DE102008048465A1

DE102008048465A1 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit einer axial beweglichen, schaltbaren Einwegkupplungsanordnung

Info

Publication number: DE102008048465A1
Application number: DE102008048465A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Clarkston Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: CN101408240A; US20090084653A1; US8267231B2; CN101408240B; DE102008048465B4

Abstract

Ein elektrisch verstellbares Getriebe (ETV) umfasst zwei Wellen und eine schaltbare Einwegkupplung (SOWC) mit einem ersten und einem zweiten Ring. Die SOWC verbindet wahlweise die Wellen und wird eingerückt, indem der erste Ring und eine Blockiervorrichtung in einer axialen Richtung in einen Reibungskontakt mit dem zweiten Ring bewegt werden. Ein hydraulischer Kolben rückt die SOWC ein, während eine Rückstellfeder diese ausrückt. Die SOWC läuft in beiden Richtungen frei oder hält das Drehmoment in einer oder in beiden Richtungen, je nachdem, wie die Blockiervorrichtung gedreht wird. Ein Verfahren zum Reduzieren von Verlusten in einem ETV umfasst das axiale Bewegen eines zweiten Rings und einer Blockiervorrichtung einer SOWC in einen Kontakt mit einem ersten Ring, das Drehen der Blockiervorrichtung mittels Reibungskontakt mit dem ersten Ring, das Verriegeln der Drehung des ersten Rings, um die SOWC einzurücken, und das Bewegen des zweiten Rings und der Blockiervorrichtung um einen axialen Abstand vom ersten Ring weg, um die SOWC auszurücken.

Description

BEANSPRUCHUNG DER PRIORITÄT
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/975,949, eingereicht am 28. September 2007, die hier vollständig durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein elektrisch verstellbares Getriebe (electrically variable transmission, EVT) mit einer wähl- oder schaltbaren Einwegkupplungsanordnung (selectable one-way clutch, SOWC, die einen axial beweglichen Abschnitt besitzt, um einen von drei verschiedenen Kupplungsbetriebszuständen herzustellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein ETV verwendet ein Differentialgetriebe und ein oder zwei Elektromotoren/Generatoren, zur Einfachheit auch als "Motoren" bezeichnet, um die Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang zu ermöglichen. Ein ETV kann in einem hybridelektrischen Fahrzeug besonders nützlich sein, wenn es in Verbindung mit einer elektrischen Energiespeichervorrichtung wie etwa einer Batterie verwendet wird. Ein ETV kann im Vergleich zu bestimmten herkömmlichen Automatikgetrieben in der Lage sein, Kraftstoff einzusparen, teilweise auf Grund dessen, dass das ETV anstelle der energieverzehren den Wirkung eines hydraulischen Drehmomentwandlers die energieerhaltende Wirkung der Elektromotoren nutzt. Außerdem schafft ein ETV die Fähigkeit, ein Übersetzungsverhältnis kontinuierlich zu verändern, sowie die Fähigkeit, während eines Bremsereignisses oder des Verlangsamens des Fahrzeugs Energie wiederzugewinnen und diese gewonnene Energie in der Energiespeichervorrichtung zu speichern. Schließlich kann ein ETV eine kleinere und im Allgemeinen effizientere Maschine beim Antreiben des Fahrzeugs unterstützen.
Ein ETV kann einen einzigen Bereich, auch als "Modus" bezeichnet, besitzen, wobei die Eingangsdrehzahl, die Ausgangsdrehzahl und eine oder mehrere Motordrehzahlen eine lineare Kombination voneinander sind. Beispielsweise kann die Ausgangsdrehzahl ein Drittel der Summe des Zweifachen der Drehzahl des Eingangs und der Drehzahl eines Elektromotors sein. Alternativ kann ein ETV mehrere Bereiche/Modi besitzen, um die zum Herstellen des Getriebeübersetzungsverhältnisses erforderliche Motorleistung sowie eine Übertragung oder einen Transport von Leistung vom Eingang zum Ausgang zu reduzieren.
Die oben beschriebenen mehreren Bereiche/Modi werden durch die Einrückung schaltbarer Drehmomentübertragungsvorrichtungen oder Kupplungen aktiviert. Beispielsweise kann ein Zweimodi-ETV einen Bereich für hohe Getriebeübersetzungsverhältnisse, der durch die Einrückung einer Kupplung aktiviert wird, und einen weiteren Bereich für niedrige Getriebeübersetzungsverhältnisse, der durch Einrückung einer anderen Kupplung aktiviert wird, besitzen. Da jeder dieser Bereiche kontinuierlich verstellbar ist, kann das ETV so entworfen sein, dass das Schalten zwischen den zwei Bereichen erfolgen kann, wenn das Getriebe bei einem bestimmten Übersetzungsverhältnis, das beiden Bereichen gemeinsam ist, arbeitet. Daher kann ein Schaltereignis synchron gemacht werden, d. h. mit einer relati ven Drehzahl an den Kupplungen von null während des Schaltereignisses. Das Schaltereignis ist dann einfach ein Drehmomenttransport zwischen einer Kupplung und einer anderen Kupplung ohne Notwendigkeit eines Schlupfens zwischen den Kupplungen, wobei die Elektromotoren das Übersetzungsverhältnis durch das Getriebe sowohl vor als auch nach dem Schaltereignis steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher wird ein ETV mit einer SOWC, die zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Elements oder einer ersten und einer zweiten Welle des ETV dient, konstruiert. Die SOWC besitzt ein Paar von Ringen und wird betätigt oder eingerückt, indem ein Ring in einer axialen Richtung bewegt wird, um zwischen mehreren Bereichen oder SOWC-Betriebsarten zu wählen. Die verschiedenen Getriebebetriebsarten, die durch Auswahl der verschiedenen SOWC-Betriebsarten erreicht werden, reduzieren die Motorleistung, die zum Einstellen des Getriebeübersetzungsverhältnisses durch den für einen optimalen Maschinenwirkungsgrad über einen weiten Bereich von Fahrzeugbetriebsbedingungen erforderlichen Bereich erforderlich ist. Mehrere Bereiche sind auch nützlich, um die Menge an mechanischer Energie von der Maschine, die in elektrische Energie und zurück in mechanische Energie umgewandelt werden muss, zu reduzieren und die Verluste, die aus diesen Umwandlungen herrühren zu reduzieren und damit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, falls von den zum Arbeiten in mehreren Bereichen notwendigen Vorrichtungen keine größeren Verluste erlitten werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Elektromotor mit der ersten und/oder der zweiten Welle verbunden werden, um eine relative Drehzahl des ersten und des zweiten Rings zu steuern. Die SOWC umfasst eine Blo ckiervorrichtung, die sich durch Reibungskontakt mit dem ersten Ring bewegt, wobei die Blockiervorrichtung wenigstens teilweise einen Übergang der SOWC von einer Drehmomentübertragung in einer Drehrichtung zu einer Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen bestimmt. Die SOWC kann so gestaltet sein, dass sie zwei Sätze von Streben bzw. Abstützungen umfasst, die in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, wobei die Blockiervorrichtung mehrere in Bezug auf die Streben ausgerichtete Fenster aufweisen kann, um eine von mehreren verschiedenen Kupplungsbetriebsarten einzurichten, die das Halten des Drehmoments in einer Drehrichtung, beiden Drehrichtungen oder keiner der Drehrichtungen umfasst, je nachdem, welcher Satz oder welche Sätze von Streben durch die Blockiervorrichtung blockiert werden.
