DE102005010837A1

DE102005010837A1 - Mehrganggetriebe sowie integrierbarer Antriebsübertragungsmechanismus

Info

Publication number: DE102005010837A1
Application number: DE200510010837
Authority: DE
Inventors: Steven Bloomfield Hills Thomas; Matthew Dearborn Hammond
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: DE102005010837B4; US20050202922A1; GB2411933A; GB2411933B; GB0504240D0; US6955627B2

Abstract

Es wird ein Mehrganggetriebe beschrieben, welches in der Lage ist, fünf "Underdrive"-("Kriechgang"-)Übersetzungsverhältnisse, ein Direktantriebs-("Direct drive"-)Übersetzungsverhältnis, vier "Overdrive"-("Schnellgang"-)Übersetzungsverhältnisse sowie vier Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen. Das Mehrganggetriebe weist vier miteinander verknüpfte Planetengetriebe (30, 32, 34, 36), Lamellenkupplungen (92, 96, 100, 104) und Bremsen (90, 98), welche die Getriebeelemente steuern, auf sowie eine Kupplungseinrichtung (70), welche zwischen Vorwärtsantrieb und Rückwärtsantrieb wechselt, indem sie Getriebekomponenten gegenüber der Rotation des Verteilergetriebes wechselweise festhält und freigibt. In Kombination mit einem Eingangs-Verteilergetriebe ist das Mehrganggetriebe in einer integrierten Anordnung entweder mit einer Bedarfs-Übertragungskupplung versehen oder als Permanent-Allradantriebssystem ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Automatik-Lastschaltwechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere eine kinematische Anordnung sowie eine Antriebsanlage bzw. einen Antriebsstrang für derartige Getriebe.

Bekannte Verteilergetriebe weisen einen Antriebsmechanismus zur Verbindung eines Motors mit den Rädern eines Fahrzeugs auf, und zwar mit einem Satz von Primärrädern, welche beständig mit dem Motor verbunden sind, und einem Satz von Sekundärrädern, welche über das Verteilergetriebe selektiv mit dem Motor verbindbar sind. Mittels eines Zweigang-Verteilergetriebes kann sowohl ein oberer Bereich ("high range", H-Bereich) als auch ein unterer Bereich ("low range", L-Bereich) von Übersetzungsverhältnissen erzeugt werden. Sämtliche von dem Getriebe erzeugten Übersetzungsverhältnisse sind in jedem der von dem Verteilergetriebe erzeugten Antriebsbereiche funktionsfähig bzw. wirksam; daher kann das Verteilergetriebe eine Mehrzahl von Getriebe-Übersetzungsverhältnissen in Kombination erzeugen. Auf diese Weise bietet das Verteilergetriebe dem Nutzer des Fahrzeugs, welcher in Abhängigkeit von den Straßenverhältnissen, der Schlepplast, der Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen Fahrbedingungen einen großen Bereich von Übersetzungsverhältnissen zur Auswahl hat, eine große funktionelle Flexibilität.

Die meisten Nutzer von Fahrzeugen mit Allradantrieb (4×4-Fahrzeugen), also solcher Fahrzeuge, die einen Antriebsstrang aufweisen, durch den Motorkraft sowohl auf die Vorder- als auch auf die Hinterräder übertragen wird, nutzen den Antriebsstrang eher selten in seinem unteren Bereich, also dem Bereich, in welchem die niedrigsten Übersetzungsverhältnisse erzeugt werden. Ein Hauptgrund hierfür liegt darin, dass das Fahrzeug angehalten werden muss, bevor eine Verteilergetriebe-Kupplung in den Antriebszustand gebracht werden kann, der für den unteren Bereich eingekuppelt sein muss. Bei Vorhandensein eines größeren Bereichs von Übersetzungsverhältnissen, wie es bei neuerdings bekannten Sechsgang-Automatikgetrieben der Fall ist, dürfte wahrscheinlich ein noch seltenerer Einsatz des unteren Bereichs erfolgen, wodurch der Bedarf für ein Zweigang-Verteilergetriebe zur Erfüllung der Anforderungen der Fahrzeugnutzer weiter verringert wird.

Bestimmte Fahrzeugbaureihen erfordern ein Gesamtgetriebe/Verteilergetriebe-Übersetzungsverhältnis von ungefähr 12:1 in Kombination mit einer relativ niedrigen Motordrehzahl, wie etwa 1000 Upm bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 2-3 mph (mph = Meilen pro Stunde), entsprechend ca. 3,2 bis 4,8 km/h. Bei anderen Fahrzeugen sind die Anforderungen wesentlich weniger hoch, d.h. es sind niedrigere Übersetzungsverhältnisse bei niedrigen Motordrehzahlen erforderlich.

