DE102020007372A1

DE102020007372A1 - Schaltsystem für ein fahrzeuggetriebe und verfahren zu dessen betrieb

Info

Publication number: DE102020007372A1
Application number: DE102020007372.7A
Authority: DE
Inventors: Calahan Campton; Roy Keith Martin; Xinqian Xiang
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN112943871A; US11215242B2; US20210172483A1

Abstract

Ein Schaltsystem für ein Fahrzeuggetriebe umfasst ein Eingangsglied und eine schaltbare Freilaufkupplung, die mit dem Eingangsglied drehgekoppelt ist. Die schaltbare Freilaufkupplung ist zwischen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kupplungsstellung bewegbar. Das Schaltsystem umfasst des Weiteren eine Trennvorrichtung, die mit dem Eingangsglied gekoppelt und zwischen einer ersten Trennvorrichtungsstellung und einer zweiten Trennvorrichtungsstellung bewegbar ist, und ein Ausgangsglied, das selektiv mit dem Eingangsglied drehbar ist. Das Schaltsystem umfasst ferner eine Schaltanordnung zum selektiven Drehkoppeln des Eingangsglieds und des Ausgangsglieds. Die Schaltanordnung umfasst eine Eingangsnabe, die mit dem Eingangsglied gekoppelt ist und eine trennbare Komponente, die in die Trennvorrichtung einrückbar ist, aufweist und eine Kupplungseinrückkomponente aufweist. Kupplungsplatten sind mit der Kupplungseinrückkomponente gekoppelt und sind zwischen einer eingerückten Stellung und einer ausgerückten Stellung bewegbar. Ein Kupplungsplattenträger ist mit den Kupplungsplatten und mit dem Ausgangsglied zur Übertragung von Drehmoment von der Kupplungseinrückkomponente auf das Ausgangsglied gekoppelt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und alle Vorteile der vorläufigen US-Patentanmeldungen 62/946,156, eingereicht am 10. Dezember 2019, und 63/091,775 , eingereicht am 14. Oktober 2020, auf die hier in ihrer Gesamtheit ausdrücklich Bezug genommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Schaltsystem für ein Fahrzeuggetriebe und auf ein Verfahren zum Betrieb des Schaltsystems.
Beschreibung des Stands der Technik
Herkömmliche Fahrzeuge, die im Stand der Technik bekannt sind, umfassen in der Regel einen Motor mit einem Drehausgang als einen Dreheingang in ein Fahrzeuggetriebe. Der Motor ist in der Regel ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor und erzeugt den Drehausgang, der selektiv auf das Fahrzeuggetriebe übertragen wird, das wiederum Drehmoment auf eines oder mehrere Räder des Fahrzeugs überträgt. Das Fahrzeuggetriebe ändert die Drehzahl und das von dem Motor erzeugte Drehmoment durch eine Reihe vorbestimmter Zahnradsätze, wobei Wechseln zwischen den Zahnradsätzen ermöglicht, dass sich das Fahrzeug mit unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten für eine gegebene Motordrehzahl fortbewegt. Üblicherweise ist der Motor der Elektromotor, der mit dem Fahrzeuggetriebe auf einer mit den Rädern des Fahrzeugs verbundenen Achse gekoppelt ist.
Der Dreheingang in das Fahrzeuggetriebe erfordert in der Regel ein Schaltsystem zum selektiven Übertragen von Drehmoment auf die Komponenten des Fahrzeuggetriebes. Ein typisches Schaltsystem umfasst ein Eingangsglied (z. B. den Drehausgang von dem Motor), das um eine Achse herum drehbar ist, eine Trennvorrichtung, die mit dem Eingangsglied gekoppelt ist, und ein Ausgangsglied (z. B. den Dreheingang in das Fahrzeuggetriebe), die mit dem Eingangsglied um die Achse herum selektiv drehbar ist. Eine Schaltanordnung ist auch in der Regel zum selektiven Drehkoppeln des Eingangsglieds und des Ausgangsglieds erforderlich.
Die im Stand der Technik bekannten Schaltsysteme unterliegen oftmals hohen Widerstandsverlusten, wodurch der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung zwischen dem Motor und dem Fahrzeuggetriebe gesenkt wird. Darüber hinaus erzeugen typische Schaltsysteme einen rauen Eingriff zwischen dem Motor und den Komponenten des Fahrzeuggetriebes durch die Verbindung mit der Trennvorrichtung, was zu Vibrationen des Fahrzeugs und einem unangenehmen Fahrerlebnis führt.
Demzufolge ist es wünschenswert, ein verbessertes Schaltsystem für Fahrzeuggetriebe bereitzustellen.
KURZ DARSTELLUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Ein Schaltsystem für ein Fahrzeuggetriebe umfasst ein Eingangsglied, das sich entlang einer Achse zwischen einem ersten Ende und einem von dem ersten Ende beabstandeten zweiten Ende erstreckt. Das Fahrzeuggetriebe weist einen Zahnradsatz mit einer ersten Übersetzung und einer von der ersten Übersetzung verschiedenen zweiten Übersetzung auf. Das Eingangsglied ist um die Achse drehbar. Das Schaltsystem umfasst ferner eine schaltbare Freilaufkupplung, die mit dem Eingangsglied drehgekoppelt ist. Die schaltbare Freilaufkupplung ist zwischen einer ersten Kupplungsstellung, einer zweiten Kupplungsstellung und einer dritten Kupplungsstellung bewegbar.
Die schaltbare Freilaufkupplung ist dazu konfiguriert, in der ersten Kupplungsstellung die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in entweder einer ersten Drehrichtung oder einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung zu gestatten. Die schaltbare Freilaufkupplung ist dazu konfiguriert, in der zweiten Kupplungsstellung die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in der ersten Drehrichtung zu gestatten und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in der zweiten Drehrichtung zu verhindern. Die schaltbare Freilaufkupplung ist dazu konfiguriert, in der dritten Kupplungsstellung die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in entweder der ersten Drehrichtung oder der zweiten Drehrichtung zu verhindern.
Das Schaltsystem umfasst des Weiteren eine Trennvorrichtung, die mit dem Eingangsglied gekoppelt ist. Die Trennvorrichtung ist zwischen einer ersten Trennvorrichtungsstellung und einer zweiten Trennvorrichtungsstellung bewegbar. Ein Ausgangsglied ist von dem Eingangsglied beabstandet, und das Ausgangsglied ist selektiv dahingehend mit dem Eingangsglied um die Achse drehbar, Drehmoment selektiv durch die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - des Zahnradsatzes zu übertragen.
Das Schaltsystem umfasst ferner eine Schaltanordnung zum selektiven Drehkoppeln des Eingangsglieds und des Ausgangsglieds. Die Schaltanordnung umfasst eine Eingangsnabe, die mit dem Eingangsglied gekoppelt ist. Die Eingangsnabe weist eine trennbare Komponente, die in die Trennvorrichtung einrückbar ist, auf, und die trennbare Komponente der Eingangsnabe ist aus der Trennvorrichtung ausgerückt, wenn sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung befindet, und die trennbare Komponente der Eingangsnabe ist in die Trennvorrichtung eingerückt, wenn sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung befindet.
