DE102014105079A1

DE102014105079A1 - Stufenloses getriebe mit drehmomentverteilung

Info

Publication number: DE102014105079A1
Application number: DE201410105079
Authority: DE
Inventors: David Allen Janson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-10-23
Also published as: CN104110475A; US9546720B2; US20140315676A1; CN104110475B

Abstract

Ein Getriebe enthält einen an einem Eingang befestigten ersten Antrieb, der eine feste Übersetzung erzeugt; einen an einem Eingang befestigten zweiten Antrieb, der eine variable Übersetzung erzeugt; einen Planetenradsatz mit einem mit dem zweiten Antrieb verbundenen Glied und einem zweiten Glied; eine das zweite Glied lösbar drehfest haltende Bremse; eine das erste Glied und einen Ausgang lösbar verbindende erste Kupplung und eine das zweite Glied und den ersten Antrieb lösbar verbindende zweite Kupplung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein stufenloses Getriebe (CVT – continuously variable transmission), das in der Lage ist, Vorwärts- und Rückwärtsantrieb zu erzeugen und in einem Drehmomentverteilungsmodus zu arbeiten.
2. Beschreibung des Stands der Technik
CVT-Getriebe erzeugen eine für ein Kraftfahrzeug erforderliche variable Übersetzung durch Ändern der radialen Stelle, an der ein Antriebsriemen eine Eingangsriemenscheibe und eine Ausgangsriemenscheibe in Eingriff nimmt. CVT-Getriebe können jedoch einen geringen mechanischen Wirkungsgrad und einen begrenzten Übersetzungsbereich haben.
Es besteht Bedarf für eine Steuertechnik oder eine kinematische Anordnung, die den Overdrive-Bereich eines CVT-Getriebes erweitert, die für einen Drehmomentwandler-Fahrzeugstart unter Verwendung eines CVT erforderliche Rückwärtsantriebsfunktion bereitstellt und dennoch eine Mindestanzahl von Reibbedienelementen, wie zum Beispiel Kupplungen und Bremsen, erfordert.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Getriebe enthält einen an einem Eingang befestigten ersten Antrieb, der eine feste Übersetzung erzeugt; einen an einem Eingang befestigten zweiten Antrieb, der eine variable Übersetzung erzeugt; einen Planetenradsatz, der ein mit dem zweiten Antrieb verbundenes Glied und ein zweites Glied enthält; eine das zweite Glied lösbar drehfest haltende Bremse; eine das erste Glied und einen Ausgang lösbar verbindende erste Kupplung und eine das zweite Glied und den ersten Antrieb lösbar verbindende zweite Kupplung.
Das Getriebe ist ein Zweimodus-CVT mit einem Variator-Modus und einem Drehmomentverteilungsmodus. Bei Betrieb im Drehmomentverteilung-Overdrive-Bereich ist der Übersetzungsbereich erweitert, und der Overdrive-Wirkungsgrad ist verbessert, da ein Teil des Drehmoments direkt zugeführt wird.
Der Misch-Planetenradsatz liefert auch die in einem CVT-Getriebe erforderliche Rückwärtsfunktion, die darauf beruht, dass ein Drehmomentwandler am Fahrzeugstartzustand teilnimmt.
Ein Kettentrieb mit einer festen Übersetzung liefert direkte Drehmomenteingabe für den Misch-Planetenradsatz.
Drehmomentverstärkung eines zwischen der Antriebsquelle und der Eingangswelle des Getriebes positionierten Drehmomentwandlers unterstützt den Start des Fahrzeugs aus einem Stillstand.