Bei der Konstruktion von Antriebssträngen ist es ein Ziel, ein automatisches Schalten unter vollem Drehmoment vom unteren Übersetzungsbereich zum oberen Übersetzungsbereich zu ermöglichen. Der Schritt im Übersetzungsverhältnis vom unteren Bereich zum oberen Bereich ist aber bei den bekannten Verteilergetrieben für eine zufrieden stellende Schaltqualität zu groß und müsste daher auf ungefähr 1,8 oder geringer reduziert werden. Allerdings wäre eine Verschlechterung der Leistung aufgrund der resultierenden niedrigen Übersetzungsverhältnisse nicht erstrebenswert. Ein Einsatz von Lamellenkupplungen in dem Verteilergetriebe für ein Schalten vom unteren zum oberen Bereich – gekoppelt mit einem Sechs-Gang-Automatikgetriebe – würde zu einem zusätzlichen parasitären Widerstand und einer geringeren Kraftstoffeffizienz führen. Bestimmte Anwendungsfälle, bei denen ein Gesamtgetriebe/Verteilergetriebe-Übersetzungsverhältnis von ungefähr 12:1 erforderlich ist, würden bei den gegenwärtig erhältlichen Sechs-Gang-Automatik getrieben ein Dreigang-Verteilergetriebe erforderlich machen, wodurch jedoch die Verluste vergrößert würden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Automatikgetriebe mit mehreren Übersetzungsverhältnissen für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welches dazu geeignet ist, den diversen Anforderungen unterschiedlicher Fahrzeugbaureihen Rechnung zu tragen und die Fähigkeit für ein Schalten von dem unteren Übersetzungsbereich zu dem oberen Übersetzungsbereich unter vollem Drehmoment aufzuweisen.

Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug-Antriebstrang mit einem acht bis zehn Übersetzungsverhältnisse erzeugenden Getriebe in Kombination mit einem Eingangs-Verteilergetriebe vorgesehen. Diese Kombination gewährleistet eine gute Schaltqualität und eine robuste Parksystem-Funktion.

Ein Wählschalter in einem Fahrzeug, welches einen Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, kann die Betriebsarten 4×2, 4×4-Hoch und 4×4-Niedrig aufweisen, aber er kann auch zusätzliche Funktionen wie 4×4-Auto-, Anhängerzug- und Schnee-Betriebsarten aufweisen. Diese Betriebsarten erhält man dadurch, dass das Getriebe im ersten, zweiten oder dritten Gang gestartet und eine 4×4-Bedarfskupplung ("on-demand"-Kupplung) im Aus-, Bereitschafts- oder angewandten Modus verwendet wird. Für jede dieser Betriebsarten ist mehr als ein Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnis verfügbar.

Eine Kupplungseinrichtung, wie beispielsweise ein Synchrongetriebe, wird verwendet, um zwischen Vorwärtsantrieb und Rückwärtsantrieb zu wechseln. Das Synchrongetriebe verbessert die Kraftstoffeffizienz, indem zwei hydraulische Hochleistungs-Reibungskupplungen und die damit einhergehenden Widerstandverluste eliminiert werden.

Ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen mit Allradantrieb in Kombination mit einem Eingangs-Verteilergetriebe, und zwar entweder mit einer Bedarfs- ("On-Demand"-) Übertragungskupplung oder mit einem Permanent-Allradantriebssystem. Das Getriebe und das Verteilergetriebe können in einem kompakten Raum untergebracht werden, welcher nicht größer ist als der Raum, der zur Unterbringung eines Fünfgang-Getriebes und eines Zweigang-Verteilergetriebes erforderlich ist.

Obwohl zehn Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse und vier Rückwärts-Übersetzungsverhältnisse verfügbar sind, arbeitet das Getriebe im normalen Straßenbetrieb als Sechsgang-Getriebe mit einem Rückwärtsgang. Es ist vorstellbar, dass ein Fahrzeug mit einem derartigen Getriebe für mehrere Betriebsarten geeignet ist, beispielsweise für die Betriebsarten "4×2", "Auto", "4×4 hoch", "4×4 niedrig", "Schnee" und "Anhängerzug". Bei diesen Betriebsarten erfolgt die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses für das Starten im ersten Gang, des Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnisses und des Zustands der Bedarfskupplung im Wesentlichen in dem Verteilergetriebe.

