DE112009001770B4

DE112009001770B4 - Vorderradantrieb-Automatikgetriebe mit einer auswählbaren Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE112009001770B4
Application number: DE112009001770.3T
Authority: DE
Inventors: Farzad Samie; Andrew L. Bartos; Chunhao J. Lee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: CN102105714A; DE112009001770T5; CN102105714B; WO2010011479A3; US8202198B2; WO2010011479A2; US20100022342A1

Abstract

Vorderradantrieb-Fahrzeug (10), das umfasst:ein Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) mit drei Zahnradsätzen (G1-G3) und fünf Kupplungen (C1-C4, 16), wobei die fünf Kupplungen (C1-C4, 16) eine auswählbare Freilaufkupplung (16) mit zwei Modi mit einem Antriebselement (26) und einem stationären Element umfassen, wobei die fünf Kupplungen (C1-C4, 16) selektiv eingerückt werden können, um Elemente der drei Zahnradsätze (G1-G3) mit dem stationären Element zu verbinden, um dadurch einen Rückwärtsgang, einen ersten Gang zum Maschinenbremsen, einen manuellen niedrigen Gang, einen anderen ersten Gang und fünf hohe Vorwärtsgänge zu ermöglichen;eine Druckfluidquelle; undeine Ventilkörperanordnung (22) mit einem integrierten Steuermechanismus (24), der zum Steuern der Freilaufkupplung (16) betreibbar ist, um dadurch zwischen den zwei Modi der Freilaufkupplung (16) auszuwählen, wobei der Steuermechanismus (24) umfasst:eine erste Bohrung (58) und eine zweite Bohrung (59), wobei die erste Bohrung (58) mit der Druckfluidquelle in Fluidverbindung steht;einen Anwendungskolben (66), der innerhalb der ersten Bohrung (28) angeordnet ist und darin beweglich ist;eine Rückstellfeder (76), die innerhalb der zweiten Bohrung (59) angeordnet ist und darin zusammendrückbar ist;ein Aktuatorgestänge (50) in kontinuierlichem Kontakt mit dem Anwendungskolben (66) und der Rückstellfeder (76); undeinen Schalthebel (40), der mit jeder der Freilaufkupplung (16) und des Aktuatorgestänges (50) wirksam verbunden ist, wobei der Schalthebel (40) zum Auswählen zwischen den zwei Modi der Freilaufkupplung (16) in Ansprechen auf eine Bewegungsrichtung des Anwendungskolbens (66) betreibbar ist;wobei die Druckfluidquelle den Anwendungskolben (66) und das Aktuatorgestänge (50) in einer Richtung bewegt, um dadurch das Antriebselement (26) am stationären Element zu verriegeln und dadurch entweder den ersten Gang zum Maschinenbremsen, den Rückwärtsgang oder den manuellen niedrigen Gang auszuwählen; undwobei die Rückstellfeder (76) den Anwendungskolben (66) und das Aktuatorgestänge (50) in einer anderen Richtung bewegt, um das Antriebselement (26) während entweder des ersten Gangs oder der fünf hohen Vorwärtsgänge vom stationären Element zu entriegeln.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sechsgang-Vorderradan-trieb-Automatikgetriebe für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug mit einer auswählbaren Freilaufkupplung, die in einem oder mehreren vorbestimmten Betriebsmodi selektiv eingerückt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei an dieser Stelle vorab auf die Druckschriften EP 1 544 508 A2 , WO 2007/ 033 327 A2 , JP 2003- 278 797 A , US 6 290 044 B1 und US 2007 / 0 184 933 A1 verwiesen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In bestimmten Vorderradantrieb-Fahrzeuggetrieben für Vorderradantrieb-Fahrzeuge wie z. B. in einem Sechsgang-Automatikgetriebe für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug des auf dem Fachgebiet bekannten Typs mit drei Zahnradsätzen und fünf Drehmomentübertragungselementen oder Kupplungen kann eine der fünf Kupplungen in einem Betriebsmodus des ersten Gangs zum Maschinenbremsen, einem manuellen niedrigen und einem Umkehrgetriebe-Betriebsmodus angewendet werden. Eine solche Kupplung wird daher funktional als „niedrige und Rückwärtskupplung“ bezeichnet und wird selektiv eingerückt oder ausgerückt, um die vorstehend aufgelisteten Betriebsmodi zu ermöglichen. Das Eingangselement der niedrigen und Rückwärtskupplung kann auch selektiv mit einer herkömmlichen Freilaufkupplung verbunden werden, um selektiv eine relative Drehung von Elementen von zwei der Zahnradsätze des Getriebes zu verhindern, wenn sie eingerückt ist.
