈组件1942；其中，偏心轴1923传动地接合到行星齿轮组1950的太阳齿轮1951；行星齿轮组1950，其包括传动地接合到一组行星齿轮1952的太阳齿轮1951、齿轮架1953和由行星齿轮驱动的齿圈1954；其中，齿圈1954传动地接合到车辆的输出1990；并且其中，齿轮架1953在副轴1924上传动地接合到第六齿轮1932、第四齿轮1922和第三离合器1960的第五部分1961；其中，第二齿轮比1920包括传动地接合到第三齿轮1921的第四齿轮1922；其中，第三齿轮比1930包括传动地接合到第五齿轮1931的第六齿轮1932；其中，第三离合器1960的第六部分1962固定到壳体。

在一些实施例中，第一离合器1905为IVT离合器。在一些实施例中，第二离合器1915为前进离合器。在一些实施例中，第三离合器1960为倒档离合器。

在可变变速器的一些实施例中，第二齿轮比1920和第三齿轮比1930在第一离合器1905和第二离合器1915之间连接到变速器。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力分流前进(FWD)模式；直接驱动倒档(REV)模式；和动力分流(IVT)模式。

在一些实施例中，动力分流(IVT)模式提供从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。

在一些实施例中，动力分流IVT模式能够在前进方向和倒退方向上提供低速度。在一些实施例中，动力分流IVT模式提供有动力的空档模式。

在可变变速器的一些实施例中，FWD模式的接合包括：启动第二离合器1915以将输入轴1901通过第三齿轮比1930连接到齿轮架1953。

在可变变速器的一些实施例中，直接驱动REV模式的接合包括：通过输入轴1901和CVP 1940驱动引入的动力源100；以及启动第三离合器1960以将行星齿轮组1950的齿轮架1953接地，从而实现负比率。

在可变变速器的一些实施例中，行星齿轮组1950在直接驱动REV模式下仅用作减速比率。在一些实施例中，第三离合器1960在制动和方向切换期间提供负速度和同步。

在一些实施例中，第二离合器1915在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在一些实施例中，第一齿轮比1910为加速比率。在一些实施例中，变速机构(CVP)1940始终直接连接到加速比率1910和行星齿轮组1950的太阳齿轮1951。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(IVT)模式下操作时，变速机构(CVP)1940直接连接到加速比率1910和行星齿轮组1950的太阳齿轮1951，并且齿轮架1953通过第一离合器1905和第二齿轮比1920连接到ICE 100。

在可变变速器的一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次第一离合器1905、第二离合器1915或第三离合器1960中的仅一个活动或闭合。在其它实施例中，第三离合器1960和第一离合器1905两者或第一离合器1905和第二离合器1915两者在模式之间转变期间均可为活动的。在另一些实施例中，第一离合器1905、第二离合器1915和第三离合器1960三者在制动期间均可为活动的。

在可变变速器的一些实施例中，行星齿轮组1950为复合行星齿轮组，其还包括至少第二组行星齿轮。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(IVT)模式下操作时，根据CVP比率，传递通过变速机构(CVP)的动力的量可以大于、等于或小于源自动力源的动力的量。

如在图20和21中所示，第三构型具有三种动力分流模式，这意味着所有三种模式都将具有在ICE和行星齿轮组(PGS)之间的两个动力路径，而不是像直接模式那样，在直接模式中，所有动力均通过CVP路径流向PGS。应当指出，该描述假设恒定的动力源(ICE)速度，然而，在现实中，动力源或ICE速度可以变化，但这对齿轮箱的工作没有影响，如下文所解释的。

通过接合合适的离合器，齿轮架在所有三种模式下以不同的速度旋转，导致不同的输出速度范围。IVT模式和前进模式以与构型2中描述的相同方式实现。倒档功能由附加的惰轮轴实现，其提供其中输入轴和齿轮架在相同方向上旋转的动力路径，而不是像其它模式那样。不同的速度范围可通过选择不同的齿轮比来实现。