Ein Mehrgang-Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, ein Planetengetriebesystem, welches eine erste Getriebeeinheit, eine zweite Getriebeeinheit, eine dritte Getriebeeinheit und eine vierte Getriebeeinheit aufweist, wobei jede Getriebeeinheit ein Sonnenrad, ein Hohlrad, Planetenräder, welche mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in Zahneingriff stehen, und einen Träger, an welchem die Planetenräder drehbar gelagert sind, aufweist, wobei die Antriebswelle an das Sonnenrad der ersten Getriebeeinheit antreibbar gekuppelt ist, die Abtriebswelle an den Träger der dritten Getriebeeinheit antreibbar gekuppelt ist, das Sonnenrad der dritten Getriebeeinheit und das Sonnenrad der vierten Getriebeeinheit gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, der Träger der ersten Getriebeeinheit und das Hohlrad der zweiten Getriebeeinheit gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, der Träger der zweiten Getriebeeinheit und das Hohlrad der vierten Getriebeeinheit gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, und das Hohlrad der dritten Getriebeeinheit und der Träger der vierten Getriebeeinheit gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, eine Kupplungsleinrichtung zum wechselweisen drehfesten Sichern und Freigeben des Trägers der vierten Getriebeeinheit und des Sonnenrades der vierten Getriebeeinheit, eine erste Bremse zum drehfesten Sichern und Freigeben des Sonnenrades der zweiten Getriebeeinheit, eine erste Kupplung zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Hohlrades der ersten Getriebeeinheit und des Trägers der zweiten Getriebeeinheit, eine zweite Kupplung zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Hohlrades der ersten Getriebeeinheit und der Antriebswelle, eine dritte Kupplung zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Sonnenrades der vierten Getriebeeinheit und der Kuppeleinrichtung, und eine vierte Kupplung zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Sonnenrades der ersten Getriebeeinheit und des Hohlrades der dritten Getriebeeinheit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm der kinematischen Anordnung eines Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Tabelle, welche das Einrück- und Ausrückschema der Kupplungen, Bremsen und Kuppeleinrichtungen zeigt, welche zur Erzeugung der Vorwärtsantriebs- und Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnisse des in 1 gezeigten Getriebemechanismus erforderlich sind;
3 ein schematisches Diagramm der kinematischen Anordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 eine Tabelle, welche das Einrück- und Ausrückschema der Kupplungen, Bremsen und Kuppeleinrichtungen zeigt, welche zur Erzeugung der Vorwärtsantriebs- und Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnisse des in 3 gezeigten Getriebemechanismus erforderlich sind.
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer kinematischen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche zur Erzeugung von zehn Vorwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnissen, nämlich fünf "Underdrive"- ("Kriechgang"-) Übersetzungsverhältnissen, einem Direktantriebs- ("Direct drive"-) Übersetzungsverhältnis sowie vier "Overdrive"- ("Schnellgang"-) Übersetzungsverhältnissen und vier Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnissen geeignet ist. 2 zeigt die Einruck- und Ausrückzustände diverser Kupplungen und Bremsen entsprechend jedem Übersetzungsverhältnis. Die Getriebeanordnung gemäß 1 weist vier Planeten-Sammelgetriebe, sechs Lamellenkupplungen und Bremsen zur Steuerung der Sammelgetriebeelemente und ein Synchrongetriebe zur Erzeugung des Vorwärtsantriebs und des Rückwärtsantriebs auf.
Ein hydrokinetischer Drehmomentwandler 10 weist ein an eine Kurbelwelle 14 eines Verbrennungsmotors angeschlossenes Flügelrad 12, eine Schaufelradturbine 16 und ein Leitrad 18 auf. Das Flügelrad 12 und die Turbinenräder definieren einen toroidalen (torischen, ringförmigen) Fluidströmungskreislauf, durch den das Flügelrad 12 hydrokinetisch an die Turbine gekoppelt ist. Das Leitrad 18 ist an einer stationären Leitrad-Hohlwelle 20 drehbar gelagert, und eine Auflaufbremse 22 verankert das Leitrad 18 an der Leitrad-Hohlwelle 20, um eine Drehung des Leitrades 18 in einer zur Drehung des Flügelrades 12 entgegengesetzten Richtung zu vermeiden, wohingegen eine Freilauf-Bewegung in der entgegengesetzten Richtung ermöglicht wird.
Die Drehmomentwandler-Anordnung weist eine Wandlerkupplung (lockup clutch) 24, nachfolgend Sperrkupplung genannt, auf, welche innerhalb eines Gehäuses 25 für den Drehmomentwandler 10 und das Flügelrad 12 angeordnet ist. Die Drehmoment-Abtriebsseite der Sperrkupplung 24 weist ein Dämpfungselement 26 auf, das zwischen dem Flügelrad 12 und der Turbinenwelle angeordnet ist, welche von der Getriebeantriebswelle 28 gebildet wird. Wenn die Kupplung 24 eingerückt ist, sind die Turbine und das Flügelrad 12 mechanisch miteinander gekoppelt; wenn die Kupplung 24 ausgerückt ist, sind sie hydrokinetisch gekoppelt und mechanisch entkoppelt. Das Dämpfungselement 26 absorbiert vorübergehen de Drehmomentfluktuationen, welche mit der Einrückung einer Sperrkupplung einhergehen. Ein Fluid wird an den Drehmomentwandler 10 von dem Ausgang einer Ölpumpenanordnung 29 geliefert.
