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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe, das eine Kupplungsanordnung mit einer integralen Einwegkupplung, einer Synchronisierkupplung und einer Klauenkupplungseinrückplatte aufweist, welche zum Halten einer Getriebedrehmomentkapazität während Schiebebetriebs- und Rückwärtsdrehbedingungen geeignet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In einem Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe kann eine Kupplungsanordnung der rotierenden Art als eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum weichen Ineingriffbringen oder Koppeln einer rotierenden Brennkraftmaschinenkurbelwelle mit einer feststehenden Antriebswelle verwendet werden, um dadurch ein Drehmoment von der Kurbelwelle an die Fahrzeugantriebsräder zu übertragen. Gleichermaßen wird die gleiche Kupplungsanordnung verwendet, um anschließend die gekoppelten Wellen außer Eingriff zu bringen, um die Kraftübertragung zwischen den Wellen zu unterbrechen und zum Beispiel ein weiches Schalten zwischen den verschiedenen Gängen eines Planetenradsatzes zuzulassen. Kupplungsanordnungen oder Kupplungen werden typischerweise in einem separaten Gehäuse positioniert, das in einem äußeren Getriebekasten beinhaltet ist. Kupplungen werden unter Verwendung eines Kupplungseinrückmechanismus, wie z. B. einem Kolben, betätigt oder in Eingriff gebracht, der üblicherweise durch eine steuerbare Zufuhr von unter Druck gesetztem Hydraulikfluid angesteuert wird. Eine Verringerung des Kupplungseinrückdrucks löst die Kupplung oder bringt sie außer Eingriff, wobei das Außereingriffbringen der Kupplung oft durch eine vorspannende Feder oder einen anderen Rückstellmechanismus unterstützt wird, und gleichermaßen betätigt ein Anstieg des Kupplungseinrückdrucks die Kupplung oder bringt sie in Eingriff.
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Eine verbreitete Kupplung der rotierenden Art ist eine Einwegkupplung, die, wie der Name unterstellt, speziell gestaltet ist, um eine rotierende Kraft oder ein Drehmoment in nur einer Rotationsrichtung zu halten oder festzuhalten und in der entgegengesetzten Richtung frei zu rotieren oder ”freizulaufen” und so ein relativ weiches und effizientes Gangschalten zu ermöglichen. Jedoch kann aufgrund der naturgemäßen Unfähigkeit einer Einwegkupplung, ein Drehmoment in zwei Rotationsrichtungen zu halten, eine redundante Kupplung, die üblicherweise als eine ”Schiebebetriebskupplung” (coast clutch) bezeichnet wird, in Tandemanordnung mit der Einwegkupplung verwendet werden, um insbesondere das Drehmoment in der entgegengesetzten oder umgekehrten Rotationsrichtung zu halten oder festzuhalten, wie zum Beispiel während des Fahrzeugschiebebetriebs und unter bestimmten Rückwärtsdrehbedingungen. Als Alternative zu einer redundanten Schiebebetriebskupplung kann eine selektive Einwegkupplung verwendet werden. Es kann jedoch sein, dass selektive Kupplungseinrichtungen nicht optimal für ein Synchronisieren der ungleichen relativen Drehgeschwindigkeiten des äußeren und des inneren Kupplungslaufrings sind, welche, wenn sie nicht optimal synchronisiert sind, die Weichheit des Gangschaltens und die Effizienz nachteilig beeinflussen können und/oder eine hohe Stoßbelastung vermitteln können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend wird eine Kupplungsanordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei die Kupplungsanordnung einen Kupplungseinrückmechanismus, eine Einwegkupplung, eine Synchronisierkupplung mit einer Synchronisierplatte und eine Klauenkupplungseinrückplatte umfasst. Die Klauenkupplung wird mittels eines Kupplungseinrückmechanismus betätigt, welcher eine bewegliche Klauenkupplungseinrückplatte axial versetzt, wodurch die Klauenkupplungseinrückplatte mit der Synchronisierplatte in Eingriff gebracht wird. Die Synchronisierplatte wiederum synchronisiert die jeweiligen Drehgeschwindigkeiten der Einwegkupplung und der Klauenkupplungseinrückplatte während des Auslösens eines Gangschaltungsvorgangs. Bei ausreichender Drehzahlsynchronisierung vervollständigt eine fortgesetzte axiale Versetzung des Kupplungseinrückmechanismus den Eingriff der Klauenkupplungseinrückplatte mit der Einwegkupplung, um dadurch einen Schiebebetriebs-Gangzustand zu erzielen.
