DE102008007574B4

DE102008007574B4 - Mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE102008007574B4
Application number: DE102008007574.4A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; Jeffrey K. Baran; Clinton E. Carey; Scott H. Wittkopp; James M. Hart
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2028-02-06
Also published as: US20090011891A1; CN101245833A; US7909726B2; DE102008007574A1; CN101245833B

Abstract

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (14); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (16, 18, 20, 22), die jeweils ein Sonnenrad (24, 42, 52, 72), einen Träger (28, 46, 56, 76) und ein Hohlrad (26, 44, 54, 74) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und wobei das Abtriebselement (14) ständig mit dem Träger (76) des vierten Planetenradsatzes (22) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (34), das das Hohlrad (26) des ersten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein zweites Verbindungselement (50), das das Hohlrad (44) des zweiten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Träger (56) des dritten Planetenradsatzes (20) verbindet; ein drittes Verbindungselement (64), das das Hohlrad (54) des dritten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Träger (76) des vierten Planetenradsatzes (22) verbindet; ein viertes Verbindungselement (62), das das Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Sonnenrad (72) des vierten Planetenradsatzes (22) verbindet; eine erste Kupplung (80), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; eine zweite Kupplung (82), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) mit dem Hohlrad (74) des vierten Planetenradsatzes (22) zu verbinden; eine dritte Kupplung (84), die selektiv einrückbar ist, um das Antriebselement (12) und den Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) und dem Sonnenrad (72) des vierten Planetenradsatzes (22) zu verbinden; ...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das neun oder zehn Gänge, vier Planetenradsätze und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
DE 10 2004 041 507 A1 offenbart ein Getriebe mit sieben oder acht Gängen, vier Planetenradsätzen, vier Kupplungen und einer Bremse.
Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, ist der Bedarf nach neuen und verbesserten Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere aus Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf nach einem verbesserten, kosteneffektiven, kompakten Mehrganggetriebe.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrganggetriebe bereitzustellen, das vier Planetenradsätze aufweist und neun oder zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Mehrganggetriebe nach Anspruch 1 gelöst.
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen rein zu Darstellungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist ein Hebeldiagramm eines Mehrganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht des Mehrganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt; und
4 ist eine alternative Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
Zu Beginn ist festzustellen, dass das Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweist.
Nun unter Bezugnahme auf 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrganggetriebes 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Lamellen dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Lamellen festgelegt.
Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 12, eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 14, einen ersten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 24, einem zweiten Knoten 26 und einem dritten Knoten 28, einen zweiten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 42, einem zweiten Knoten 44 und einem dritten Knoten 46, einen dritten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 52, einem zweiten Knoten 54 und einem dritten Knoten 56, und einen vierten Planetenradsatz 22 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 72, einem zweiten Knoten 74 und einem dritten Knoten 76.
Das Antriebselement 12 ist mit dem dritten Knoten 28 des ersten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der Abtrieb 14 ist mit dem dritten Knoten 76 des vierten Planetenradsatzes 22 gekoppelt. Der zweite Knoten 26 des ersten Planetenradsatzes 16 ist mit dem ersten Knoten 42 des zweiten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 44 des zweiten Planetenradsatzes 18 ist mit dem dritten Knoten 56 des dritten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der erste Knoten 52 des dritten Planetenradsatzes 20 ist mit dem ersten Knoten 72 des vierten Planetenradsatzes 22 gekoppelt. Der zweite Knoten 54 des dritten Planetenradsatzes 20 ist mit dem dritten Knoten 76 des vierten Planetenradsatzes 22 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 80 verbindet den dritten Knoten 28 des ersten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 46 des zweiten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 82 verbindet den dritten Knoten 46 des zweiten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem zweiten Knoten 74 des vierten Planetenradsatzes 22. Eine dritte Kupplung 84 verbindet das Antriebselement 12 selektiv mit dem ersten Knoten 52 des dritten Planetenradsatzes 20. Eine vierte Kupplung 86 verbindet den ersten Knoten 42 des zweiten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem ersten Knoten 52 des dritten Planetenradsatzes 20. Eine erste Bremse 90 verbindet den ersten Knoten 24 des ersten Planetenradsatzes 16 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 100. Eine zweite Bremse 92 verbindet den zweiten Knoten 74 des vierten Planetenradsatzes 22 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 100.
2 ist eine schematische Ansicht des Mehrganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
Der erste Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 24, ein Hohlrad 26 und einen Träger 28, der einen Satz Planetenräder 30 (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Jedes der Planetenräder 30 ist konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 24 als auch dem Hohlrad 26 zu kämmen. Das Sonnenrad 24 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Verbindungswelle oder einem ersten Verbindungselement 32 verbunden. Das Hohlrad 26 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Verbindungswelle oder einem zweiten Verbindungselement 34, im Anspruch erstes Verbindungselement genannt, verbunden. Der Träger 28 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Verbindungswelle oder einem dritten Verbindungselement 36 und mit der Antriebswelle 12 verbunden.