Ein Planetengetriebe weist eine erste Planetengetriebeeinheit 30, eine zweite Planetengetriebeeinheit 32, eine dritte Planetengetriebeeinheit 34 und eine vierte Planetengetriebeeinheit 36 auf. Die erste Planetengetriebeeinheit 30 weist ein Sonnenrad 38, ein Hohlrad 40, einen Träger bzw. Steg 42 und Planetenräder 44 auf, welche an dem Träger bzw. Steg 42 gelagert sind und in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 38 und dem Hohlrad 40 stehen. Die zweite Planetengetriebeeinheit 32 weist ein Sonnenrad 46, ein Hohlrad 48, einen Träger bzw. Steg 50 und Planetenräder 52 auf, welche an dem Träger 50 drehbar gelagert sind und in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 46 und dem Hohlrad 48 stehen. Die dritte Planetengetriebeeinheit 34 weist ein Sonnenrad 54, ein Hohlrad 56, einen Träger bzw. Steg 58 und Planetenräder 60 auf, welche an dem Träger 58 drehbar gelagert sind und in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 54 und dem Hohlrad 56 stehen. Die vierte Planetengetriebeeinheit 36 weist ein Sonnenrad 62, ein Hohlrad 64, einen Träger bzw. Steg 66 und Planetenräder 68 auf, welche an dem Träger 66 drehbar gelagert sind und in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 62 und dem Hohlrad 64 stehen.
Eine Kupplungseinrichtung 70, welche eine Klauenkupplung sein kann, aber vorzugsweise eine Synchronkupplung des Typs ist, wie sie in einem Handschaltgetriebe für den Kraftfahrzeugeinsatz verwendet wird, weist eine Hülse 72 auf, welche an einer Nabe 74 derart abgestützt ist, dass sie eine links- bzw. rechtsgerichtete axiale Gleitbewegung ausführen kann. Die Nabe 74 ist an einem Verteilergetriebe 75 gegen Rotation gesichert bzw. drehfest angebracht. Vorzugsweise weist die Hülse 72 eine Gruppe von auf ihrer Innenseite ausgebildeten Zahnungen auf, und die Nabe 74 weist einen Satz von auf ihrer Außenseite ausgebildeten Zahnungen auf, welche kontinuierlich in diejenigen der Hülse 72 eingreifen. In ähnlicher Weise sind die Zahnungen der Hülse 72 mit Zahnungen an der Außenseite einer an den Träger 66 antreibbar gekoppelten Scheibe 76 ausgerichtet und können mit diesen gegenseitig in Eingriff gebracht werden. Die Zahnungen der Hülse 72 sind mit Zahnungen an der Außenseite einer zweiten Scheibe 78 ausge richtet und können mit diesen gegenseitig in Eingriff gebracht werden. Wenn die Hülse 72 nach rechts bewegt wird, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Verteilergetriebe 75 und der Scheibe 78 herzustellen, befindet sich die Kupplungseinrichtung 70 im Vorwärtsantriebs-Zustand. Wenn die Hülse 72 nach links bewegt wird, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Verteilergetriebe 75 und der Scheibe 76 herzustellen, befindet sich die Kupplungseinrichtung 70 im Rückwärtsantriebs-Zustand.
Der Träger 50 bzw. Steg ist mittels eines Elements bzw. Zwischenglieds 80 kontinuierlich antreibbar an das Hohlrad 64 angekuppelt; der Träger bzw. Steg 58 ist kontinuierlich antreibbar an einen Getriebeausgang (bzw. -abtrieb) 82 angekuppelt; der Träger bzw. Steg 66 verbindet antreibbar das Hohlrad 56 und die Scheibe 76; eine Welle 84 kuppelt antreibbar die Sonnenräder 54 und 62 aneinander; und der Träger bzw. Steg 42 ist an das Hohlrad 48 antreibbar angekuppelt.
Hydraulisch betätigte Kupplungen und Bremsen erzeugen selektive bzw. ausgewählte, lösbare Antriebsverbindungen zwischen den Komponenten der kinematischen Anordnung. Eine Bremse 90 kuppelt wechselweise das Sonnenrad 46 und das Verteilergetriebe 75 ein und aus; eine Kupplung 92 kuppelt wechselweise den Träger 50 und eine an das Sonnenrad 40 angekuppelte Trommel 94 ein und aus; eine Kupplung 96 kuppelt wechselweise das Hohlrad 40 und die Getriebeantriebswelle 28 ein und aus; eine Bremse 98 kuppelt wechselweise eine Trommel 94 und das Verteilergetriebe 75 ein und aus; eine Kupplung 100 kuppelt wechselweise die Scheibe 78 und eine Welle 102 ein und aus, die an die Sonnenräder 54 und 62 angekuppelt ist; und eine Kupplung 104 kuppelt wechselweise das Hohlrad 56 und das Sonnenrad 38 über eine Zwischenwelle 106 ein und aus.
Während des Betriebs im ersten Gang erzeugt eine Einwegkupplung 108 eine einseitig gerichtete Antriebsverbindung zwischen dem Verteilergetriebe 75 und der Trommel 94. Unter Bedingungen positiven Drehmoments, wenn Kraft von dem Verbrennungsmotor über das Getriebe an die Räder übertragen wird, erzeugt eine Einwegkupplung (Freilaufkupplung)110 eine einseitig gerichtete Antriebsverbindung zwischen der Kupplungseinrichtung 70 und dem Sonnenrad 62. Diese läuft unter Bedingungen negativen Drehmoments frei, wenn Kraft von den Rädern über das Getriebe an den Verbrennungsmotor übertragen wird. Eine Hauptaufgabe der Kupplung 100 besteht darin, unter Bedingungen negativen Drehmoments die Antriebsverbindung zwischen der Kupplungseinrichtung 70 und dem Sonnenrad 62 herzustellen, welche unter Bedingungen positiven Drehmoments von der Kupplung 110 bereitgestellt wird.