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Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst die Synchronisierkupplung einen rotierbaren Kegel mit mindestens einer Reibungsoberfläche zum Verzögern der Rotation des rotierbaren Kegels.
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Bei einem anderen Aspekt der Erfindung weist die Synchronisierplatte mehrere sich axial erstreckende Zähne auf, die wechselseitig mit mehreren sich axial erstreckenden Klauenkupplungseinrückzähnen in Eingriff bringbar sind, wenn die Klauenkupplungseinrückplatte durch den Kupplungseinrückmechanismus versetzt wird.
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Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Kupplungseinrückmechanismus ein hydraulisch betätigter Kupplungskolben und der Rückstellmechanismus ist eine zusammendrückbare Rückstellfeder.
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Bei einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, das ein Automatikgetriebe, einen Controller und eine steuerbare Kupplungsanordnung umfasst, die eine Einwegkupplung, einen Kupplungseinrückmechanismus, eine Synchronisierkupplung mit einer Synchronisierplatte und einer Kupplungssynchronisiereinrichtung sowie eine Klauenkupplung mit einer Nabe und einer Einrückplatte umfasst. Der Kupplungseinrückmechanismus ist ausgebildet, um die Einrückplatte in Ansprechen auf den Controller in Eingriff mit der Synchronisierplatte zu bewegen, wobei die Synchronisierplatte mit der Kupplungssynchronisiereinrichtung zusammengebracht werden kann, um dadurch die Drehgeschwindigkeiten der Einwegkupplung und der Einrückplatte zu synchronisieren, um die Gangschaltungseffizienz des Getriebes zu optimieren.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das ein Automatikgetriebe mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung aufweist; und
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2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Kupplungsanordnung der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in allen der mehreren Figuren entsprechen, ist in 1 schematisch ein Fahrzeug 10 mit mehreren Rädern 26 gezeigt, die an entgegengesetzten Enden einer Vorderachse 22 und einer Hinterachse 24 angeordnet oder positioniert sind. Eine oder beide der Achsen 22, 24 werden durch ein Energieumwandlungssystem 12 mit Energie versorgt oder angetrieben, das durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 14 in Eingriff mit einem automatischen Lastschaltgetriebe 16 bringbar ist. Das Energieumwandlungssystem 12 ist vorzugsweise eine mit Benzin oder Diesel angetriebene Brennkraftmaschine der Art, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, es kann aber innerhalb des Umfangs der Erfindung auch eine Brennstoffzelle oder eine andere Spannungsquelle umfassen. Das Getriebe 16 weist ein rotierbares Eingangselement (nicht gezeigt) und ein rotierbares Ausgangselement 18 auf und es umfasst eine steuerbare Kupplungsanordnung 46 der Erfindung, die durch einen Controller 30 automatisch steuerbar ist. Der Controller 30 kann das Energieumwandlungssystem 12, den Drehmomentwandler 14 und/oder das Getriebe 16 einschließlich der Kupplungsanordnung 46 steuern. Die Kupplungsanordnung 46 ist in 2 gezeigt und wird später unten detaillierter beschrieben.
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Das Energieumwandlungssystem 12 ist in der Lage, eine Rotationskraft oder ein Drehmoment zu erzeugen, die bzw. das geeignet ist, eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), die selektiv mit der Eingangswelle des Getriebes 16 verbindbar oder in Eingriff bringbar ist, durch den Drehmomentwandler 14 zu rotieren. Abhängig davon, ob eine Vorderrad-, Hinterrad- oder Allradantriebskonfiguration verwendet wird, kann bzw. können eine oder beide der Achsen 22 und 24 ferner für eine Verwendung als Antriebsachsen geeignet sein, die dazu tauglich sind, das Fahrzeug 10 anzutreiben oder mit Antrieb zu versehen. Zu diesem Zweck kann ein Vorder- und/oder Hinterachsdifferential 20F bzw. 20R zum Übertragen des Ausgangsdrehmoments von dem Getriebe 16 zu einer oder beiden der Achsen 22, 24 und/oder zum Verteilen des Ausgangsdrehmoments entlang einer gemeinsamen Achse 22 oder 24 verwendet werden, z. B. um einen Schlupf auf rutschiger Fahrbahn, oder während das Fahrzeug 10 eine Kurve fährt, zu verhindern.