Es wird eine SOWC zur Verwendung mit einem ETV geschaffen, die einen ersten und einen zweiten Ring, mehrere Strebenteile, wovon jedes zum Halten eines Drehmoments in einer ersten oder einer zweiten Drehrichtung ausgestaltet ist, um eine von mehreren verschiedenen Kupplungsbetriebsarten einzurichten, und eine Blockiervorrichtung umfasst. Die Blockiervorrichtung besitzt mehrere Fenster und bewegt sich durch Reibungskontakt mit dem zweiten Ring, um die Fenster auszurichten. Die SOWC wird eingerückt, indem der zweite Ring in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Drehachse des ersten Rings und des zweiten Rings bewegt wird.
Außerdem wird ein Verfahren zum Reduzieren von Verlusten infolge des Schleifens in einem ETV geschaffen. Das Verfahren sieht eine SOWC mit einem axial beweglichen zweiten Ring, einem drehbaren ersten Ring und einer axial beweglichen und wahlweise drehbaren Blockiervorrichtung vor und bringt eine Einrückkraft auf den zweiten Ring auf, um den zweiten Ring in einen Kontakt mit der Blockiervorrichtung zu bewegen. Die Blo ckiervorrichtung wird dann in einer axialen Richtung bewegt, um einen Reibungskontakt zwischen der Blockiervorrichtung und dem ersten Ring herzustellen. Der Reibungskontakt dreht die Blockiervorrichtung, um die Blockiervorrichtung und den ersten Ring auszurichten. Das Verfahren umfasst das Verriegeln der Drehung des ersten Rings in wenigstens einer Richtung, wenn die gewünschte Ausrichtung hergestellt ist, womit die SOWC eingerückt wird, und das Ausrücken der SOWC, indem der zweite Ring und die Blockiervorrichtung um einen vorgegebenen axialen Abstand vom ersten Ring weg bewegt werden.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung sogleich deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines elektrisch verstellbaren Getriebes (ETV) mit einer schaltbaren Einwegkupplung (SOWC) gemäß der Erfindung;
2 ist eine auseinander gezogene, perspektivische Seitenansicht einer SOWC, die mit dem in 1 gezeigten ETV verwendbar ist;
3A ist eine Tabelle, die mehrere Kupplungsbetriebsarten gemäß der Erfindung beschreibt;
3B ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsseitenansicht der SOWC der Erfindung in einer ersten Betriebsart;
3C ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsseitenansicht der SOWC nach den 2 und 3B in einer zweiten Betriebsart;
3D ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsseitenansicht der SOWC nach den 2, 3B und 3C, die einen anderen Aspekt der zweiten Betriebsart nach 3C zeigt;
3E ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsseitenansicht der SOWC nach den 2, 3B, 3C und 3D in einer dritten Betriebsart;
4A ist eine graphische Darstellung der Differentialkupplungsdrehzahl über der Kupplungsbetriebsart während einer Einrückung der in 2 gezeigten SOWC; und
4B ist eine graphische Darstellung der Differentialkupplungsdrehzahl über der Kupplungsbetriebsart während einer Ausrückung der in 2 gezeigten SOWC.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um auf die Zeichnungen, worin über die gesamten mehreren Figuren hinweg gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, Bezug zu nehmen und mit 1 zu beginnen, besitzt ein Getriebe 10, das in einer Ausführungsform als elektrisch verstellbares Getriebe gezeigt ist, eine schaltbare Einweg- bzw. Freilaufkupplung 18, im Folgenden einfach als SOWC 18 bezeichnet, mit einer Drehachse 11 (siehe 2). Die SOWC 18 ist als Einwegkupplungsvorrichtung des Typs "mechanische Diode" gezeigt, jedoch kann sie im Umfang der Erfindung auch die Form einer Klemmkörper-Freilaufkupplung, einer Klemmrollen-Freilaufkupplung oder einer anderen Art von Freilaufkupplung annehmen. Das Getriebe 10 besitzt ein aus einem Eisen- oder einem Nichteisenmaterial konstruiertes oder gegossenes stationäres äußeres Gehäuse 13, in dem die SOWC 18 eingeschlossen ist. Die SOWC 18 umfasst einen ersten Ring oder Laufring 20, einen zweiten Ring oder Laufring 22 und eine Schaltscheibe/einen Schaltring oder eine Blockiervorrichtung 50, die weiter unten mit Bezug auf 2 jeweils näher beschrieben werden.