In allen anderen Vorwärtsgängen, d. h. im zweiten bis sechsten Gang im vorstehend erwähnten herkömmlichen Sechsgang-Automatikgetriebe für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug, wirkt das Reaktionsdrehmoment aufgrund der Anwendung oder des Einrückens von einer oder mehreren der vier anderen Kupplungen im Getriebe nicht auf die Freilaufkupplung. Folglich dreht sich die Freilaufkupplung frei oder „läuft frei“, das heißt, wobei eine relative Bewegung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangselement der niedrigen und Rückwärtskupplung vorhanden ist. Überdies nimmt die relative Drehzahl einer solchen Drehung gewöhnlich mit jedem aufeinander folgenden Gangwechsel zu.
Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann eine ausgerückte Mehrplattenkupplung Widerstands- oder Drehverluste erzeugen, sobald eine relative Bewegung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangselement der Mehrplattenkupplung vorhanden ist. Die Drehverluste können wiederum die Kraftstoffsparsamkeit verringern. Da die niedrige und Rückwärtskupplung in allen Vorwärtsgängen des vorstehend beschriebenen Getriebes für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug abgesehen vom ersten Gang zum Maschinenbremsen und manuellen niedrigen Gang ausgerückt ist und da die meiste Zeit ein solches Getriebe in einem von diesen Vorwärtsgangübersetzungsverhältnissen arbeitet, tritt eine mäßige, aber messbare Menge des Drehverlusts auf, wenn die niedrige und Rückwärtskupplung ausgerückt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich wird ein Vorderradantrieb-Fahrzeug (FWD-Fahrzeug) mit einem Sechsgang-Automatikgetriebe für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug geschaffen. Das Getriebe umfasst fünf Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen und drei Zahnradsätze. Das Getriebe umfasst eine Ventilkörperanordnung (VBA) und eine auswählbare Freilaufkupplung (SOWC) mit zwei Modi als eine der fünf Kupplungen. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ersetzt die Freilaufkupplung die niedrige und Rückwärtskupplung und die vorstehend beschriebene herkömmliche Freilaufkupplung, während eine herkömmliche Ventilkörperanordnung so modifiziert ist, dass sie einen Freilaufkupplung-Steuermechanismus umfasst, der dazu ausgelegt ist, zwischen den zwei Modi der Freilaufkupplung, vorwärts und rückwärts, im ersten Gang zum Maschinenbremsen, im Rückwärtsgang und in einem manuellen niedrigen Getriebegang auszuwählen.
Wenn ein Getriebesteueralgorithmus einen Moduswechsel oder ein Schalten in einen des ersten Gangs zum Maschinenbremsen, des Rückwärtsgangs oder des manuellen niedrigen Gangs befiehlt oder signalisiert, tritt Druckfluid in die Kolbenbohrung ein. Der Kolben bewegt sich von der Oberseite der Kolbenbohrung zur Unterseite der Kolbenbohrung, wobei somit die Rückstellfeder zusammengedrückt wird und gleichzeitig der Aktuatormechanismus in die zweite Position bewegt wird. Wenn der Getriebealgorithmus einen Moduswechsel oder ein Schalten in einen des zweiten bis sechsten Gangs und des ersten Gangs, der vom manuellen niedrigen Gang und Gang zum Maschinenbremsen verschieden ist, befiehlt oder signalisiert, tritt Druckfluid aus der Kolbenbohrung aus und die Rückstellfeder bewegt den Kolben zur Oberseite der Kolbenbohrung.