Die Eingangsnabe weist eine Kupplungseinrückkomponente auf. Die Schaltanordnung umfasst des Weiteren mehrere Kupplungsplatten, die mit der Kupplungseinrückkomponente der Eingangsnabe gekoppelt sind. Die mehreren Kupplungsplatten sind zwischen einer eingerückten Stellung und einer ausgerückten Stellung bewegbar. In der eingerückten Stellung stehen die Kupplungsplatten miteinander in Eingriff. In der ausgerückten Stellung befinden sich die Kupplungsplatten außer Eingriff miteinander. Die Schaltanordnung umfasst ferner einen Kupplungsplattenträger, der mit den mehreren Kupplungsplatten und mit dem Ausgangsglied zur Übertragung von Drehmoment von der Kupplungseinrückkomponente der Eingangsnabe, durch die mehreren Kupplungsplatten und den Kupplungsplattenträger auf das Ausgangsglied gekoppelt ist.
Dementsprechend führt das Schaltsystem zu weniger Widerstandsverlusten, wodurch der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung zwischen einem Motor und dem Fahrzeuggetriebe erhöht wird. Darüber hinaus erzeugt das Schaltsystem einen sanften Eingriff zwischen dem Motor und dem Fahrzeuggetriebe durch die Schaltanordnung (d. h. durch die Verbindung mit der Trennvorrichtung und das Einrücken der mehreren Kupplungsplatten), was zu weniger Vibrationen und einem angenehmeren Fahrerlebnis führt. Weiterhin gestattet die schaltbare Freilaufkupplung, dass das Schaltsystem geringe Drehverluste erzielt, indem die Schaltanordnung drehentkoppelt wird, wenn keine Übertragung von Drehmoment durch die Schaltanordnung erforderlich ist. Die geringen Drehverluste, die durch die Kombination der schaltbaren Freilaufkupplung und der Schaltanordnung gestattet werden, gestatten, dass die erste und die zweite Übersetzung des Fahrzeuggetriebes im Vergleich zu einem einstufigen Getriebe Nettoenergieeinsparungen erzielen.
Figurenliste
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen mit besserem Verständnis der Erfindung durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne Weiteres hervor, in den Zeichnungen zeigen:

1A eine schematische Darstellung eines Fahrzeuggetriebes, das ein Schaltsystem umfasst, das einen Elektromotor, ein Eingangsglied, eine schaltbare Freilaufkupplung, die zum selektiven Übertragen von Drehmoment durch eine erste Übersetzung mit dem Eingangsglied drehgekoppelt und um dieses herum angeordnet ist, und eine Schaltanordnung, die zum selektiven Übertragen von Drehmoment durch eine zweite Übersetzung mit dem Eingangsglied gekoppelt ist, aufweist;
1B eine schematische Darstellung des Fahrzeuggetriebes, das eine Vorgelegewelle umfasst, wobei die schaltbare Freilaufkupplung mit dem Eingangsglied drehgekoppelt ist und die Schaltanordnung mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist;
2A eine schematische Darstellung des Fahrzeuggetriebes, wobei die schaltbare Freilaufkupplung mit der Vorgelegewelle drehgekoppelt und um diese herum angeordnet ist und die Schaltanordnung mit dem Eingangsglied gekoppelt ist;
2B eine schematische Darstellung des Fahrzeuggetriebes, wobei die schaltbare Freilaufkupplung mit der Vorgelegewelle drehgekoppelt und um diese herum angeordnet ist und die Schaltanordnung mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist;
3 eine schematische Darstellung eines Schaltplans für das Schaltsystem des Fahrzeuggetriebes, wobei X/X eine erste Kupplungsstellung bezeichnet, X/O eine zweite Kupplungsstellung bezeichnet, O/O eine dritte Kupplungsstellung bezeichnet, O/X eine vierte Kupplungsstellung bezeichnet, DP1 eine erste Trennvorrichtungsstellung bezeichnet, DP2 eine zweite Trennvorrichtungsstellung bezeichnet, ENG eine eingerückte Stellung der Kupplungsplatten der Schaltanordnung bezeichnet und D-ENG eine ausgerückte Stellung der Kupplungsplatten bezeichnet;
4A eine perspektivische Ansicht der schaltbaren Freilaufkupplung, wobei die schaltbare Freilaufkupplung der stationären Art ist und wobei die schaltbare Freilaufkupplung einen Innenring, einen Außenring, mehrere Sperrklinken, die über den Umfang hinweg voneinander beabstandet sind, und einen mit den Sperrklinken gekoppelten Aktuatorring aufweist;
4B eine perspektivische Ansicht der schaltbaren Freilaufkupplung, wobei die schaltbare Freilaufkupplung der drehenden Art ist;
4C eine Querschnittsansicht der schaltbaren Freilaufkupplung von 4B;
5A eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, die eine Betätigungsplatte und mehrere Kupplungsplatten aufweist, wobei sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die Trennvorrichtung mit einer Eingangsnabe der Schaltanordnung außer Eingriff befindet, befindet und sich die Betätigungsplatte in der ersten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der eingerückten Stellung befinden, befindet;
5B eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die Trennvorrichtung außer Eingriff mit der Eingangsnabe befindet, befindet und sich die Betätigungsplatte in der zweiten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der ausgerückten Stellung befinden, befindet;
5C eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung, in der die Trennvorrichtung mit der Eingangsnabe in Eingriff steht, befindet und sich die Betätigungsplatte in der zweiten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der ausgerückten Stellung befinden, befindet;
5D eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2, in der die Trennvorrichtung mit der Eingangsnabe in Eingriff steht, befindet und sich die Betätigungsplatte in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der eingerückten Stellung befinden, befindet;
6A eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei die Trennvorrichtung eine Synchronisiervorrichtung ist und wobei sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die Trennvorrichtung außer Eingriff mit einer Eingangsnabe befindet, befindet und sich die Betätigungsplatte in der ersten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der eingerückten Stellung befinden, befindet;
6B eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei die Trennvorrichtung eine Synchronisiervorrichtung ist und wobei sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die Trennvorrichtung außer Eingriff mit der Eingangsnabe befindet, befindet und sich die Betätigungsplatte in der zweiten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der ausgerückten Stellung befinden, befindet;
6C eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei die Trennvorrichtung eine Synchronisiervorrichtung ist und wobei sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung, in der die Trennvorrichtung mit der Eingangsnabe in Eingriff steht, befindet und sich die Betätigungsplatte in der zweiten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der ausgerückten Stellung befinden, befindet;
6D eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei die Trennvorrichtung eine Synchronisiervorrichtung ist und wobei sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung, in der die Trennvorrichtung mit der Eingangsnabe in Eingriff steht, befindet und sich die Betätigungsplatte in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der eingerückten Stellung befinden, befindet;
7A eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die Trennvorrichtung außer Eingriff mit der Eingangsnabe befindet, befindet und sich die Betätigungsplatte in der ersten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der eingerückten Stellung befinden, befindet;
7B eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die Trennvorrichtung außer Eingriff mit der Eingangsnabe befindet, befindet und sich die Betätigungsplatte in der zweiten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der ausgerückten Stellung befinden, befindet;
7C eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung, in der die Trennvorrichtung mit der Eingangsnabe in Eingriff steht, befindet und sich die Betätigungsplatte in der zweiten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der ausgerückten Stellung befinden, befindet;
7D eine Querschnittsansicht der Schaltanordnung, wobei sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung, in der die Trennvorrichtung mit der Eingangsnabe in Eingriff steht, befindet und sich die Betätigungsplatte in der ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten in der eingerückten Stellung befinden, befindet; und
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Schaltsystems, wobei sich das Verfahren auf das Umschalten der Drehmomentübertragung zwischen der ersten und der zweiten Übersetzung richtet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen übereinstimmende Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten hinweg übereinstimmende Teile angeben, wird in 1A-2F ein Fahrzeuggetriebe 10 in schematischer Darstellung bereitgestellt. Das Fahrzeuggetriebe 10 weist einen Zahnradsatz 12 mit einer ersten Übersetzung 14 und einer von der ersten Übersetzung 14 verschiedenen zweiten Übersetzung 16 auf. Ein Schaltsystem 18 für das Fahrzeuggetriebe 10 wird in 1A-2B gezeigt.
