DE102009041085A1 - Automatic transmission for use in drive train of motor vehicle, has planetary gear wheel sets and switching element, where planetary gear wheel sets have hollow wheel, planetary wheel and sun wheel in each case - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Automatikgetriebe, vzw. für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten und mit einem zweiten Planetengetrieberadsatz und mit mindestens einem Schaltelement, wobei die beiden Planetengetrieberadsätze jeweils ein Sonnenrad, mindestens ein Planetenrad und ein Hohlrad aufweisen, und wobei die beiden Planetengetrieberadsätze mittels des Schaltelementes miteinander koppelbar sind.The invention relates to an automatic transmission, vzw. for a motor vehicle, with a first and a second Planetengetrieberadsatz and with at least one switching element, wherein the two Planetengetrieberadsätze each having a sun gear, at least one planetary gear and a ring gear, and wherein the two Planetengetrieberadsätze be coupled to each other by means of the switching element.
Automatikgetriebe werden für die Drehzahl- und Drehmomentanpassung in Kraftfahrzeugen verwendet. Es sind Automatikgetriebe bekannt, die mehrere Planetengetrieberadsätze, insbesondere einen ersten und einen zweiten Planetengetrieberadsatz, mit jeweils einem Sonnenrad, mit mehreren Planetenrädern und mit einem Hohlrad aufweisen. Das Sonnenrad ist zentral angeordnet und die Planetenräder sind zwischen dem Sonnenrad und einer Innenverzahnung des Hohlrades angeordnet. Das Hohlrad ist über die Planetenräder mit dem Sonnenrad verbunden. Die beiden Planetengetrieberadsätze sind mittels Schaltelementen miteinander koppelbar. Jedem Planetengetrieberadsatz sind bspw. mehrere Wellen zugeordnet. Die Wellen können je nach aktueller gewählter Gangstufe über die Schaltelemente miteinander gekoppelt werden. Die Schaltelemente können bspw. als Kupplungen ausgebildet sein.Automatic transmissions are used for speed and torque adjustment in motor vehicles. Automatic transmissions are known which have a plurality of planetary gear sets, in particular a first and a second planetary gear set, each having a sun gear, a plurality of planetary gears and a ring gear. The sun gear is arranged centrally and the planet gears are arranged between the sun gear and an internal toothing of the ring gear. The ring gear is connected via the planet gears with the sun gear. The two Planetengetrieberadsätze can be coupled together by means of switching elements. Each Planetengetrieberadsatz are assigned, for example, several waves. The shafts can be coupled to each other via the switching elements depending on the currently selected gear ratio. The switching elements may, for example, be designed as couplings.
Im Stand der Technik sind bspw. Automatikgetriebe mit Simpson-Planetengetrieberadsätzen bekannt. Der Simpson-Planetengetrieberadsätzen weist zwei Planetengetrieberadsätze auf. Das besondere Merkmal eines Simpson-Planetengetrieberadsatzes ist, dass nur ein einzelnes gemeinsames Sonnenrad vorgesehen ist. Der Planetenträger des einen Planetengetrieberadsatzes ist mit dem Hohlrad des anderen Planetengetrieberadsatzes verbunden. Mit Simpson-Planetengetrieberadsätzen lassen sich drei Vorwärts- und ein Rückwärtsgang schalten.In the prior art, for example, automatic transmission with Simpson Planetengetriebadsätzen are known. The Simpson planetary gear sets have two planetary gear sets. The special feature of a Simpson planetary gear set is that only a single common sun gear is provided. The planet carrier of one planetary gear set is connected to the ring gear of the other planetary gear set. With Simpson planetary gear sets, you can shift between three forward and one reverse gear.
