本专利披露总体上涉及无级变速器、并且更具体地涉及一种可变速液压机械装置
背景技术：
已知可变速液压机械装置被用于在机械和其他车辆中提供多个不同传动比之间的顺畅变换。典型液压机械变速器中的换档是通过使用两个或更多个离合器来实现的，这些离合器可以同步地使一个传动比脱离接合而同时使另一个传动比进行接合。离合器速度的同步可以通过使用同步组件来实现，这些同步组件可以被实施成不同的形式。一种已知的同步组件结构包括与多个离合器相连的多个齿轮，这些离合器被配置成选择性地接合一个变速器中的两个或更多旋转元件，以使得有待接合的齿轮所关联的一个旋转元件以与已经接合的齿轮所关联的旋转元件相同的速度进行旋转。以此方式，多个档位之间的扭矩和动力的传递可以顺畅地变换并且没有突然的跳变。
可以在9年5月12日授权的美国专利7,530,913('913专利)中看到一种已知的液压机械变速器的实例。'913专利描述了一种“可变速液压机械装置[multi-rangehydromechanicaltransmission]”，该变速器包括一个输入构件、一个静液压变速器和一个机械变速器。'913专利的机械变速器包括第一同步组件和第二同步组件，这些同步组件用于使该变速器的第一输出构件或第二输出构件与来自该输入构件和静液压变速器的组合输出速度相同步。在'913专利中描述的变速器的一个实施例中，第一离合器组件和第二离合器组件交替地接合以将动力从经同步的输出构件传递到一个最终传动装置。
尽管在'913专利中描述的变速器有效地实现了前进档位与倒退档位之间的换档，但是该变速器当被实施成具有五个传动比(例如，三个前进档位和两个倒退档位)的变速器时包括三个同步器和两个离合器。在运行中，针对每一个传动比接合一个同步器和一个离合器，这意味着第二离合器和剩余两个同步器是空闲的。因此，每次档位变化都要求接合这些空闲同步器中的一个同步器并且使另一个脱离接合。这样的同步器接合和脱离接合在每次档位变换时可能导致同步器摩擦材料的磨损，在例如重型卡车和土方作业机械以及其他重型机械中的高扭矩应用中尤其明显。此外，同步器的相对复杂性降低了可靠性，并且增加了变速器的成本。
概述
本披露一方面描述了一种机器动力传动系，该动力传动系包括与无级变速器相连的发动机。该无级变速器包括行星齿轮安排，该行星齿轮安排具有输入端、以及至少第一输出端和第二输出端。该变速器进一步包括变换器，该变换器包括与液压马达可操作地相关联的可变排量液压泵，该液压马达被配置成用于驱动该行星齿轮安排的齿轮组。由该发动机驱动的输入轴被配置成用于驱动该变换器和该行星齿轮安排的输入端。第三行星输出齿轮是经由第一离合器可连接到该行星齿轮安排的第二输出端上的。第二行星输出齿轮被连接到该行星齿轮安排的第二输出端上，并且第一行星输出齿轮被连接到该行星齿轮安排的第一输出端上。该变速器进一步包括第一输出构件和第二输出构件。该第一输出构件被连接到第三行星输出齿轮上，该第一输出构件和第二输出构件与变速器输出相互连接。该变速器的第二离合器被配置成用于使该第一输出构件与该第一行星输出齿轮可释放地连接。第三离合器被配置成用于使该第一输出构件与该第二行星输出齿轮可释放地连接。第四离合器被配置成用于使该第二输出构件与该第一行星输出齿轮可释放地连接，并且第五离合器被配置成用于使该第二输出构件与该第二行星输出齿轮可释放地连接。