Das Schaltsystem 18 umfasst ein Eingangsglied 20, das sich entlang einer Achse A zwischen einem ersten Ende 22 und einem von dem ersten Ende 22 beabstandeten zweiten Ende 24 erstreckt. Das Eingangsglied 20 ist um die Achse A drehbar. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Eingangsglied 20 eine Welle oder ein Zahnrad sein. Das Schaltsystem 18 umfasst des Weiteren eine schaltbare Freilaufkupplung 26, die mit dem Eingangsglied 20 drehgekoppelt ist, und die schaltbare Freilaufkupplung 26 ist zwischen einer ersten Kupplungsstellung (in 3 als X/X bezeichnet), einer zweiten Kupplungsstellung (in 3 als X/O bezeichnet) und einer dritten Kupplungsstellung (in 3 als O/O bezeichnet) bewegbar.
Die schaltbare Freilaufkupplung 26 ist dazu konfiguriert, in der ersten Kupplungsstellung X/X gemäß der Darstellung in 3 die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 des Zahnradsatzes 12 von dem Eingangsglied 20 entweder in einer ersten Drehrichtung D1 oder einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 zu gestatten. In der ersten Kupplungsstellung X/X befindet sich die schaltbare Freilaufkupplung 26 in einer verriegelt/verriegelt-Konfiguration. In dieser verriegelt/verriegelt-Konfiguration kann Drehmoment von dem Eingangsglied 20 durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 in der ersten Drehrichtung D1 übertragen werden. Es versteht sich auch, dass Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 in der zweiten Drehrichtung D2 auf das Eingangsglied 20 übertragen werden kann. Anders ausgedrückt kann Drehmoment in der ersten Kupplungsstellung X/X entweder in der ersten Drehrichtung D1 oder der zweiten Drehrichtung D2 übertragen werden. Es versteht sich, dass die erste Drehrichtung D1 im Uhrzeigersinn verlaufen kann und die zweite Drehrichtung D2 entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen kann. Alternativ dazu versteht sich, dass die erste Drehrichtung D1 entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen kann und die zweite Drehrichtung D2 im Uhrzeigersinn verlaufen kann.
Die schaltbare Freilaufkupplung 26 ist dazu konfiguriert, in der zweiten Kupplungsstellung X/O gemäß der Darstellung in 3 die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 des Zahnradsatzes 12 von dem Eingangsglied 20 in der ersten Drehrichtung D1 zu gestatten und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 des Zahnradsatzes 12 von dem Eingangsglied 20 in der zweiten Drehrichtung D2 zu verhindern. In der zweiten Kupplungsstellung X/O befindet sich die schaltbare Freilaufkupplung 26 in einer verriegelt/frei-Konfiguration. In dieser verriegelt/frei-Konfiguration kann Drehmoment von dem Eingangsglied 20 durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 in der ersten Drehrichtung D1 übertragen werden. Jedoch wird die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 auf das Eingangsglied 20 in der zweiten Drehrichtung D2 verhindert. Diese verriegelt/frei-Konfiguration wird in der Regel als Überholen der schaltbaren Freilaufkupplung 26 bezeichnet und unterstützt das Umschalten der Drehmomentübertragung von entweder durch die erste Übersetzung 14 auf die zweite Übersetzung 16 oder durch die zweite Übersetzung 16 auf die erste Übersetzung 14. Die zweite Kupplungsstellung X/O kann somit als schaltbereit bezeichnet werden.
Die schaltbare Freilaufkupplung 26 ist dazu konfiguriert, in der dritten Kupplungsstellung O/O gemäß der Darstellung in 3 die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 des Zahnradsatzes 12 von dem Eingangsglied 20 entweder in der ersten Drehrichtung D1 oder der zweiten Drehrichtung D2 zu verhindern. In der dritten Kupplungsstellung O/O ist die schaltbare Freilaufkupplung 26 in einer frei/frei-Konfiguration. In dieser frei/frei-Konfiguration wird die Übertragung von Drehmoment von dem Eingangsglied 20 durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 in der ersten Drehrichtung D1 verhindert. In dieser frei/frei-Konfiguration wird auch die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 auf das Eingangsglied 20 in der zweiten Drehrichtung D2 verhindert. Die frei/frei-Konfiguration beschränkt Widerstandsverluste am Schaltsystem 18 durch Drehentkoppeln der ersten oder der zweiten Übersetzung 14, 16 von dem Eingangsglied 20.
Das Schaltsystem 18 umfasst des Weiteren eine Trennvorrichtung 28, die mit dem Eingangsglied 20 gekoppelt ist. Die Trennvorrichtung 28 ist zwischen einer ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 gemäß der Darstellung in 3, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A und 7B und einer zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2 gemäß der Darstellung in 3, 5C, 5D, 6C, 6D, 7C und 7D bewegbar. Das Schaltsystem 18 umfasst ein Ausgangsglied 30, das von dem Eingangsglied 20 beabstandet ist, und das Ausgangsglied 30 ist dahingehend mit dem Eingangsglied 20 um die Achse A selektiv drehbar, selektiv Drehmoment durch die jeweils andere Übersetzung - der ersten oder der zweiten 14, 16 - des Zahnradsatzes 12 zu übertragen.
Das Schaltsystem 18 umfasst ferner eine Schaltanordnung 32 zum selektiven Drehkoppeln des Eingangsglieds 20 und des Ausgangsglieds 30. Die Schaltanordnung 32 umfasst eine Eingangsnabe 34, die mit dem Eingangsglied 20 gekoppelt ist. Die Eingangsnabe 34 weist eine trennbare Komponente 36 auf, die in die Trennvorrichtung 28 einrückbar ist, und die trennbare Komponente 36 der Eingangsnabe 34 ist aus der Trennvorrichtung 28 ausgerückt, wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 befindet, und die trennbare Komponente 36 der Eingangsnabe 34 ist in die Trennvorrichtung 28 eingerückt, wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2 befindet.
Die Trennvorrichtung 28 trennt das Eingangsglied 20 und die trennbare Komponente 36 drehbar, wodurch das Eingangsglied 20 und die Eingangsnabe 34 drehbar getrennt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Trennvorrichtung 28 eine Trennkupplung. Alternativ dazu ist die Trennvorrichtung 28 bei einer weiteren Ausführungsform eine Synchronisiervorrichtung. Bei den Ausführungsformen, bei denen die Trennvorrichtung 28 eine Synchronisiervorrichtung ist, kann die Synchronisiervorrichtung einen Synchronisierring, einen Synchronisierkegel, eine Synchronisiernabe und eine Synchronisierhülse aufweisen. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die Trennvorrichtung 28 eine Klauenkupplung.
