DE102013201599B4

DE102013201599B4 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013201599B4
Application number: DE102013201599.2A
Authority: DE
Inventors: Pete R. Garcia; Tejinder Singh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: DE102013201599A1

Abstract

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit
einer Kraftmaschine;
einem Zehnganggetriebe (10), umfassend:
ein Getriebegehäuse (50);
ein Eingangselement (12) und ein Ausgangselement (22);
vier Planetenradanordnungen (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14A, 16A, 18A, 20A), einen Planetenträger (14B, 16B, 18B, 20B) und ein Hohlrad (14C, 16C, 18C, 20C) aufweisen, wobei die erste Planetenradanordnung (14) am nächsten bei der Kraftmaschine angeordnet ist, die zweite Planetenradanordnung (16) benachbart zu der ersten Planetenradanordnung (14) angeordnet ist, die dritte Planetenradanordnung (18) benachbart zu der zweiten Planetenradanordnung (16) angeordnet ist und die vierte Planetenradanordnung (20) benachbart zu der dritten Planetenradanordnung (18) angeordnet ist, wobei das Sonnenrad (16A) der zweiten Planetenradanordnung mit dem Eingangselement (12) gekoppelt ist und der Planetenträger (14B) der ersten Planetenradanordnung und das Hohlrad (18C) der dritten Planetenradanordnung (18) mit dem Ausgangselement (22) gekoppelt sind;
ein Verbindungselement (44), das das Hohlrad (14C) der ersten Planetenradanordnung (14) ständig mit dem Planetenträger (16B) der zweiten Planetenradanordnung (14) verbindet;
sieben Drehmomentübertragungsmechanismen (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38), von denen drei Kupplungen (26, 28, 30) und vier Bremsen (32, 34, 36, 38) sind, die selektiv in Kombinationen von zweien einrückbar sind, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang mittels der vier Planetenradanordnungen (14, 16, 18, 20) zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen (12, 22) herzustellen;
wobei die erste Kupplung (26) selektiv einrückbar ist, um das Eingangselement (12) und das Sonnenrad (16A) der zweiten Planetenradanordnung (16) mit dem Sonnenrad (18A) der dritten Planetenradanordnung (18) und dem Planetenträger (20B) der vierten Planetenradanordnung (20) zu verbinden,
die zweite Kupplung (28) selektiv einrückbar ist, um das Eingangselement (12) und das Sonnenrad (16A) der zweiten Planetenradanordnung (16) mit dem Hohlrad (16C) der zweiten Planetenradanordnung (16), dem Planetenträger (18B) der dritten Planetenradanordnung (18) und dem Hohlrad (20C) der vierten Planetenradanordnung (20) zu verbinden,
die dritte Kupplung (30) selektiv einrückbar ist, um das Ausgangselement (22), den Planetenträger (14B) der ersten Planetenradanordnung (14) und das Hohlrad (18C) der dritten Planetenradanordnung (18) mit dem Hohlrad (16C) der zweiten Planetenradanordnung (16), dem Planetenträger (18B) der dritten Planetenradanordnung (18) und dem Hohlrad (20C) der vierten Planetenradanordnung (20) zu verbinden,
die erste Bremse (32) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (18A) der dritten Planetenradanordnung (18) und den Planetenträger (20B) der vierten Planetenradanordnung (20) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden,
die zweite Bremse (34) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (20A) der vierten Planetenradanordnung (20) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden,
die dritte Bremse (36) selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (16C) der zweiten Planetenradanordnung (16), den Planetenträger (18B) der dritten Planetenradanordnung (18) und das Hohlrad (20C) der vierten Planetenradanordnung (20) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden, und