Der Anwendungsumfang der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, aber nur der Veranschaulichung dienen. Für den Fachmann werden verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung besser verständlich, darin zeigt:
1 ein Schemadiagramm der kinematischen Anordnung eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Getriebeanordnung 10 von 1 enthält einen Drehmomentwandler 12; eine Eingangswelle 14, einen Kettentrieb 16 mit fester Übersetzung; einen Antrieb 18 mit variabler Übersetzung; einen Planetenradsatz 20; einen Verteilerradsatz 22; einen Achsantrieb 24 und ein Querdifferenzial 26 zur Übertragung von Drehkraft auf eine linke und rechte Achswelle 28, 30.
Die Kurbelwelle 32 eines Verbrennungsmotors oder die Welle einer anderen Antriebsquelle ist mit dem Pumpenrad 34 des Drehmomentwandlers verbunden, das seine Turbine 36 hydrokinetisch antreibt. Die Schaufeln der Turbine 36 im Drehmomentwandler verlassender Fluidstrom wird durch einen Stator 38 auf die Schaufeln des Pumpenrad 34 geleitet. Der Stator wird mittels eines Gehäuses 40 durch eine Statorwelle 42 festgehalten.
Das Eingangskettenrad 44 des Kettentriebs 16 mit fester Übersetzung ist an der Eingangswelle 14 befestigt, und das Ausgangskettenrad 46 ist an einer Hohlwelle 48 befestigt. Eine Antriebskette 50 nimmt die Kettenräder 44, 46 in Eingriff.
Eine Eingangsriemenscheibe 52 des Antriebs 18 mit variabler Übersetzung ist an der Eingangswelle 14 befestigt, und die Ausgangsriemenscheibe 54 ist an einer Zwischenwelle 56 befestigt, die sich durch die Hohlwelle 48 erstreckt. Der Antriebsriemen 58 nimmt die Riemenscheibe 52, 54 in Eingriff, deren Kontaktdurchmesser mit dem Riemen 58 variabel ist.
Der Planetenradsatz 20 enthält ein an der Welle 56 befestigtes Sonnenrad 60, ein Hohlrad 62, einen Träger 64 und Planetenritzel 66, die am Träger gestützt werden und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen.
Der Verteilerradsatz 22 enthält ein Ritzel 68, das an einer Ausgangswelle 70 befestigt ist, und ein Zahnrad 72, das mit dem Ritzel 68 kämmt und an einer Welle 74 befestigt ist.
Der Achsantrieb 24 enthält ein Ritzel 76, das an einer Welle 74 befestigt ist, und ein Zahnrad 78, das mit dem Ritzel 78 kämmt und an dem Hohlrad des Differenzials 26 befestigt ist.
Eine Drehmomentverteilungskupplung 80 öffnet und schließt abwechselnd eine Antriebsverbindung zwischen dem Ausgangskettenrad 46 und dem Träger 64, wenn die Anordnung 10 in einem Leistungsverzweigungsmodus betrieben wird, d.h., wenn sowohl der Kettentrieb 16 mit fester Übersetzung Kraft auf den Träger 64 überträgt und der Riementrieb 18 mit variabler Übersetzung Kraft auf das Sonnenrad 60 überträgt.
Eine Rückwärtsgangbremse 82 wird eingerückt, um durch Drehfesthalten des Trägers 64 Rückwärtsantrieb zu erzeugen. Bei Rückwärtsantrieb werden das Hohlrad 62 und die Ausgangswelle 70 im Vergleich zu der Drehzahl und Richtung des Sonnenrads 60, das fortwährend mit der Ausgangsriemenscheibe 54 antriebsverbunden ist, in einer Rückwärtsrichtung im Underdrive angetrieben.