另一方面，本披露描述了一种无级变速器。该无级变速器包括行星齿轮安排，该行星齿轮安排具有第一输出端和第二输出端、并且进一步包括第一齿轮组和第二齿轮组。每个齿轮组都包括太阳轮、齿轮托架、以及环齿轮。该第一齿轮组的环齿轮被连接到该第二齿轮组的齿轮托架上。该变速器的第二输出端被连接到该第一齿轮组和第二齿轮组的太阳轮上，并且该变速器的第一输出端被连接到该第一齿轮组和第二齿轮组的环齿轮上。该变速器进一步包括变换器。该变换器包括与液压马达可操作地相关联的可变排量液压泵，该液压马达具有与该第二齿轮组的环齿轮相连的输出端。输入轴被连接到该变换器的可变排量液压泵和该第一齿轮组的齿轮托架上。该变速器进一步包括该行星齿轮安排的第一行星输出齿轮、第二行星输出齿轮以及第三行星输出齿轮。该第三行星输出齿轮是经由第一离合器可连接到该行星齿轮安排的第一输出端上的，该第二行星输出齿轮连接到该行星齿轮安排的第一输出端上，并且该第一行星输出齿轮连接到该行星齿轮安排的第二输出端上。
该变速器进一步包括与变速器输出端相互连接的第一输出构件和第二输出构件。该第一输出构件被连接到该第三行星输出齿轮上。除了第一离合器之外，第二离合器被配置成用于使该第一输出构件与该第一行星输出齿轮可释放地连接。第三离合器被配置成用于使该第一输出构件与该第二行星输出齿轮可释放地连接。第四离合器被配置成用于使该第二输出构件与该第一行星输出齿轮可释放地连接，并且第五离合器被配置成用于使该第二输出构件与该第二行星输出齿轮可释放地连接。
在又另一方面，本披露描述了一种用于运行无级变速器的方法。该方法包括确定是否要求从当前档位选择变换到新的档位选择。当要求换档时，分析该新的档位选择的参数并且将其与该当前档位选择的对应参数进行比较。使当前档位选择离合器脱离接合并且在短的时间段内使新的档位选择离合器接合。对这些脱离接合操作和接合操作进行调制，并且对变换器的作用进一步进行调制以确保在当前档位选择与新的档位选择之间的齿轮速度差值是基本上为零。
附图说明
图1是根据本披露的一台机器的示意图。
具体实施方式
本披露涉及可变速液压机械装置，并且更具体地涉及包括被配置成在不使用同步器的情况下提供同步换档的多个液压离合器的液压机械变速器。尽管在此披露的实施例是在土方机械的背景下来说明的，但这些实施例适用于例如汽车应用、轻型、中型和重型卡车等等的其他应用。
图1示出了作为车辆或机器的一个实例的轮式装载机的轮廓。是车辆的动力传动系的示意图。车辆包括发动机框架部，该发动机框架部通过铰接接头连接到非发动机框架部上。发动机框架部和非发动机框架部各自包括连接到一组车轮上的对应车桥。发动机框架部包括发动机，该发动机具有与扭矩转换器相连的输出轴。扭矩转换器进而通过连接轴连接到变速器上。变速器的输出轴被连接到分动器上，该分动器对两个传动轴提供动力，每传动轴各用于车桥。每个传动轴通过对应的差速器向这些车轮传递动力，使得在发动机输出轴处提供的旋转动力被有效地传递到这些车轮。尽管示出了两个从动桥，但是可以根据车辆类型使用一个单一的车桥或者多于两个车桥。此外，尽管示出多个车轮，但是可以使用其他类型的地面接合构件，例如履带。
车辆进一步地包括容纳了多个不同的机械控制装置的一个操作员驾驶室。如中示出的，这些装置包括具有加速器踏板传感器(aps)的加速器踏板、以及具有杠杆编码器的档位选择杠杆。aps和杠杆编码器可以被配置成用于提供指示了操作员在使用过程中所命令的车辆的希望地面速度的多个信号。
现在返回到图1，所展示实施例的车辆包括作业工具，该作业工具在这种情况下是连接在一对提升臂的末端处的铲斗，这些提升臂在铰链处被枢转地连接到车辆的非发动机框架部上。