Im Stand der Technik sind Automatikgetriebe mit Ravigneaux-Planetengetrieberadsätzen bekannt. Ein Ravigneaux-Planetengetrieberadsatz weist zwei Planetengetrieberadsätze auf, wobei ein großes und ein kleines Sonnenrad, ein gemeinsamer Planetenträger mit mehreren großen und mit mehreren kleinen Planetenrädern und ein gemeinsames Hohlrad vorgesehen sind. Das besondere Merkmal des Ravigneaux-Planetengetrieberadsatzes ist ein gemeinsamer Planetenträger, wobei nur ein einzelnes Hohlrad vorhanden ist. Mit dem Ravigneaux-Planetengetrieberadsatz sind vier Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang ausbildbar.In the prior art, automatic transmissions with Ravigneaux planetary gear sets are known. A Ravigneaux planetary gear set has two planetary gear sets, with a large and a small sun gear, a common planet carrier having a plurality of large and a plurality of small planet gears and a common ring gear are provided. The special feature of the Ravigneaux planetary gear set is a common planet carrier, with only a single ring gear is present. The Ravigneaux planetary gear set has four forward gears and one reverse gear.
Ferner sind im Stand der Technik Automatikgetriebe mit einem Lepelletier-Planetengetrieberadsatz bekannt. Ein Lepelletier-Planetengetrieberadsatz ist durch einen einfachen Planetengetrieberadsatz mit einem nachgeschalteten Ravigneaux-Planetengetrieberadsatz gekennzeichnet. Der Lepelletier-Planetengetrieberadsatz enthält einen Ravigneaux-Planetengetrieberadsatz, welcher um den weiteren Planetengetrieberadsatz als Vorschaltgetriebe erweitert ist. Mit einem Lepelletier-Planetengetrieberadsatz sind sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang ausbildbar.Further, in the prior art, automatic transmissions with a Lepelletier planetary gear set are known. A Lepelletier planetary gear set is characterized by a simple planetary gear set with a downstream Ravigneaux planetary gear set. The Lepelletier planetary gear set includes a Ravigneaux planetary gear set, which is extended to the other planetary gear set as a Vorschaltgetriebe. With a Lepelletier Planetengetrieberadsatz six forward gears and one reverse gear can be formed.
Ein derartig ausgebildetes Automatikgetriebe ist bspw. aus der
Aus der
Die im Stand der Technik bekannten Automatikgetriebe sind noch nicht optimal ausgebildet. Allein aus der mathematischen Kombinatorik der geschlossenen Schaltelemente und der begrenzten Gesamtanzahl der Schaltelemente ergibt sich die theoretische, maximale Anzahl der Gänge. Da die Gänge sinnvoll gestuft sein müssen, sind in der Praxis nur eine geringere Anzahl als die maximale Anzahl der Gänge nutzbar. Bei einem Simpson-Planetengetrieberadsatz mit zwei Planetengetrieben und vier Schaltelementen lassen sich somit lediglich drei schaltbare Vorwärtsgänge erzeugen. Eine Erhöhung der Gangzahl erfordert ein zusätzliches Schaltelement wie bspw. beim Ravigneaux-Planetengetrieberadsatz mit vier Vorwärtsgängen. Bei dem Lepelletier-Planetengetrieberadsatz werden die sechs Vorwärtsgänge durch einen zusätzlichen Planetengetrieberadsatz erzeugt. Die Standübersetzung stellt eine charakteristische Größe des Automatikgetriebes mit den Planetengetrieberadsätzen dar. Betrachtet man den Steg als Referenz, weist ein Planetengetriebe mit drei Zentralwellen genau eine Standübersetzung auf. Die Anzahl der Standübersetzungen ergibt sich aus der Anzahl von Möglichkeiten, zwei Zentralradwellen außer dem Steg bzw. Planetenträger aus der Anzahl der Zentralradwellen auszuwählen. Ein Automatikgetriebe mit vier Zentralradwellen weist kombinatorisch daher drei Standübersetzungen auf (Binomialkoeffizient „3 über 2”), von denen nur zwei unabhängig sind, da das Automatikgetriebe durch zwei dreiwellige Planetengetrieberadsätze ersetzt werden kann. Mit zwei Planetengetrieberadsätzen und vier Schaltelementen lassen sich somit im allgemeinen lediglich drei schaltbare Vorwärtsgänge erzeugen. Eine Erhöhung der Gangzahl erfordert zusätzliche Schaltelemente oder sogar noch ein zusätzliches Planetengetriebe. Diese zusätzlichen Schaltelemente oder das zusätzliche Planetengetriebe erfordern Bauraum.The known in the art automatic transmission