Wenn die Anordnung 10 im CVT-Modus betrieben wird, d.h., wenn die Drehmomentverteilungskupplung 80 geöffnet ist, wodurch der Kettentrieb 16 von dem Planetenradsatz 20 getrennt wird, wird die Kupplung 84 eingerückt, wodurch eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Ausgangsriemenscheibe 54 durch die Kupplung 84 und die Ausgangswelle 70 zu dem Übertragungsradsatz 22 hergestellt wird.
In einem Beispiel weist der Kettentrieb 16 eine Übersetzung von 0,5:1 auf; der Übersetzungsbereich des variablen Antriebs 18 ist 2,3–0,43:1; der Verteilerradsatz 22 weist eine Übersetzung von 2:1 auf; der Achsantrieb 24 weist eine Übersetzung von 3,5:1 auf; und Beta, das heißt, das Verhältnis des Hohlradteilkreisdurchmessers zum Sonnenradteilkreisdurchmesser beträgt 2,0.
Rückwärtsantrieb wird mit von der Motorwelle 32 durch den Drehmomentwandler 12, den variablen Antrieb 18 und den Planetenradsatz 20 bei eingerückter Bremse 82 übertragener Energie erzeugt. Die Kupplungen 80 und 84 sind im Rückwärtsantrieb ausgerückt.
Die Anordnung 10 wird mit von der Motorwelle 32 durch den Drehmomentwandler 12, den Kettentrieb 16, den variablen Antrieb 18 und den Planetenradsatz 20 bei eingerückter Kupplung 80 übertragener Energie in einem Drehmomentverteilungsmodus betrieben. Die Kupplung 84 und die Bremse 82 sind im Drehmomentverteilungsbetriebsmodus ausgerückt. In diesem Fall funktioniert der Planetenradsatz 20 als eine Drehmomentverteilungsvorrichtung und mischt vom Kettentrieb 16 durch die Kupplung 80 zum Träger 64 übertragenes Drehmoment und vom variablen Antrieb 18 zum Sonnenrad 60 übertragenes Drehmoment. Der Drehmomentverteilungsmodus stellt einen erweiterten Overdrive-Bereich bereit. Im Drehmomentverteilungsmodus kann die Übersetzung auf 2,17 reduziert werden, vorausgesetzt, der variable Antrieb 18 wird mit seiner Übersetzung von 2,3:1 betrieben und die Übersetzungen der anderen Komponenten sind wie im Beispiel angeführt.
Die Anordnung 10 wird mit von der Motorwelle 32 durch den Drehmomentwandler 12, den Kettentrieb 16, den variablen Antrieb 18 und den Planetenradsatz 20 bei eingerückter Kupplung 80 übertragener Energie im Drehmomentverteilungsmodus betrieben. Die Kupplung 84 und die Bremse 82 sind im Drehmomentverteilungsbetriebsmodus ausgerückt. In diesem Fall funktioniert der Planetenradsatz 20 als eine Drehmomentverteilungsvorrichtung und mischt vom Kettentrieb 16 durch die Kupplung 80 zum Träger 64 übertragenes Drehmoment und vom variablen Antrieb 18 zum Sonnenrad 60 übertragenes Drehmoment, wobei das Hohlrad 62 der Ausgang des Radsatzes 20 ist. Der Drehmomentverteilungsmodus stellt einen erweiterten Overdrive-Bereich bereit. Im Drehmomentverteilungsmodus kann die Übersetzung 2,17 erhöht werden, vorausgesetzt, der variable Antrieb 18 wird mit seiner Übersetzung von 0,43:1 betrieben und die Übersetzungen der anderen Komponenten sind wie im Beispiel angeführt.
Die bevorzugte Ausführungsform ist gemäß den Vorschriften der Patentbestimmungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die alternativen Ausführungsformen auch auf andere Weise durchgeführt werden können, als speziell dargestellt und beschrieben wurde.