Ein vom Fahrer des Fahrzeugs betätigter Getriebewählhebel, mit "PRNDL" bezeichnet, wird zur Auswahl des Betriebsbereichs des Getriebes verwendet, indem der Wählhebel entlang Positionen, in denen die diversen Übersetzungsverhältnisse automatisch erzeugt werden, sowie entlang anderer Positionen, in denen die Übersetzungsverhältnisse manuell erzeugt werden, manuell geführt wird. Ein Parksperrenmechanismus 112 an der Abtriebswelle 82 wird lösbar am Verteilergetriebe 75 fixiert, wenn der Getriebewählhebel in die "P"- oder Park-Position bewegt wird. Dies sichert die Abtriebswelle 82 gegen Rotation, fixiert die Räder an dem Verteilergetriebe 75 und verhindert eine Bewegung des Fahrzeugs.
Zwei hydraulische Niedrigdruck-Pumpen 114, 116 sind an der Abtriebswelle 82 befestigt. Die Pumpe 114 besitzt einen Einlass, welcher an die Getriebeölwanne angeschlossen ist, und einen Auslass, über den Schmierflüssigkeit an ein Verteilergetriebe 120 geliefert wird. Die Pumpe 116 besitzt einen Einlass in der Ölwanne des Verteilergetriebes 120 und einen Auslass, über den Öl an den Getriebeschmiermittelkreislauf geliefert wird. Diese Schmiermittelquelle ermöglicht es dem Fahrzeug, "flach" ("flat") geschleppt zu werden, d.h. so geschleppt zu werden, dass alle seine Räder sich in Kontakt mit dem Boden drehen. Die Pumpe 116 hält die Verteilergetriebewanne trocken, wodurch Widerstandsverluste reduziert werden.
Das Verteilergetriebe 120 weist eine Antriebswelle (Eingang) 122, eine primäre Abtriebswelle (primärer Ausgang) 124, eine sekundäre Abtriebswelle (sekundärer Ausgang) 126, ein Planeten-Achsdifferential 128, eine Vorspannungskupplung ("bias clutch") 132 und einen Kettenantriebsmechanismus 133 zur Kraftübertragung von einem Sonnenrad 134 des Achsdifferentials 128 auf die Abtriebswel le 126 auf. Das Achsdifferential 128 weist einen Träger bzw. Steg 136, ein an die Abtriebswelle 124 angekuppeltes Hohlrad 138, ein an ein von einer Welle 142 getragenem Kettenrad 140 angekuppeltes Sonnenrad 134 und einen Satz Planetenräder 144 auf, welche an dem Träger bzw. Steg 136 drehbar gelagert sind und mit dem Hohlrad 138 und dem Sonnenrad 134 in Zahneingriff stehen. Der Kettenantriebsmechanismus 133 weist ein weiteres Kettenrad 146, welches von der Abtriebswelle 126 getragen wird, und eine Antriebskette 148, welche mit den Kettenrädern 140 und 146 in Eingriff steht, auf.
Entsprechend der relativen Größe der Zahnräder des Achsdifferentials 128 und dem Ausmaß des Rutschens über die Kupplung 132 teilt das Achsdifferential 128 die auf die Abtriebswelle 82 übertragene Kraft zwischen der primären Verteilergetriebe-Abtriebswelle 124 und der sekundären Verteilergetriebe-Abtriebswelle 126 auf. Der Schlupf über die Kupplung 132 ist eine Funktion des Ausmaßes, in welchem die Kupplung 132 vollständig eingerückt ist, was durch die Größe des hydraulischen Druckes gesteuert wird, der an einem die Kupplung 132 betätigenden Regelkreis anliegt.
2 stellt eine Tabelle dar, welche den Zustand der Kupplungen und Bremsen anzeigt, die zur Erzeugung jedes einzelnen Übersetzungsverhältnisses selektiv ein- bzw. ausgerückt werden. In 2 bezeichnet das Symbol "X" eine eingerückte Reibungskupplung oder Reibungsbremse oder eine antreibende bzw. mitnehmende Einweg-Kuppeleinrichtung, eine Einwegkupplung oder eine Einwegbremse. Das Symbol "O/R" bezeichnet einen Freilauf-Zustand ("overrunning condition") für eine Einwegkupplung oder -Bremse. Das Symbol "EB" zeigt an, dass das entsprechende Reibungselement während eines Leerlaufzustandes eingerückt ist. Die Symbole "F" und "R" zeigen den Vorwärtsantriebs- bzw. den Rückwärtsantriebszustand der Kupplungseinrichtung 70 an. Ein Leerzeichen bzw. leeres Feld zeigt an, dass die entsprechende Kupplung oder Bremse ausgerückt oder gelöst ist.
Der erste Gang wird eingelegt, indem die Hülse 72 der Kupplungseinrichtung 70 nach rechts bewegt und in Eingriff mit der Scheibe 78, die Vorwärtsantriebs-Posi tion, gebracht wird, und indem die Bremse 90 betätigt wird. Mit den derart positionierten und betätigten Steuerelementen werden auch die Einwegkupplung 110 und die Einwegbremse 108 eingerückt und übertragen Antrieb während eines Zustands mit positivem Drehmoment, d.h. wenn Kraft von der Antriebswelle 28 über das Getriebe auf die Abtriebswelle 82 übertragen wird. Der erste Gang oder das niedrigste Übersetzungsverhältnis werden in dem "4×4"-"Niedrig"-Bereich für härteste Gelände (="Off-Road")-Manöver verwendet, wie etwa während eines langsamen Überwindens von Hindernissen oder eines Hinauffahrens oder Hinabfahrens auf steile bzw. von steilen Steigungen.