Die Eingangsnabe 34 weist eine Kupplungseinrückkomponente 38 auf. Die Schaltanordnung 32 umfasst mehrere Kupplungsplatten 40, die mit der Kupplungseinrückkomponente 38 der Eingangsnabe 34 gekoppelt sind. Die mehreren Kupplungsplatten 40 sind zwischen einer eingerückten Stellung ENG und einer ausgerückten Stellung D-ENG bewegbar. In der eingerückten Stellung ENG gemäß der Darstellung in 3, 5A, 5D, 6A, 6D, 7A und 7D stehen die Kupplungsplatten 40 miteinander in Eingriff. In der ausgerückten Stellung D-ENG gemäß der Darstellung in 3, 5B, 5C, 6B, 6C, 7B und 7C sind die Kupplungsplatten 40 außer Eingriff miteinander. Die Schaltanordnung 32 umfasst des Weiteren einen Kupplungsplattenträger 42, der mit den mehreren Kupplungsplatten 40 und mit dem Ausgangsglied 30 zur Übertragung von Drehmoment von der Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34, durch die mehreren Kupplungsplatten 40 und den Kupplungsplattenträger 42 auf das Ausgangsglied 30 gekoppelt ist.
Das Schaltsystem 18 führt zu geringen Widerstandsverlusten, wodurch der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung zwischen einem Motor und dem Fahrzeuggetriebe 10 erhöht wird. Darüber hinaus erzeugt das Schaltsystem 18 einen sanften Eingriff zwischen dem Motor und dem Fahrzeuggetriebe 10 durch die Schaltanordnung 32 (d. h. durch die Verbindung mit der Trennvorrichtung 28 und das Einrücken der mehreren Kupplungsplatten 40), was zu weniger Vibrationen und einem angenehmeren Fahrerlebnis führt. Weiterhin gestattet die schaltbare Freilaufkupplung 26, dass das Schaltsystem 18 geringe Drehverluste erzielt, indem die Schaltanordnung 32 drehentkoppelt wird, wenn keine Übertragung von Drehmoment durch die Schaltanordnung 32 erforderlich ist. Die geringen Drehverluste, die durch die Kombination der schaltbaren Freilaufkupplung 26 und der Schaltanordnung 32 gestattet werden, gestatten, dass die erste und die zweite Übersetzung 14, 16 des Fahrzeuggetriebes 10 im Vergleich zu einem einstufigen Getriebe Nettoenergieeinsparungen erzielen.
Es versteht sich, dass der Motor ein Verbrennungsmotor sein kann oder ein Elektromotor sein kann. Es versteht sich des Weiteren, dass der Motor mit einer Hinterachse des Fahrzeugs gekoppelt sein kann. Bei einer Ausführungsform ist der Motor der Elektromotor und ist mit der Hinterachse des Fahrzeugs drehgekoppelt und dazu konfiguriert, die Hinterachse des Fahrzeugs zum Vortreiben des Fahrzeugs zu drehen.
Die schaltbare Freilaufkupplung 26 kann einen Innenring 44 und einen um den Innenring 44 herum angeordneten Außenring 46 aufweisen, wie in 4A-4C gezeigt wird. Anders ausgedrückt können der Innenring 44 und der Außenring 46 konzentrisch miteinander sein. Bei einer Ausführungsform gemäß der Darstellung in 1A und 1B können der Innen- und der Außenring 44, 46 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 um das Eingangsglied 20 herum angeordnet und axial darauf ausgerichtet sein. Der Innenring 44 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 kann mit dem Eingangsglied 20 drehgekoppelt sein. Der Innenring 44 kann in einem nicht einschränkenden Beispiel durch Keilverzahnung mit dem Eingangsglied 20 verbunden sein, so dass eine Drehung des Eingangsglieds 20 zu einer Drehung des Innenrings 44 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 führt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Innenring 44 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 mit dem Eingangsglied 20 verschraubt oder anderweitig mechanisch daran befestigt sein.
Die schaltbare Freilaufkupplung 26 kann auch mindestens eine Sperrklinke 48 aufweisen, die zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 angeordnet ist. Die Sperrklinke 48 drehkoppelt selektiv den Innenring 44 und den Außenring 46. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Sperrklinke 48 zum dahingehenden Eingriff mit sowohl dem Innenring 44 als auch dem Außenring 46 gedreht werden, eine Relativdrehung zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 zu verhindern. Es versteht sich, dass die Sperrklinke 48 eine Drehkopplung zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 in der ersten Drehrichtung D1 gestatten kann, während eine Drehkupplung zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 in der zweiten Drehrichtung D2 verhindert wird. Alternativ dazu versteht sich, dass die Sperrklinke 48 eine Drehkopplung zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 in der zweiten Drehrichtung D2 gestatten kann, während eine Drehkopplung zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 in der ersten Drehrichtung D1 verhindert wird. Die Sperrklinke 48 kann des Weiteren eine Drehkopplung zwischen dem Innenring 44 und dem Außenring 46 in sowohl der ersten Drehrichtung D1 als auch der zweiten Drehrichtung D2 verhindern oder gestatten.
Die mindestens eine Sperrklinke 48 kann ferner als mehrere Sperrklinken 50, die über den Umfang hinweg voneinander beabstandet sind, definiert sein. Die schaltbare Freilaufkupplung 26 kann ferner einen Aktuatorring 52 umfassen, der dahingehend mit den mehreren Sperrklinken 50 gekoppelt ist, den Innen- und den Außenring 44, 46 selektiv drehbar miteinander zu verriegeln. Der Aktuatorring 52 kann in physischem Kontakt mit den Sperrklinken 50 sein, so dass eine Bewegung, beispielsweise eine Drehung, des Aktuatorrings 52 zu einer Bewegung, beispielsweise Drehung, der Sperrklinken 50 führt. Der Aktuatorring 52 kann von einem kleinen Elektromotor oder Solenoid elektrisch betätigt werden. Der kleine Elektromotor oder Solenoid kann mit dem Außenring 46 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 gekoppelt sein. Es versteht sich des Weiteren, dass der Aktuatorring 52 hydraulisch, pneumatisch oder anderweitig betätigt werden kann.
Die Schaltanordnung 32 kann ferner ein Vorspannglied 54 umfassen, das dahingehend mit den mehreren Kupplungsplatten 40 gekoppelt ist, die mehreren Kupplungsplatten 40 in die eingerückte Stellung ENG vorzuspannen. Anders ausgedrückt können die mehreren Kupplungsplatten 40 normalerweise geschlossen sein und sich in der eingerückten Stellung ENG in Ruhestellung befinden. Da sich die mehreren Kupplungsplatten 40 der Schaltanordnung 32 aufgrund dessen, dass das Vorspannglied 54 die mehreren Kupplungsplatten 40 in die eingerückte Stellung ENG vorspannt, in der Ruhestellung in der eingerückten Stellung ENG befinden, ist die Schaltanordnung 32 energiesparend, und somit ist auch das Schaltsystem 18 energiesparend. Anders ausgedrückt ist, da keine Energie von einem elektronischen Aktuator oder einem hydraulischen Aktuator zum Halten der mehreren Kupplungsplatten 40 in der eingerückten Stellung ENG erforderlich ist, die Schaltanordnung 32 energiesparend und somit ist das Schaltsystem 18 energiesparend.
Die Schaltanordnung 32 kann ferner eine Betätigungsplatte 56 umfassen, die mit dem Vorspannglied 54 gekoppelt ist. Die Betätigungsplatte 56 ist zwischen einer ersten Plattenstellung, in der sich die mehreren Kupplungsplatten 40 in der eingerückten Stellung ENG befinden, und einer zweiten Plattenstellung, in der die Betätigungsplatte 56 mit dem Vorspannglied 54 in Eingriff steht und sich die mehreren Kupplungsplatten 40 in der ausgerückten Stellung D-ENG befinden, bewegbar.
