DE112008001182T5

DE112008001182T5 - Getriebe mit breiter Übersetzung und vier Planetenradsätzen und vier Bremsen

Info

Publication number: DE112008001182T5
Application number: DE112008001182T
Authority: DE
Inventors: Madhusudan West Bloomfield Raghavan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2010-06-02
Also published as: US7524259B2; WO2009048649A2; WO2009048649A3; CN101688589A; US20080274853A1

Abstract

Mehrganggetriebe, umfassend:
eine Antriebswelle;
eine Abtriebswelle;
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen;
wobei die Antriebswelle ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden ist, und die Abtriebswelle ständig mit einem anderen Element der Planetenradsätze verbunden ist;
ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet;
ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet;
ein drittes Verbindungselement, das das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet;
einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der das erste Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Familie von Lastschaltgetrieben, die vier Planetenradsätze aufweisen, die durch sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen gesteuert werden, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Personenkraftwagen umfassen einen Antriebsstrang, der aus einem Motor, einem Mehrganggetriebe und einem Differential- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass der Motor seinen Drehmomentbereich mehrmals durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen, die in dem Getriebe verfügbar ist, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Drehmomentbereich des Motors wiederholt durchlaufen werden kann. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den Gesamtdrehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher einen relativ großen Motor, der einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass der Motor während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der Punkt mit der höchsten Wirtschaftlichkeit war. Daher waren von Hand geschaltete Getriebe (Vorgelegewellengetriebe) am beliebtesten.
Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden (Planetenrad-)Getriebes bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen Übersetzungsverhältnissen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Gangwechsel für den Bediener bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.
Sechsganggetriebe bieten mehrere Vorteile gegenüber Vier- und Fünfganggetrieben, die eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit einschließen. Während viele Lkw Lastschaltgetriebe mit sechs oder mehr Vorwärtsgängen anwenden, werden Pkw aufgrund der Größe und Komplexität dieser Getriebe noch mit Drei- und Viergang-Automatikgetrieben und relativ wenigen Fünf- oder Sechsgangeinrichtungen hergestellt.
Sieben-, Acht- und Neunganggetriebe bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Sechsganggetrieben. Wie bei den oben diskutierten Sechsganggetrieben ist jedoch die Entwicklung von Sieben-, Acht- und Neunganggetrieben aufgrund der Komplexität, Größe und Kosten verhindert worden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Familie von Getrieben bereitzustellen, die vier Planetenradsätze aufweisen, die gesteuert werden, um zumindest acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Die Familie von elektrisch verstellbaren Getrieben der vorliegenden Erfindung weist vier Planetenradsätze auf, von denen jeder ein erstes, zweites und drittes Element aufweist, wobei die Elemente in beliebiger Reihenfolge ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder eine Planetenträgeranordnung umfassen können.
Bei dem Verweis auf den ersten, zweiten, dritten und vierten Zahnradsatz in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen können diese Sätze in den Zeichnungen in beliebiger Reihenfolge mit ”erster” bis ”vierter” gezählt werden (d. h. von links nach rechts, von rechts nach links usw.). Zusätzlich können das erste, zweite oder dritte Element jedes Zahnradsatzes in den Zeichnungen für jeden Zahnradsatz in beliebiger Reihenfolge mit ”erstes” bis ”drittes” gezählt sein (d. h. von oben nach unten, von unten nach oben usw.).
Jeder Träger kann entweder ein Einzelplanetenträger (einfach) oder ein Doppelplanetenträger (zusammengesetzt) sein. Es sind auch Ausführungsformen mit langen Planeten möglich.
Ein erstes Verbindungselement verbindet das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
Ein zweites Verbindungselement verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes.
Ein drittes Verbindungselement verbindet das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes.
Das Antriebselement ist ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden. Das Abtriebselement ist ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet das erste Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist.
Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist.
Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet das dritte Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist.
Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet das erste Verbindungselement selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse/Getriebekasten).
Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet das zweite Verbindungselement selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse/Getriebekasten).
Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet das dritte Verbindungselement selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse/Getriebekasten).
Eine siebte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet ein Element des vierten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse/Getriebekasten).
Die sieben Drehmomentübertragungsmechanismen sind selektiv in Kombinationen von zweien einrückbar, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zu erzielen.
Eine Vielfalt von Gängen oder Drehzahlverhältnissen und Verhältnisspreizungen kann durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
Die obigen Merkmale und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Planetengetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst; und
1b ist eine Wahrheitstabelle und ein Schaubild, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1a ein Antriebsstrang 10 gezeigt, der einen herkömmlichen Motor und Drehmomentwandler 12, ein Planetengetriebe 14 und einen herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 aufweist. Der Motor 12 kann unter Verwendung verschiedener Arten von Kraftstoff beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer besonderen Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Dimethylether usw. umfassen.