Ein Hochschalten in den zweiten Gang stellt ein nicht-synchrones Schaltereignis dar. Die Kupplung 92 wird eingerückt, die Bremse 90 bleibt eingerückt, die Kupplungseinrichtung bzw. Einwegkupplung 110 treibt an bzw. "nimmt mit", aber die Kupplungseinrichtung bzw. Einwegbremse 108 befindet sich im Leerlauf. Der zweite Gang entspricht grob gesagt dem unteren Bereich, welcher von den meisten gegenwärtigen Verteilergetriebesystemen erzeugt wird. Er wird im "4×4"-"Niedrig"-Betriebsmodus oder als erstes Übersetzungsverhältnis verwendet, wenn der Anhängerzug-Modus gewählt wird.
Das Hochschalten vom zweiten Gang in den dritten Gang und das Hochschalten vom dritten Gang in den vierten Gang stellen synchrone Schaltereignisse dar. Das "2-3"-Hochschalten ergibt sich aus dem Ausrücken der Kupplung 92, Einrücken der Kupplung 96 und Eingerücktlassen der Bremse 90. Die Kupplungsleinrichtung 108 befindet sich im Leerlauf (läuft frei), aber die Kupplungsleinrichtung 110 kann eine Leerlauffähigkeit bereitstellen, beim Fahren im Leerlauf herunterzuschalten und z.B. auf einem Parkplatz mit geringer Geschwindigkeit zu fahren. Das dritte Übersetzungsverhältnis ist das Start-Übersetzungsverhältnis, welches unter normalen Fahrbedingungen am häufigsten verwendet wird. Das " 3-4"-Hochschalten ergibt sich aus dem Ausrücken der Bremse 90, Wiedereinrücken der Kupplung 92 und Eingerücktlassen der Kupplung 96.
Das Hochschalten vom vierten Gang in den fünften Gang stellt ein nicht synchrones Schaltereignis dar, welches durch Ausrücken der Kupplung 96 und Einrücken der Kupplung 104 erzeugt wird. Das Hochschalten vom fünften Gang in den sechsten Gang stellt ein nicht synchrones Schaltereignis dar, bei dem die Kupplung 96 eingerückt wird und die Kupplungseinrichtung 110 sich im Leerlauf befindet (frei läuft). Alle Hochschalt-Vorgänge oberhalb des sechsten Gangs sind synchrone Schaltereignisse. Der fünfte Gang hat ein "Underdrive"- ("Kriechgang"-) Übersetzungsverhältnis, der sechste Gang hat ein Direktantriebs-1:1-Übersetzungsverhältnis, und der siebente bis zehnte Gang haben "Overdrive"- ("Schnellgang"-) Übersetzungsverhältnisse. Die Schrittweite zwischen den Übersetzungsverhältnissen vom sechsten Gang bis zum zehnten Gang ist klein. Daher beinhalten die sechs Gänge, welche für die häufigsten Fahrbedingungen verwendet werden, den dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten und zehnten Gang, wobei die Übersetzungsverhältnisse vorzugsweise folgende Werte haben: Dritter Gang: 3,54:1; vierter Gang: 2,28:1; fünfter Gang: 1,46:1; sechster Gang: 1,00:1; siebenter Gang: 0,83:1; und zehnter Gang: 0,63:1.
Ein Rückwärtsantrieb erfordert eine Bewegung der Hülse 72 der Kupplungseinrichtung 70 in die Rückwärtsantriebs-Position, in der die Scheibe 76 an das Verteilergetriebe 75 antreibbar gekuppelt ist. Vier Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnisse können unter Verwendung der gleichen Kupplungs- und Bremseneinrück- und -Ausrückzustände erzeugt werden, wie sie für die vier niedrigsten Vorwärtsantriebs-Gänge verwendet werden. Der dritte Rückwärtsgang, dessen Übersetzungsverhältnis vorzugsweise 2,73:1 beträgt, wird für den normalen 4×2-Betrieb verwendet. Der erste Rückwärtsgang und der dritte Rückwärtsgang werden für "Off-Road"- und Anhängerzug-Bedingungen verwendet.
Die in 3 gezeigte kinematische Anordnung erzeugt sieben Vorwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnisse und vermeidet das niedrigste Übersetzungsverhältnis, welches von der Anordnung gemäß 1 erzeugt wird. Die kinematische Anordnung gemäß 3 eliminiert die Bremse 90 und die Kupplungseinrichtung 108 aus der Anordnung gemäß 1. Sie erzeugt ein erstes Übersetzungsverhältnis, welches ungefähr das gleiche wie das zweite Übersetzungsverhältnis der Anordnung gemäß 1 ist, und erzeugt nur drei Rückwärtsantriebs-Übersetzungsverhältnisse im Bereich von 4,99:1-1,76:1. In einer bevorzugten Ausführungsform betragen die "Overdrive"- Übersetzungsverhältnisse im sechsten Gang und im siebenten Gang 0,83:1 bzw. 0,73:1. 4 zeigt eine Tabelle, welche die Einrück- und Ausrückzustände der Kupplungen und Bremsen anzeigt, die jedes einzelne der Übersetzungsverhältnisse selektiv erzeugen.
Ein Verteilergetriebe 120' weist eine primäre Abtriebswelle 124, die antreibbar an die Getriebeabtriebswelle 82 gekuppelt ist, eine sekundäre Abtriebswelle 126, eine Kupplung 150 und einen Kettenantriebsmechanismus 133 zur Kraftübertragung von der Abtriebswelle 124 auf die Abtriebswelle 126 auf. Der Kettenantriebsmechanismus 133 weist ein erstes Kettenrad 140, ein von der Abtriebswelle 126 getragenes zweites Kettenrad 146 und eine Antriebskette 148 auf, welche mit den Kettenrädern 140 und 146 in Eingriff steht. Die Kupplung 150 teilt die an die Abtriebswelle 82 übertragene Kraft zwischen der primären Abtriebswelle 124 des Verteilergetriebes und der sekundären Abtriebswelle 126 des Verteilergetriebes auf. Der Schlupf über die Kupplung 132 ist eine Funktion des Ausmaßes, in welchem diese Kupplung vollständig eingerückt ist, was durch die Größe des hydraulischen Druckes gesteuert wird, der an einen Regelkreis angelegt wird, welcher die Kupplung 150 betätigt.

