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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrzeug, speziell für einen Antriebsstrang mit einer Kraftmaschine, welche die Fähigkeit zu einem automatischen Start/Stopp aufweist, und auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs.
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HINTERGRUND
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Ein Fahrzeugtyp, der oft als ein Leichthybrid oder als ein Riemen-Generator-Starter-Hybrid (Engl.: belt-alternator-starter hybrid, BAS-Hybrid) bezeichnet wird, schaltet die Kraftmaschine an Ampeln aus, was als ein Autostopp bezeichnet wird, und startet die Kraftmaschine dann durch Verwendung eines operativ mit dem Eingangselement verbundenen Elektromotors neu. Solche Fahrzeuge verwenden typischerweise eine Hydraulikpumpe, die direkt oder indirekt durch die Kraftmaschine angetrieben wird, um hydraulischen Druck an den Getriebekupplungen und Bremsen bereitzustellen. Bei ausgeschalteter Kraftmaschine steht kein hydraulischer Druck von der kraftmaschinengetriebenen Pumpe zur Verfügung. Wenn die Kraftmaschine neugestartet wird, bedarf es einiger Zeit, bis die kraftmaschinengetriebene Pumpe ausreichenden hydraulischen Druck bereitstellt, um die Kupplungen und Bremsen zu betreiben. Dementsprechend wird, wenn die Kraftmaschine aus ist, eine zusätzliche elektrische Pumpe oder ein hydraulischer Akkumulator benötigt, um den hydraulischen Druck bereitzustellen, der benötigt wird, um das Getriebe in einer Erster-Vorwärtsgang-Übersetzung zu halten, wie es erforderlich ist, wenn die Kraftmaschine neugestartet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug umfasst eine Kraftmaschine, ein Getriebe mit einem von der Kraftmaschine angetriebenen Eingangselement und ein Ausgangselement. Ein Elektromotor ist operativ mit dem Eingangselement verbunden und betreibbar, um das Eingangselement anzutreiben. Das Getriebe weist eine elektrisch aktuierte Freilaufkupplung mit einem neutralen Modus, in dem die Kupplung in beiden Drehrichtungen freiläuft, und einem gesperrten Modus auf, in dem die Kupplung in einer Drehrichtung gesperrt ist. Das Getriebe weist außerdem eine hydraulisch aktuierte Doppelkolben-Kupplung mit einer Feder auf, welche die Doppelkolben-Kupplung mechanisch ohne Ausüben von Leistung in einen eingekuppelten Zustand vorspannt. Vor einem Schlüsselstart der Kraftmaschine befindet sich die Freilaufkupplung in dem neutralen Modus und die Feder spannt die Doppelkolben-Kupplung in den eingekuppelten Zustand vor, so dass während der Zündung kein Drehmoment zu dem Ausgangselement übertragen wird. Nach einem Schlüsselstart wird die Freilaufkupplung im Anschluss an die Zündung der Kraftmaschine in den gesperrten Modus aktuiert und bleibt während eines Autostopps der Kraftmaschine in dem gesperrten Zustand. Dementsprechend stellen die gesperrte Freilaufkupplung und die Feder einen Erster-Vorwärtsgang-Zustand ein und halten das Getriebe während eines Autostopps ohne hydraulische oder elektrische Leistung in einem Erster-Vorwärtsgang-Zustand.
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Ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs mit einer Kraftmaschine und einem Getriebe umfasst das Bereitstellen einer Doppelkolben-Kupplung mit einer Feder, die die Kupplung ohne Ausüben von hydraulischer oder elektrischer Leistung normalerweise einkuppelt. Die Doppelkolben-Kupplung weist einen ersten Kolben, der hydraulisch aktuierbar ist, um die Kupplung einzukuppeln, und einen zweiten Kolben auf, der hydraulisch aktuierbar ist, um durch Überwinden der Feder die Kupplung auszukuppeln. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen einer Freilaufkupplung, die einen neutralen Modus, in dem die Freilaufkupplung in beiden Richtungen freiläuft, und einen gesperrten Modus aufweist, in dem die Freilaufkupplung in einer Drehrichtung sperrt. Der zweite Kolben wird aktuiert, um die Feder nach einem Schlüsselstart der Kraftmaschine zu überwinden, wobei sich die Freilaufkupplung in dem neutralen Modus befindet, so dass weder die Freilaufkupplung, noch die Doppelkolben-Kupplung Drehmoment überträgt. Darüber hinaus wird, während der geparkte oder neutrale Zustand vorliegt und nachdem der zweite Kolben aktuiert wurde, eine weitere Kupplung, die mit der Freilaufkupplung parallel verbunden ist, hydraulisch aktuiert. Die Freilaufkupplung wird dann in den gesperrten Modus geschaltet, um dadurch das Getriebe auf ein Verstellen in einen ersten Vorwärtsgang vorzubereiten.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen herangezogen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Getriebe aufweist;
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2 ist eine schematische Darstellung einer Doppelkolben-Kupplung, die von dem Antriebsstrang von 1 umfasst wird;
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3 ist eine schematische Darstellung einer schaltbaren Freilaufbremskupplung, die von dem Getriebe von 1 umfasst wird, in einem ersten gesperrten Modus mit einem in einer Drehrichtung gesperrten Zustand und einem in einer entgegengesetzten Drehrichtung freilaufenden Zustand;
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4 ist eine schematische Darstellung der schaltbaren Freilaufbremskupplung von 3 in einem zweiten Modus in einem neutralen, in beiden Drehrichtungen freilaufenden Zustand; und
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5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen durch die mehreren Ansichten hindurch auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 einen Antriebsstrang 10, der eine Kraftmaschine 12 und einen Elektromotor 13 umfasst, die operativ mit einem Getriebe 14 an einem Getriebeeingangselement 16 verbunden sind, das operativ durch einen Drehmomentwandler 15 mit einer Kurbelwelle 19 der Kraftmaschine 12 verbunden ist. Das Getriebe 14 weist außerdem ein Ausgangselement 17 auf. Eine kraftmaschinengetriebene Pumpe 18 ist zur Drehung mit der Kurbelwelle 19 verbunden und erzeugt hydraulischen Druck, wenn die Kraftmaschine 12 an ist, wobei der Druck proportional zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 19 ist.
