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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe mit vier Planetenradsätzen, die durch fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen gesteuert werden, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Pkw umfassen einen Antriebsstrang, der aus einer Maschine, einem Mehrganggetriebe und einem Differential- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass die Maschine ihren Drehmomentbereich mehrmals durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen, die in dem Getriebe verfügbar ist, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Drehmomentbereich der Maschine wiederholt durchlaufen werden kann. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den gesamten Drehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher eine relativ große Maschine, die einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass die Maschine während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der Punkt mit der höchsten Wirtschaftlichkeit war. Daher waren von Hand geschaltete Getriebe (Vorgelegewellengetriebe) am beliebtesten.
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Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden (Planetenrad-)Getriebes bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen Übersetzungsverhältnissen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Gangwechsel für den Bediener bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.
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Sechsganggetriebe bieten mehrere Vorteile gegenüber Vier- und Fünfganggetrieben, die eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit einschließen. Während viele Lkw Lastschaltgetriebe mit sechs oder mehr Vorwärtsgängen anwenden, werden Pkw aufgrund der Größe und Komplexität dieser Getriebe noch mit Drei- und Viergang-Automatikgetrieben und relativ wenigen Fünf- oder Sechsgangeinrichtungen hergestellt.
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Sieben-, Acht- und Neunganggetriebe bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Sechsganggetrieben. Getriebe zur Schaltung von zumindest acht Gängen mit vier Planetenradsätzen und zumindest fünf Schaltelementen werden beispielsweise in den Druckschriften
JP 2006-349 153 A und
DE 20 2006 006 037 U1 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Achtganggetriebe zu schaffen, das möglichst kompakt ausgebildet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung sieht daher ein verbessertes Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.
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Die fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen sind in Kombinationen von dreien selektiv einrückbar, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zu erhalten.
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Eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen und Verhältnisspreizungen können durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
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Die obigen Merkmale und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leichter deutlich.
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Figurenliste
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- 1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Planetengetriebe umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 1b ist eine Schalttabelle und ein Schaubild, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs veranschaulichen; und
- 1c ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs von 1a, dargestellt in Hebeldiagrammform.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist in 1a ein Antriebsstrang 10 mit einer herkömmlichen Maschine und Drehmomentwandler 12, einem Planetengetriebe 14 und einem herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 gezeigt. Die Maschine 12 kann unter Verwendung verschiedener Arten von Kraftstoff mit Leistung beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer besonderen Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Dimethylether usw. umfassen.
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Das Planetengetriebe 14 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, eine Planetenradanordnung 18 und ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung 18 umfasst vier Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 27, die drehbar an einem Träger 29 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 22 als auch dem Hohlrad 24 angeordnet sind.
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Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und eine Planetenträgeranordnung 36. Die Planetenträgeranordnung 36 umfasst mehrere Planetenräder 37, die drehbar an einem Träger 39 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 34 als auch dem Sonnenrad 32 angeordnet sind.
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Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und eine Planetenträgeranordnung 46. Die Planetenträgeranordnung 46 umfasst mehrere Planetenräder 47, die an einem Träger 49 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch dem Sonnenrad 42 angeordnet sind.
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Der Planetenradsatz 50 umfasst ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und eine Planetenträgeranordnung 56. Die Planetenträgeranordnung 56 umfasst mehrere Planetenräder 57, die drehbar an einem Träger 59 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 54 als auch dem Sonnenrad 52 angeordnet sind.
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Die Planetenradanordnung umfasst auch fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 80 ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung vom feststehenden Typ, der üblicherweise Bremse oder Reaktionskupplung genannt wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 82, 84, 86 und 88 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom rotierenden Typ, die üblicherweise Kupplungen genannt werden.
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Das Antriebselement 17 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 verbunden. Das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ist ständig mit dem Getriebegehäuse 60 verbunden.
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Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet die Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 ständig mit dem Hohlrad 54 des Planetenradsatzes 50. Ein drittes Verbindungselement 74 verbindet das Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 ständig mit der Planetenträgeranordnung 56 des Planetenradsatzes 50.
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Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 82, verbindet die Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 84, verbindet selektiv die Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 88, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 50.
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Wie es in 1b und insbesondere in der darin offenbarten Schalttabelle gezeigt ist, werden die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar alle mit sequentiellen Schaltvorgängen mit einzigem Übergang, und mit einem Doppel-Overdrive.
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Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Schalttabelle von 1b gezeigt. Das Schaubild von 1b beschreibt die Verhältnisstufen, die in dem oben beschriebenen Getriebe erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgang 1,50, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang (Rückwärts) und dem ersten Vorwärtsgang -0,52 beträgt.
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Unter Bezugnahme auf 1c ist die Ausführungsform des in 1a gezeigten Antriebsstranges 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, jeweils 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 Finger dargestellt, wobei ein Satz der Finger fest ist, wenn die Einrichtung eine Bremse ist. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift SAE Paper 810102, „The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis“, 1981, verfasst von Benford, Howard und Leising, Maurice zu finden.
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Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantrieb 16 verbunden ist, einen ersten Planetenradsatz 20A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 22A, einen zweiten Knoten 26A und einen dritten Knoten 24A; einen zweiten Planetenradsatz 30A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 32A, einen zweiten Knoten 36A und einen dritten Knoten 34A; einen dritten Planetenradsatz 40A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 42A, einen zweiten Knoten 46A und einen dritten Knoten 44A; und einen vierten Planetenradsatz 50A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 52A, einen zweiten Knoten 56A und einen dritten Knoten 54A.
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Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Knoten 36A verbunden und das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Knoten 46A verbunden. Der Knoten 24A ist ständig mit dem Getriebegehäuse 60 verbunden.
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Der Knoten 22A ist ständig mit dem Knoten 32A verbunden. Der Knoten 46A ist ständig mit dem Knoten 34A verbunden. Der Knoten 44A ist ständig mit dem Knoten 56A verbunden.
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Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet den Knoten 22A selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 82, verbindet den Knoten 26A selektiv mit dem Knoten 44A. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet den Knoten 36A selektiv mit dem Knoten 42A. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet den Knoten 34A selektiv mit dem Knoten 42A. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 88, verbindet den Knoten 34A selektiv mit dem Knoten 52A.
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Um Übersetzungsverhältnisse herzustellen, werden drei Drehmomentübertragungseinrichtungen für jeden Gangzustand eingerückt. Die eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind jeweils durch ein „X“ in jeder Reihe in 1b dargestellt. Um beispielsweise den Rückwärtsgang herzustellen, werden die Bremse 80, die Kupplung 82 und die Kupplung 88 eingerückt.