are not yet optimally formed. The mathematical combinatorics of the closed switching elements and the limited total number of switching elements alone result in the theoretical, maximum number of gears. Since the aisles must be reasonably graded, in practice only a smaller number than the maximum number of gears can be used. In a Simpson planetary gear set with two planetary gears and four switching elements can thus be only three generate switchable forward gears. An increase in the number of gears requires an additional switching element such as the Ravigneaux planetary gear set with four forward gears. In the Lepelletier planetary gear set, the six forward gears are generated by an additional planetary gear set. The stand translation represents a characteristic size of the automatic transmission with the Planetengetriebadsätzen. Considering the bridge as a reference, has a planetary gear with three central shafts exactly one level translation. The number of stand ratios results from the number of ways to select two Zentralradwellen except the web or planet carrier from the number of Zentralradwellen. An automatic transmission with four Zentralradwellen has combinatorial therefore three state translations (binomial coefficient "3 over 2"), of which only two are independent, since the automatic transmission can be replaced by two three-shaft Planetengetrieberadsätze. With two Planetengetriebadsätzen and four switching elements can thus be generated in general only three switchable forward gears. An increase in the number of gears requires additional switching elements or even an additional planetary gear. These additional switching elements or the additional planetary gear require space.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Automatikgetriebe derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mehrere Übersetzungsvarianten mit geringem konstruktiven Aufwand sowie mit geringem Bauraumbedarf bereitgestellt werden.The invention is therefore the object of an automatic transmission in such a way and further develop that several translation variants are provided with low design complexity and low space requirement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Planetenrad des ersten Planetengetrieberadsatzes und das Planetenrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes über eine Kupplung als Schaltelement koppelbar sind. Durch die schaltbare Kupplung der mindestens zwei Planetenräder der unterschiedlichen Planetengetrieberadsätze ist eine große Anzahl von Schaltkombinationen mit wenigen Bauteilen erzielt. Dadurch kann der konstruktive Aufwand sowie der Bauraumbedarf bei einer erforderlichen Anzahl von Gängen erheblich reduziert werden. Mit einer schaltbaren Kopplung der Planetenräder kann das Automatikgetriebe einfach und kompakt aufgebaut sein. Auch eine Hybridfunktionalität ist mit diesem Automatikgetriebe einfach darstellbar. Durch die schaltbare Kopplung der Planetenräder der unterschiedlichen Planetengetrieberadsätze ergeben sich eine Vielzahl von Übersetzungsvarianten des Automatikgetriebes. Insbesondere sind mit vier Schaltelementen und den zwei Planetengetrieberadsätzen vier, nutzbare Vorwärtsgänge erzeugbar. Das Automatikgetriebe entspricht einem Fünfwellengetriebe, nämlich mit zwei Zentralradwellen für die beiden Sonnenräder, zwei Zentralradwellen für die beiden Hohlräder und einer Welle für den gemeinsamen Planetenradträger bzw. für den gemeinsamen Steg. Daher sind insgesamt sechs Standübersetzungen wählbar (Binomialkoeffizient „4 über 2”). Wenn die Planetenräder mittels der Kupplung voneinander getrennt sind, d. h. die Planetenräder sind nicht drehfest miteinander verbunden, dann stehen die beiden Planetengetrieberadsätze im wesentlichen unabhängig voneinander zur Verfügung, wodurch zwei Standübersetzungen – eines für jeden Planetengetrieberadsatz zur Verfügung stehen. Sind die beiden Planetenräder gekoppelt, so stehen vier weitere Standübersetzungen zur Verfügung. Die beiden Sonnenräder können mit jeweils einer Antriebsmaschine, nämlich insbesondere einem Verbrennungsmotor und einer E-Maschine verbunden sein. Die beiden Hohlräder sind vzw. mit jeweils einer Bremse verbunden. Zwischen den beiden Antriebsmaschinen ist vzw. eine Kupplung als weiteres Schaltelement vorgesehen. Aus dem Zusammenspiel der Antriebsmaschinen können die Kupplungen und die Bremsen teilweise ansynchronisiert werden, wodurch diese Schaltelemente ungeregelt geschaltet und bauraumoptimal konstruierbar sind. Durch die schaltbare Kopplung der Planetenräder ist ein einfaches Automatikgetriebe mit einer Hybridfunktionalität kompakt darstellbar. Durch das Ansynchronisieren der Schaltelemente muss vzw. nur eine Bremse schlupfgeregelt betrieben werden, was die Kosten für die Fertigung und Montage nochmals senkt. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.This object is achieved in that the planetary gear of the first Planetengetrieberadsatzes and the planetary gear of the second Planetengetrieberadsatzes are coupled via a coupling as a switching element. Due to the switchable coupling of the at least two planetary gears of the different Planetengetrieberadsätze a large number of switching combinations is achieved with few components. As a result, the design effort and the space requirement for a required number of courses can be significantly reduced. With a switchable coupling of the planet gears, the automatic transmission can be simple and compact. Even a hybrid functionality is easily represented with this automatic transmission. Due to the switchable coupling of the planetary gears of the different Planetengetrieberadsätze resulting in a variety of translation variants of the automatic transmission. In particular, four, usable forward gears can be generated with four shift elements and the two Planetengetriebadsätzen. The automatic transmission corresponds to a five-shaft transmission, namely with two Zentralradwellen for the two sun gears, two Zentralradwellen for the two ring gears and a shaft for the common planet carrier or for the common bridge. Therefore, a total of six stand translations can be selected (binomial coefficient "4 over 2"). When the planet gears are separated by means of the clutch, d. H. the planetary gears are not rotatably connected to each other, then the two Planetengetrieberadsätze are available substantially independently of each other, making two Standübersetzungen - one for each Planetengetrieberadsatz available. If the two planet gears are coupled, there are four more stand ratios available. The two sun gears can each be connected to a prime mover, namely in particular an internal combustion engine and an e-machine. The two ring gears are vzw. each connected to a brake. Between the two prime movers vzw. a clutch provided as another switching element. From the interaction of the prime movers, the clutches and the brakes can be partially ansynchronisiert, whereby these switching elements are connected unregulated and space optimal design. Due to the switchable coupling of the planet gears a simple automatic transmission with a hybrid functionality is compact. By synchronizing the switching elements must vzw. Only one brake slip-controlled operation, which reduces the cost of manufacturing and assembly again. The disadvantages mentioned above are therefore avoided and achieved corresponding advantages.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Automatikgetriebe in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:There are now a variety of ways to design the automatic transmission according to the invention in an advantageous manner and further. For this purpose, reference may first be made to the claims subordinate to claim 1. In the following, a preferred embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing and the associated description. The drawing shows:
In
Zentral ist jeweils das Sonnenrad
Der Antriebsstrang
Zur Betätigung des Automatikgetriebes
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass mindestens eines der Planetenräder
Durch die Kopplung der Planetenräder
Bevor auf die einzelnen Gänge detailliert eingegangen wird, darf die Übersetzungsystematik anhand von
Durch die schaltbare Kupplung KP der Planetenräder
Through the switchable coupling KP of the planet gears
Wenn die Planetenräder
Sind die beiden Planetenräder