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Das Getriebe 14 umfasst drei Planetenradsätze 20, 30 und 40. Die Radsätze 20, 30 und 40 sind schematisch in Balkenform gezeigt, wie es von den Fachleuten verstanden wird. Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 22, ein Hohlradelement 24 und ein Trägerelement 26, das drehbar Zahnräder 27 trägt, die mit dem Sonnenradelement 22 und dem Hohlradelement 24 verzahnt sind. Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenradelement 32, ein Hohlradelement 34 und ein Trägerelement 36, das drehbar Zahnräder 37 trägt, die mit dem Sonnenradelement 32 und dem Hohlradelement 34 verzahnt sind. Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenradelement 42, ein Hohlradelement 44 und ein Trägerelement 46, das drehbar Zahnräder 47 trägt, die mit dem Sonnenradelement 42 und dem Hohlradelement 44 verzahnt sind. Die Sonnenradelemente 22, 32, 42 sind erste Elemente der jeweiligen Planetenradsätze 20, 30 und 40. Die Trägerelemente 26, 36, 46 sind zweite Elemente der jeweiligen Planetenradsätze 20, 30 und 40. Die Hohlradelemente 24, 34, 44 sind dritte Elemente der jeweiligen Planetenradsätze 20, 30 und 40. Ein erstes zwischenverbindendes Element 70 verbindet das Trägerelement 46 zu gemeinsamer Drehung mit dem Hohlradelement 34. Ein zweites zwischenverbindendes Element 72 verbindet das Hohlradelement 44 zu gemeinsamer Drehung mit dem Trägerelement 26. Ein drittes zwischenverbindendes Element 74 verbindet das Trägerelement 36 zu gemeinsamer Drehung mit dem Hohlradelement 24.
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Das Getriebe umfasst ferner mehrere hydraulisch aktuierte drehmomentübertragende Mechanismen, einschließlich einer Doppelkolben-Bremskupplung 50, Bremstyp-Kupplungen 54 und 55 und Drehungstyp-Kupplungen 56 und 58. Die Kupplung 55 wird hierin auch als zweite Kupplung bezeichnet. Die Doppelkolben-Bremskupplung 50 weist einen ersten Kolben 51, einen zweiten Kolben 52 und eine Feder 53 auf, welche die Kupplung 50 ohne hydraulischen Druck oder elektronische Aktuierung zu einer eingekuppelten Stellung vorspannt. Die Doppelkolben-Bremskupplung 50 wird unten ausführlicher beschrieben. Das Getriebe 14 umfasst außerdem eine elektrisch aktuierte schaltbare Freilauf-Bremskupplung 59, die sowohl einen neutralen Modus als auch einen sperrenden Modus aufweist. Wenn die Kupplung 59 in den neutralen Modus oder den sperrenden Modus aktuiert ist, wird sie ohne hydraulischen Druck und ohne elektrische Leistung in diesem Modus bleiben, bis sie anschließend aktuiert wird, um sie in den anderen Modus zu verstellen. in dem neutralen Modus läuft die Kupplung 59 in beiden Drehrichtungen frei. In dem sperrenden Modus sperrt die Kupplung 59 in einer Drehrichtung, um das zwischenverbindende Element 70 mit einem stationären (nicht-drehenden) Element, wie etwa dem Getriebegehäuse 60, zu verbinden, und kann in der anderen Drehrichtung freilaufen. Weil die Feder 53 die Bremskupplung 50 mechanisch vorspannt und die Kupplung 59 in ihrem eingestellten Modus ohne hydraulischen Druck gehalten wird, befindet sich das Getriebe 14 in einem Erster-Vorwärtsgang-Zustand (d. h. dem niedrigsten vorwärts fahrenden Gang). Während eines Autostopps befindet sich die Kupplung 59 in dem gesperrten Modus.