Die SOWC 18 umfasst außerdem einen Aktor 16 wie etwa einen hydraulischen Einrückkolben oder eine andere hydraulisch betätigte Vorrichtung, der in Ansprechen auf eine durch mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid 23 vermittelte Kraft beweglich ist (siehe 2). Das Fluid 23 von 2 kann der SOWC 18 nach Bedarf durch eine Pumpe (nicht gezeigt) über einen oder mehrere Fluidkanäle (nicht gezeigt) zugeführt werden, wie ein Fachmann verstehen wird. Das Getriebe 10 besitzt eine erste drehbare Welle 12A, die mit einem Elektromotor/Generator 17 verbunden ist, wobei das Getriebe 10 ferner eine zweite drehbare Welle 12B aufweist. Die SOWC 18 dient dazu, ein Drehmoment von einer Leistungsquelle wie etwa einer Maschine (nicht gezeigt) und/oder dem Elektromotor/Generator 17 zu den Antriebsrädern eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu übertragen, indem sie das Drehmoment wahlweise und nach Bedarf zwischen der ersten und der zweiten drehbaren Welle 12A bzw. 12B und/oder zwischen einer der drehbaren Wellen 12A, 12B und einem stationären Element des Getriebes 10 wie etwa dem Gehäuse 13 überträgt.
Gemäß der Erfindung kann das Getriebe 10 unter allen möglichen Betriebsbedingungen einschließlich irgendwelcher zufälliger Ausgangsdrehmomentschwankungen, die durch Bodenwellen verursacht sein können, mittels der SOWC 18 erfolgreich schalten. Die SOWC 18 verursacht kein wesentliches Schleifen und erfordert zur Betätigung nicht die Zufuhr von Öl mit hohem Volumen und hohem Druck in der Weise einer herkömmlichen nassen Scheibenkupplung. Durch Verwendung der SOWC 18 erzielt das Getriebe 10 daher einen wesentlichen weiteren Vorteil durch Senken der im Getriebe 10 auftretenden Verluste, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimiert wird und dabei die Emissionen reduziert werden.
Ein Abschnitt der SOWC 18 wie etwa der zweite Ring 22 ist mit der ersten drehbaren Welle 12A so verzahnt oder anderweitig mit dieser wirksam verbunden, dass er für eine axiale Bewegung längs der ersten drehbaren Welle 12A gestaltet oder zu einer solchen fähig ist. Ein anderer Abschnitt der SOWC 18 wie etwa der erste Ring 20 ist mit der zweiten drehbaren Welle 12B des Getriebes 10 so verzahnt, dass er sich der axialen Bewegung widersetzt. Die SOWC 18 verbindet die erste und die zweite drehende Welle 12A bzw. 12B und kann somit als "drehende Kupplung" bezeichnet werden, während eine anderweitig ähnlich gestaltete Kupplung 19 die zweite drehende Welle 12B mit dem nicht drehenden Gehäuse 13 oder einem anderen stationären Element verbindet und somit als "stationäre Kupplung" bezeichnet werden kann.
In 2 weist als eine mögliche Ausführungsform der SOWC 18 der erste Ring 20 eine kreisförmige mittige Bohrung 39 und mehrere radial nach innen vorstehende Zähne oder Zahnwellenprofile (nicht gezeigt) auf, die ausgestaltet sind, um mit Schlitzen oder Nuten eines drehbaren Körpers wie etwa der ersten drehbaren Welle 12A in Eingriff zu gelangen oder zusammenzupassen und sich dadurch in Verbindung damit zu drehen. Ähnlich besitzt der zweite Ring 22 eine kreisförmige mittige Bohrung 24, durch die ein drehbarer und/oder an Masse legbarer Nabenabschnitt (nicht gezeigt) verläuft. Um den Drehmomenttransport von der ersten drehbaren Welle 12A (siehe 1) zum zweiten Ring 22 zu ermöglichen, kann je nach Anwendung der zweite Ring 22 mit einem Reaktionszahnrad eines zusammengesetzten Planetenradsatzes (nicht gezeigt) wirksam verbunden sein oder der Nabenabschnitt (nicht gezeigt) direkt mit der mittigen Bohrung 24 verzahnt sein, wie ein Fachmann verstehen wird.
Der zweite Ring 22 ist ausgestaltet, um mehrere drehmomenthaltende Keile, Strebenteile oder Streben 34 zu erfassen, während ein erster Ring 20 so gestaltet ist, dass er mehrere winklige Strebentaschen 36 zum Aufnehmen der Streben 34 aufweist, wobei zwei Sätze der Streben 34 und Taschen 36 verschieden orientiert sind, um ein Drehmoment in einer bestimmten Richtung zu halten, wie weiter unten erläutert wird. Die Blockiervorrichtung 50 ist zwischen dem ersten, 20, und dem zweiten, 22, Ring angeordnet und mit mehreren abwechselnden Fenstern 54 und blockierenden Abschnitten 55, die in Umfangsrichtung um die Blockiervorrichtung 50 angeordnet sind, ausgestaltet. Die abwechselnden Fenster 54 und die blockierenden Abschnitte 55 sind in Bezug auf die Streben 34 so angeordnet, dass durch Drehen der Blockiervorrichtung 50 in Bezug auf den zweiten Ring 22 sämtliche der Streben 34, die in der einen Richtung oder der anderen Richtung orientiert sind oder in diese weisen, blockiert oder anderweitig von einem Eingriff mit dem ersten Ring 22 abgehalten werden.