Claims

Automatikgetriebe mit mehreren Übersetzungsverhältnissen für ein Kraftfahrzeug, mit: einer Antriebswelle (28); einer Abtriebswelle (82); einem Planetengetriebesystem, welches eine erste Getriebeeinheit (30), eine zweite Getriebeeinheit (32), eine dritte Getriebeeinheit (34) und eine vierte Getriebeeinheit (36) aufweist, wobei jede Getriebeeinheit (30-36) ein Sonnenrad (38, 46, 54, 62), ein Hohlrad (40, 48, 56, 64), Planetenräder (44, 52, 60, 68), welche mit dem Sonnenrad (38, 46, 54, 62) und dem Hohlrad (40, 48, 56, 64) in Zahneingriff stehen, und einen Träger (42, 50, 58, 66), an welchem die Planetenräder (44, 52, 60, 68) drehbar gelagert sind, aufweist; wobei die Antriebswelle (28) an das Sonnenrad (38) der ersten Getriebeeinheit (30) antreibbar gekuppelt ist, die Abtriebswelle (82) an den Träger (58) der dritten Getriebeeinheit (34) antreibbar gekuppelt ist, das Sonnenrad (54) der dritten Getriebeeinheit (34) und das Sonnenrad (62) der vierten Getriebeeinheit (36) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, der Träger (42) der ersten Getriebeeinheit (30) und das Hohlrad (48) der zweiten Getriebeeinheit (32) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, der Träger (50) der zweiten Getriebeeinheit (32) und das Hohlrad (64) der vierten Getriebeeinheit (36) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, und das Hohlrad (56) der dritten Getriebeeinheit (34) und der Träger (66) der vierten Getriebeeinheit (36) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind; einer Kupplungseinrichtung (70) zum wechselweisen drehfesten Sichern und Freigeben des Trägers (66) der vierten Getriebeeinheit (36) und des Sonnenrades (62) der vierten Getriebeeinheit (36); einer ersten Bremse (90) zum drehfesten Sichern und Freigeben des Sonnenrades (46) der zweiten Getriebeeinheit (32); einer ersten Kupplung (92) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Hohlrades (40) der ersten Getriebeeinheit (30) und des Trägers (50) der zweiten Getriebeeinheit (32); einer zweiten Kupplung (96) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Hohlrades (40) der ersten Getriebeeinheit (30) und der Antriebswelle (28); einer dritten Kupplung (100) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Sonnenrades (62) der vierten Getriebeeinheit (36) und der Kupplungseinrichtung (70); und einer vierten Kupplung (104) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Sonnenrades (38) der ersten Getriebeeinheit (30) und des Hohlrades (56) der dritten Getriebeeinheit (34).
Automatikgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung (100) ferner aufweist: eine Reibungskupplung, welche ein erstes Element, das an das Sonnenrad (62) der vierten Getriebeeinheit (36) antreibbar angekuppelt ist, und ein zweites Element, welches an die Kupplungseinrichtung (70) angekuppelt ist, aufweist; und eine Freilaufkupplung, welche in Parallelantrieb mit der Reibungskupplung angeordnet ist, zum Erzeugen einer einseitig gerichteten Antriebsverbin dung zwischen der Kuppeleinrichtung (70) und dem Sonnenrad (62) der vierten Getriebeeinheit (36).
Automatikgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen sind: ein Drehmomentwandler (10), welcher ein an eine Stromquelle antreibbar angeschlossenes Flügelrad (12) und eine Turbine (16), welche an das Flügelrad (12) hydrokinetisch gekoppelt und an die Antriebswelle (28) antreibbar angeschlossen ist, aufweist.
Automatikgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Übertragungsmechanismus (133) vorgesehen ist, welcher aufweist: eine zweite Abtriebswelle (126); ein erstes Kettenrad (140); ein zweites Kettenrad (146), welches mit Abstand von dem ersten Kettenrad (140) angeordnet und an die zweite Abtriebswelle (126) antreibbar angekuppelt ist; eine Antriebskette (148), welche mit dem ersten Kettenrad (140) und den zweiten Kettenrad (146) antreibbar in Eingriff steht; und eine Kupplung (132) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln das ersten Kettenrades (140) und der Abtriebswelle.
Automatikgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (70) ferner aufweist: eine gegen Rotation gesicherte Nabe (74); und eine Hülse (72), welche von der Nabe (74) so getragen ist, dass diese eine axiale Gleitbewegung zwischen einer Vorwärtsantriebs-Position, in der die Hülse (72) die Nabe (74) und die dritte Kupplung (100) antreibbar verbindet, und einer Rückwärtsantriebs-Position, in der die Hülse (72) die Nabe (74) und den Träger (66) der vierten Getriebeeinheit (36) antreibbar verbindet, ausführt.
Automatikgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Verteilergetriebe (75) vorgesehen ist, welches gegen Rotation fixiert ist, wobei die Nabe (74) an dem Verteilergetriebe gesichert ist.