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Ein Controller 62 erhält Eingangssignale, die Angaben über Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und Eingaben des Fahrers aufweisen. Der Controller 62 weist einen Prozessor mit einem gespeicherten Algorithmus auf, der ermittelt, welche Kupplungen eingekuppelt sein sollen und in welchen Modus die Freilaufkupplung 59 versetzt werden soll. Der Controller 62 sendet Kontrollsignale zu Solenoiden oder Drucksteuerungsaktuatoren in einem Ventilkörper 64, um hydraulischen Druck, der durch die Pumpe 18 erzeugt wird, zu ausgewählten der Kupplungen 50, 54, 55, 56 und 58 zu leiten. Der Controller 64 kann ein elektrisches Signal zu dem in 3 und 4 gezeigten Aktuator 183 senden, um die Freilaufkupplung zu aktuieren.
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Der Kupplungs-Einkuppelplan für das Getriebe 14 ist wie folgt. In einem Park-/neutralen Zustand, wenn die Kraftmaschine 12 vor einem Schlüsselstart aus ist, ist auch der Motor 13 aus. Die Feder 53 kuppelt die Kupplung 50 ein, wodurch das Sonnenradelement 22 gebremst wird. Die Kupplung 59 befindet sich in dem neutralen Modus, so dass sie in beiden Drehrichtungen freilaufen kann.
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Während eines Schlüsselstarts befindet sich das Getriebe 14 in einem Park- oder neutralen Zustand. Anfänglich vor der Zündung liegt kein hydraulischer Druck vor. Wenn der Motor 13 die Kraftmaschine 12 startet, läuft die Kupplung 59 frei, obwohl die Feder 53 dafür sorgt, dass die Kupplung 50 eingekuppelt wird, so dass das Hohlradelement 34 und das Trägerelement 46 kein Drehmoment übertragen können, die Planetenradsätze 30 und 40 kein Drehmoment übertragen können, das Ausgangselement 17 kein Drehmoment übertragen kann und für keine Bewegung an dem Ausgangselement 17 gesorgt wird. Nach der Zündung, wenn immer noch ein Park- oder neutraler Zustand vorliegt, ermöglicht sogar die relativ niedrige Geschwindigkeit der Kraftmaschine 12, dass die Pumpe 18 ausreichenden Druck bereitstellt, um die Feder 53 zu überwinden, so dass die Kupplung 50 nicht eingekuppelt ist und das Sonnenradelement 22 freigegeben ist, wodurch dafür gesorgt wird, dass das Getriebe 20 inaktiv ist. Das Getriebe 40 ist ebenfalls inaktiv, da sich das Sonnenrad 42 frei drehen kann. Wenn weder die Kupplung 50, noch die Kupplung 56 eingekuppelt ist, kann kein Drehmoment zu dem Ausgangselement 17 übertragen werden. Nachdem die Kupplung 50 ausgekuppelt ist, sorgt der Controller 62 dafür, dass das Ventilgehäuse 64 den hydraulischen Druck leitet, um die Kupplung 55 einzukuppeln, um das zwischenverbindende Element 70, das Trägerelement 46 und das mit dem zwischenverbindenden Element 70 verbundene Ringelement 34 mit Masse zu verbinden. Wenn die Kupplung 55 eingekuppelt ist, wird die Kupplung 59 elektrisch aktuiert, um den Modus zu dem gesperrten Modus hin zu ändern.
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Wenn die Kraftmaschine 12 gestartet ist, kann das Getriebe 14 durch den Controller 62 in den ersten Gang versetzt werden, indem er hydraulischen Druck zu dem ersten Kolben 51 leitet, um die Kupplung 50 einzukuppeln. Die Kupplung 59 befindet sich noch in dem gesperrten Modus. Die Planetenradsätze 20 und 30 sind aktiv, und Drehmoment wird zu dem Ausgangselement 17 übertragen. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder bei einem vollständigen Stopp in dem ersten Gang leitet der Controller 62 hydraulischen Druck von dem Ventilkörper 64 zu der Kupplung 55, um die Kupplung 55 einzukuppeln. Die Kupplung 55 wird erst zu Beginn des Verstellens in den ersten Gang eingekuppelt und überträgt in dem ersten Gang kein Drehmoment. Die Kupplung 55 ist auch in dem Rückwärtsgang eingekuppelt.