Die Ventilkörperanordnung ist auf der Seite der Drehmomentelemente des Getriebes angeordnet und ist auf eine Quer- oder Seitenfläche des Getriebegehäuses ausgerichtet und daran befestigt. Der Steuermechanismusabschnitt der Ventilkörperanordnung umfasst ein Bohrungsgehäuse an oder innerhalb einer Seitenfläche der Ventilkörperanordnung , wobei das Bohrungsgehäuse eine Kolbenbohrung sowie eine Federbohrung definiert. Die Kolbenbohrung enthält einen hydraulisch betätigten Kolben, dessen Bewegung schließlich einen verbundenen Aktuatormechanismus oder ein verbundenes Aktuatorgestänge bewegt, der/das die Drehbewegung einer Wählplatte innerhalb der Freilaufkupplung steuert. Die Mittellinie der Kolbenbohrung ist zur Drehachse des Getriebes senkrecht und ist idealerweise in derselben Ebene wie der Drehbogen der Wählplatte der Freilaufkupplung angeordnet, obwohl andere planare Konfigurationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung auch verwendbar sind.
Der Kolben steht mit dem Aktuatorgestänge in kontinuierlichem Kontakt oder ist damit verbunden, das als Platte, Stange oder irgendein anderes geeignetes Gestänge konfiguriert sein kann. Das Aktuatorgestänge rückt die Wählplatte der Freilaufkupplung durch Halten oder Einrücken eines Schalthebels ein, der an der Wählplatte befestigt ist oder der ein Anhang davon ist. Eine Energiespeichervorrichtung wie z. B. eine Druckfeder oder eine andere Gestaltung einer Rückstellfeder übt eine Rückstell-/Vorbelastungskraft auf den Kolben aus, um den Kolben in eine erste Position vorzubelasten, wobei der Fluiddruck auf die Ventilkörperanordnung den Kolben in eine zweite Position bewegt. Die erste Position entspricht einer ersten Winkelposition der Wählplatte der Freilaufkupplung, die nur während eines oder mehrerer vorbestimmter Vorwärtsbetriebsmodi, d. h. des anderen ersten bis sechsten Gangs als des ersten Gangs zum Maschinenbremsen und des manuellen niedrigen Gangs, aufrechterhalten wird. Die zweite entspricht einer zweiten Winkelposition der Wählplatte, die nur während eines oder mehrerer anderer Betriebsmodi, d. h. des ersten Gangs zum Maschinenbremsen, des Rückwärtsgangs und des manuellen niedrigen Gangs, aufrechterhalten wird.