Claims

Getriebe, umfassend: einen an einem Eingang befestigten ersten Antrieb, der eine feste Übersetzung erzeugt; einen an dem Eingang befestigten zweiten Antrieb, der eine variable Übersetzung erzeugt; einen Planetenradsatz, der ein mit dem zweiten Antrieb verbundenes erstes Glied und ein zweites Glied enthält; eine das zweite Glied lösbar drehfest haltende Bremse; eine das erste Glied und einen Ausgang lösbar verbindende erste Kupplung; eine das zweite Glied und den ersten Antrieb lösbar verbindende zweite Kupplung.
Getriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Antriebsquelle; und einen Drehmomentwandler, der ein mit der Antriebsquelle antriebsverbundenes Pumpenrad und eine mit dem Eingang antriebsverbundene Turbine enthält.
Getriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Verteilerantrieb, der ein am Ausgang befestigtes Ritzel und ein mit dem Ritzel kämmendes Zahnrad enthält; einen Achsantrieb, der ein mit dem Zahnrad antriebsverbundenes erstes Ritzel und ein mit dem ersten Ritzel kämmendes erstes Zahnrad enthält; und ein mit dem ersten Zahnrad antriebsverbundenes Differenzial zur Übertragung von Drehkraft vom ersten Zahnrad zur ersten und zweiten Achswelle.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste Antrieb ferner Folgendes umfasst: ein am Eingang befestigtes erstes Kettenrad; ein mit der zweiten Kupplung verbundenes zweites Kettenrad; und ein mit dem ersten Kettenrad und dem zweiten Kettenrad in Eingriff stehendes erstes Antriebsglied.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der zweite Antrieb ferner Folgendes umfasst: eine am Eingang befestigte erste Riemenscheibe; eine mit dem ersten Glied verbundene zweite Riemenscheibe; und ein mit der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe in Eingriff stehendes zweites Antriebsglied, wobei eine Stelle des Eingriffs zwischen dem zweiten Antriebsglied und der ersten Riemenscheibe variabel ist und eine Stelle des Eingriffs zwischen dem zweiten Antriebsglied und der zweiten Riemenscheibe variabel ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei: das Glied ein Sonnenrad ist; das zweite Glied ein Träger ist; und der Planetenradsatz ferner ein am Ausgang befestigtes Hohlrad und am Träger gestützte Planetenritzel, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen, umfasst.
Getriebe, umfassend: einen Planetenradsatz, der ein durch den variablen Antrieb mit einer Antriebsquelle verbundenes erstes Glied, ein durch eine erste Kupplung mit einem Antrieb mit fester Übersetzung lösbar verbundenes zweites Glied und ein am Ausgang befestigtes drittes Glied enthält; eine Bremse, die das zweite Glied lösbar drehfest hält; und eine zweite Kupplung, die das erste Glied und den Ausgang lösbar verbindet.
Getriebe nach Anspruch 7, wobei: das erste Glied ein Sonnenrad ist; das zweite Glied ein Träger ist; das dritte Glied ein Hohlrad ist; und der Planetenradsatz ferner am Träger gestützte Planetenritzel, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen, umfasst.
Getriebe nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen Drehmomentwandler, der ein mit der Antriebsquelle antriebsverbundenes Pumpenrad und eine mit dem Eingang antriebsverbundene Turbine enthält.
Getriebe nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen Verteilerantrieb, der ein am Ausgang befestigtes Ritzel und ein mit dem Ritzel kämmendes Zahnrad enthält; einen Achsantrieb, der ein mit dem Zahnrad antriebsverbundenes erstes Ritzel und ein mit dem ersten Ritzel kämmendes erstes Zahnrad enthält; und ein mit dem ersten Zahnrad antriebsverbundenes Differenzial zur Übertragung von Drehkraft vom ersten Zahnrad zur ersten und zweiten Achswelle.
Getriebe nach Anspruch 7, wobei der Antrieb mit fester Übersetzung ferner Folgendes umfasst: ein am Eingang befestigtes erstes Kettenrad; ein mit der ersten Kupplung verbundenes zweites Kettenrad; und ein mit dem ersten Kettenrad und dem zweiten Kettenrad in Eingriff stehendes erstes Antriebsglied.
Getriebe nach Anspruch 7, wobei der variable Antrieb ferner Folgendes umfasst: eine am Eingang befestigte erste Riemenscheibe; eine mit dem ersten Glied verbundene zweite Riemenscheibe; und ein mit der ersten Riemenscheibe und der zweiten Riemenscheibe in Eingriff stehendes zweites Antriebsglied, wobei eine Stelle des Eingriffs zwischen dem zweiten Antriebsglied und der ersten Riemenscheibe variabel ist und eine Stelle des Eingriffs zwischen dem zweiten Antriebsglied und der zweiten Riemenscheibe variabel ist.
Verfahren zum Betrieb eines Getriebes, das einen Planetenradsatz enthält, umfassend: Verwenden einer Antriebsquelle, die durch eine variable Antriebsvorrichtung zum Drehen eines Sonnenrads des Planetenradsatzes mit einer variablen Drehzahl verbunden ist; Verbinden des Sonnenrads mit einem Ausgang durch Einrücken einer ersten Kupplung; und Ausrücken der ersten Kupplung und Antreiben eines Trägers des Planetenradsatzes von der Antriebsquelle durch eine feste Antriebsvorrichtung und eine zweite Kupplung.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Variieren einer durch die variable Antriebsvorrichtung erzeugten Übersetzung.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Erzeugen von Rückwärtsantrieb durch Verwenden der durch den variablen Antrieb verbundenen Antriebsquelle zum Drehen des Sonnenrads; Ausrücken der ersten und der zweiten Kupplung und Festhalten eines Hohlrads des Radsatzes gegen Drehung durch Einrücken einer Bremse.