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Der Controller 62 kann den Antriebsstrang 10 in einem Autostopp-Modus durch Stoppen der Kraftmaschine 12 in den ersten Gang versetzen, wie etwa wenn ein Fahrzeug mit Antriebsstrang 10 an einer Ampel wartet. Wenn die Kraftmaschine gestoppt ist, stellt die Pumpe 18 keinen hydraulischen Druck bereit. Der Antriebsstrang 10 weist keine elektrische Pumpe und keinen Akkumulator auf, um dem Getriebe 14 hydraulischen oder anderen Druck bereitzustellen. Jedoch befindet sich die Kupplung 59 bereits in dem gesperrten Modus und bleibt ohne hydraulischen Druck in diesem Modus. Die Feder 53 sorgt dafür, dass die Kupplung 50 eingekuppelt ist, ohne hydraulischen Druck zu erfordern. Wenn die Kraftmaschine 12 aus dem Autostopp neugestartet werden muss, wie etwa wenn sie an einer Ampel gestoppt wurde und die Ampel grün wird, werden Eingaben des Fahrers, wie etwa das Aufheben von Bremsdruck oder das Niederdrücken eines Gaspedals, dem Controller 62 (oder einem separaten Controller der Kraftmaschine) signalisieren, die Kraftmaschine 12 zu starten. Weil die Kupplung 59 bereits in dem gesperrten Modus eingestellt ist und die Feder 53 dafür sorgt, dass die Kupplung 50 eingekuppelt ist, bleibt das Getriebe 14 in dem Erster-Gang-Zustand, um das Fahrzeug in Gang zu setzen, sobald die Kraftmaschine 12 aus einem Autostopp gestartet wird. Hydraulischer Druck ist nicht erforderlich, um das Getriebe während des Autostopps in dem Erster-Gang-Zustand (d. h. dem ersten Vorwärtsgang) zu halten. Ein zusätzlicher Elektromotor oder ein Akkumulator ist somit nicht erforderlich. Während der hydraulische Druck ansteigt, sorgt der Controller 62 dafür, dass der Ventilkörper 64 Druck leitet, so dass die Kupplung 55 betätigt wird und der erste Kolben 51 aktuiert wird, so dass die Kupplung 50 eingekuppelt bleibt.
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Das Getriebe 14 kann in jedem der übrigen Gänge, wie es durch die Fahrzeugbetriebsbedingungen gerechtfertigt wird, betrieben werden. Die Kupplung 59 bleibt in allen der übrigen Vorwärtsgänge und in dem Rückwärtsgang in dem gesperrten Zustand, überträgt aber kein Drehmoment. Um den Rückwärtsgang einzustellen, werden die Kupplungen 56 und 55 eingekuppelt. Um den zweiten Vorwärtsgang einzustellen, werden die Kupplungen 54 und 50 eingekuppelt. Um den dritten Vorwärtsgang einzustellen, werden die Kupplungen 56 und 50 eingekuppelt. Um den vierten Vorwärtsgang einzustellen, werden die Kupplungen 58 und 50 eingekuppelt. Um den fünften Vorwärtsgang einzustellen, werden die Kupplungen 56 und 58 eingekuppelt. Um den sechsten Vorwärtsgang einzustellen, werden die Kupplungen 54 und 58 eingekuppelt. Somit sind alle Wechsel zwischen aufeinander folgenden Gangzuständen Einzelübergangswechsel, weil eine Kupplung eingekuppelt bleibt, während eine andere Kupplung verstellt wird.
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Mit Bezug auf 2 ist die Doppelkolben-Kupplung 50 ausführlicher gezeigt. Die Kupplung 50 umfasst ein Reibungselement, das als Kupplungspaket 80 gezeigt ist. Das Kupplungspaket 80 umfasst zwischeneinander angeordnete Sätze von Reibungsplatten 80A und Reaktionsplatte(n) 81, die miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn die Kupplung 50 eingekuppelt wird, wie es Fachleuten bekannt ist. Die Reibungsplatten 80A sind verzahnt mit und geringfügig bewegbar entlang einer Nabe 83 angeordnet, die mit dem Sonnenradelement 22 von 1 verbunden ist. Die Kupplung 50 umfasst auch eine Andrückplatte 82, die ausgebildet ist, um gegen das Kupplungspaket 80 in Richtung der Platten 80A, 81 zu drücken, wenn hydraulischer Druck auf den ersten Kolben 51 ausgeübt wird. Zusätzlich umfasst die Kupplung 50 eine zweite Platte 84, die als Abstützelement fungiert und dazu verwendet werden kann, gegen das Kupplungspaket 80 zu drücken, oder weg von dem Kupplungspaket 80 bewegt werden kann, um das Kupplungspaket 80 wie unten beschrieben freizugeben. Die Kupplung 50 umfasst auch eine Feder 53, die als eine Belleville-Feder gezeigt ist und eine Vorspanneinrichtung ist, die ausgebildet ist, um Kraft auf die zweite oder Abstütz-Platte 84 auszuüben, um dadurch das Kupplungspaket 80 zwischen der ersten Platte 82 und der zweiten Platte 84 einzuklemmen, um die Kupplung 50 einzukuppeln. In dem zusammengebauten, vor-zusammengedrückten Zustand übt die Belleville-Feder 53 Kraft auf die zweite Platte 84 aus, um das Kupplungspaket 80 zwischen der ersten Platte 82 und der zweiten Platte 84 einzuklemmen, und hält die Kupplung 50 deshalb ohne Ausüben von hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Leistung normalerweise eingekuppelt. Das Gehäuse 60 umfasst eine speziell ausgebildete oder maschinell gefertigte Schulter 89A, damit die erste Platte 82 damit in Kontakt geraten und daran anliegen kann. Die Schulter 89A stellt für die erste Platte 82 eine Reaktionsfläche bereit, wenn sich die erste Platte 82 infolge der von der Feder 53 ausgeübten Kraft verstellt.