图20示出了在该构型中使用的行星齿轮组的速度图2000。三个水平轴线自上而下分别表示太阳轮旋转速度2001、齿轮架旋转速度2002和圈旋转速度2003。

齿圈始终用作行星齿轮组的输出，并且连接到轮轴以驱动车辆。CVP输入始终通过齿轮比在其一侧上连接到ICE 100或其它动力源，并且在其另一侧上连接到行星齿轮组的公共太阳轮。

倒档模式在这里通过添加惰轮轴并通过闭合称为REV的离合器来实现，导致齿轮架在相反的旋转方向上转动。所有其它离合器均保持打开。这是动力分流模式。在圈旋转速度轴线的左侧上的区间2004示出了在该模式下可达到的速度。

为了接合IVT模式，称为IVT的离合器闭合，从而通过合适的齿轮比将齿轮架连接到ICE。这样，输出将覆盖从倒档速度(当CVP被设定在其最大比率时)向前进速度(当CVP被设定在其最小比率时)变化的速度。这是动力分流模式。在圈旋转速度轴线的中部的区间2005示出了在该模式下可达到的速度。

前进模式是如由在速度图上的圈旋转速度轴线的右侧上的区间所示的动力分流模式。当FWD离合器闭合时，通过合适的齿轮比在ICE和齿轮架之间形成路径。齿轮架以ICE*FWD齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上所指示的。在圈旋转速度轴线的右侧上的区间2006示出了在该模式下可达到的速度。

在任何动力分流模式下，一些动力将流过CVP，而其余动力将直接流过机械路径。根据所选模式和CVP比率，传递通过变速机构的动力的量可以大于、等于或小于源自ICE的动力的量。

第一动力路径始终通过CVP到PGS的太阳轮。由于CVP具有可变的速度比率，太阳齿轮具有可变的速度，在速度图2000的太阳轮轴线2001上示出为虚线2007。

三者中的第二动力路径通过接合三个离合器中的一个而形成于ICE和PGS的齿轮架之间。如果FWD离合器闭合，则通过合适的齿轮比在ICE和齿轮架之间形成路径；并且齿轮架以ICE*FWD齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上的2008处所示。只要ICE速度是恒定的，该速度就是固定的速度，而不是像在太阳轮速度的情况中那样的范围。这对于IVT模式来说是相同的；其中，IVT离合器闭合，在ICE和齿轮架之间形成路径，且具有不同的齿轮比。齿轮架此时以ICE*IVT齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上的2009处所示。

最后，在REV模式下，形成第三动力路径。在这种情况下，路径更有些复杂，其中希望让齿轮架以负速度自转，这通过添加惰轮轴来实现。然而，仍然是在ICE和齿轮架之间的机械路径，以使齿轮架以ICE*REV齿轮架比率自转，如在齿轮架轴线上的2010处所示。

如图21所示，本文提供了一种基于多模式操作的可变变速器2100，该变速器包括：输入轴2101；第一离合器2105的第一部分2102，其传动地接合到输入轴2101；第一齿轮比2110的第一齿轮2111，其传动地接合在输入轴2101周围；第二齿轮比2120的第三齿轮2121，其传动地接合在输入轴2101周围；其中，第一齿轮比2110包括传动地接合到第二齿轮2112的第一齿轮2111和以偏心轴2123为中心的第二齿轮；变速机构(CVP)2140，其以偏心轴2123为中心，且包括传动地接合到第二齿轮2112的输入圈组件2141和传动地接合到偏心轴2123的输出圈组件2142；其中，偏心轴2123传动地接合到行星齿轮组2150的太阳齿轮2151；行星齿轮组2150，其包括传动地接合到一组行星齿轮2152的太阳齿轮2151、齿轮架2153和由行星齿轮驱动的齿圈2154，其中，齿圈2154传动地接合到车辆的输出2190；并且其中，齿轮架2153在副轴2124上传动地接合到第二离合器2115的第三部分2116、第三离合器2160的第五部分2161和第四齿轮比2170的第八齿轮2171；第一中空轴2125，其以副轴2124为中心，且传动地接合到第二离合器2115的第四部分2117和第二齿轮比2120的第四齿轮2122；第二中空轴2126，其以副轴2124为中心，且传动地接合到第三离合器2160的第六部分2162和第三齿轮比2130的第六齿轮2132；以及第三中空轴2104，其以输入轴2101为中心，且传动地接合到第一离合器2105的第二部分2103和第四齿轮比2170的第九齿轮2172；惰轮轴2133，其传动地接合到第二齿轮比2120的第五齿轮2131和第三齿轮比2130的第七齿轮2134；其中，第二齿轮比2120包括第三齿轮2121、第四齿轮2122和第五齿轮2131；并且其中，第三齿轮2121传动地接合到第四齿轮2122和第五齿轮2131；其中，第三齿轮比2130包括第六齿轮2132和第七齿轮2134；并且第六齿轮2132传动地接合到第七齿轮2134；并且其中，第四齿轮比2170包括第八齿轮2171和第九齿轮2172；并且第八齿轮2171传动地接合到第九齿轮2172。