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Zu 2 hinwendend ist die steuerbare Kupplungsanordnung 46 in einem äußeren Getriebegehäuse oder -kasten 37 und einem vorzugsweise separaten inneren Kupplungsgehäuse 35 gezeigt. Das Kupplungsgehäuse 35 ist gegossen, geschweißt oder anderweitig gebildet, um zumindest teilweise einen Kupplungseinrückhohlraum 36 und einen Hauptkupplungshohlraum 19 zu definieren. Der Kupplungseinrückhohlraum 36 und der Hauptkupplungshohlraum 19 stehen in Fluidverbindung mit einer steuerbaren Quelle von unter Druck gesetztem Hydraulikfluid, wie z. B. einer Verdrängerpumpe (nicht gezeigt), von der die Hohlräume 19 und 36 vorzugsweise bei einem im Wesentlichen vollen Niveau von unter Druck gesetztem Fluid (nicht gezeigt) gehalten werden.
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Ein beweglicher Kupplungseinrückmechanismus ist in 2 als ein bevorzugter Kupplungseinrückkolben 70 dargestellt, der funktionsmäßig an einem Kolbeneinrückring 52 befestigt ist, wobei sowohl der Kupplungseinrückkolben 70 als auch der Kolbeneinrückring 52 in dem Kupplungseinrückhohlraum 36 angeordnet ist. Der Kupplungseinrückhohlraum 36 ist zumindest teilweise durch eine Synchronisierkupplung 11 mit einer Synchronisierplatte 66 und einer Kupplungssynchronisiereinrichtung 50 von dem Haupthohlraum 19 getrennt, wobei die Synchronisierplatte 66 ferner mehrere sich axial erstreckende Synchronisierzähne oder obere Zähne 58 und eine untere Oberfläche 60 aufweist. Der Kupplungseinrückhohlraum 36 ist ferner zumindest teilweise durch eine separate Klauenkupplungseinrückplatte 38 mit mehreren sich axial erstreckenden Einrückzähnen oder unteren Zähnen 56 von dem Haupthohlraum 19 getrennt, wobei die unteren Zähne 56 der Klauenkupplungseinrückplatte 38 und die oberen Zähne 58 der Synchronisierplatte 66 für einen komplementären oder wechselseitigen Eingriff geeignet oder ausgebildet sind.
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Der Haupthohlraum 19 enthält eine zusammendrückbare Rückstellfeder 40, die zwischen einem Paar von im Wesentlichen starren Federplatten 44A, 44B zusammengedrückt ist. Die Rückstellfeder 40 ist ausgebildet und positioniert, um eine vorspannende oder rückstellende Federkraft, dargestellt durch den Pfeil FS, auf die Klauenkupplungseinrückplatte 38 auszuüben. Der Haupthohlraum 19 enthält ferner eine Einwegkupplung 31, die ein oberes Element 32 und ein unteres Element 34 umfasst, wobei das obere und das untere Element 32, 34 jeweils in Bezug auf das andere durch einen Haltering 39 festgehalten oder positioniert ist. Die Einwegkupplung 31 ist ferner funktionsmäßig mit einem rotierenden Element oder Träger 62 verbunden, wobei die Rotationsrate des Trägers 62 in 2 durch den Pfeil RC dargestellt ist.
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Das obere Element 32 umfasst einen äußeren Laufring 48, wobei der äußere Laufring 48 vorzugsweise auch geeignet ist, um als eine Klauenkupplungsnabe 48 mit mehreren sich axial erstreckenden Nabenzähnen 76 zu funktionieren oder zu arbeiten. Zur Klarheit wird der äußere Laufring 48 nachfolgend als Klauenkupplungsnabe 48 bezeichnet. Das obere Element 32 ist funktionsmäßig an einem Synchronisierkegel 50 der Synchronisierkupplung 11, die eine Synchronisierplatte 66 aufweist, befestigt oder mit diesem verbunden, wie oben zuvor beschrieben wurde. Der Synchronisierkegel 50 ist vorzugsweise eine einzelne Kegelkupplungssynchronisiereinrichtung, die eine obere Reibungsoberfläche oder -schicht 53 aufweist, die auf eine Schicht von elastischem und leitfähigem Reibungsmaterial beschichtet oder anderweitig an dieser angebracht ist, welche in der Lage ist, die Rotation des Synchronisierkegels 50 zu verlangsamen und/oder anzuhalten, wenn der Synchronisierkegel 50 mit einem relativ feststehenden gegenüberliegenden Objekt in Kontakt gebracht wird, wie z. B. der Synchronisierplatte 66. Das untere Element 34 ist zwischen der Synchronisierplatte 66 und dem oberen Element 32 angeordnet und umfasst einen inneren Laufring 54.