Bei einer Ausführungsform sind die Betätigungsplatte 56 und die Trennvorrichtung 28 unabhängig voneinander bewegbar. Die Betätigungsplatte 56 kann von der ersten Plattenstellung in die zweite Plattenstellung bewegt werden, was dazu führt, dass sich die mehreren Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückten Stellung D-ENG bewegen, und zwar unabhängig davon, ob sich die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 oder der zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2 befindet, und ohne Auswirkung auf die Stellung der Trennvorrichtung 28. Gleichermaßen kann die Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 bewegt werden, was dazu führt, dass die Eingangsnabe 34 eingerückt wird, und zwar unabhängig davon, ob sich die Betätigungsplatte 56 in der ersten Plattenstellung oder der zweiten Plattenstellung befindet, und ohne Auswirkung auf die Stellung der Betätigungsplatte 56.
Bei der Ausführungsform, bei der die Betätigungsplatte 56 und die Trennvorrichtung 28 unabhängig voneinander bewegbar sind, kann das Schaltsystem 18 des Weiteren einen ersten Aktuator, der dahingehend mit der Trennvorrichtung 28 gekoppelt ist, die Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 unabhängig von der Betätigungsplatte 56 zu bewegen, und einen zweiten Aktuator, der dahingehend mit der Betätigungsplatte 56 gekoppelt ist, die Betätigungsplatte 56 aus der ersten Plattenstellung in die zweite Plattenstellung unabhängig von der Trennvorrichtung 28 zu bewegen, umfassen. Es versteht sich, dass der erste und der zweite Aktuator unter anderem durch mechanische Betätigung, elektrische Betätigung, hydraulische Betätigung oder pneumatische Betätigung bewegt werden können.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Eingangsglied 20 mit dem Ausgangsglied 30 drehgekoppelt, wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2 befindet und sich die Betätigungsplatte 56 in der ersten Plattenstellung befindet. Anders ausgedrückt kann das Eingangsglied 20 mit dem Ausgangsglied 30 drehgekoppelt sein, wenn sich die Betätigungsplatte 56 in der ersten Plattenstellung, in der das Vorspannglied 54 die mehreren Kupplungsplatten 40 in die eingerückte Stellung ENG vorspannen kann, befindet und wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2, in der die Trennvorrichtung 28 mit der Eingangsnabe 34 in Eingriff steht, befindet. In diesen Stellungen kann Drehmoment von dem Eingangsglied 20, durch die Eingangsnabe 34, die mehreren Kupplungsplatten 40 und den Kupplungsplattenträger 42 auf das Ausgangsglied 30 übertragen werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Eingangsglied 20 von dem Ausgangsglied 30 drehentkoppelt, wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 befindet und/oder wenn sich die Betätigungsplatte 56 in der zweiten Plattenstellung befindet. Anders ausgedrückt ist das Eingangsglied 20 von dem Ausgangsglied 30 drehentkoppelt, wenn sich entweder die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 befindet, sich die Betätigungsplatte 56 in der zweiten Plattenstellung befindet oder sich die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 befindet sowie sich die Betätigungsplatte 56 in der zweiten Plattenstellung befindet. In diesen Stellungen kann kein Drehmoment von dem Eingangsglied 20 auf das Ausgangsglied 30 übertragen werden.
Die Trennvorrichtung 28 und die mehreren Kupplungsplatten 40 sind bei den Ausführungsformen, bei denen das Eingangsglied 20 nur mit dem Ausgangsglied 30 drehgekoppelt ist, wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der zweiten Trennvorrichtungsstellung DP2 befindet und sich die Betätigungsplatte 56 in der ersten Plattenstellung befindet, in Reihe zueinander angeordnet. Anders ausgedrückt ist, wenn sich entweder die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1, in der sich die Trennvorrichtung 28 mit der Eingangsnabe 34 außer Eingriff befindet, befindet oder sich die Betätigungsplatte 56 in der zweiten Plattenstellung, in der die mehreren Kupplungsplatten 40 ausgerückt sind, befindet, das Eingangsglied 20 von dem Ausgangsglied 30 drehentkoppelt. Somit muss bei Anordnung in Reihe die Trennvorrichtung 28 mit der Eingangsnabe 34 in Eingriff stehen und die mehreren Kupplungsplatten 40 müssen miteinander in Eingriff stehen, um Drehmoment direkt von dem Eingangsglied 20 auf das Ausgangsglied 30 zu übertragen.
Die trennbare Komponente 36 der Eingangsnabe 34 und die Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 können integral miteinander sein. Alternativ dazu können die trennbare Komponente 36 der Eingangsnabe 34 und die Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 separate Komponenten sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 durch Keile, Nasen oder Bolzen mit der trennbaren Komponente 36 der Eingangsnabe 34 drehverbunden sein. Es versteht sich auch, dass die Eingangsnabe 34 mehr als zwei Komponenten sein kann und eine dritte Komponente oder mehr zur Übertragung von Drehmoment von dem Eingangsglied 20 auf die mehreren Kupplungsplatten 40 umfassen kann.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Schaltanordnung 32 gemäß der Darstellung in 5A-6D ferner eine Betätigungszwischenplatte 58, die derart mit der Betätigungsplatte 56 gekoppelt ist, dass die Betätigungsplatte 56 zwischen der Betätigungszwischenplatte 58 und dem Vorspannglied 54 angeordnet ist. Die Betätigungsplatte 56 ist von der Betätigungszwischenplatte 58 in der ersten Plattenstellung zum Einrücken der mehreren Kupplungsplatten 40 in Kontakt bringbar. Bei dieser Ausführungsform überträgt die Betätigungszwischenplatte 58 dahingehend Kraft auf die Betätigungsplatte 56 und somit auf das Vorspannglied 54, das Vorspannglied 54 zu bewegen und dafür zu sorgen, dass sich die mehreren Kupplungsplatten 40 in der ausgerückten Stellung D-ENG befinden. Es versteht sich, dass die Betätigungszwischenplatte 58 üblicherweise auch als eine Ausrückplatte bezeichnet wird.
Obgleich dies nicht erforderlich ist, kann die Schaltanordnung 32 des Weiteren einen Stützring 60 umfassen, der zwischen dem Vorspannglied 54 und der Kupplungseinrückkomponente 42 zum Stützen der mehreren Kupplungsplatten 40 angeordnet ist. Der Stützring 60 kann um die Achse A herum angeordnet sein und kann mit entweder dem Eingangsglied 20 oder dem Ausgangsglied 30 drehbar sein. Der Stützring 60 kann von den mehreren Kupplungsplatten 40 entlang der Achse A beabstandet sein, wie in 7A-7D gezeigt wird, und kann mit dem Kupplungsplattenträger 42 drehgekoppelt sein.
Bei einigen Ausführungsformen gemäß der Darstellung in 7A-7D ist das Vorspannglied 54 von der Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 und dem Kupplungsplattenträger 42 entlang der Achse A beabstandet, so dass die Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 zwischen dem Vorspannglied 54 und dem Kupplungsplattenträger 42 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Stützring 60 zwischen dem Vorspannglied 54 und den mehreren Kupplungsplatten 40 angeordnet, ist zwischen dem Vorspannglied 54 und der Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 angeordnet.
Bei weiteren Ausführungsformen gemäß der Darstellung in 7A-7D ist die Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 von dem Vorspannglied 54 und dem Kupplungsplattenträger 42 entlang der Achse A beabstandet, so dass das Vorspannglied 54 zwischen der Kupplungseinrückkomponente 42 der Eingangsnabe 34 und dem Kupplungsplattenträger 42 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Stützring 60 zwischen dem Vorspannglied 54 und der Kupplungseinrückkomponente 42 angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Vorspannglied 54 eine Bellevillefeder. Es versteht sich jedoch, dass das Vorspannglied 54 jegliche Art von Feder, darunter unter anderem eine Wellenfeder, eine Schraubenfeder und eine Kegelfeder, sein kann.