发动机具有接口，该接口与发动机调速器一起连接到通信通道上。发动机调速器通过接收信息和经由通信通道向不同的发动机部件传递命令而工作，以监测和控制不同的发动机系统的功能，例如监测来自不同的发动机传感器的传感器读数、控制发动机速度和负荷输出等等。如所示的，发动机调速器、或与该调速器相连的另一个控制器被进一步连接到可以控制该发动机运行的不同车辆部件上。在所展示的实施例中，调速器是电子控制器，该电子控制器包括与例如数据存储器件等其他电子部件以及不同的通信通道可操作地相关联的处理器。在的图示中，节流阀通信通道234和档位选择编码器通信通道236被连接到调速器并且被配置成向该调速器提供指示操作员的命令的信息，例如希望的发动机速度或负荷、希望的档位选择设定、以及类似的命令。应当认识到，调速器与不同的发动机系统和/或车辆系统之间可以存在额外的或替代性的连接，但是为了简单起见并未将其示出。
调速器被进一步配置成用于接收指示动力传动系的剩余部分的运行的信息。以此方式，调速器经由发动机速度通信通道连接到发动机输出轴速度传感器、经由扭矩转换器通信通道244连接到扭矩转换器锁止状态传感器、并且经由地面速度通信通道连接到车辆地面速度传感器246。
所展示的实施例中的动力传动系包括变速器控制器，该变速器控制器被配置成用于控制变速器的运行。相应地，变速器控制器经由变速器通信通道连接到该变速器的接口。该接口可以包括以下结构，即：这些结构可以响应于来自变速器控制器的命令而选择性地使变速器的不同齿轮组接合和脱离接合；并且向变速器控制器提供指示了变速器的当前档位接合状态的信息，以及例如通过变速器传递到这些车轮的动力、输出轴的速度、连接轴的速度等等的其他信息。在运行过程中，变速器控制器可以基于针对升档和降档变化的预定连接轴速度阈值来命令变速器的档位变化。
在所展示的实施例中，发动机调速器与变速器控制器之间可以经由数据总线来交换信息，但是应当认识到尽管发电机调速器和变速器控制器被示出为分开的部件，但是它们可以替代性地被整合到单一控制单元中或者被分离到多于两个控制单元中。因此，发动机调速器和/或变速器控制器可以是单一控制器或者可以包括被布置成用于总体运行和功能的主控制器与用于控制发动机的马达或发动机控制器可以协作地实施。在这个实施例中，术语“控制器”或“调速器”意思是包括可以与机械相关联的并且可以协作来控制机械的不同功能和运行的一个、两个、或更多的控制器(图1)。这些装置的功能(虽然在以下附图中概念性地示出以便包括仅用于说明目的的不同的分立功能)可以由硬件和/或软件来实施而不考虑所示出的这种分立功能。相应地，尽管该控制器的多个不同接口是相对于以下这些图中的动力传动系系统的部件来进行说明的，但是这些接口并不旨在限制这些相连的部件的类型和数目以及所描述的控制器的数目。
根据本披露的一个液压机械变速器300的示意图。变速器300包括具有输入齿轮组304的输入轴302，该输入齿轮组连接到泵306的叶轮轴上。输入轴302还被连接到第二输入齿轮组308上，该第二输入齿轮组驱动变换器310，该变换器在所展示的实施例中包括可变排量液压泵312，该液压泵与液压马达314流体性地互连并且被安排成用于运行该液压马达。该输入轴302还被连接到机械变速器输入齿轮316上。以此方式，例如由发动机(见中的发动机)或例如电动马达的另一种原动机输入到变速器300中的动力可以被分流成提供给该变换器310或机械变速器318系统的动力。
