DE102010008313B4

DE102010008313B4 - Achtganggetriebe mit drei Planetenradsätzen

Info

Publication number: DE102010008313B4
Application number: DE102010008313.5A
Authority: DE
Inventors: Scott H. Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: US20100216592A1; CN101839315A; CN101839315B; DE102010008313A1; US7998017B2

Abstract

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (14, 16, 18), die jeweils ein Sonnenrad (14C, 16A, 18A), einen Träger (14B, 16B, 18B) und ein Hohlrad (14A, 16C, 18C) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und das Abtriebselement (22) ständig mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) und dem Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (44), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein zweites Verbindungselement, das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein drittes Verbindungselement (46), das das Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (26), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit dem Sonnenrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (28), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit dem Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) und dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus (30), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit dem Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) zu verbinden; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus (32), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) und den Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem feststehenden Element (50) zu verbinden; ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Achtganggetriebe, das drei 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.
Die DE 10 2008 001 175 T5 offenbart Sieben- und Achtganggetriebe mit drei Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen, wobei keine kuppelbare Verbindung zwischen dem Eingangselement und einem Element des abtriebsseitigen Planetenradsatzes vorhanden ist.
Aus der DE 10 2004 048 696 A1 ist ein Siebenganggetriebe mit drei Planetenradsätzen, sechs Drehmomentübertragungsmechanismen und einem Freilauf bekannt.
Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf für neue und verbesserte Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere von den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kosteneffektives und kompaktes Mehrganggetriebe.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, kosteneffektives und kompaktes Achtganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:
1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes 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 Achtgang-Automatikgetriebes der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der drei Planetenradsätze aufweisen. Ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt.
Nun unter Bezugnahme auf 1 ist eine Ausführungsform eines Achtganggetriebes 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, und einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweitem Knoten 18B und einer Abtriebswelle oder einem Abtriebselement 22.
Das Antriebselement 12 ist ständig mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Antriebselement oder die Antriebswelle 12 selektiv mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Antriebselement oder die Antriebswelle 12 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Antriebselement oder die Antriebswelle 12 selektiv mit dem dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14. Eine erste Bremse 32 verbindet den dritten Knoten 160 des zweiten Planetenradsatzes 16 und den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50.
Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Stickdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Achtganggetriebes 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.
Zum Beispiel umfasst der Planetenradsatz 14 ein Sonnenrad 14C, ein Hohlrad 14A und einen Planetenradträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement oder der Abtriebswelle 22 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14C als auch dem Hohlrad 14A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16A, ein Hohlrad 16C und einen Planetenradträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement oder der Antriebswelle verbunden. Das Hohlrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16A als auch dem Hohlrad 16C zu kämmen.
Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18A, ein Hohlrad 18C und einen Planetenradträger 18B, der einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement oder der Abtriebswelle 22 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 und einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18A als auch dem Hohlrad 18C zu kämmen.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist ständig mit einem Motor (der 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 und Bremsen 32, 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 42 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 52 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 52 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Achtganggetriebes 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 zumindest acht Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit einem Dreifach-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang- oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32, zweite Bremse 34 und dritte 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 ”O” 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 und die erste Bremse 32 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48. Die erste Bremse 32 verbindet die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 52 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 52 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die acht 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 Achtganggetriebes 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.
Das Getriebe der vorliegenden Erfindung hat viele Vorteile und Vorzüge gegenüber dem Stand der Technik; zum Beispiel bietet das Getriebe 10 Schaltvorgänge mit doppeltem Übergang für Gänge drei nach vier, vier nach fünf und fünf nach sechs. Ferner sind die Gangschaltvorgänge drei nach fünf und vier nach sechs Überspringschaltvorgänge mit einem einzigen Übergang. Außerdem zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, dass das Getriebe 10 für Fahrzeuge mit Vorderrad- und Hinterradantrieb ausgestaltet sein kann.

Claims

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (14, 16, 18), die jeweils ein Sonnenrad (14C, 16A, 18A), einen Träger (14B, 16B, 18B) und ein Hohlrad (14A, 16C, 18C) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und das Abtriebselement (22) ständig mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) und dem Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (44), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein zweites Verbindungselement, das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein drittes Verbindungselement (46), das das Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (26), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit dem Sonnenrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (28), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit dem Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) und dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus (30), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit dem Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) zu verbinden; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus (32), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) und den Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem feststehenden Element (50) zu verbinden; einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus (34), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem feststehenden Element (50) zu verbinden; und einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus (36), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem feststehenden Element (50) zu verbinden, und wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (26, 28, 30, 32, 34, 36) selektiv in Kombinationen von zumindest zweien einrückbar sind, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (22) herzustellen.