Ein Verfahren zum Verringern von Drehverlusten in einem Sechsgang-Automatikgetriebe für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug wird auch geschaffen. Das Getriebe weist eine Freilaufkupplung auf, die über einen Auswahlmechanismus gesteuert wird, der in die Ventilkörperanordnung integriert ist, wobei die Freilaufkupplung die herkömmliche niedrige und Rückwärtskupplungsanordnung und Freilaufkupplung ersetzt. Das Verfahren umfasst das Detektieren, Erfassen oder anderweitige Bestimmen eines Schaltbefehls, der ein angefordertes Schalten des Getriebes in einen Rückwärtsgang, einen Gang zum Maschinenbremsen oder einen manuellen niedrigen Gang signalisiert, und das Einlassen von Druckfluid in die vorstehend beschriebene Ventilkörperanordnung in Ansprechen auf den Schaltbefehl. Druckfluid bewegt den Kolben in einer Richtung und bewegt folglich den Schalthebel der Freilaufkupplung, um ein Antriebselement des Getriebes an einem stationären Element zu verriegeln. In dieser Weise werden Drehverluste im Getriebe verringert.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung;
2 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Sechsgang-Automatikgetriebes für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug gemäß der Erfindung;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Getriebes von 2 in auseinandergezogener Anordnung;
4 ist eine aufgeschnittene Ansicht eines Abschnitts des Getriebes von 2 und 3; und
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Steuermechanismus, der bei dem Getriebe von 2-4 verwendbar ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Figuren, in denen sich in allen verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Komponenten beziehen und beginnend mit 1, umfasst ein Fahrzeug 10 eine Maschine (E) 12 wie z. B. eine Benzin-, Diesel- oder Alternativkraftstoff-Brennkraftmaschine, obwohl andere Leistungsquellen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung verwendet werden können. Die Maschine 12 könnte beispielsweise auch oder alternativ als Brennstoffzellen- oder Batterie-betriebener Elektromotor oder andere alternative Leistungsquelle zur herkömmlichen Brennkraftmaschine konfiguriert sein. Die Maschine 12 ist mit einem Automatikgetriebe (T) 14 über ein Eingangselement oder eine Eingangswelle 11 verbunden. Das Getriebe 14 überträgt eine Drehkraft oder ein Drehmoment auf ein Ausgangselement oder eine Ausgangswelle 13, die schließlich das Fahrzeug 10 über einen Satz von Laufrädern 17 antreibt.
Mit Bezug auf 2 weist das Getriebe 14 drei Zahnradsätze auf, die in 2 der Deutlichkeit halber als G1, G2 und G3 bezeichnet sind. Das Getriebe 14 weist auch fünf Kupplungen auf, von denen vier der Deutlichkeit halber als C1-C4 bezeichnet sind, wobei die fünfte Kupplung als auswählbare Freilaufkupplung (SOWC) 16 mit zwei Modi konfiguriert ist. Die Zahnradsätze G1, G2 bzw. G3 sind ein Ausgangszahnradsatz, ein Eingangszahnradsatz und ein Reaktionszahnradsatz. Die Zahnradsätze G1-G3, die Kupplungen C1-C4 und die Freilaufkupplung 16 können allein oder in verschiedenen Kombinationen selektiv eingerückt und ausgerückt werden, um eine Sechsgang-Vorderradantrieb-Funktionalität (Sechsgang-Funktionalität für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug) bereitzustellen, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist.
Das Getriebe 14 umfasst auch ein äußeres Gehäuse 20 sowie eine Ventilkörperanordnung (VBA) 22 mit einem integrierten Steuermechanismus 24 für die Freilaufkupplung 16, wie nachstehend mit Bezug auf 4 und 5 im Einzelnen beschrieben. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „integriert“ auf die relative Konfiguration des Steuermechanismus 24 und der Ventilkörperanordnung 22, wobei der Steuermechanismus 24 ein Abschnitt oder integraler Teil der Ventilkörperanordnung 22 ist. Der Steuermechanismus 24 steuert oder betätigt selektiv die Freilaufkupplung 16 auf der Basis von einem oder mehreren vorbestimmten Betriebsmodi des Getriebes 14, wie nachstehend beschrieben.
Wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist, ist eine Freilaufkupplung in der grundlegenden Funktionsweise ähnlich zu einer herkömmlichen Freilaufkupplung. In Abhängigkeit von den Details der Konstruktion ist jedoch eine Freilaufkupplung auch in der Lage, eine mechanische Verbindung zwischen einem gegebenen „Antriebs“-Element wie z. B. einem Eingangslaufring oder einer ersten Kopplungsplatte und einem zweiten unabhängigen „Abtriebs“-Element wie z. B. einem Ausgangslaufring oder einer zweiten Kopplungsplatte in einer oder beiden Drehrichtungen herzustellen. In Abhängigkeit von der Konstruktion kann eine Freilaufkupplung auch in einer oder beiden Drehrichtungen freilaufen. Typischerweise enthält eine Freilaufkupplung einen Wählring oder eine Wählplatte, der/die, wenn er/sie in eine zweite oder dritte Position bewegt wird, die verschiedenen Betriebsmodi der Freilaufkupplung steuert oder auswählt.