在一些实施例中，第一离合器2105为IVT离合器。在一些实施例中，第二离合器2115为前进离合器。在一些实施例中，第三离合器2160为倒档离合器。在一些实施例中，第一齿轮比2110、第二齿轮比2120和第四齿轮比2170在IVT离合器之后连接到输入轴。

在一些实施例中，可变变速器包括三种操作模式，这些模式包括：动力分流前进(FWD)模式；动力分流倒档(REV)模式；和动力分流(IVT)模式。

在一些实施例中，动力分流(IVT)模式允许从负比率向有动力的空档比率和正比率的无缝比率切换。在一些实施例中，来自动力源的动力在高效率机械路径和CVP变速机构路径之间分流。在一些实施例中，IVT模式提供有动力的空档模式。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流FWD模式的接合包括：启动第二离合器2115以将齿轮架2153通过第二齿轮比2120连接到ICE 100。

在可变变速器的一些实施例中，动力分流REV模式的接合包括：启动第三离合器2160以将齿轮架2153分别通过第二齿轮比2120和第三齿轮比2130连接到ICE 100。

在一些实施例中，第三离合器2160在制动和方向切换期间提供负速度和同步。在一些实施例中，第二离合器2115在制动和方向切换期间提供正速度和同步。

在可变变速器的一些实施例中，当在动力分流(IVT)模式下操作时，变速机构(CVP)2140直接连接到加速比率2110和行星齿轮组2150的太阳齿轮2151，并且齿轮架2153通过第一离合器2105和第四齿轮比2170连接到ICE 100。在一些实施例中，当在一种模式内的正常操作期间，每次第一离合器2105、第二离合器2115或第三离合器2160中的仅一个活动或闭合。在其它实施例中，第三离合器2160和第一离合器2105两者、或第一离合器2105和第二离合器2115两者在模式之间的转变期间均可为活动的。在可变变速器的另一些实施例中，第一离合器2105、第二离合器2115和第三离合器2160三者在制动期间均可为活动的。

在可变变速器的一些实施例中，行星齿轮组2150为复合行星齿轮组，其还包括至少第二组行星齿轮。

在一些实施例中，本文所述可变变速器还包括扭力阻尼器105，其中，所述扭力阻尼器位于输入动力源100和输入轴之间以避免或减少将扭矩峰值和振动从输入动力源传递至输入轴、第一离合器、第二离合器、第三离合器、变速机构、任一个齿轮比和行星齿轮组中的一者或多者。在一些实施例中，扭力阻尼器与离合器联接。

本文提供了包括牵引流体润滑剂的可变变速器的各种实施例。

在本文所述可变变速器的一些实施例中，输入动力源包括内燃发动机(ICE)。

虽然在本文显示和描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将清楚，这种实施例仅仅通过示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变型、变化和替代。应当理解，在实践本发明时可以采用本文所述的本发明实施例的各种备选方案。所附权利要求旨在限定本发明的范围，且由此涵盖在这些权利要求及其等价物范围内的方法和结构。