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Wenn der Controller 30 (siehe 1), wie z. B. ein Getriebecontroller, einen Schaltvorgang, wie z. B. ein Herunterschalten oder ein Hochschalten, auslöst oder anweist, steuert unter Druck gesetztes Fluid (nicht gezeigt) den Kupplungseinrückkolben 70 an oder betätigt ihn, wodurch der Kupplungseinrückkolben 70 in Richtung der Klauenkupplungseinrückplatte 38 in dem Kupplungseinrückholraum 36 bewegt oder gerutscht wird. Wenn der Kupplungseinrückkolben 70 in Eingriff mit der Klauenkupplungseinrückplatte 38 gelangt und eine Kupplungseinrückkraft (durch Pfeil FA dargestellt) auf diese ausübt, gelangen die unteren Zähne 56 der Klauenkupplungseinrückplatte 38 in Eingriff mit den oberen Zähnen 58 der Synchronisierplatte 66 oder greifen mit diesen ineinander, wodurch die Synchronisierplatte 66 in einen ineinandergreifenden Eingriff mit dem rotierenden Synchronisierkegel 50 bewegt oder gerutscht wird. Obwohl der bevorzugte Kupplungseinrückmechanismus wie hier beschrieben ein herkömmlicher Kupplungseinrückkolben 70 ist, werden Fachleute erkennen, dass andere Kupplungseinrückmechanismen oder -mittel verwendet werden können, um die erforderliche axiale Versetzung der Klauenkupplungseinrückplatte 38 innerhalb des Umfangs der Erfindung zu erzeugen, wie z. B. einen Mechanismus aus motorisierter Schraube und Platte.
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Wenn die obere Reibungsschicht 53 des rotierenden Synchronisierkegels 50 in Eingriff mit der unteren Oberfläche 60 der im Wesentlichen feststehenden Synchronisierplatte 66 gelangt, verringern oder verzögern die durch die obere Reibungsschicht 53 vermittelten Reibungskräfte die relative Drehgeschwindigkeit des oberen Elements 32 von einer Anfangsgeschwindigkeit oder Rotationsrate von RC auf Null. Auf diese Weise wird RC verringert, bis die jeweiligen Drehgeschwindigkeiten der Klauenkupplungseinrückplatte 38 und der Einwegkupplung 31 voll synchronisiert sind. Danach gelangen, wenn der Kupplungseinrückkolben 70 entlang dem Pfad seiner axialen Versetzung fortfährt, die unteren Zähne 56 der Klauenkupplungseinrückplatte 38 als Nächstes in Eingriff mit den Nabenzähnen 76 der Klauenkupplungsnabe 48 oder greifen mit diesen ineinander, wodurch der rotierende Träger 62 effektiv geerdet wird, um einen ”Schiebebetriebs”-Gangzustand oder eine ”Schiebebetriebs”-bedingung zu erzielen.
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Bei einem Lösen des Kupplungseinrückkolbens 70 übt die Rückstellfeder 40 die vorspannende Federrückstellkraft, dargestellt durch den Pfeil FS, auf die Klauenkupplungseinrückplatte 38 aus. Die unteren Zähne 56 der Klauenkupplungseinrückplatte 38 gelangen dann aus einem Ineinandergreifen oder einem Eingriff mit den Nabenzähnen 76 der Klauenkupplungsnabe 48, wodurch es der Synchronisierplatte 66 ermöglicht wird, in ihre anfängliche oder nicht in Eingriff befindliche Position zurückzukehren. Sobald der Kupplungseinrückkolben 70 so außer Eingriff gelangt ist und die Kupplungsanordnung 31 das Rotieren in Verbindung mit dem Träger 62 wieder aufgenommen hat, können alternative Gangzustände ausgewählt werden, wie durch den Controller 30 (siehe 1) ermittelt wird.
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Für Anwendungen, die eine Plattenkupplung sowohl für ”Rückwärts”- als auch für ”Schiebebetriebs”-Gangzustände verwenden, üblicherweise als eine ”CBLR-Kupplung” bezeichnet, kann die Kupplungsanordnung 46 wie oben zuvor beschrieben anstelle der Plattenkupplung sowohl bei Rückwärts- als auch bei Schiebebetriebs-Bremsbedingungen verwendet werden. Derartige Bedingungen erfordern oft, dass ein rotierendes Element an einem feststehenden Element des Getriebes befestigt, d. h. geerdet wird, um dadurch eine Rotation dieses Elements z. B. im ersten Gang zu verhindern, und dass das gleiche Element geerdet wird, um eine Rotation dieses Elements in der entgegengesetzten Richtung während Rückwärts- oder Schiebebetriebsbedingungen (”manuell low”-Bedingungen) zu verhindern.
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Während die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem diese Erfindung betreffenden Gebiet verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