Zwischen den zweiten Ring 22 und die Blockiervorrichtung 50 ist eine optionale Zentrierfeder 38 eingepasst, die so beschaffen ist, dass sie jedes der abwechselnden Fenster 54 der Blockiervorrichtung 50 auf eine andere der Streben 34 ausrichtet. Ein Ende der Zentrierfeder 38 kann durch ein darin ausgebildetes oder hineingebohrtes abgestimmtes Loch 35 in die Blockiervorrichtung und am anderen Ende durch ein darin ausgebildetes oder hineingebohrtes passendes Loch 31 in den zweiten Ring 22 eingepresst sein. Die Zentrierfeder 38 ist außen an irgendeiner Grenzfläche, die zwischen dem zweiten Ring 22 und der Blockiervorrichtung 50 gebildet ist, wenn der zweite Ring die Blockiervorrichtung 50 kontaktiert, angeordnet oder geführt, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Der zweite Ring 22 ist mit mehreren Strebenmulden 32 ausgestaltet, die in der in 2 gezeigten Ausführungsform als Durchgangsöffnungen durch den zweiten Ring 22, d. h. von einer Vorderseite 22A des zweiten Rings 22 vollständig durch eine Hinterseite 22B des zweiten Rings 22 hindurch, gestaltet sein können. Die Hälfte der Strebenmulden 32 ist in einer Richtung orientiert, während die übrigen Strebenmulden 32 in der entgegengesetzten Richtung orientiert oder ausgerichtet sind. In dieser Weise wird zugelassen, dass etwa die Hälfte der Streben 34 die winkligen Strebentaschen 36 des ersten Rings 20 zu irgendeiner gegebenen Zeit "verriegeln" oder mit diesen in Eingriff gelangen, um das Drehmoment in einer entsprechenden Drehrichtung zu verriegeln. Die unterschiedliche Orientierung der Streben 34 ermöglicht, dass sich manche Streben 34 in einer axialen Richtung (Pfeil A) entfalten, während die übrigen Streben 34 durch die blockierenden Abschnitte 55 der Blockiervorrichtung 50 niedergedrückt werden, so dass die Drehung des ersten Rings 20 in der einen Drehrichtung oder der anderen Drehrichtung verriegelt oder gehalten werden kann.
Die Blockiervorrichtung 50 besitzt drei wirksame Positionen in Bezug auf den zweiten Ring 22: eine erste Position, die zulässt, dass jene Streben 34, die in einer gemeinsamen Richtung orientiert sind oder in diese weisen, mit dem zweiten Ring 22 in Eingriff gelangen und ihn in einer Drehrichtung in Bezug auf den zweiten Ring 22 verriegeln, eine zweite Position, die zulässt, dass jene Streben 34, die in der anderen gemeinsamen Richtung orientiert sind oder in diese weisen, mit dem ersten Ring 20 in Eingriff gelangen und ihn in der anderen Drehrichtung in Bezug auf den zweiten Ring 22 verriegeln, und eine dritte Position, die durch die Zentrierfeder 38 unterstützt sein kann, wobei die dritte Position zulässt, dass sämtliche der Streben 34 mit der einen oder der anderen Orientierung mit dem ersten Ring 20 in Eingriff gelangen und diesen in beiden Richtungen in Bezug auf den ersten Ring 22 verriegeln, vorausgesetzt, dass der Aktor 16 den zweiten Ring 22 ausreichend nahe zum ersten Rings 20 bewegt hat.
Die SOWC 18 umfasst ferner den ebenfalls in 1 gezeigten Aktor 16 wie etwa einen hydraulischen Einrückkolben, der auf mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid 23 anspricht und mit einem Einrückring 26 wirksam verbunden oder einteilig ausgebildet sein kann. Der zweite Ring 22 und die Blockiervorrichtung 50 bilden zusammen einen axial beweglichen Abschnitt 21 der SOWC 18, d. h. einen Abschnitt der SOWC 18, der in Ansprechen auf eine Einrückkraft in Richtung des Pfeils A in einer axialen Richtung beweglich ist. Der Einrückring 26 besitzt mehrere axial vorstehende Zähne 26A, die um einen Umfang des Einrückrings 26 voneinander beabstandet sind. Die Zähne 26A besitzen eine obere Oberfläche 27 und sind jeweils durch eine untere Oberfläche oder ein Tal 28 getrennt. Da die Strebenmulden 32 des zweiten Rings 22 Durchgangsöffnungen sind, wie oben beschrieben worden ist, d. h., dass sie jeweils axial von der Vorderseite 22A zur Rückseite 22B durch den zweiten Ring 22 verlaufen, ermöglicht eine Bewegung des Einrückrings 26 in Richtung des Pfeils A, dass die Zähne 26A in eine entsprechende, zu ihnen benachbart angeordnete Strebenmulde 32 eindringen.
Die axiale Bewegung des Einrückrings 26 in Ansprechen auf eine Einrückkraft in Richtung des Pfeils A wirkt als Kraft auf eine Strebenfeder 37, die in jeder der Strebenmulden 32 zwischen der oberen Oberfläche 27 eines jeweiligen Zahns 26A und der Strebe 34 angeordnet ist. Falls dieser Kraft, die auf jede der Strebenfedern 37 wirkt, nicht durch eine blockie rende Oberfläche 55 der Blockiervorrichtung 50, die zwischen einer Strebe 34 und einer passenden winkligen Strebentasche 36 im ersten Ring 20 angeordnet ist, entgegengewirkt wird, zwingt die durch die Strebenfeder 37 vermittelte Federkraft jede Strebe 34 in eine passende winklige Tasche 36 des ersten Rings 20. Wenn dieser Kraft entgegengewirkt wird, drückt sich die Strebenfeder 37 zusammen, was eine Potentialkraft zum schnellen Entfalten der Strebe 34 ergibt, wenn die Blockiervorrichtung 50 wieder bewegt wird.