Der zweite Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und einen Träger 46, der einen Satz Planetenräder 48 drehbar lagert. Jedes der Planetenräder 48 ist konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 42 als auch dem Hohlrad 44 zu kämmen. Das Sonnenrad 42 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Verbindungswelle oder einem vierten Verbindungselement 38 verbunden. Das Hohlrad 44 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Verbindungswelle oder einem fünften Verbindungselement 50, im Anspruch zweites Verbindungselement genannt, verbunden. Der Träger 46 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Verbindungswelle oder einem sechsten Verbindungselement 60 verbunden.
Der dritte Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und einen Träger 56, der einen Satz Planetenräder 58 drehbar lagert. Jedes der Planetenräder 58 ist konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 52 als auch dem Hohlrad 54 zu kämmen. Das Sonnenrad 52 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Verbindungswelle oder einem siebten Verbindungselement 62, im Anspruch viertes Verbindungselement genannt, verbunden. Das Hohlrad 54 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Verbindungswelle oder einem achten Verbindungselement 64, im Anspruch drittes Verbindungselement genannt, verbunden. Der Träger 56 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem fünften Verbindungselement 50 verbunden.
Der vierte Planetenradsatz 22 umfasst ein Sonnenrad 72, ein Hohlrad 74 und einen Träger 76, der einen Satz Planetenräder 78 drehbar lagert. Jedes der Planetenräder 78 ist konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 72 als auch dem Hohlrad 74 zu kämmen. Das Sonnenrad 72 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem siebten Verbindungselement 62 verbunden. Das Hohlrad 74 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Verbindungswelle oder einem neunten Verbindungselement 66 verbunden. Der Träger 76 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem achten Verbindungselement 64 und mit der Abtriebswelle 14 verbunden.
Die Antriebswelle 12 ist ständig mit einer Maschine (die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (das bzw. der nicht gezeigt ist) verbunden. Die Abtriebswelle 14 ist ständig mit der Achsantriebseinheit (die nicht gezeigt ist) verbunden.
Das Getriebe 10 umfasst eine Vielfalt von Drehmomentübertragungsmechanismen oder -einrichtungen, die eine erste Kupplung 80, eine zweite Kupplung 82, eine dritte Kupplung 84, eine vierte Kupplung 86, eine erste Bremse 90 und eine zweite Bremse 92 umfassen. Die erste Kupplung 80 ist selektiv einrückbar, um das dritte Verbindungselement 36 mit dem sechsten Verbindungselement 60 zu verbinden. Die zweite Kupplung 82 ist selektiv einrückbar, um das sechste Verbindungselement 60 mit dem neunten Verbindungselement 66 zu verbinden. Die dritte Kupplung 84 ist selektiv einrückbar, um die Antriebswelle 12 mit dem siebten Verbindungselement 62 zu verbinden. Die vierte Kupplung 86 ist selektiv einrückbar, um das zweite und vierte Verbindungselement 34, 38 mit dem siebten Verbindungselement 62 zu verbinden. Die erste Bremse 90 ist selektiv einrückbar, um das erste Verbindungselement 32 mit dem Getriebegehäuse 100 zu verbinden und somit eine Rotation des ersten Verbindungselements 32 und des Sonnenrads 24 relativ zu dem Gehäuse 100 einzuschränken. Die zweite Bremse 92 ist selektiv einrückbar, um das neunte Verbindungselement 66 mit dem Gehäuse 100 zu verbinden und somit eine Rotation des neunten Verbindungselements 66 und des Hohlrads 74 relativ zu dem Gehäuse 100 einzuschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise des Mehrganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 auf die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 14 in neun Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus oder mehrerer Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 80, zweite Kupplung 82, dritte Kupplung 84, vierte Kupplung 86, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen oder -elementen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse und Übersetzungsverhältnisstufen der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte rein beispielhaft sind, und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
Um den Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Bremse 90, die zweite Bremse 92 und die zweite Kupplung 82 eingerückt oder aktiviert. Die erste Bremse 90 verbindet das erste Verbindungselement 32 mit dem Getriebegehäuse 100, um eine Rotation des ersten Verbindungselements 32 und des Sonnenrads 24 relativ zu dem Gehäuse 100 einzuschränken Die zweite Bremse 92 verbindet das neunte Verbindungselement 66 mit dem Gehäuse 100, um eine Rotation des neunten Verbindungselements 66 und des Hohlrads 74 relativ zu dem Gehäuse 100 einzuschränken. Die zweite Kupplung 82 verbindet das sechste Verbindungselement 60 mit dem neunten Verbindungselement 66. Gleichermaßen werden die neun Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
Anhand von 4 wird nun eine alternative Schalttabelle für den Betrieb des Mehrganggetriebes 10 vorgestellt. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 auf die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 14 in zehn Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus oder mehrerer Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 80, zweite Kupplung 82, dritte Kupplung 84, vierte Kupplung 86, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) erzielt, wie es oben beschrieben wurde. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse und Übersetzungsverhältnisstufen der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte rein beispielhaft sind, und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Mehrganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen und Bremsen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung oder Bremse eingerückt oder aktiviert bleiben wird. Die vorliegende Erfindung zieht zusätzlich in Betracht, dass Herunterschaltvorgänge im Wesentlichen der umgekehrten Abfolge der entsprechenden Hochschaltvorgänge (wie sie oben beschrieben wurden) folgen, und mehrere Schaltvorgänge mit Überspringen und anstehender Leistung möglich sind (z. B. vom 1. in den 3.)