Automatikgetriebe mit mehreren Übersetzungsverhältnissen für ein Kraftfahrzeug, mit: einer Antriebswelle (28); einer Abtriebswelle (82); einem Planetengetriebesystem, welches eine erste Getriebeeinheit (30), eine zweite Getriebeeinheit (32), eine dritte Getriebeeinheit (34) und eine vierte Getriebeeinheit (36) aufweist, wobei jede Getriebeeinheit (30-36) ein Sonnenrad (38, 46, 54, 62), ein Hohlrad (40, 48, 56, 64), Planetenräder (44, 52, 60, 68), welche mit dem Sonnenrad (38, 46, 54, 62) und dem Hohlrad (40, 48, 56, 64) in Zahneingriff stehen, und einen Träger (42, 50, 58, 66), an welchem die Planetenräder (44, 52, 60, 68) drehbar gelagert sind, aufweist; wobei die Antriebswelle (28) an das Sonnenrad (38) der ersten Getriebeeinheit (30) antreibbar gekuppelt ist, die Antriebswelle (82) an den Träger (58) der dritten Getriebeeinheit (34) antreibbar gekuppelt ist, das Sonnenrad (54) der dritten Getriebeeinheit (34) und das Sonnenrad (62) der vierten Getriebeeinheit (36) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, der Träger (42) der ersten Getriebeeinheit (30) und das Hohlrad (48) der zweiten Getriebeeinheit (32) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, der Träger (50) der zweiten Getriebeeinheit (32) und das Hohlrad (64) der vierten Getriebeeinheit (36) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind, und das Hohlrad (56) der dritten Getriebeeinheit (34) und der Träger (66) der vierten Getriebeeinheit (36) gegenseitig antreibbar aneinander gekuppelt sind; einer Kupplungseinrichtung (70) zum wechselweisen drehfesten Sichern und Freigeben des Trägers (66) der vierten Getriebeeinheit (36) und des Sonnenrades (62) der vierten Getriebeeinheit (36); einer ersten Bremse zum drehfesten Sichern und Freigeben des Sonnenrades (46) der zweiten Getriebeeinheit (32); einer zweiten Bremse zum drehfesten Sichern und Freigeben des Sonnenrades (38) der ersten Getriebeeinheit (30); einer ersten Kupplung (92) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Hohlrades (40) der ersten Getriebeeinheit (30) und des Trägers (50) der zweiten Getriebeeinheit (32); einer zweiten Kupplung (96) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Hohlrades (40) der ersten Getriebeeinheit (30) und der Antriebswelle (28); einer dritten Kupplung (100) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Sonnenrades (62) der vierten Getriebeeinheit (36) und der Kuppeleinrichtung (70); und einer vierten Kupplung (104) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des Sonnenrades (38) der ersten Getriebeeinheit (30) und des Hohlrades (56) der dritten Getriebeeinheit (34).
Automatikgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein drehfest gesichertes Verteilergetriebe (75) vorgesehen ist, wobei die zweite Bremse ferner aufweist: eine Reibungsbremse, welche ein erstes Element, das an das Sonnenrad (38) der ersten Getriebeeinheit (30) antreibbar angekuppelt ist, und ein zweites Element, welches an das Verteilergetriebe (75) angekuppelt ist, aufweist; und eine Freilaufkupplung, welche in Parallelantrieb mit der Reibungsbremse angeordnet ist, zum Erzeugen einer einseitig gerichteten Antriebsverbindung zwischen dem Sonnenrad (38) der ersten Getriebeeinheit (30) und dem Verteilergetriebe (75).
Automatikgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (75) drehfest gesichert ist und die zweite Bremse ferner aufweist: eine Freilaufkupplung zum Erzeugen einer einseitig gerichteten Antriebsverbindung zwischen dem Sonnenrad (38) der ersten Getriebeeinheit (30) und dem Verteilergetriebe (75).
Automatikgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bremse ferner aufweist: eine Reibungsbremse, welche ein an das Sonnenrad (38) der ersten Getriebeeinheit (30) antreibbar gekuppeltes erstes Element und ein an das Verteilergetriebe antreibbar gekuppeltes zweites Element aufweist.
Automatikgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen ist: ein Drehmomentwandler (10), welcher ein an eine Stromquelle antreibbar angeschlossenes Flügelrad (12) und eine Turbine (16), welche an das Flügelrad (12) hydrokinetisch gekoppelt und an die Antriebswelle (28) antreibbar angeschlossen ist, aufweist.
Automatikgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Übertragungsmechanismus (133) vorgesehen ist, welcher aufweist: eine zweite Abtriebswelle (126); ein erstes Kettenrad (140); ein zweites Kettenrad (146), welches mit Abstand von dem ersten Kettenrad (140) angeordnet und an die zweite Abtriebswelle (126) antreibbar angekuppelt ist; eine Antriebskette (148), welche mit dem ersten Kettenrad (140) und den zweiten Kettenrad (146) antreibbar in Eingriff steht; und eine Kupplung (132) zum antreibbaren Kuppeln und Entkuppeln des ersten Kettenrades (140) und der Abtriebswelle.
Automatikgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (70) ferner aufweist: eine gegen Rotation gesicherte Nabe (74); und eine Hülse (72), welche von der Nabe (74) so getragen ist, dass sie eine axiale Gleitbewegung zwischen einer Vorwärtsantriebs-Position, in der die Hülse (72) die Nabe (74) und die dritte Kupplung (100) antreibbar verbindet, und einer Rückwärtsantriebs-Position, in der die Hülse (72) die Nabe (74) und den Träger (66) der vierten Getriebeeinheit (36) antreibbar verbindet, ausführt.
Automatikgetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (74) an dem Verteilergetriebe (75) gesichert ist.