Im folgenden darf wieder auf
Insbesondere kommt das Automatikgetriebe
In particular, the automatic transmission comes
Eine mögliche Abstufung des Automatikgetriebes
Aus dem Zusammenspiel der Antriebsmaschinen können die Kupplungen KP, K710 und die Bremse B8 ansynchronisiert werden. Die beiden Kupplungen K710, KP und die Bremse B8 können so ungeregelt geschaltet und äußerst bauraumoptimal konstruiert werden. Zudem kann durch Öffnen der jeweiligen Bremse B8 oder der Kupplung K710 auch völlig stufenlos gefahren werden. Im rein mechanischen Betrieb dient die Bremse B5 als Anfahrelement. Mit der schaltbaren Kopplung der Planetenräder
Im folgenden wird auf
Zum rein elektrischen Fahren vorwärts oder rückwärts – ist die Bremse B8 geschlossen und die Bremse B5, die Kupplung K710 und die Kupplung KP sind geöffnet. Das Hohlrad
Zum Start des Verbrennungsmotors VM sind/werden die beiden Bremsen B5 und B8 geschlossen. Dadurch kann die Elektromaschine EM ein Drehmoment über das Sonnenrad
Die im folgenden beschriebenen Übersetzungen sind ferner schematisch in
Ein erster (Vorwärts-)Gang ist dadurch bereitgestellt, dass die Kupplung K710 und die Bremse B8 geschlossen sind und die Kupplung KP sowie die Bremse B5 geöffnet sind. Das Hohlrad B8 wird durch die Bremse B8 wiederum festgehalten. Durch Schließen der Kupplung K710 kann Drehmoment von dem Verbrennungsmotor VM und/oder der Elektromaschine EM auf das Sonnenrad
Ein zweiter (Vorwärts-)Gang ist dadurch bereitgestellt, dass die Bremse B5 und höchstens eines der folgenden Schaltelemente geschlossen ist – entweder ist zusätzlich die Bremse B8, die Kupplung K710 oder die Kupplung KP geschlossen. Die beiden anderen dieser letztgenannten Schaltelemente sind dabei geöffnet. Diese unterschiedlichen Möglichkeiten eines zweiten Ganges werden im folgenden näher erläutert. Das Hohlrad
Wenn zusätzlich die Bremse B8 das Hohlrad
Wenn statt der Bremse B8 die Kupplung K710 geschlossen ist, wird über die Kupplung K710 ein Teil des Drehmomentes des Verbrennungsmotors VM an die Elektromaschine EM geleitet. Der andere Teil des Drehmomentes wird wiederum über das Sonnenrad
Wenn statt der Bremse B8 die Kupplung KP geschlossen ist, wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM über das Sonnenrad
Diese drei Möglichkeiten den zweiten Gang zu realisieren, können alternativ genutzt werden, um weitere Gänge vorzusehen.These three ways of realizing the second gear can alternatively be used to provide further gears.
Ein dritter (Vorwärts-)Gang ist dadurch bereitgestellt, dass die Bremse B8 und die Kupplung KP geschlossen sind und sowie die Kupplung K710 und die Bremse B5 geöffnet sind. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM wird über das Sonnenrad
Ein vierter (Vorwärts-)Gang ist dadurch bereitgestellt, dass die Kupplung K710 und die Kupplung KP geschlossen sind und sowie die Bremse B5 und die Bremse B8 geöffnet sind. Durch das Schließen der Kupplung K710 sind die beiden Sonnenräder
Dies ist auch in
Ferner ist ein stufenloser Betriebsmodus bereitgestellt, wenn die Kupplung KP geschlossen sind und die Bremsen B5, B8 und die Kupplung K710 geöffnet sind. Die Höhe des am Planetenträger
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.The disadvantages mentioned above are therefore avoided and achieved corresponding advantages.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsstrangpowertrain
- 22
- Automatikgetriebeautomatic transmission
- 33
- erster Planetengetrieberadsatzfirst planetary gear set
- 44
- zweiter Planetengetrieberadsatzsecond planetary gear set
- 55
- Hohlradring gear
- 66
- Planetenradplanet
- 77
- Sonnenradsun
- 88th
- Hohlradring gear
- 99
- Planetenradplanet
- 1010
- Sonnenradsun
- 1111
- Planetenträgerplanet carrier
- VMVM
- Verbrennungsmaschinecombustion engine
- EMEM
- Elektromaschineelectric machine
- abfrom
- Pfeil Richtung GetriebeabtriebArrow towards transmission output
- KPKP
- Kupplungclutch
- K710K710
- Kupplungclutch
- B5B5
- Bremsebrake
- B8B8
- Bremsebrake
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 434525 B1 [0006] EP 434525 B1 [0006]
- EP 1417426 B1 [0007] EP 1417426 B1 [0007]
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