Sobald die Blockiervorrichtung 50 in einen direkten Kontakt mit dem zweiten Ring 22 gebracht ist, bewegt eine fortgesetzte Ausübung von Kraft in Richtung des Pfeils A die Blockiervorrichtung 50 eventuell in einen Kontakt mit dem ersten Ring 20. Durch die Drehbewegung des ersten Rings 20 vermittelte Reibungskräfte und durch irgendeinen vorkommenden Fluidfilm von dem mit Druck beaufschlagten Hydraulikfluid 23, der zwischen den ersten Ring 20 und der Blockiervorrichtung 50 vorhanden ist, streben danach, die Blockiervorrichtung 50 in dieselbe Drehrichtung mitzunehmen. Dieses Mitnehmen bzw. Schleifen positioniert schließlich die Blockiervorrichtung 50 in der Weise, dass ein gemeinsam orientierter Satz von Streben 34 mit den blockierenden Oberflächen 55 abgedeckt wird und der andere gemeinsam orientierte Satz von Streben 34 freigegeben wird, um sich durch die Fenster 54 in die winkligen Strebenmulden 36 des ersten Rings 20 zu bewegen oder zu entfalten. Das heißt, dass sich die Blockiervorrichtung 50 dreht, um denjenigen Satz von Streben 34 abzudecken, der so orientiert ist, dass er sofort versucht, den ersten Ring 20 in Bezug auf den zweiten Ring 22 zu verriegeln, wenn die Streben 34 und die Strebenfedern 37 durch den Einrückring 26 betätigt werden.
In der SOWC 18 ist ein Rückstellmechanismus 58 vorgesehen, wobei der Rückstellmechanismus 58 als Feder oder andere geeignete Vorrichtung, die eine ausreichende Rückstellkraft liefert, um die Blockiervorrichtung 50 und den zweiten Ring 22 in Richtung des Pfeils R um eine ausreichende Strecke zum Lösen der Streben 34 vom ersten Ring 20 weg zu bewegen, ausgestaltet ist. Wenn eine Einrückkraft in Richtung des Pfeils A, beispielsweise durch zeitweiliges Unterbrechen einer Zufuhr von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid 23 zum Aktor 16, ausgesetzt oder weggenommen wird, ermöglicht daher die Rückstellkraft in Richtung des Pfeils R ein Ausrücken und "Freilaufen", bis eine Einrückung der SOWC 18 in einer oder in beiden Richtung gewünscht wird.
In 3A sind verschiedene Kupplungsbetriebsarten für die SOWC 18 (siehe 1 und 2) gezeigt, wobei jede Betriebsart eine Richtung des Drehmomenthaltens in Bezug auf die SOWC 18 definiert. In der Betriebsart 1 wird der Druck für den Aktor 16 (siehe 2) abgeschaltet und zugelassen, dass die SOWC 18 "frei läuft", d. h. in beiden Drehrichtungen kein Drehmoment gehalten wird. Die Betriebsart 1 ermöglicht ein unbehindertes Drehen des ersten Rings 20 in Bezug auf den zweiten Ring 22. In den Betriebsarten 2A und 3 wird der Druck für den Aktor 16 angeschaltet, wobei das Drehmoment in einer Drehrichtung verriegelt oder gehalten wird. Die Betriebsarten 2A und 2B sind im Betrieb gleich, mit Ausnahme hinsichtlich der Richtung, in der der das Drehmoment gehalten wird. Beispielsweise wird in der Betriebsart 2A zugelassen, dass der erste Ring 20 in einer Vorwärtsdrehrichtung frei laufen oder sich unbehindert drehen kann und gegen ein Drehen in der Rückwärtsdrehrichtung verriegelt oder von einem solchen abgehalten wird, während die Betriebsart 2B ähnlich die Rückwärtsdrehung des ersten Rings 20 zulassen und das Drehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung halten würde. Schließlich wird in der Betriebsart 3 die SOWC 18 verriegelt, d. h. das Drehmoment in beiden Drehrichtungen gehalten. Jede der oben allgemein beschriebenen Betriebsarten in ihrer Anwendung auf die SOWC 18 ist in den fragmenta rischen Querschnittsseitenansichten der 3B, 3C bzw. 3D im Einzelnen gezeigt.
In jeder der 3B, 3C und 3D sind die winkligen Strebentaschen 36 von 2 als winklige Strebentaschen 36A und 36B gezeigt, um ihre unterschiedliche drehmomenthaltende Orientierung zu unterscheiden. Jede der Strebentaschen 36A, 36B besitzt eine im Wesentlichen vertikale verriegelnde Oberfläche 40 und eine winklige Oberfläche 41. Die Streben 34 von 1 sind durch ihre jeweilige Orientierung als 34A, 34B dargestellt. Die vertikale verriegelnde Oberfläche 40 ist konfiguriert und/oder ausgestaltet, um einer Strebe 34A, 34B falls erforderlich entgegenzuwirken und dadurch eine Drehung des ersten Rings 20 in einer Richtung zu verhindern, wenn eine der Betriebsarten 2A, 2B oder 3 ausgewählt ist (siehe 3A). Ähnlich ist die geneigte Oberfläche 41 konfiguriert und/oder ausgestaltet, um zuzulassen, dass eine Strebe 34A, 34B durch die Blockiervorrichtung 50 in eine passende Strebenmulde 32A, 328 niedergedrückt wird, und eine relative Drehung des ersten oder des zweiten Rings 20, 22 zu erlauben (siehe 2). Wenn die SOWC 18 in einer Richtung verriegelt ist und ein Drehmoment überträgt, kann die Trennung der Enden der Streben 34 in der axialen Richtung eine Kraft erzeugen, die danach strebt, den ersten Ring 20 vom zweiten Ring 22 zu trennen, so dass auf das Verriegeln der SOWC 18 in einer Richtung hin die Reibungskraft auf die Blockiervorrichtung 50 reduziert wird und diese durch die Zentrierfeder 35 (siehe 2) in die in 3E gezeigte Mittelposition gedreht wird. Alternativ kann die Zentrierfeder 35 die Reibungskraft auf die Blockiervorrichtung 50 unterstützen, so dass sich dann, wenn sich der erste Ring 20 geringfügig in Bezug auf den zweiten Ring 22 dreht, um durch einen gemeinsam orientierten Satz der Streben 34 zu verriegeln, die Blockiervorrichtung 50 ebenfalls geringfügig in Bezug auf den zweiten Ring 22 dreht und somit den anderen gemeinsam orientierten Satz von Streben 34 bloßlegt. In die ser Position sind sämtliche der Streben 34 auf die Fenster 54 in der Blockiervorrichtung 50 ausgerichtet und können daher mit dem ersten Ring 20 in Eingriff gelangen.