Gemäß der Darstellung in 5A-6D kann das Ausgangsglied 30 von dem Eingangsglied 20 entlang der Achse A beabstandet sein. Bei den Ausführungsformen, bei denen das Ausgangsglied 30 von dem Eingangsglied 20 entlang der Achse A beabstandet ist, kann das Eingangsglied 20 eine Welle sein und das Ausgangsglied 30 kann auch eine Welle sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Ausgangsglied 30 der einzige Ausgang des Schaltsystems 18 sein.
Es versteht sich, dass sich die Betätigungsplatte 56 bei den in 5A-6D dargestellten Ausführungsformen entlang der Achse aus der ersten Plattenstellung in die zweite Plattenstellung zur translatorischen Bewegung des Vorspannglieds 54 entlang der Achse translatorisch bewegen kann. Dabei werden die mehreren Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückten Stellung D-ENG bewegt.
Gemäß der Darstellung in 7A-7D kann das Ausgangsglied 30 von dem Eingangsglied 20 radial beabstandet und um dieses herum angeordnet sein. Bei den Ausführungsformen, bei denen das Ausgangsglied 30 von dem Eingangsglied 20 radial beabstandet und um dieses herum angeordnet ist, kann das Ausgangsglied 30 einer von mindestens zwei Ausgängen des Schaltsystems 18 sein. Ein weiterer Ausgang, bei dem es sich nicht um das Ausgangsglied 30 selbst handelt, kann das Eingangsglied 20 sein. Anders ausgedrückt kann, wenn sich die Trennvorrichtung 28 in der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 befindet oder sich die Betätigungsplatte 56 in der zweiten Plattenstellung befindet, das Eingangsglied 20 noch zur Übertragung von Drehmoment in der Lage sein. Es versteht sich, dass das Ausgangsglied 30 bei den Ausführungsformen, bei denen das Ausgangsglied 30 von dem Eingangsglied 20 radial beabstandet und um dieses herum angeordnet ist, ein Zahnrad sein kann.
Es versteht sich, dass bei den in 7A-7D dargestellten Ausführungsformen das Vorspannglied 54 um einen Schwenkpunkt des Vorspannglieds 54 schenken kann, wenn ein Bereich der Betätigungsplatte 56, der dem Eingangsglied 20 am nächsten liegt, entlang der Achse A translatorisch bewegt wird. Dabei wird ein Bereich der Betätigungsplatte 56, der am weitesten von dem Eingangsglied 20 weg liegt, von den mehreren Kupplungsplatten 40 weg bewegt, und die mehreren Kupplungsplatten 40 werden aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückte Stellung D-ENG bewegt. Es versteht sich, dass der Schwenkpunkt, an dem das Vorspannglied 54 schwenken kann, da gezeigt wird, wo der Stützring 60 und eine zusätzliche Grundplatte beide das Vorspannglied 54 berühren. Die Kontaktbereiche des Stützrings 60 und der zusätzlichen Grundplatte, an denen der Stützring 60 und/oder die zusätzliche Grundplatte das Vorspannglied 54 berührt bzw. berühren, können gegen Abrieb verhärtet sein.
Bei einigen Ausführungsformen ist die schaltbare Freilaufkupplung 26 ferner zwischen einer vierten Stellung gemäß der Darstellung in 3, in der die schaltbare Freilaufkupplung 26 konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 des Zahnradsatzes 12 von dem Eingangsglied 20 in der zweiten Drehrichtung D1 gestattet und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 des Zahnradsatzes 12 von dem Eingangsglied 20 in der ersten Drehrichtung D1 verhindert, bewegbar. Die schaltbare Freilaufkupplung 26 bei diesen Ausführungsformen wird in der Regel als eine Viermoduskupplung bezeichnet. Es versteht sich auch, dass die schaltbare Freilaufkupplung 26 auch als ein Mehrfachmoduskupplungsmodul bezeichnet werden kann. Ein Beispiel für ein Mehrfachmoduskupplungsmodul wird in US-Patent Nr. 9,151,345 (am 2. Juni 2014 eingereicht und am 6. Oktober 2015 erteilt) und 9,726,263 (am 27. Januar 2014 eingereicht und am 8. August 2017 erteilt), auf deren Offenbarungen hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird, beschrieben.
Bei den Ausführungsformen, bei denen die schaltbare Freilaufkupplung 26 zwischen einer vierten Kupplungsstellung (in 3 als O/X bezeichnet) bewegbar ist, kann das Schaltsystem 18 Regeneration des Elektromotors gestatten. Insbesondere kann das Schaltsystem 18 regeneratives Bremsen gestatten. Drehmoment kann von der ersten oder der zweiten Übersetzung 14, 16 durch die schaltbare Freilaufkupplung 26 in der vierten Kupplungsstellung O/X und/oder die Schaltanordnung zu dem Elektromotor übertragen werden. In diesem Fall kann der Elektromotor ein Generator sein, der eine Drehbewegung des Eingangsglieds 20 in elektrische Energie umwandelt.
Das Fahrzeuggetriebe kann auch eine Vorgelegewelle 62 umfassen, die von dem Eingangsglied 20 beabstandet und um die Achse A drehbar ist. Es versteht sich, dass die Vorgelegewelle 62 auch als eine Zwischenwelle 62 bezeichnet werden kann. Die schaltbare Freilaufkupplung 26 kann dazu konfiguriert sein, Drehmoment von dem Eingangsglied 20 auf die Vorgelegewelle 62 durch die erste Übersetzung 14 zu übertragen. Die Schaltanordnung 32 kann dazu konfiguriert sein, Drehmoment von dem Ausgangsglied 30 auf die Vorgelegewelle 62 durch die zweite Übersetzung 16 zu übertragen. Es versteht sich, dass das Ausgangsglied 30 eine Welle, ein Zahnrad oder sogar die Vorgelegewelle 62 selbst sein kann.
Es versteht sich, dass der Innen- und der Außenring 44, 46 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 um das Eingangsglied 20 herum angeordnet und axial darauf ausgerichtet sein können, wie in 1A und 1B gezeigt wird. Es versteht sich des Weiteren, dass bei den Ausführungsformen, bei denen der Innen- und der Außenring 44, 46 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 um das Eingangsglied 20 herum angeordnet und axial darauf ausgerichtet sind, die Schaltanordnung 32 entweder mit dem Eingangsglied 20 gemäß der Darstellung in 1A gekoppelt sein kann oder mit der Vorgelegewelle 62 gemäß der Darstellung in 1B gekoppelt sein kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der Darstellung in 2A und 2B sind der Innen- und der Außenring 44, 46 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 um die Vorgelegewelle 62 herum angeordnet und axial auf diese ausgerichtet. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das Eingangsglied 20 direkt von dem Motor zu der Schaltanordnung 32. Es versteht sich jedoch, dass das Eingangsglied 20 bei einer oder beiden der Ausführungsformen, bei denen die schaltbare Freilaufkupplung 26 um das Eingangsglied 20 oder die Vorgelegewelle 62 herum angeordnet und axial darauf ausgerichtet ist, ein Festkörper, unitär und einstückig sein kann. Es versteht sich des Weiteren, dass bei den Ausführungsformen, bei denen der Innen- und der Außenring 44, 46 der schaltbaren Freilaufkupplung 26 um die Vorgelegewelle 62 herum angeordnet und axial darauf ausgerichtet sind, die Schaltanordnung 32 entweder mit dem Eingangsglied 20 gemäß der Darstellung in 2A gekoppelt sein kann oder mit der Vorgelegewelle 62 gemäß der Darstellung in 2B gekoppelt sein kann.