机械变速器318包括行星齿轮安排320和组合输出轴322，该组合输出轴通过输出齿轮组324连接到第一输出构件326和第二输出构件328上。在所展示的实施例中，第一输出构件326提供了在机械前进方向上的主动运动，并且第二输出构件328提供了在机械倒退方向上的主动运动。行星齿轮安排320包括轴向对齐的第一行星齿轮组330和第二行星齿轮组332、以及行星输出轴334。第一行星齿轮组330包括太阳轮336、支架338以及环齿轮340。第二行星齿轮组包括太阳轮337、支架339以及环齿轮341。行星输出轴334包括内轴342和套筒344。套筒344被轴向对齐地设置在内轴342的一部分上并且可以被实施成由该内轴342支撑的空心轴或毂。内轴342被连接到第一行星齿轮组和笫二行星齿轮组330和332的太阳轮336和337上。套筒344被连接到第二行星齿轮组332的支架339上，该套筒还被连接到第一行星齿轮组330的环齿轮340上。机械变速器输入齿轮316被连接到第一行星齿轮组330的支架338上。第二行星齿轮组332的环齿轮341被连接到变换器310的液压马达314的输出齿轮346上。
行星输出轴334包括第一行星输出齿轮、第二行星输出齿轮和第三行星输出齿轮348、350和352。第一行星输出齿轮348被连接到套筒344上，使得第一行星齿轮组330的环齿轮340的运动和/或第二行星齿轮组332的支架339的运动通过第一行星输出齿轮348被传递至包括两个齿轮的第一传动齿轮组354，其中的齿轮被设置成围绕第一输出构件326或第二输出构件328旋转。第二行星输出齿轮350被连接到内轴342上，使得第一行星齿轮组和第二行星齿轮组330和332的太阳轮336和337的旋转通过该第二行星输出齿轮350被传递至也包括两个齿轮的第二传动齿轮组356，其中的齿轮被设置成围绕第一输出构件326或第二输出构件328旋转。最后，第三行星输出齿轮352被设置成围绕内轴342旋转并且连接到第三传动齿轮358上，该第三传动齿轮被连接到第一输出构件326上。
在运行中，该输入轴302将分流的输入动力传送到变换器310和行星齿轮安排320。行星齿轮安排320使来自第二行星齿轮安排输入齿轮303的静液压输出动力与分流的输入机械动力相结合以提供液压机械输出动力来应用于负载，例如车辆的一个或多个驱动轮或土方作业机械的履带等等。可以认识到，在最初由行星齿轮安排320的传动比设定的各个功率范围之内的速度和转矩可以通过改变该变换器310的液压泵312的行程而无限地变化。
在运行中，直接来自和/或通过变换器310来自输入轴302的动力(这种动力是选择性地受制于通过行星齿轮安排320的适当的传动比通过五个离合器中的至少一个的选择性接合而被提供到输出轴322上。更确切地讲，辅助离合器或第一离合器360被连接到内轴342并且被配置成与第三行星输出齿轮352接合并且对其提供动力，使得当第一离合器360接合时，内轴342的旋转通过第三行星输出齿轮352和第三传动齿轮358被传递至第一输出轴326。第二离合器362被连接到第一输出轴326、并且当接合时被配置成用于接收来自第一传动齿轮组354的驱动动力，以使得第一输出轴326被第一行星输出齿轮348驱动。第三离合器364被连接到第一输出轴326、并且当接合时被配置成用于接收来自第二传动齿轮组356的驱动动力，以使得第一输出轴326被第二行星输出齿轮350驱动。换言之，第一输出轴326可以在第二离合器362接合时被第一行星输出齿轮348驱动、在第三离合器364接合时被第二行星输出齿轮350驱动、并且在第一离合器360接合时被第三行星输出齿轮352驱动。
在一种类似的配置中，第四离合器366被连接到第二输出轴328并且可以选择性地接合与第一传动齿轮组354相连的毂，并且第五离合器368被连接到第二输出轴328并且可以选择性地接合与第二传动齿轮组356相连的毂。以此方式，第二输出轴328可以在第四离合器366接合时被第一行星输出齿轮348通过第一传动齿轮组354来驱动，并且在第五离合器368接合时被第二行星输出齿轮350通过第二传动齿轮组356来驱动。