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Die Kupplung 50 verwendet außerdem den ersten Kolben 51, der als Andrückkolben 51 bezeichnet wird und der durch hydraulischen Druck aktuierbar ist, um Kraft auf die erste Platte 82 auszuüben, um die Kupplung 50 einzukuppeln. Die Kupplung 50 weist einen zweiten Kolben 52 auf, der als Freigabekolben 52 bezeichnet wird und der hydraulisch aktuierbar ist, um Kraft auf die zweite Platte 84 auszuüben, um die zweite Platte 84 weg von dem Kupplungspaket 80 zu bewegen, wobei die Feder 53 überwunden wird, um die Kupplung 50 freizugeben. Der Andrückkolben 51 wird an seinen inneren und äußeren Durchmessern durch das Gehäuse 60 gehalten. Wenn der Andrückkolben 51 vollständig zurückgezogen ist, liegt der Andrückkolben 51 an einer Reaktionsfläche 89B des Getriebegehäuses 60 an. Zwischen dem Andrückkolben 51 in seinem vollständig zurückgezogenen Zustand und der ersten Platte 82 ist ausreichend Abstand, um dem Kupplungspaket 80 zu erlauben, eingeklemmt zu werden, wenn nur die Kraft der Feder 53 ausgeübt wird und weder Kolben 51, 52 aktuiert wird. Unter diesen Bedingungen gerät die erste Platte 82 mit der Schulter 89A in Kontakt und liegt an dieser an.
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Der Freigabekolben 52 wird an seinem äußeren Durchmesser durch das Getriebegehäuse 60 und an seinem inneren Durchmesser durch einen Ring 91 gehalten, der an der Oberfläche des Andrückkolbens 51 ausgebildet ist. Der Freigabekolben 52 umfasst einen Satz von umlaufend-beabstandet angeordneten Fingern 90A (wie gezeigt), die durch eine Öffnung 92A in der ersten Platte 82 und durch eine Öffnung 91A in der Reaktionsplatte 81 herausstehen, wodurch sie dem Freigabekolben 52 erlauben, Kontakt mit der zweiten Platte 84 einzugehen und Kraft auf diese zu übertragen, um die zweite Platte 84 in Richtung der Feder 53 zu bewegen, wobei er die Feder 53 überwindet und das Kupplungspaket 80 freigibt. Zwischen den Fingern 90A und der zweiten Platte 84 ist ausreichend Abstand, um dem Kupplungspaket 80 zu erlauben, eingeklemmt zu werden, wenn nur die Kraft der Feder 53 ausgeübt wird und die erste Platte 82 in Kontakt mit der Schulter 89A steht und an dieser anliegt. Die Kraft der Feder 53 wird in einer Richtung ausgeübt, die entgegengesetzt zu derjenigen der Andrückrichtung der Kolben 51, 52 ist. Die Kupplung 50 wird eingekuppelt, wenn die erste Platte 82 durch die Kraft des Andrückkolbens 51 gegen das Kupplungspaket 80 gedrückt wird. Die Kupplung 50 wird ebenfalls eingekuppelt, wenn in Abwesenheit von Kraft des Freigabekolbens 52 Kraft durch die Feder 53 auf die zweite Platte 84 ausgeübt wird.
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Der Controller 62 weist einen Prozessor mit einem gespeicherten Algorithmus auf, der den Betrieb des Ventilkörpers 64 steuert, um hydraulischen Druck zu ausgewählten der Kupplungen 50, 54, 55, 56, 58 und zu dem Wählhebel der Kupplung 59 (unten beschrieben) zu leiten, um den Gang und die Fähigkeit zur Drehmomentübertragung des Getriebes 14 einzustellen. Der Ventilkörper 64 ist ausgebildet, um den Fluss eines Hydraulikfluids, das er von der kraftmaschinengetriebenen Fluidpumpe 18 erhält, zu regulieren und Füllhohlräume der ausgewählten Kupplungen unter Druck zu setzen, wie etwa den Füllhohlraum 94 des Andrückkolbens 51 oder den Füllhohlraum 95 des Freigabekolbens 52. Der Ventilkörper 64 ist ausgebildet, um einem von Andrückkolben 51 und Freigabekolben 52 zu erlauben, über Fluidzufuhrdurchgänge 97A bzw. 97B unter Druck gesetzt zu werden, während er innerhalb des anderen der zwei Füllhohlräume über einen von zwei separaten Entlüftungsdurchgängen (nicht gezeigt) Druck abbaut. Der Ventilkörper 64 kann zudem dafür sorgen, dass Druck aus beiden Füllhohlräumen 94, 95 abgebaut wird, so dass nur die Feder 53 auf das Kupplungspaket 80 wirkt.
