DE102008054352B4

DE102008054352B4 - Zehnganggetriebe

Info

Publication number: DE102008054352B4
Application number: DE102008054352.7A
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: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: CN101429995B; US8007398B2; US20090118062A1; DE102008054352A1; CN101429995A

Abstract

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils Sonnenräder (14C, 16B, 18B, 20A), Träger (14B, 16C, 18A, 20C) und Hohlräder (14A, 16A, 18C, 20B) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) verbunden ist, und wobei das Abtriebselement (22) ständig mit dem Träger (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (44), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein zweites Verbindungselement (46), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Träger (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein drittes Verbindungselement (52), das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein viertes Verbindungselement (58), das das Sonnenrad (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Hohlrad (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (26), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Träger (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) und dem Antriebselement (12) zu verbinden; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (28), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (30), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (32), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das 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.
Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf nach neuen und verbesserten Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere aus den 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.
Aus der DE 101 15 995 A1 sind Neunganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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.
Zu Beginn ist festzustellen, dass die Ausführungsformen des Zehngang-Automatikgetriebes der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweisen. Ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes und mit einem ersten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
In 1 ist eine Ausführungsform eines Zehnganggetriebes 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 Planetengetriebes 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.
Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, einen zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, einen vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C, und eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 22.
Das Antriebselement 12 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der zweite Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine vierte Kupplung 32 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 36 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
2 stellt ein schematisches Layout der Ausführungsform des Zehnganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
Beispielsweise umfasst der Planetenradsatz 14 ein Sonnenrad 14C, ein Hohlrad 14A und einen Planetenradträger 14B, der einen ersten Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 14E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Zwischenelement 42 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Zwischenelement 44 und einer dritten Welle oder einem dritten Zwischenelement 46 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Zwischenelement 48 und einer fünften Welle oder einem fünften Zwischenelement 52 verbunden. Der erste Satz Planetenräder 14D ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Sonnenrad 14C als auch dem zweiten Satz Planetenräder 14E zu kämmen. Der zweite Satz Planetenräder 14E ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Hohlrad 14A als auch dem ersten Satz Planetenräder 14D zu kämmen.
Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16B, ein Hohlrad 16A und einen Planetenradträger 16C, der einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Zwischenelement 52 und einer sechsten Welle oder einem sechsten Zwischenelement 54 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Zwischenelement 44 verbunden. Der Planetenträger 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Zwischenelement 56 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16B als auch dem Hohlrad 16A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18B, ein Hohlrad 18C und einen Planetenradträger 18A, der einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18B als auch dem Hohlrad 18C zu kämmen. Das Sonnenrad 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einem achten Zwischenelement 58 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Welle oder einem neunten Zwischenelement 60 verbunden. Der Planetenträger 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Zwischenelement 46 und mit der Abtriebswelle oder dem Abtriebselement 22 verbunden.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20A, ein Hohlrad 20B und einen Planetenradträger 20C, der einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20A als auch dem Hohlrad 20B zu kämmen. Das Sonnenrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zehnten Welle oder einem zehnten Zwischenelement 62 verbunden. Das Hohlrad 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der achten Welle oder dem achten Zwischenelement 58 verbunden. Der Planetenträger 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einem elften Zwischenelement 64 und mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 verbunden.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist ständig mit einer Maschine (die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (der nicht gezeigt ist) verbunden. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt ist) verbunden.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30, 32 und Bremsen 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Beispielsweise ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Zwischenelement 48 mit der elften Welle oder dem elften Zwischenelement 64 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Zwischenelement 42 mit der zehnten Welle oder dem zehnten Zwischenelement 62 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Zwischenelement 54 mit der neunten Welle oder dem neunten Zwischenelement 60 zu verbinden. Die vierte Kupplung 32 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Zwischenelement 56 mit der vierten Welle oder dem vierten Zwischenelement 60 zu verbinden. Die erste Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Zwischenelement 60 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die zehnte Welle oder das zehnte Zwischenelement 62 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 62 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Zehnganggetriebes 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 22 in zehn Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit einem Vierfach-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, vierte Kupplung 32, erste Bremse 34 und zweite Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Ein ”X” in dem Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse eingerückt ist, um den gewünschten Gangzustand zu erreichen. Ein ”0” stellt dar, dass die besondere Drehmomentübertragungseinrichtung (d. h. eine Bremse oder Kupplung) ein oder aktiv ist, aber kein Drehmoment transportiert. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur 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 einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 26, die vierte Kupplung 32 und die erste Bremse 34 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet die vierte Welle oder das vierte Zwischenelement 48 mit der elften Welle oder dem elften Zwischenelement 64. Die vierte Kupplung 32 verbindet die siebte Welle oder das siebte Zwischenelement 56 mit der vierten Welle oder dem vierten Zwischenelement 60. Die erste Bremse 34 verbindet die neunte Welle oder das neunte Zwischenelement 60 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die zehn Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Zehnganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen 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 eingerückt oder aktiviert bleiben wird.

Claims

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils Sonnenräder (14C, 16B, 18B, 20A), Träger (14B, 16C, 18A, 20C) und Hohlräder (14A, 16A, 18C, 20B) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) verbunden ist, und wobei das Abtriebselement (22) ständig mit dem Träger (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (44), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein zweites Verbindungselement (46), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Träger (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein drittes Verbindungselement (52), das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein viertes Verbindungselement (58), das das Sonnenrad (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Hohlrad (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (26), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Träger (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) und dem Antriebselement (12) zu verbinden; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (28), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (30), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (32), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; und eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (34), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) mit einem Getriebegehäuse (50) zu verbinden; eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (36), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden; und wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen (26, 28, 30, 32, 34, 36) selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (22) herzustellen.