Wie in den 3B bis 3E gezeigt ist, kann ein Sensor (S) 29 die relative Drehzahl der Ringe 20, 22 zur Verwendung beim Steuern der SOWC 16 messen, erfassen oder anderweitig bestimmen. Der zweite Ring 22 kann drehend oder, beispielsweise an dem stationären Getriebegehäuse 13 (siehe 1), an Masse gelegt sein, wobei stets zugelassen wird, dass sich der erste Ring 20 dreht. Der erste Ring 20 kann mit dem Motor/Generator 17 (siehe 1) verbunden sein, der mit einem Motorcontroller (nicht gezeigt) in Verbindung steht, der ausgestaltet ist, um die Drehzahlen des ersten, 20, und des zweiten, 22, Rings zu synchronisieren, um die Betätigung der SOWC 18 zu erleichtern. Falls jedoch der zweite Ring 22 nicht an Masse gelegt wäre und sich daher ebenfalls drehte, wäre der Motor/Generator 17 in ähnlicher Weise mit dem zweiten Ring 22 verbunden und stünde mit dem Controller (nicht gezeigt) in Verbindung, wie ein Fachmann verstehen wird.
In 3B, die die Betriebsart 1 oder eine "Freilauf-Betriebsart" darstellt, ist die Blockiervorrichtung 50 durch den Rückstellmechanismus 58 (siehe 2) vom ersten Ring 20 getrennt, womit die Streben 34 jeweils aus ihrem Eingriff mit der entsprechenden passenden Strebentasche 36 gezwungen werden. Die durch den auch in 2 gezeigten Pfeil A dargestellte Einrückkraft ist null oder aus, womit zugelassen wird, dass die oben beschriebene Rückstellkraft (Pfeil R) die Blockiervorrichtung 50 und den zweiten Ring 22 vom ersten Ring 20 weg bewegt oder trennt. Der anfängliche Trennabstand (d₁) ist ausreichend, um sicherzustellen, dass kein Abschnitt irgendwelcher der Streben 34A, 34B den ersten Ring 20 kontak tieren kann. Die SOWC 18 läuft daher in beiden Richtungen frei, wie durch die Pfeile 1 und 2 dargestellt ist.
In 3C, die die Betriebsart 2A oder das Drehmomenthalten in einer Rückwärtsrichtung darstellt, wird der Einrückdruck (Pfeil A) angeschaltet, womit der Einrückring 26 gezwungen wird, sich axial in Richtung des Pfeils A zu bewegen. Dies bewegt den axial beweglichen Abschnitt 21 der SOWC 18, wobei der Trennabstand (d₂) zwischen dem Aktor- bzw. Betätigungsring 26 und dem ersten Ring 20 kleiner als der in 3B gezeigte anfängliche Trennabstand (d₁) ist. Die Blockiervorrichtung 50 blockiert die Streben 34A, wobei die Strebenfedern 37 jegliche zuvor niedergedrückte Strebe 34B in einen Eingriff mit dem ersten Ring 20 zwingen. Die Streben 34B "verriegeln" jeweils durch Behinderung durch eine vertikale verriegelnde Oberfläche 40 der winkligen Strebenmulden 36B, in die die Streben 34B gezwungen oder bewegt werden. Die Orientierung der Streben 34B in den winkligen Strebenmulden 36B stellt daher sicher, dass das Drehmoment gehalten oder in der Rückwärtsposition verhindert wird, indem zugelassen wird, dass sich der erste Ring 20 in Richtung des Pfeils 2 dreht, jedoch verhindert wird, dass sich der erste Ring 20 in Richtung des Pfeils 1 dreht (siehe 3B).
In 3D, die die Betriebsart 2B oder das Drehmomenthalten in einer Vorwärtsrichtung darstellt, bleibt der Einrückdruck (Pfeil A) ein bzw. vorhanden und zwingt den Einrückring 26 noch immer dazu, sich in Richtung des Pfeils A zu bewegen. Die Blockiervorrichtung 50 blockiert die Streben 34B, wobei die Strebenfedern 37 jegliche zuvor niedergedrückte Strebe 34A in einen Eingriff mit dem ersten Ring 20 zwingen. Die Streben 34A "verriegeln" jeweils durch Behinderung durch eine vertikale verriegelnde Oberfläche 40 der winkligen Strebenmulden 36B, in die die Streben 34B gezwungen oder bewegt werden. Die Orientierung der Streben 34A in den Mulden 36B stellt daher sicher, dass das Drehmoment gehalten oder in der Rückwärtsposition verhindert wird, indem verhindert wird, dass sich der erste Ring 20 in Richtung des Pfeils 2 dreht.