Claims

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (14); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (16, 18, 20, 22), die jeweils ein Sonnenrad (24, 42, 52, 72), einen Träger (28, 46, 56, 76) und ein Hohlrad (26, 44, 54, 74) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und wobei das Abtriebselement (14) ständig mit dem Träger (76) des vierten Planetenradsatzes (22) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (34), das das Hohlrad (26) des ersten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein zweites Verbindungselement (50), das das Hohlrad (44) des zweiten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Träger (56) des dritten Planetenradsatzes (20) verbindet; ein drittes Verbindungselement (64), das das Hohlrad (54) des dritten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Träger (76) des vierten Planetenradsatzes (22) verbindet; ein viertes Verbindungselement (62), das das Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Sonnenrad (72) des vierten Planetenradsatzes (22) verbindet; eine erste Kupplung (80), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; eine zweite Kupplung (82), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) mit dem Hohlrad (74) des vierten Planetenradsatzes (22) zu verbinden; eine dritte Kupplung (84), die selektiv einrückbar ist, um das Antriebselement (12) und den Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) und dem Sonnenrad (72) des vierten Planetenradsatzes (22) zu verbinden; eine vierte Kupplung (86), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (26) des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) und dem Sonnenrad (72) des vierten Planetenradsatzes (22) zu verbinden; eine erste Bremse (90), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (24) des ersten Planetenradsatzes (16) mit einem Getriebegehäuse (100) zu verbinden; und eine zweite Bremse (92), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (74) des vierten Planetenradsatzes (22) mit dem Getriebegehäuse (100) zu verbinden, und wobei die vier Kupplungen (80, 82, 84, 86) und zwei Bremsen (90, 92) selektiv in Kombinationen von Dreien einrückbar sind, um neun oder zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (14) herzustellen.