Es wird auch ein Verfahren zum Betrieb des Schaltsystems 18 bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung 26 aus der ersten Kupplungsstellung X/X, in der die schaltbare Freilaufkupplung 26 konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 von dem Eingangsglied 20 in entweder der ersten Drehrichtung D1 oder der der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 gestattet, in die zweite Kupplungsstellung X/O, in der die schaltbare Freilaufkupplung 26 konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 von dem Eingangsglied 20 in der ersten Drehrichtung D1 gestattet und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 von dem Eingangsglied 20 in der zweiten Drehrichtung D2 verhindert. Der Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung 26 aus der ersten Kupplungsstellung X/X in die zweite Kupplungsstellung X/O wird durch einen Schaltplan in 3, insbesondere durch die Elemente A und B, angegeben.
Das Verfahren umfasst des Weiteren Bewegen der mehreren Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG, in der die Kupplungsplatten 40 miteinander in Eingriff stehen, in die ausgerückte Stellung D-ENG, in der die Kupplungsplatten 40 außer Eingriff miteinander stehen. Der Schritt des Bewegens der Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückte Stellung D-ENG wird durch den Schaltplan in 3, insbesondere durch Element C, angegeben.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1, in der sich die trennbare Komponente 36 der Eingangsnabe 34 mit der Trennvorrichtung 28 außer Eingriff befindet, in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2, in der die trennbare Komponente 36 der Eingangsnabe 34 mit der Trennvorrichtung 28 in Eingriff steht. Der Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 wird durch den Schaltplan in 3, insbesondere durch das Element D, angegeben.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung 26 aus der zweiten Kupplungsstellung X/O in die dritte Kupplungsstellung O/O, in der die schaltbare Freilaufkupplung 26 konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 von dem Eingangsglied 20 entweder in der ersten Drehrichtung D1 oder der zweiten Drehrichtung D2 zum Wechseln der Drehmomentübertragung von dem Eingangsglied 20 durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 zu von dem Eingangsglied 20 durch die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - 14, 16 verhindert. Der Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung 26 aus der zweiten Kupplungsstellung X/O in die dritte Kupplungsstellung O/O wird durch den Schaltplan in 3, insbesondere durch das Element F, angegeben.
Bei einer Ausführungsform geht der Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung 26 aus der ersten Kupplungsstellung X/X in die zweite Kupplungsstellung X/O dem Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückte Stellung D-ENG voraus. Darüber hinaus kann der Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückte Stellung D-ENG dem Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 vorausgehen. Auf diese Art und Weise kann die Trennvorrichtung 28 sanft mit der trennbaren Komponente 36 der Eingangsnabe 34 in Eingriff gelangen, da die Kupplungsplatten 40 in der ausgerückten Stellung D-ENG das Eingangsglied 20 von dem Ausgangsglied 30 drehentkoppeln.
Darüber hinaus kann der Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 dem Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung 26 aus der zweiten Kupplungsstellung X/O in die dritte Kupplungsstellung O/O vorausgehen. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten 40 aus der ausgerückten Stellung D-ENG in die eingerückte Stellung ENG, wie durch den Schaltplan in 3, insbesondere durch das Element E, angezeigt wird, umfassen. Anders ausgedrückt können die Kupplungsplatten 40 wieder eingerückt werden. Bei den Ausführungsformen, bei denen die Kupplungsplatten 40 normalerweise geschlossen sind, führt der Schritt des Bewegens der Kupplungsplatten 40 aus der eingerückten Stellung ENG in die ausgerückte Stellung D-ENG dazu, dass sich die Kupplungsplatten in der Ruhestellung befinden und Drehmoment durch die Schaltanordnung 32 auf die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - 14, 16 übertragen werden kann. Auf diese Art und Weise wird die Übertragung von Drehmoment durch die Schaltanordnung 32 auf die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - 14, 16 gestattet. Wie oben erörtert, kann sich die schaltbare Freilaufkupplung 26 dann dahingehend aus der zweiten Kupplungsstellung X/O in die dritte Kupplungsstellung O/O bewegen, das Eingangsglied 20 von der schaltbaren Freilaufkupplung 26 zu drehentkoppeln und eine Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 zu verhindern.
Der Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung 28 aus der ersten Trennvorrichtungsstellung DP1 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 kann dem Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten 40 aus der ausgerückten Stellung D-ENG in die eingerückte Stellung ENG vorausgehen. Anders ausgedrückt kann die Trennvorrichtung 28 mit der trennbaren Komponente 36 der Eingangsnabe 34 in Eingriff gebracht werden, bevor die Kupplungsplatten 40 wieder eingerückt werden. Durch das Wiedereinrücken der Kupplungsplatten 40 nach dem Übergang der Trennvorrichtung 28 in die zweite Trennvorrichtungsstellung DP2 werden das Eingangsglied 20 und das Ausgangsglied 30 sanft drehgekoppelt, wodurch die Übertragung von Drehmoment durch die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - 14, 16 gestattet wird. Der Schaltplan in 3 gibt durch Element A an, dass die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 gestattet wird, und durch Element G, dass die Übertragung von Drehmoment durch die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - 14, 16 gestattet wird.
Es versteht sich, dass die erste oder die zweite Übersetzung 14, 16 entweder die erste Übersetzung 14 oder die zweite Übersetzung 16 sein kann. Es versteht sich des Weiteren, dass die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - 14, 16 entweder die erste Übersetzung 14 oder die zweite Übersetzung 16 sein kann. Anders ausgedrückt kann die schaltbare Freilaufkupplung 26 dazu konfiguriert sein, Drehmoment durch die erste Übersetzung 14 zu übertragen, oder kann dazu konfiguriert sein, Drehmoment durch die zweite Übersetzung 16 zu übertragen. Die Schaltanordnung 32 kann somit dazu konfiguriert sein, Drehmoment durch die entsprechende erste Übersetzung 14 oder zweite Übersetzung 16 zu übertragen. Bei der Ausführungsform, bei der die schaltbare Freilaufkupplung 26 dazu konfiguriert ist, Drehmoment durch die erste Übersetzung 14 zu übertragen, ist die Schaltanordnung 32 dazu konfiguriert, Drehmoment durch die zweite Übersetzung 16 zu übertragen. Alternativ dazu ist bei der Ausführungsform, bei der die schaltbare Freilaufkupplung dazu konfiguriert ist, Drehmoment durch die zweite Übersetzung 16 zu übertragen, die Schaltanordnung 32 dazu konfiguriert, Drehmoment durch die erste Übersetzung 14 zu übertragen. Es versteht sich des Weiteren, dass die Drehmomentvervielfachung oder die Drehmomentreduzierung durch die erste Übersetzung 14 höher als oder niedriger als durch die zweite Übersetzung 16 sein kann.