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Die mechanisch vorgespannte, normalerweise eingekuppelte Kupplung 50 erleichtert die Stopp-/Startfunktion der Kraftmaschine ohne Verwendung irgendeiner zusätzlichen elektrischen Pumpe oder eines Akkumulators. Wenn der Controller 62 (oder ein separater Controller der Kraftmaschine) die Kraftmaschine 12 aus einem Autostopp startet, wie etwa wenn die Fahrzeugbremsen freigegeben werden, wird sich das Getriebe 16 aufgrund der Freilaufkupplung 59 und der Kupplung 50 bereits in dem ersten Gang befinden, wie oben beschrieben. Wenn die Kraftmaschine 12 gestartet hat, wird der Controller 62 den Ventilkörper 64 anleiten, um unter Druck gesetztes Hydraulikfluid von der Pumpe 18 zu dem Andrückkolben 51 zu senden. Während sich der hydraulische Druck in dem Füllhohlraum 94 aufbaut, bleibt die Kupplung 50 über die von der Feder 53 bereitgestellte Kraft eingekuppelt. Wenn ausreichend Fluiddruck in dem Füllhohlraum 94 aufgebaut ist, wird der Fluiddruck den Andrückkolben 51 in Richtung der ersten Platte 82 verstellen, was wiederum das Kupplungspaket 80 gegen die zweite Platte 84 zusammendrücken wird, wodurch die Belleville-Feder 53 zusammengedrückt und abgeflacht wird.
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Wenn das Auskuppeln der Kupplung 50 für einen besonderen Betriebsmodus in dem Getriebe 16 erforderlich ist, wird der Controller 62 den Ventilkörper 64 anleiten, um unter Druck gesetztes Hydraulikfluid zu dem Füllhohlraum 95 des Freigabekolbens 52 zu senden, während er gleichzeitig den hydraulischen Druck aus dem Füllhohlraum 94 des Andrückkolbens 51 abbaut. Der hydraulische Druck wird geleitet werden, um den Andrückkolben 51 in der Richtung weg von der Belleville-Feder 53 zu verstellen sowie den Freigabekolben 52 hin zu der Belleville-Feder 53 zu verstellen, um in Kontakt mit der zweiten Platte 84 zu geraten und die Belleville-Feder 53 zusammenzudrücken und abzuflachen. Folglich wird das Kupplungspaket 80 nicht länger zwischen der ersten und der zweiten Platte 82, 84 eingequetscht sein.
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Mit Bezug auf 3 erstreckt sich die Freilaufkupplung 59 um eine erste Achse 100, wie in 3 gezeigt. Die Freilaufkupplung 59 umfasst einen ersten Laufring, der auch als ein Taschenring 102 bezeichnet wird, einen zweiten Laufring, der auch als ein Kerbring 104 bezeichnet wird, und einen Wählring 106. Jeder der Ringe 102, 104, 106 erstreckt sich um die erste Achse 100. Der Klarheit halber werden die ersten und zweiten Laufringe 102, 104 nachstehend als Taschenring 102 bzw. Kerbring 104 bezeichnet. Der Taschenring 102 umfasst eine Vielzahl von nach außen vorstehenden keilförmig abgeschrägten Zähnen 107, die mit keilförmig abgeschrägten Zähnen (nicht gezeigt) des in 1 gezeigten Getriebegehäuses 60 gepaart sind. Der Kerbring 104 kann eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandet angeordneten, nach innen vorstehenden Zähnen oder Keilverzahnungen 108 umfassen, die mit entgegengesetzten Zähnen oder Keilverzahnungen des zwischenverbindenden Elements 70 oder des Hohlradelements 34 von 1 antriebsmäßig in Eingriff bringbar oder paarbar sind. Die Freilaufkupplung 59 kann zwei Endhalteringe (nicht gezeigt) umfassen, um die Ringe 102, 104, 106 innerhalb der Freilaufkupplung 59 zu halten, wie es bekannt ist. Eine radial nach innen weisende innere Fläche des Taschenrings 102 definiert eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandet angeordneten Wannen oder Kipptaschen 130, die um die erste Öffnung umlaufend-beabstandet angeordnet sind.
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Jede der Kipptaschen 130 umfasst eine Basisvertiefung 140 und eine Federvertiefung 142. Eine Vorspanneinrichtung 144 kann in jeder Federvertiefung 142 angeordnet sein. Die Vorspanneinrichtung 144 kann eine Feder sein. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Vorspanneinrichtung 144 eine Druckfeder 144 nach Art eines Akkordeons. Jede Feder 144 ist ausgebildet, um eine ausreichende Federkraft auf ein entgegengesetzt angeordnetes Kippelement 146 auszuüben, das zumindest teilweise in der Basisvertiefung 140 angeordnet ist, um dadurch das Kippelement 146 zu aktuieren oder in Eingriff mit dem Kerbring 140 zu bewegen, wie es ausführlicher unten beschrieben wird.
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Ein Wählhebel 182 erstreckt sich von dem Wählring 106 benachbart zu einer Stirnseite des Taschenrings 102 radial nach außen und ist in 3 gestrichelt gezeigt. Der Wählhebel 182 ist ausgebildet, um sich selektiv zwischen einer Stellung, die den freilaufenden Modus einstellt, und einer Stellung, die den neutralen Modus einstellt, um die erste Achse 100 zu drehen, wie unten beschrieben. Der Hebel 182 kann außerdem eine dritte Stellung einstellen, welche die Kupplung 59 in einer Drehrichtung entgegengesetzt zu der in dem gesperrten Modus sperrt; jedoch ist diese Funktion für die Verwendung der Kupplung 59, wie sie hier beschrieben wird, nicht erforderlich. Der Taschenring 102 weist einen sich axial erstreckenden Ringteil auf, der eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandet angeordneten Fenstern 184 definiert. Die Anzahl der Fenster 184 kann gleich der Anzahl der in dem Taschenring 102 definierten Kipptaschen 130 sein. Jedes Fenster 184 ist ausgebildet, um den Kippelementen 146 selektiv zu erlauben, in Kontakt mit den Kerbzähnen 154 zu geraten, wenn der Wählring 106 in dem gesperrten Modus von 3 eingestellt wird.
