DE102008032013B4

DE102008032013B4 - 10-Ganggetriebe

Info

Publication number: DE102008032013B4
Application number: DE102008032013.7A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; Scott H. Wittkopp; James M. Hart; Clinton E. Carey
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: CN101344143A; CN101344143B; US20090017979A1; DE102008032013A1; US7651431B2

Abstract

Mehrganggetriebe (14), umfassend: ein Antriebselement (17); ein Abtriebselement (19); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (20, 30, 40, 50), die jeweils ein Sonnenrad (22, 32, 42, 52), eine Planetenträgeranordnung (26, 36, 46, 56) und ein Hohlrad (24, 34, 44, 54) aufweisen; wobei das Antriebselement (17) ständig mit der Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) verbunden ist; und wobei das Abtriebselement (19) ständig mit der Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (70), das das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Sonnenrad (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72), das die Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) ständig mit dem Hohlrad (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; ein drittes Verbindungselement (74), das die Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) ständig mit der Planetenträgeranordnung (56) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; ein viertes Verbindungselement (76), das die Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Sonnenrad (52) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (80), die das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit einem feststehenden Element (60) verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (82), die das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit dem feststehenden Element (60) verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (84), die das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit dem Sonnenrad (42) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (85), die das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit dem Hohlrad (54) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (86), die das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (87), die die Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit dem Hohlrad (54) des ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe mit vier Planetenradsätzen, die durch sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen gesteuert werden, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
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.
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.
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.
Sieben-, Acht-, Neun- und Zehnganggetriebe bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Sechsganggetrieben. Wie bei den oben diskutierten Sechsganggetrieben ist jedoch die Entwicklung von Sieben-, Acht-, Neun- und Zehnganggetrieben aufgrund der Komplexität, Größe und Kosten behindert worden.
Die DE 10 2005 005 616 A1 offenbart ein 10-Ganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen, von denen vier Bremsen und drei Kupplungen sind.
Die DE 101 15 995 A1 offenbart Mehrstufengetriebe mit vier Planetenradsätzen, die über sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen neun Gangstufen oder über sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen elf Gangstufen bereitstellen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Getriebe mit geringerer Komplexität bereitzustellen, das vier Planetenradsätze aufweist, die gesteuert werden, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein 10-Ganggetriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze kann eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen und Verhältnisspreizungen realisiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1a eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Planetengetriebe umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung;
1b eine Schalttabelle und ein Schaubild, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs veranschaulichen; und
1c eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs von 1a, dargestellt in Hebeldiagrammform.
Bezugnehmend 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 bestimmten Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Dimethylether usw. umfassen.
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.
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.
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 Sonnenrad 32 als auch dem Hohlrad 34 angeordnet sind.
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.
Der Planetenradsatz 50 umfasst ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und eine Planetenträgeranordnung 56. Die Planetenträgeranordnung 56 umfasst mehrere Planetenräder 57, die an einem Träger 59 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 54 als auch dem Sonnenrad 52 angeordnet sind.
Die Planetenradanordnung umfasst auch sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen 80, 82, 84, 85, 86 und 87. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 80 und 82 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom feststehenden Typ, die üblicherweise Bremsen oder Reaktionskupplungen genannt werden. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 84, 85, 86 und 87 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom rotierenden Typ, die üblicherweise Kupplungen genannt werden.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 verbunden.
Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet die Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Ein drittes Verbindungselement 74 verbindet die Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 ständig mit der Planetenträgeranordnung 56 des Planetenradsatzes 50. Ein viertes Verbindungselement 76 verbindet die Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 50.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 82, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 85, verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 und das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 über das Verbindungselement 70 selektiv mit dem Hohlrad 54 des Planetenradsatzes 50. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 86, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 über das Verbindungselement 74 selektiv mit der Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 und der Planetenträgeranordnung 56 des Planetenradsatzes 50. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 87, verbindet die Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 und das Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 über das Verbindungselement 72 selektiv mit dem Hohlrad 54 des Planetenradsatzes 50.
Wie es in 1b und insbesondere in der darin offenbarten Schalttabelle gezeigt ist, werden die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar alle mit Schaltvorgängen mit einzigem Übergang, und mit vier Overdrive-Verhältnissen.
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 1,62, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang und dem ersten Vorwärtsgang –0,89 beträgt.
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 Lamellen dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Lamellen festgelegt bzw. am Getriebegehäuse festgelegt.
Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 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.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit den Knoten 26A und 52A über das Verbindungselement 76 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Knoten 36A verbunden.
Der Knoten 24A ist ständig mit dem Knoten 32A über das Verbindungselement 70 verbunden. Der Knoten 36A ist ständig mit dem Knoten 44A über das Verbindungselement 72 verbunden. Der Knoten 46A ist ständig mit dem Knoten 56A über das Verbindungselement 74 verbunden. Der Knoten 26A ist ständig mit dem Knoten 52A über das Verbindungselement 76 verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet den Knoten 22A selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 82, verbindet den Knoten 34A selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet den Knoten 22A selektiv mit dem Knoten 42A. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 85, verbindet die Knoten 24A und 32A über das Verbindungselement 70 selektiv mit dem Knoten 54A. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet den Knoten 34A über das Verbindungselement 74 selektiv mit den Knoten 46A und 56A. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 87, verbindet die Knoten 36A und 44A über das Verbindungselement 72 selektiv mit dem Knoten 54A.
Um Übersetzungsverhältnisse herzustellen, werden drei Drehmomentübertragungseinrichtungen für jeden Gangzustand eingerückt. Die eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind jeweils durch ein ”X” in jeder Reihe von 1b dargestellt. Um beispielsweise einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die Bremse 82 und die Kupplungen 85 und 86 eingerückt. Die Bremse 82 verbindet den Knoten 34A mit dem Getriebegehäuse 60 ein. Die Kupplung 85 verbindet die Knoten 24A und 32A über das Verbindungselement 70 mit dem Knoten 54A ein. Die Kupplung 86 verbindet den Knoten 34A über das Verbindungselement 74 mit den Knoten 46A und 56A ein. Gleichermaßen werden die zehn Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungseinrückung erreicht, wie bei 1b.

Claims

Mehrganggetriebe (14), umfassend: ein Antriebselement (17); ein Abtriebselement (19); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (20, 30, 40, 50), die jeweils ein Sonnenrad (22, 32, 42, 52), eine Planetenträgeranordnung (26, 36, 46, 56) und ein Hohlrad (24, 34, 44, 54) aufweisen; wobei das Antriebselement (17) ständig mit der Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) verbunden ist; und wobei das Abtriebselement (19) ständig mit der Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (70), das das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Sonnenrad (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72), das die Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) ständig mit dem Hohlrad (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; ein drittes Verbindungselement (74), das die Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) ständig mit der Planetenträgeranordnung (56) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; ein viertes Verbindungselement (76), das die Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Sonnenrad (52) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (80), die das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit einem feststehenden Element (60) verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (82), die das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit dem feststehenden Element (60) verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (84), die das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit dem Sonnenrad (42) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (85), die das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit dem Hohlrad (54) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (86), die das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (87), die die Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit dem Hohlrad (54) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; und wobei die sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen (80, 82, 84, 85, 86, 87) in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (17) und dem Abtriebselement (19) herzustellen.