Die Erfindung ist auf veranschaulichende Weise beschrieben worden und es ersteht sich, dass die verwendete Terminologie beschreibend und nicht als Einschränkung verstanden werden soll. Es sind angesichts der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich, und die Erfindung kann auf andere Weise als in der Beschreibung speziell angeführt in die Praxis umgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/946156 [0001]
US 63/091775 [0001]
US 9151345 [0045]
US 9726263 [0045]

Claims

Schaltsystem für ein Fahrzeuggetriebe, das einen Zahnradsatz mit einer ersten Übersetzung und einer von der ersten Übersetzung verschiedenen zweiten Übersetzung aufweist, wobei das Schaltsystem Folgendes umfasst: ein Eingangsglied, das sich entlang einer Achse zwischen einem ersten Ende und einem von dem ersten Ende beabstandeten zweiten Ende erstreckt, wobei das Eingangsglied um die Achse drehbar ist; eine schaltbare Freilaufkupplung, die mit dem Eingangsglied drehgekoppelt ist, wobei die schaltbare Freilaufkupplung zwischen folgenden bewegbar ist: einer ersten Kupplungsstellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in entweder einer ersten Drehrichtung oder einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gestattet; einer zweiten Kupplungsstellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in der ersten Drehrichtung gestattet und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in der zweiten Drehrichtung verhindert; und einer dritten Kupplungsstellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in entweder der ersten Drehrichtung oder der zweiten Drehrichtung verhindert; eine Trennvorrichtung, die mit dem Eingangsglied gekoppelt und zwischen einer ersten Trennvorrichtungsstellung und einer zweiten Trennvorrichtungsstellung bewegbar ist; ein Ausgangsglied, das von dem Eingangsglied beabstandet ist, wobei das Ausgangsglied selektiv dahingehend mit dem Eingangsglied um die Achse drehbar ist, Drehmoment selektiv durch die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - des Zahnradsatzes zu übertragen; und eine Schaltanordnung zum selektiven Drehkoppeln des Eingangsglieds und des Ausgangsglieds, wobei die Schaltanordnung Folgendes umfasst: eine Eingangsnabe, die mit dem Eingangsglied gekoppelt ist, wobei die Eingangsnabe eine trennbare Komponente, die in die Trennvorrichtung einrückbar ist, aufweist, wobei die trennbare Komponente der Eingangsnabe aus der Trennvorrichtung ausgerückt ist, wenn sich die Trennvorrichtung in der ersten Trennvorrichtungsstellung befindet, und wobei die trennbare Komponente der Eingangsnabe in die Trennvorrichtung eingerückt ist, wenn sich die Trennvorrichtung in der zweiten Trennvorrichtungsstellung befindet, und wobei die Eingangsnabe eine Kupplungseinrückkomponente aufweist; mehrere Kupplungsplatten, die mit der Kupplungseinrückkomponente der Eingangsnabe gekoppelt sind, wobei die mehreren Kupplungsplatten zwischen einer eingerückten Stellung, in der die Kupplungsplatten miteinander in Eingriff stehen, und einer ausgerückten Stellung, in der sich die Kupplungsplatten außer Eingriff miteinander befinden, bewegbar sind; und einen Kupplungsplattenträger, der mit den mehreren Kupplungsplatten und mit dem Ausgangsglied zur Übertragung von Drehmoment von der Kupplungseinrückkomponente der Eingangsnabe, durch die mehreren Kupplungsplatten und den Kupplungsplattenträger, auf das Ausgangsglied gekoppelt ist.
Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei die schaltbare Freilaufkupplung einen Innenring und einen Außenring, der um den Innenring herum angeordnet ist, aufweist.
Schaltsystem nach Anspruch 2, wobei der Innen- und der Außenring der schaltbaren Freilaufkupplung um das Eingangsglied herum angeordnet und axial darauf ausgerichtet sind.
Schaltsystem nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei der Innenring der schaltbaren Freilaufkupplung mit dem Eingangsglied drehgekoppelt ist.
Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die schaltbare Freilaufkupplung mindestens eine Sperrklinke aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist.
Schaltsystem nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Sperrklinke ferner als mehrere Sperrklinken, die über den Umfang hinweg voneinander beabstandet sind, definiert ist und wobei die schaltbare Freilaufkupplung ferner einen Aktuatorring umfasst, der dahingehend mit den mehreren Sperrklinken gekoppelt ist, den Innen- und den Außenring selektiv drehbar miteinander zu verriegeln.
Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltanordnung ferner ein Vorspannglied umfasst, das dahingehend mit den mehreren Kupplungsplatten gekoppelt ist, die mehreren Kupplungsplatten in die eingerückte Stellung vorzuspannen.
Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die schaltbare Freilaufkupplung ferner zwischen einer vierten Stellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in der zweiten Drehrichtung gestattet und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung des Zahnradsatzes von dem Eingangsglied in der ersten Drehrichtung verhindert, bewegbar ist.
Fahrzeuggetriebe, das das Schaltsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Fahrzeuggetriebe ferner den Zahnradsatz, der die erste Übersetzung und die zweite Übersetzung, die sich von der ersten Übersetzung unterscheidet, umfasst, umfasst.
Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 9, das ferner eine Vorgelegewelle umfasst, die von dem Eingangsglied beabstandet und um die Achse drehbar ist, wobei die schaltbare Freilaufkupplung dazu konfiguriert ist, Drehmoment von dem Eingangsglied auf die Vorgelegewelle durch die erste Übersetzung zu übertragen.
Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 10, wobei der Innen- und der Außenring der schaltbaren Freilaufkupplung um die Vorgelegewelle herum angeordnet und axial auf diese ausgerichtet sind.
Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei die Schaltanordnung dazu konfiguriert ist, Drehmoment von dem Ausgangsglied auf die Vorgelegewelle durch die zweite Übersetzung zu übertragen.
Verfahren zum Betrieb des Schaltsystems nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bewegen der schaltbaren Freilaufkupplung aus einer ersten Kupplungsstellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung von dem Eingangsglied in entweder einer ersten Drehrichtung oder einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gestattet, in eine zweite Kupplungsstellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung von dem Eingangsglied in der ersten Drehrichtung gestattet und die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung von dem Eingangsglied in der zweiten Drehrichtung verhindert; Bewegen der mehreren Kupplungsplatten aus einer eingerückten Stellung, in der die Kupplungsplatten miteinander in Eingriff stehen, in eine ausgerückte Stellung, in der sich die Kupplungsplatten außer Eingriff miteinander befinden; Bewegen der Trennvorrichtung aus einer ersten Trennvorrichtungsstellung, in der sich die trennbare Komponente der Eingangsnabe außer Eingriff mit der Trennvorrichtung befindet, in eine zweite Trennvorrichtungsstellung, in der die trennbare Komponente der Eingangsnabe mit der Trennvorrichtung in Eingriff steht; und Bewegen der schaltbaren Freilaufkupplung aus der zweiten Kupplungsstellung in eine dritte Kupplungsstellung, in der die schaltbare Freilaufkupplung konfigurationsgemäß die Übertragung von Drehmoment durch die erste oder die zweite Übersetzung von dem Eingangsglied in entweder der ersten Drehrichtung oder der zweiten Drehrichtung zum Wechseln der Drehmomentübertragung von dem Eingangsglied durch die erste oder die zweite Übersetzung zu von dem Eingangsglied durch die jeweils andere Übersetzung - die erste oder die zweite - verhindert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung aus der ersten Kupplungsstellung in die zweite Kupplungsstellung dem Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung vorausgeht; wobei optional der Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten aus der eingerückten Stellung in die ausgerückte Stellung dem Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung aus der ersten Trennvorrichtungsstellung in die zweite Trennvorrichtungsstellung vorausgeht; wobei optional der Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung aus der ersten Trennvorrichtungsstellung in die zweite Trennvorrichtungsstellung dem Schritt des Bewegens der schaltbaren Freilaufkupplung aus der zweiten Kupplungsstellung in die dritte Kupplungsstellung vorausgeht; und wobei optional das Verfahren ferner den Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung umfasst, wobei der Schritt des Bewegens der Trennvorrichtung aus der ersten Trennvorrichtungsstellung in die zweite Trennvorrichtungsstellung optional dem Schritt des Bewegens der mehreren Kupplungsplatten aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung vorausgeht.