在所示出的实施例中，这五个离合器360、362、364、366和368各自都可以包括离合器组件(或者换言之多个离合器盘)，该离合器组件可以通过专用致动器响应于控制信号所作的动作而选择性地被接合。以此方式，第一致动器370与第一离合器360相关联并且被配置成当电子控制器向第一致动器370可操作地提供适当的致动信号时接合第一离合器，该电子控制器在这种情况下是变速器控制器。第二离合器362和第三离合器364被示出为复合式离合器，该复合式离合器可以通过第二致动器372的动作来选择性地接合，该第二致动器也可以响应来自变速器控制器的信号并且可以包括两个分开的致动器，一个致动器用于一个离合器。类似地，第四离合器366和第五离合器368也被形成为与第三致动器374相关联的复合式离合器，该第三致动器包括被配置成与该复合式离合器中的每一个离合器相接合和脱离接合的两个分开的致动器。第一致动器、第二致动器和第三致动器370、372和374中的每一者都可以被实施为本领域已知的任何适当类型的离合器致动器，例如机械连杆机构、液压式或电动式致动器等等。在所展示的实施例中，这些致动器是液压活塞，其中机电螺线管阀以一种已知的方式控制液压流体的流量以操作每个活塞。
基于前述内容，针对液压机械变速器300的所展示实施例能够取决于哪一个离合器被接合而提供如下表1中展示的用于运动的三个前进传动比和两个倒退传动比：
表1
如从上表中可以看到，这五个离合器360至368中的每一者都在没有使用同步器或其他的运动传递装置的情况下提供了该机械的行进速度与方向的特定组合。与其他已知的变速器配置相比，这种传动配置的主要优点是降低了成本并且提高了变速器300的可靠性。进一步地，当希望从一个档位变换到另一个档位时，换档可以相当快速地发生，因为这种换档仅仅要求使一个离合器脱离接合以及使另一个离合器接合，这可以在一个相对短的时间内实现并且因此提供了良好的、机械操作员几乎察觉不到的换档品质。在所示出的特定实施例中，当在相继的档位之间变换时使用不同的离合器致动器，这提高了换档速度。例如，而且参照表1和，当在前进方向上移动并且从“低”速设定变换到“高”速设定时，通过操作第二致动器372使第二离合器362脱离接合，并且通过操作第三致动器374使第三离合器364接合。与负责先使一个离合器脱离接合然后使另一个离合器接合的单一致动器的致动相比，这样同步操作第二致动器372和第三致动器374可以节省时间。如在此所使用的，同步操作旨在表示在短的时间段内、例如在小于约毫秒的时间段内完成的操作。
在变速器300中，借助于变换器310，当以大约为零的相对速度进行前一个档位与下一个档位之间的变换时，可以顺畅地实现档位变化。更确切地讲，该变换器被用于调整第二行星齿轮组332的环齿轮341的速度，这样使得当该机械或车辆尽管有由发动机提供给输入轴302的旋转输入而处于静止时，套筒344()可以是处于零旋转速度。这可以通过在一个倒退方向上驱动变换器输出齿轮346来实现。在这个时刻，内轴342正在高速旋转。当该机械开始移动时，套筒344开始加速，内轴342开始减速，并且变换器310开始减速并当其达到零速度时反转方向并且开始在相反的方向上加速。当该套筒的速度与内轴的速度匹配时发生例如一个低传动比与一个高传动比之间的变换。降档的档位变化是这个过程的镜像，并且变速器控制器、例如控制器基于运行中监测的相对于该机械的速度和/或这些变速器部件的速度的不同输入参数来控制该过程的。