In 3E, die die Betriebsart 3 oder das Drehmomenthalten in beiden Drehrichtungen darstellt, bleibt der Einrückdruck (Pfeil A) ein bzw. vorhanden, womit der Einrückring 26 noch immer dazu gezwungen wird, sich in Richtung des Pfeils A zu bewegen. Die SOWC 18 hält an, wobei die Relativbewegung zwischen dem inneren, 20, und dem zweiten, 22, Ring null beträgt. Das Mitnehmen bzw. Schleifen der Blockiervorrichtung 50 verschwindet daher. Bei Ausbleiben solcher Mitnahmekräfte wird zugelassen, dass der Zentrierring 38 (siehe 2) die Blockiervorrichtung 50 in eine gewünschte Ausrichtung auf den zweiten Ring 22 zwingt oder zieht, wobei zugelassen wird, dass die Strebenfedern 37 jegliche zuvor niedergedrückte Strebe 34A, 34B in einen Eingriff mit dem ersten Ring 20 bewegen. Die Streben 34A und 34B "verriegeln" daher jeweils durch Behinderung durch eine vertikale verriegelnde Oberfläche 40 der winkligen Strebenmulden 36A, 36B, in die die Streben 34A, 34B gezwungen oder bewegt werden. Die Orientierung der Streben 34A, 34B in den winkligen Strebenmulden 36A, 36B stellt daher sicher, dass das Drehmoment gehalten oder sowohl in der Vorwärtsposition als auch in der Rückwärtsposition verhindert wird, indem verhindert wird, dass sich der erste Ring 20 in Richtung der Pfeile 1 und 2 dreht (siehe 3B).
Wie in 4A gezeigt ist, taktet bzw. synchronisiert ein Controller (nicht gezeigt) in der Betriebsart 1, d. h. dem "Freilauf", um die SOWC 18 einzurücken, den ersten, 20, und den zweiten, 22, Ring, so dass sich eine Differentialdrehzahl Δ_S dazwischen etwa null Umdrehungen pro Minute (RPM) annähert, wie durch den Punkt 61 gezeigt ist. Ein am Punkt 61 übertragenes Signal führt einen Wechsel von der Betriebsart 1 in die Betriebsart 2 herbei, wenn ein Drehzahlsensor (nicht gezeigt) erfasst, dass die Richtung von Δ_S, die sich am Punkt 62 ändert, eine nicht negative Größe erreicht, d. h. am Punkt 64, an dem die SOWC 18 je nach Drehrichtung des ersten Rings 20 entweder in die Betriebsart 2A oder die Betriebsart 2B "geschaltet" oder verändert wird, womit das Drehmoment in der betreffenden Rückwärts- oder Vorwärtsdrehrichtung gehalten wird.
Wegen der inhärenten Zeitverzögerung beim Durchführen eines physischen Schaltens durch Bewegung der Blockiervorrichtungsplatte 50 (siehe 2 und 3B bis 3E) tritt eine geringe Zeitverschiebung Δt ein, bevor die Betriebsart 2 am Punkt 65 vollständig verwirklicht ist. Während die Richtung von Δ_S positiv ist, setzt die SOWC 18 das Freilaufen fort. In der Betriebsart 2, wenn die Richtung von Δs negativ wird, d. h. am Punkt 68, verriegelt die Kupplung 18. Wenn der Drehzahlsensor (nicht gezeigt) eine Differentialkupplungsdrehzahl von null und eine Drehzahländerung von null erfasst, wechselt die SOWC 18 in die Betriebsart 3, so dass die Drehbewegung in beiden Richtungen verhindert wird, wie in 2D gezeigt ist, um dadurch den Elektromotor/Generator 17 (siehe 1) freizugeben, um falls erforderlich Drehzahlen zu verändern. Wegen der Zeitverzögerung beim Durchführen des physischen Schaltens durch Betätigung der Blockiervorrichtung 50 tritt eine geringe Zeitverschiebung Δt ein, bevor die Betriebsart 3 am Punkt 69 vollständig verwirklicht ist.
In 4B ist eine ähnliche Drehzahlkurve gezeigt, die die Ausrückung der SOWC 18 zeigt, wobei mit dem Zweirichtungs-Drehmomenthalten der Betriebsart 3 begonnen wird. Um ein Ausrücken der SOWC 18 einzuleiten, wird am Punkt 71 ein Betriebsartwechsel von der Betriebsart 3 zur Betriebsart 2 signalisiert. Vor einem Betriebsartwechsel zur Betriebsart 2 wird die SOWC 18 vorübergehend in einer Richtung belastet, die zu jener der bevorstehenden Kupplungsausrückung in der Gegenrichtung entgegengesetzt ist, wobei die Kupplung bzw. SOWC 18 dann in der Betriebsart 2A oder 2B entlastet wird, so dass sie ohne weiteres ausgerückt werden kann. Wenn der Drehzahlsensor (nicht gezeigt) erfasst, dass die Größe Δ_S positiv ist, wird die Betriebsart in "Freilauf in beiden Richtungen", d. h. die Betriebsart 1 am Punkt 72, die dem oben beschriebenen Anfangszustand nach 4A entspricht, verändert.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Einzelnen beschrieben worden sind, werden jene, die mit dem Fachgebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Praktizieren der Erfindung im Umfang der angehängten Ansprüche einfallen.

Claims

Getriebe, das umfasst: eine erste Welle eine zweite Welle eine schaltbare Einwegkupplung (SOWC) mit einer Drehachse, einem ersten Ring und einem axial beweglichen zweiten Ring, wobei die SOWC dazu dient, wahlweise den zweiten Ring in einer axialen Richtung zu bewegen, um die erste Welle mit der zweiten Welle zu verbinden; einen Elektromotor, der mit der ersten Welle und/oder der zweiten Welle verbunden ist, wobei der Elektromotor dazu dient, eine relative Drehzahl zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring der SOWC zu steuern.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die SOWC eingerückt wird, indem der zweite Ring in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Drehachse zum ersten Ring hin bewegt wird, bis der zweite Ring mit dem ersten Ring verriegelt ist.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die SOWC wenigstens eine Blockiervorrichtung umfasst, die ausgestaltet ist, um sich durch Reibungskontakt mit dem ersten Ring zu bewegen, wobei die Blockiervorrichtung wenigstens teilweise einen Übergang der SOWC von einer Drehmomentübertragung in einer Drehrichtung zu einer Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen bestimmt.