Das Planetengetriebe 14 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit dem Motor 12 verbunden ist, eine Planetenradanordnung 18 und ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung 18 umfasst vier Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 27, die drehbar an einem Träger 29 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 22 als auch dem Hohlrad 24 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und eine Planetenträgeranordnung 36. Die Planetenträgeranordnung 36 umfasst mehrere Planetenräder 37, die drehbar an einem Träger 39 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 34 als auch dem Sonnenrad 32 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und eine Planetenträgeranordnung 46. Die Planetenträgeranordnung 46 umfasst mehrere Planetenräder 47, die an einem Träger 49 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch dem Sonnenrad 42 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 50 umfasst ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und eine Planetenträgeranordnung 56. Die Planetenträgeranordnung 56 umfasst mehrere Planetenräder 57, die an einem Träger 59 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 54 als auch dem Sonnenrad 52 angeordnet sind.
Die Planetenradanordnung umfasst auch sieben Drehmomentübertragungsmechanismen 80, 82, 84, 85, 86, 87 und 88. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 80, 82 und 84 sind Drehmomentübertragungsmechanismen vom rotierenden Typ, die üblicherweise Kupplungen genannt werden. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 85, 86, 87 und 88 sind Drehmomentübertragungsmechanismen vom feststehenden Typ, die üblicherweise Bremsen oder Reaktionskupplungen genannt werden.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 verbunden. Das erste Verbindungselement 70 verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Träger 36 des Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 und mit dem Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 50. Ein drittes Verbindungselement 74 verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Träger 46 des Planetenradsatzes 40 und mit dem Träger 56 des Planetenradsatzes 50.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 80, verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 und den Träger 36 des Planetenradsatzes 30 über das Verbindungselement 70 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 82, verbindet das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30, den Träger 46 des Planetenradsatzes 40 und den Träger 56 des Planetenradsatzes 50 über das Verbindungselement 74 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 85, verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 und den Träger 36 des Planetenradsatzes 30 über das Verbindungselement 70 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 86, verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20, das Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 und das Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 50 über das Verbindungselement 72 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 87, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30, den Träger 46 des Planetenradsatzes 40 und den Träger 56 des Planetenradsatzes 50 über das Verbindungselement 74 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine siebte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 88, verbindet das Hohlrad 54 des Planetenradsatzes 50 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60.
Wie es in 1b und insbesondere in der darin offenbarten Wahrheitstabelle gezeigt ist, werden die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv in Kombinationen von zweien in Eingriff gebracht, um zumindest acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Der Rückwärtsgang (RÜCKWÄRTS) wird mit dem Eingriff der Kupplung 84 und der Bremse 85 hergestellt. Die Kupplung 84 bringt das Hohlrad 34, den Träger 46 und den Träger 56 über das Verbindungselement 74 mit dem Sonnenrad 42 in Eingriff, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Die Bremse 85 bringt den Träger 26 und den Träger 36 über das Verbindungselement 70 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 34, die Planetenradsätze 40 und 50 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Immer dann, wenn zwei Elemente eines Planetenradsatzes mit der gleichen Drehzahl rotieren, rotiert der gesamte Planetenradsatz mit der gleichen Drehzahl, wie es Fachleute verstehen. Der Träger 26 und der Träger 36 rotieren nicht. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des Rückwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/-Sonnenrad-Zähneverhältnisse des Planetenradsatzes 20 bestimmt.
Der erste Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Bremsen 85 und 87 hergestellt. Die Bremse 85 bringt den Träger 26 und den Träger 36 über das Verbindungselement 70 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Die Bremse 87 bringt das Hohlrad 34, den Träger 46 und den Träger 56 über das Verbindungselement 74 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Das Sonnenrad 42 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Hohlrad 34, der Träger 46 und der Träger 56 rotieren nicht. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 44 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Der Träger 26 und der Träger 36 rotieren nicht. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des ersten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20 und 40 bestimmt.
Der zweite Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Bremsen 85 und 88 hergestellt. Die Bremse 85 bringt den Träger 26 und den Träger 36 über das Verbindungselement 70 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Die Bremse 88 bringt das Hohlrad 54 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Das Sonnenrad 42 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Hohlrad 34, der Träger 46 und der Träger 56 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Trägers 46 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42, der Drehzahl des Hohlrads 44 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Das Hohlrad 54 rotiert nicht. Die Drehzahl des Sonnenrads 52 wird von der Drehzahl des Trägers 56 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 50 bestimmt. Der Träger 26 und der Träger 36 rotieren nicht. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des zweiten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 40 und 50 bestimmt.
Der dritte Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Kupplung 82 und der Bremse 85 hergestellt. Die Kupplung 82 bringt das Sonnenrad 32 mit dem Sonnenrad 42 in Eingriff, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Die Bremse 85 bringt den Träger 26 und den Träger 36 über das Verbindungselement 70 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Das Sonnenrad 32 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Hohlrad 34, der Träger 46 und der Träger 56 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 44 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42, der Drehzahl des Trägers 46 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Der Träger 26 und der Träger 36 rotieren nicht. Die Drehzahl des Hohlrads 34 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 32 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des dritten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der vierte Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Kupplung 82 und der Bremse 87 hergestellt. Die Kupplung 82 bringt das Sonnenrad 32 mit dem Sonnenrad 42 in Eingriff, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Die Bremse 87 bringt das Hohlrad 34, den Träger 46 und den Träger 56 über das Verbindungselement 74 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Das Sonnenrad 32 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Hohlrad 34, der Trä ger 46 und der Träger 56 rotieren nicht. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 44 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42, der Drehzahl des Trägers 46 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Der Träger 26 und der Träger 36 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Trägers 36 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 32 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Sonnenrads 22, der Drehzahl des Trägers 26 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des vierten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der fünfte Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Kupplung 82 und der Bremse 86 hergestellt. Die Kupplung 82 bringt das Sonnenrad 32 mit dem Sonnenrad 42 in Eingriff, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Die Bremse 86 bringt das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 über das Verbindungselement 72 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Das Sonnenrad 32 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren nicht. Das Hohlrad 34, der Träger 46 und der Träger 56 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Trägers 46 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Der Träger 26 und der Träger 36 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Trägers 36 wird von der Drehzahl des Hohlrads 34, der Drehzahl des Sonnenrads 32 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Trägers 26 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des fünften Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der sechste Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Kupplungen 80 und 82 hergestellt. In dieser Konfiguration ist das Antriebselement 17 direkt mit dem Abtriebselement 19 verbunden. Der Zahlenwert des neunten Vorwärtsgangs beträgt 1.
Der siebte Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Kupplung 80 und der Bremse 86 hergestellt. Die Kupplung 80 bringt den Träger 26 und den Träger 36 über das Verbindungselement 70 mit dem Sonnenrad 42 in Eingriff, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Die Bremse 86 bringt das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 über das Verbindungselement 72 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Der Träger 26, der Träger 36 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren nicht. Das Hohlrad 34, der Träger 46 und der Träger 56 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Trägers 46 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Trägers 26 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des siebten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohl rad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20 und 40 bestimmt.
Der achte Vorwärtsgang wird mit dem Eingriff der Kupplung 80 und der Bremse 87 hergestellt. Die Kupplung 80 bringt den Träger 26 und den Träger 36 über das Verbindungselement 70 mit dem Sonnenrad 42 in Eingriff, das ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist. Die Bremse 87 bringt das Hohlrad 34, den Träger 46 und den Träger 56 über das Verbindungselement 74 mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Der Träger 26, der Träger 36 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Hohlrad 34, der Träger 46 und der Träger 56 rotieren nicht. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 52 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 44 wird von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt. Das Hohlrad 24 und das Abtriebselement 19 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Die Drehzahl des Hohlrads 24, und somit des Abtriebselements 19, wird von der Drehzahl des Trägers 26 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Der Zahlenwert des achten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20 und 40 bestimmt.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungsmechanismen in der Wahrheitstabelle von 1b gezeigt. Diese Wahrheitstabelle liefert auch ein Beispiel von Gängen, die unter Verwendung der beispielhaft in 1b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/S_R1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20; der N_R2/S_R2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30; der N_R3/S_R3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40; und der N_R4/S_R4-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 50. Das Schaubild von 1b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen für die Einrückungspläne des oben beschriebenen Getriebes erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgang 1,65, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang (RÜCKWÄRTS) und dem ersten Vorwärtsgang –0,59 beträgt.
Der Antriebsstrang 10 kann sich Bauteile mit einem Hybridfahrzeug teilen, und eine derartige Kombination kann in einem ”Ladungsentleerungsmodus” betrieben werden. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ist ein ”Ladungsentleerungsmodus” ein Modus, bei dem das Fahrzeug primär durch einen Elektromotor/Generator mit Leistung beaufschlagt wird, so dass eine Batterie entleert oder nahezu entleert ist, wenn das Fahrzeug sein Ziel erreicht. Mit anderen Worten wird der Motor 12 während des Ladungsentleerungsmodus nur bis zu dem Ausmaß betrieben, das notwendig ist, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht vor Erreichen des Ziels entleert ist. Ein herkömmliches Hybridfahrzeug arbeitet in einem ”Ladungshaltemodus”, bei dem, wenn das Batterieladeniveau unter ein vorbestimmtes Niveau (z. B. 25%) abfällt, der Motor automatisch laufen gelassen wird, um die Batterie wieder aufzuladen. Indem das Hybridfahrzeug in einem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, kann es daher etwas oder den gesamten Kraftstoff einsparen, der ansonsten verbraucht werden würde, um das Batterieladeniveau von 25% in einem herkömmlichen Hybridfahrzeug aufrechtzuerhalten. Es ist festzustellen, dass ein Hybridfahrzeug-Antriebsstrang bevorzugt nur dann in dem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, wenn die Batterie nach Erreichen des Ziels wieder aufgeladen werden kann, indem sie an eine Energiequelle angeschlossen wird.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
Zusammenfassung
Das Getriebe weist mehrere Elemente auf, die in Antriebssträngen benutzt werden können, um zumindest acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen. Das Getriebe umfasst vier Planetenradsätze mit sieben Drehmomentübertragungsmechanismen und drei festen Verbindungen. Der Antriebsstrang umfasst einen Motor und Drehmomentwandler, der ständig mit zumindest einem der Planetenradelemente verbunden ist, und ein Abtriebselement, das ständig mit einem anderen der Planetenradelemente verbunden ist. Die sieben Drehmomentübertragungsmechanismen stellen Verbindungen zwischen verschiedenen Zahnradelementen und mit dem Getriebegehäuse bereit und werden in Kombinationen von zweien betrieben, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang herzustellen.