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Mit Bezug auf 3 weist jede Kipptasche 130 in dem Taschenring 102 eines der Kippelemente 146 auf. Jedes Kippelement 146 ist innerhalb der zugeordneten Kipptasche 130 schwenkbar gelagert. Zwei diametral gegenüberliegende Kippelemente 146 können gleichzeitig in diametral gegenüberliegende Kerben 156 in dem Kerbring 104 eingreifen, um Reaktionskräfte auszugleichen, die durch das Eingreifen des Kippelements 146 in die zugehörige Kerbe 156 erzeugt werden. Abhängig von der Stellung des Wählrings 106 und aufgrund der Kraft, die durch die Vorspanneinrichtung 144 bereitgestellt wird und die die Kippelemente 146 aus den Basisvertiefungen 140 der Kipptaschen 130 heraus drängt, dreht sich das Kippelement 146 oder kann innerhalb der Kipptasche 130 kippen. Abhängig von der Zahl der Kerben 156 in dem Kerbring 104 und der Zahl der Kippelemente 146, wird entweder das Vorwärtsende 196 oder das Rückwärtsende 198 eines oder mehrerer der Kippelemente 146 in die zugehörigen Kerben 156 verstellt, um in zugehörige Zähne 154 des Kerbrings 104 einzugreifen. Der Eingriff eines der Enden 196, 198 der Kippelemente 146 in die zugehörigen Kerben 156 in dem Kerbring 104 legt einen gesperrten Modus der Kupplung 59 fest.
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Ein Solenoid, ein Elektromotor oder ein anderer elektrisch aktuierter Aktuator 183, der in 3 gestrichelt gezeigt ist, ist operativ mit dem Wählhebel 182 verbunden und durch den Controller 62 von 1 steuerbar, um den Wählring 106 um ein vorbestimmtes Maß relativ zu dem Taschenring 106 um die erste Achse 100 zu drehen, wobei dadurch die Stellung der Fenster 184 relativ zu den Kippelementen 146 verändert wird.
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Mit Bezug auf 3 wird die Drehrichtung des Kerbrings 104 relativ zu dem Taschenring 102 und den Kippelementen 146 dargestellt, wobei der Wählring 106 in eine gesperrte Stellung gedreht ist, die den gesperrten Modus der Kupplung 59 einstellt. Wenn sich der Wählring 106 in der gesperrten Stellung befindet, wird der Kerbring 104 daran gehindert, sich in einem Gegenuhrzeigersinn zu drehen, wenn Drehmoment in dem Gegenuhrzeigersinn auf den Kerbring 104 wirkt. Der Zylinder 186 eines jeden Kippelements 146 wird in Richtung der Kipptaschen 130 und in Richtung der Kerben 156 durch die Vorspanneinrichtung 144 vorgespannt. Um den gesperrten Modus zu erreichen, wird der Wählring 106 aktuiert, um sich in dem Gegenuhrzeigersinn um die erste Achse 100 zu bewegen. Der Wählring 106 kann um die erste Achse 100 gedreht werden, bis der Wählhebel 182 in Kontakt mit einem hintersten Ende eines radialen Schlitzes 185 in dem Taschenring 102 gerät, durch den sich der Wählhebel 182 erstreckt, um den Wählring 106 daran zu hindern, sich weiter in dem Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Nachdem der Wählhebel 182 in Kontakt mit dem Ende des radialen Schlitzes 185 geraten ist, wie in 3 gezeigt, ist zumindest ein radiales Fenster 184 zumindest teilweise mit dem Vorwärtsende 196 eines der Kippelemente 146 ausgerichtet, wobei das Kippelement 146 durch die zugehörige Vorspanneinrichtung 144 in Eingriff mit den Zähnen 154 des Kerbrings 104 vorgespannt wird. Infolge des Ineinandergreifens des Vorwärtsendes 196 und des Kerbrings 104 wird der Kerbring 104 daran gehindert, sich relativ zu dem Taschenring 102 in dem Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Einem Drehmoment, das in dem Gegenuhrzeigersinn auf den Kerbring 104 ausgeübt wird, wird durch den Taschenring 102 und das Gehäuse 60, das den Taschenring 102 mit Masse verbindet, entgegengewirkt werden.