Getriebe nach Anspruch 3, wobei die SOWC mehrere Strebenteile aufweist und die Blockiervorrichtung mehrere Fenster aufweist und wobei das Bewegen durch Reibungskontakt die mehreren Fenster in einer vorgegebenen Weise in Bezug auf die mehreren Strebenteile ausrichtet, um eine von mehreren verschiedenen Kupplungsbetriebsarten einzurichten, die eine erste Betriebsart, die ein Freilaufen der SOWC in beiden Drehrichtungen umfasst, eine zweite Betriebsart, die ein Drehmomenthalten in einer Drehrichtung umfasst, und eine dritte Betriebsart zum Drehmomenthalten in beiden Drehrichtungen umfasst, umfassen.
Getriebe nach Anspruch 1, das ferner einen Einrückmechanismus, der zu einer Bewegung längs einer Achse, die zur Drehachse der ersten Welle oder der zweiten Welle parallel ist, fähig ist, und einen Rückstellmechanismus, der dazu dient, eine Rückstellkraft auf den Einrückmechanismus auszuüben, umfasst, wobei die SOWC mittels des Einrückmechanismus einrückbar ist und mittels des Rückstellfedermechanismus ausrückbar ist.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei der Einrückmechanismus ein hydraulischer Kolben ist.
Schaltbare Einwegkupplung (SOWC) zur Verwendung mit einem Fahrzeuggetriebe, wobei die SOWC umfasst: einen ersten Ring; einen zweiten Ring; mehrere Strebenteile, wovon jedes ausgestaltet ist, um das Drehmoment in einer ersten oder einer zweiten Drehrichtung zu halten, um eine von mehreren verschiedenen Kupplungsbetriebsarten einzurichten; eine Blockiervorrichtung mit mehreren Fenstern, wobei die Blockiervorrichtung ausgestaltet ist, um sich durch Reibungskontakt mit dem ersten Ring zu bewegen und dadurch die mehreren Fenster in einer vorgegebenen Weise auszurichten, um eine der mehreren verschiedenen Kupplungsbetriebsarten einzurichten, wobei die SOWC eingerückt wird, indem der zweite Ring in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Drehachse des erstens Rings und des zweiten Rings bewegt wird.
SOWC nach Anspruch 7, wobei die mehreren verschiedenen Kupplungsbetriebsarten ein Freilaufen der SOWC in zwei Drehrichtungen, ein Drehmomenthalten in einer Drehrichtung und ein Drehmomenthalten in beiden Drehrichtungen umfassen.
SOWC nach Anspruch 7, die ferner eine Zentrierfeder umfasst, die zwischen den zweiten Ring und die Blockiervorrichtung eingepasst ist, wobei die Zentrierfeder jedes der mehreren Fenster der Blockiervorrichtung mit einem anderen der mehreren Strebenteile ausrichtet.
SOWC nach Anspruch 7, die ferner einen hydraulischen Kolben umfasst, um den zweiten Ring in der axialen Richtung in Bezug auf die Drehachse des ersten Rings und des zweiten Rings zu bewegen.
SOWC nach Anspruch 7, wobei eine Hälfte der mehreren Strebenteile ausgestaltet ist, um das Drehmoment in der ersten Drehrichtung zu halten, und die andere Hälfte der mehreren Strebenteile ausgestaltet ist, um das Drehmoment in der zweiten Drehrichtung zu halten.
Verfahren zum Reduzieren von Verlusten infolge von Kupplungsschleifen in einem Fahrzeuggetriebe, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen einer schaltbaren Einwegkupplung (SOWC) mit einem drehbaren ersten Ring, einem axial beweglichen zweiten Ring und einer axial beweglichen und wahlweise drehbaren Blockiervorrichtung; Ausüben einer Einrückkraft auf den zweiten Ring, um diesen in einer axialen Richtung und in einen Kontakt mit der Blockiervorrichtung zu bewegen; Bewegen der Blockiervorrichtung in der axialen Richtung, um einen Reibungskontakt zwischen der Blockiervorrichtung und dem ersten Ring herzustellen; Drehen der Blockiervorrichtung mittels des Reibungskontakts mit dem ersten Ring, um dadurch eine gewünschte Ausrichtung zwischen der Blockiervorrichtung und dem ersten Ring herzustellen; Verhindern einer Drehung des ersten Rings in wenigstens einer Richtung, wenn die gewünschte Ausrichtung hergestellt ist, womit die SOWC eingerückt wird; und Bewegen des zweiten Rings und der Blockiervorrichtung um einen vorgegebenen axialen Abstand vom ersten Ring weg, um dadurch die SOWC auszurücken.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bewegen des zweiten Rings und der Blockiervorrichtung das Ausüben einer Rückstellkraft auf den zweiten Ring, wobei die Kraft auf einen hinreichenden Pegel unterhalb eines Pegels der Rückstellkraft reduziert wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Versehen der schaltbaren Einwegkupplung (SOWC) mit mehreren Strebenteilen umfasst, wobei das Einrücken der SOWC das Blockieren der Hälfte der mehreren Strebenteile mittels der Blockiervorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Versehen der SOWC mit einem Einrückring umfasst, wobei das Bewegen der Blockiervorrichtung in der axialen Richtung das Herstellen einer mit Druck beaufschlagten Fluidzufuhr umfasst, um dadurch den Einrückring in einen Kontakt mit dem zweiten Ring zu bewegen.