die vierte Bremse (38) selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14A) der ersten Planetenradanordnung (14) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden einen Drehmomentwandler, der mit dem Eingangselement (12) gekoppelt ist, wobei der Drehmomentwandler Eingangsdrehmoment an das Eingangselement (12) liefert und eine Startvorrichtung (70) ist, die einen Torus (72) umfasst, der mittels einer Welle (78) mit der Kraftmaschine verbunden ist, wobei der Torus (72) mit einem Leitrad durch eine Einwegkupplung (74) verbunden ist, die sicherstellt, dass der Torus (72) in nur einer Richtung rotiert, wobei die Startvorrichtung (70) eine doppelte Feder/Dämpfer-Anordnung (82) umfasst, die mittels einer Kupplung (76) mit dem Torus (72) gekoppelt ist, um die Übertragung von Schwingungen auf das Zehnganggetriebe (10) zu minimieren, wobei Drehmoment von der Kraftmaschine auf das Zehnganggetriebe (10) übertragen wird, wenn die Kupplung (76) eingerückt ist; und
einen Verteilermechanismus (90), der mit dem Ausgangselement (22) gekoppelt ist, wobei Ausgangsdrehmoment durch das Ausgangselement (22) auf den Verteilermechanismus (90) übertragen wird, wobei der Verteilermechanismus (90) eine Differenzialanordnung (102) umfasst, die eine Ritzel/Zahnrad-Anordnung ist und Vorderrad-Antriebs- und Allrad-Antriebsmodi für das Kraftfahrzeug zur Verfügung stellt, wobei der Verteilermechanismus (90) mittels eines Paares Kettenräder (92, 94), die mittels einer Kette (96) miteinander verbunden sind, mit dem Ausgangselement (22) gekoppelt ist, wobei der Verteilermechanismus einen Planetenradsatz (98) umfasst, der eines (94) von dem Paar Kettenrädern (92, 94) mit der Differenzialanordnung (102) koppelt, und wobei das andere (92) von dem Paar Kettenrädern (92, 94) zwischen der Startvorrichtung (79) und der ersten Planetenradanordnung (14) angeordnet ist; wobei der Planetenradsatz (98) ein Sonnenradelement (98), ein Hohlradelement (98C) und ein Planetenradträgerelement (98B) umfasst, das einen Satz Planetenräder (98D) lagert, wobei das Sonnenradelement (98A) zur gemeinsamen Rotation mit einem Verbindungselement (100) verbunden ist, das mit einem (94) von dem Paar Kettenrädern (92, 94) verbunden ist, das Hohlradelement (98C) mit dem Getriebegehäuse (50) verbunden ist, und das Planetenträgerelement (98B) zur gemeinsamen Rotation mit dem Differenzial (102) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Zehnganggetriebe, das vier Planetenradanordnungen, drei Kupplungen und vier Bremsen aufweist, einer Startvorrichtung und einem Verteilermechanismus.
Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um eine Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen 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 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, kostengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe.
Die DE 10 2005 010 837 A1 offenbart einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, das ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradanordnungen, vier Kupplungen, drei Bremsen, eine Synchron- oder Klauenkupplung und zwei Freilaufkupplungen aufweist, eine Startvorrichtung und einen Verteilermechanismus umfasst.
Die DE 10 2010 009 683 A1 offenbart Achtganggetriebe mit vier Planetenradanordnungen, zwei Bremsen, drei Kupplungen, einem Eingangselement und einem Ausgangselement. Es ist ein Verteilermechanismus vorgesehen, der mit dem Ausgangselement gekoppelt ist und eine Differenzialanordnung umfasst, die eine Ritzel/Zahnrad-Anordnung ist und Vorderrad-Antriebsmodi zur Verfügung stellt. Der Verteilermechanismus ist über ein Paar Kettenräder, die mittels einer Kette miteinander verbunden sind, mit dem Ausgangselement gekoppelt. Der Verteilermechanismus umfasst einen Planetenradsatz, der eines von dem Paar Kettenrädern mit der Differenzialanordnung koppelt, wobei das andere von dem Paar Kettenrädern zwischen einer Antriebsmaschine und der ersten Planetenradanordnung angeordnet ist.
EP 2 090 454 A2 betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem als Kegelscheibengetriebe ausgebildeten stufenlosen Getriebe, einem Drehmomentwandler und einem Verteilermechanismus.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem kompakten Zehnganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:

1 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes mit einer Zahnrad- und Kupplungsanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in 1 veranschaulichten Getriebes darstellt; und

1 zeigt ein Getriebe mit einer Zahnrad- und Kupplungsanordnung, das mit 10 bezeichnet ist, eine Startvorrichtung 70 und einen Verteilermechanismus 90 für ein Kraftfahrzeug. Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18 und einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22.
Der Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenrad 14A, ein Hohlrad 14C und einen Planetenträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D drehbar lagert. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14A als auch dem Hohlrad 14C zu kämmen.
Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16A, ein Hohlrad 16C und einen Planetenträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D drehbar lagert. Das Sonnenrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 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 Planetenträger 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, einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 und einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 60 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 und mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 54 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18A als auch dem Hohlrad 18C zu kämmen.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20A, ein Hohlrad 20C und einen Planetenträger 20B, der einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert. Das Sonnenrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 56 verbunden. Das Hohlrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 58 und mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52, der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 und der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 60 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20A als auch dem Hohlrad 20C zu kämmen.
Das Getriebe 10 umfasst auch Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30 und Bremsen 32, 34, 36 und 38, die für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses sorgen. Die erste Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 60 mit einem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 58 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 58 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die vierte Bremse 38 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 auf die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 in zehn Vorwärtsdrehzahlverhältnissen oder Vorwärtsdrehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahlverhältnis oder Rückwärtsdrehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von zweien der Drehmomentübertragungsmechanismen (d.h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32, zweite Bremse 34, dritte Bremse 36 und vierte Bremse 36) erzielt. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 26, 28, 30, 32, 34, 36 und 38 können jeder geeignete Typ von Einrichtung sein. Zum Beispiel können sie Reibkupplungen, Kupplungsbänder, Klauenkupplungen oder Synchroneinrichtungsmechanismen sein.
2 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. 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. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 ist gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ständig mit einem Drehmomentwandler, wie etwa der Startvorrichtung 70, verbunden, und die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit einem Ausgangsverteilermechanismus 90 verbunden. Die Startvorrichtung 70 umfasst einen Torus 72, der in einem Gehäuse 71 enthalten ist, das mit dem Getriebegehäuse 50 gekoppelt ist. Der Torus 72 ist mit einem Leitrad durch eine Einwegkupplung 74 verbunden, die sicherstellt, dass der Torus in nur einer Richtung rotiert. Der Torus 72 ist auch mit der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs durch eine Welle oder ein Element 78 verbunden. Die Startvorrichtung 70 umfasst ferner eine doppelte Feder/Dämpfer-Anordnung 82 mit zwei Federn/Dämpfern 80 und 84. Die Feder/Dämpfer-Anordnung 82 ist mittels einer Kupplung 76 selektiv mit dem Torus 72 gekoppelt, um Schwingungsübertragung auf das Getriebe 10 zu minimieren. Ferner wird Drehmoment von der Kraftmaschine auf das Getriebe 10 übertragen, wenn die Kupplung 76 eingerückt ist.
Der Verteilermechanismus 90 ist mittels eines Paares Kettenräder 92 und 94, die mittels einer Kette 96 miteinander verbunden sind, mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 gekoppelt. Der Verteilermechanismus 90 umfasst einen Planetenradsatz mit einem Sonnenradelement 98A, einem Hohlradelement 98C und einem Planetenradträgerelement 98B, das einen Satz Planetenräder 98D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 98A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer Welle oder einem Verbindungselement 100 verbunden. Das Hohlradelement 98C ist mit dem Getriebegehäuse 50 verbunden. Das Planetenträgerelement 98B ist zur gemeinsamen Rotation mit einem offenen Differenzial, wie etwa einer Ritzel/Zahnrad-Anordnung 102 verbunden. Die Planetenräder 98D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 98A als auch dem Hohlradelement 98C zu kämmen.
Die Ritzel/Zahnrad-Anordnung 102 umfasst einen Stift 114, der mit einem Satz Ritzelrädern 122 derart in Eingriff steht, dass Drehmoment von dem Getriebe 10 durch die Ritzel/Zahnrad-Anordnung auf einen Satz Achsen 106 und 108 übertragen wird, die die Vorderräder des Kraftfahrzeugs antreiben. Der Verteilermechanismus 90 umfasst ferner ein Paar Mechanismen 110 und 112, die mit jeweiligen Kerbzähnen derart in Eingriff stehen, dass das Getriebe 10 zur Verwendung in einem Allrad-Antriebsmodus geeignet ist.