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Mit Bezug auf 4 ist der Wählring 106 als durch den Aktuator 183, der den Hebel 182 in die gezeigte Stellung bewegt, in einen ”neutralen” Modus aktuiert gezeigt. Der neutrale Modus ist ein Freilaufmodus der Kupplung 59, in dem der Kerbring 104 in der Drehrichtung, in der Drehmoment ausgeübt wird, freilaufen wird, ob in dem Uhrzeigersinn oder in dem Gegenuhrzeigersinn. In der neutralen Stellung werden beide Enden 196, 198 der Kippelemente 146 daran gehindert, in irgendeine der Kerben 156 einzudringen, um nicht in den Kerbring 104 einzugreifen. Die neutrale Stellung wird durch Bewegen des Wählhebels 182 zu einer Mitte des radialen Schlitzes 185 in dem Taschenring 102 erreicht. Infolgedessen bewegt sich der Wählring 106 derart, dass jeder Teil des Rings 106 zwischen benachbarten Fenstern 184 unter dem Zylinder 186 eines zugehörigen Kippelements 146 zentriert wird. Die Kippelemente 146 werden durch den Wählring 106 dazu gezwungen, sich in die in 4 gezeigten Stellungen zu drehen, in denen beide Enden 196, 198 eines jeden Kippelements 146 im Allgemeinen äquidistant in einer radialen Richtung von den Kerbzähnen 154 angeordnet sind. Wenn die Enden 196, 198 auf diese Weise ausgerichtet sind, kann sich der Kerbring 104 ohne Übertragung von Drehmoment in beiden Richtungen relativ zu dem Wählring 106 und dem Taschenring 102 drehen, weil jedes Ende 196, 198 daran gehindert wird, in irgendeine der Kerben 156 einzudringen.
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Mit Bezug auf 5 und mit Bezug auf den Antriebsstrang 10, die Doppelkolben-Kupplung 50 und die Freilaufkupplung 59 von 1–4 wird ein Verfahren 200 zum Steuern eines Antriebsstrangs 10 mit einer Kraftmaschine 12 und einem Getriebe 14 in einem Ablaufdiagramm gezeigt. Das Verfahren 200 umfasst einen Block 202, der eine Doppelkolben-Kupplung 50 mit einer Feder 53 bereitstellt, die die Kupplung 50 ohne Ausüben von hydraulischer oder elektrischer Leistung normalerweise einkuppelt. Die Kupplung 50 weist einen ersten Kolben 51, der hydraulisch aktuierbar ist, um die Kupplung 50 einzukuppeln, und einen zweiten Kolben 52 auf, der hydraulisch aktuierbar ist, um die Kupplung 50 durch Überwinden der Feder 53 auszukuppeln.
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Das Verfahren 200 umfasst ferner einen Block 204, der eine Freilaufkupplung 59 bereitstellt, die ausgebildet ist, um einen neutralen Modus aufzuweisen, in dem die Kupplung 59 in beiden Richtungen freiläuft, und mit einem gesperrten Modus, in dem die Kupplung 59 in einer Drehrichtung sperrt. Als nächstes umfasst das Verfahren 200 einen Block 206, der den zweiten Kolben 52 aktuiert, um nach einem Schlüsselstart der Kraftmaschine 12, bei dem sich die Freilaufkupplung 59 in dem neutralen Modus befindet, die Feder 53 zu überwinden, so dass weder die Freilaufkupplung 59, noch die Doppelkolben-Kupplung 50 Drehmoment überträgt. Die Kupplung 50, die mit der Freilaufkupplung 59 parallel verbunden ist, kann dann in einem Block 208 hydraulisch aktuiert werden, während sich das Getriebe 14 in dem geparkten oder neutralen Zustand befindet. Das Verfahren 200 umfasst daraufhin einen Block 210, der die Freilaufkupplung 59 in den gesperrten Modus umschaltet, wobei sich das Getriebe 14 in einem geparkten oder neutralen Zustand befindet, um dadurch das Getriebe 14 auf ein Verstellen in einen ersten Vorwärtsgang in einem Block 212 vorzubereiten. Alternativ wird das Getriebe 14 auf ein Verstellen in den Rückwärtsgang vorbereitet, in dem ebenfalls die Kupplung 56 betätigt wird.
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Während des Fahrens können Fahrzeugbetriebsbedingungen einen Block 214 rechtfertigen, der die Kraftmaschine 12 stoppt, wobei sich die Freilaufkupplung 59 in dem gesperrten Modus befindet und die Doppelkolben-Kupplung 50 durch die Feder 53 eingekuppelt ist. Dies kann z. B. auftreten, wenn das Fahrzeug vorübergehend an einer Ampel gestoppt wurde. In einem Block 216 wird die Kraftmaschine 12 neugestartet, wobei sich das Getriebe 14 aufgrund der Freilaufkupplung 59 und der Feder 53 bereits in dem Erster-Gang-Zustand befindet, obwohl kein hydraulischer Druck während des Stopps zur Verfügung stand. Die Kupplung 50 wird in einem Block 218 durch den hydraulisch aktuierten ersten Kolben 51 eingekuppelt. Wenn daraufhin die Geschwindigkeit der Kraftmaschine in dem ersten Gang ansteigt, wird hydraulischer Druck nicht länger zu der Kupplung 55 geleitet.
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Während die besten Arten zur Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden die mit der Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, Vertrauten verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zur Ausübung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.