Claims

Mehrganggetriebe, umfassend: eine Antriebswelle; eine Abtriebswelle; einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei die Antriebswelle ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden ist, und die Abtriebswelle ständig mit einem anderen Element der Planetenradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der das erste Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, verbindet; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Ele ment des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, verbindet; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der das dritte Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, verbindet; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der das erste Verbindungselement selektiv mit einem feststehenden Element verbindet; einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus, der das zweite Verbindungselement selektiv mit dem feststehenden Element verbindet; einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus, der das dritte Verbindungselement selektiv mit dem feststehenden Element verbindet; einen siebten Drehmomentübertragungsmechanismus, der ein Element des vierten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet; wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen in Kombinationen von zweien eingerückt sind, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungsmechanismus Kupplungen umfassen und der vierte, fünfte, sechste und siebte Drehmomentübertragungsmechanismus Bremsen umfassen.
Mehrganggetriebe, umfassend: eine Antriebswelle; eine Abtriebswelle; eine Planetenradanordnung mit einem ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, wobei jeder Planetenradsatz ein erstes, zweites und drittes Element aufweist; wobei die Antriebswelle ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden ist, und die Abtriebswelle ständig mit einem anderen Element der Planetenradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet; und sieben Drehmomentübertragungsmechanismen zum selektiven Verbinden der Elemente der Planetenradsätze mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze, wobei die sieben Drehmomentübertragungsmechanismen in Kombinationen von zweien in Eingriff stehen, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.
Getriebe nach Anspruch 3, wobei ein erster der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um das erste Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 4, wobei ein zweiter der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei ein dritter der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um das dritte Verbindungselement selektiv mit einem Element des ersten, zweiten, dritten oder vierten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei ein vierter der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um das erste Verbindungselement selektiv mit einem feststehenden Element zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 7, wobei ein fünfter der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um das zweite Verbindungselement selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 8, wobei ein sechster der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um das dritte Verbindungselement selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 9, wobei ein siebter der sieben Drehmomentübertragungsmechanismen betreibbar ist, um ein Element des vierten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.