Die zum Verriegeln einer Freilaufkupplung wie z. B. der Freilaufkupplung 16 von 1 verwendeten mechanischen Mittel sind vielfältig und gut bekannt. Eine Freilaufkupplung kann beispielsweise Rollen, Klemmkörper, Kipphebel, Streben oder ein anderes geeignetes Drehmomentübertragungselement verwenden, von denen mehrere zwischen den Eingangs- und Ausgangslaufringen oder -elementen der Freilaufkupplung 16 angeordnet sind. In Abhängigkeit vom speziellen Typ oder der speziellen Gestaltung der verwendeten Freilaufkupplung und der erforderlichen Drehrichtung kann jeder Laufring der Freilaufkupplung einzigartige Oberflächenmerkmale wie z. B. Fenster oder Strebenvertiefungen enthalten, die jeweils zum Einrücken von einem oder mehreren der darin angeordneten Drehmomentübertragungselemente geeignet sind, um selektiv verschiedene Kupplungsbetriebsmodi zu ermöglichen.
Im Getriebe 14 von 2 weist insbesondere die Freilaufkupplung 16 einen Eingangslaufring oder ein Antriebselement 26 und einen Ausgangslaufring oder ein Abtriebselement 28 auf. Das Abtriebselement 28 ist am Gehäuse 20 wie z. B. unter Verwendung von mehreren Keilen 33 mit Passkeilen 37 im Gehäuse 20 befestigt oder fixiert. Das Antriebselement 26 ist mit dem Reaktionszahnradsatz G3 verbunden, wie z. B. mit einem Trägerelement eines Planetenradsatzes, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Die Freilaufkupplung 16 kann selektiv ein Drehmoment zwischen dem Antriebselement 26 und dem Abtriebselement 28 in einer Drehrichtung übertragen. Das Umkehren der Drehrichtung des Antriebselements 26 ermöglicht wiederum, dass das Antriebselement 26 in Bezug auf das Abtriebselement 28 freiläuft.
Die Ventilkörperanordnung 22 ist benachbart zu und seitlich zu, d. h. neben der Mittellinie 27 der Freilaufkupplung 16 angeordnet, wie am besten in 2 gezeigt, so dass der in die Ventilkörperanordnung 22 eingelassene Fluiddruck, den Schalthebel 40 der Freilaufkupplung 16 in einer Richtung bewegt, was schließlich die Freilaufkupplung 16 in einen Rückwärtsmodus der Freilaufkupplung 16 mit zwei Modi einrückt. Das Auslassen des Fluiddrucks aus der Ventilkörperanordnung 22 bewegt den Schalthebel 40 in einer anderen Richtung, was schließlich die Freilaufkupplung 16 ausrückt, um einen Vorwärtsbetriebsmodus zu ermöglichen, der beim ersten bis sechsten Gang des Getriebes 14 verwendbar ist, die vom manuellen niedrigen Gang und ersten Gang zum Maschinenbremsen verschieden sind. Folglich kann die Freilaufkupplung 16 in drei Getriebebetriebsmodi eingerückt werden: Rückwärtsgang, manuellen niedrigen Gang, d. h., wenn ein Fahrer einen Schaltknüppel in die „L“-Position bewegt, und ersten Gang zum Maschinenbremsen, d. h. der für eine kurze Zeit auftritt, wenn sich der Schaltknüppel in der „D“-Position befindet und das Getriebe 14 das Fahrzeug 10 von 1 aus einem Stillstand im ersten Gang bis zu ungefähr 8 Kilometer pro Stunde startet.
Mit Bezug auf 3 zeigt eine Ansicht eines Abschnitts des Getriebes 14 von 2 in auseinandergezogener Anordnung die allgemeine Orientierung der Ventilkörperanordnung 22, des Gehäuses 20 und der Freilaufkupplung 16. Die Ventilkörperanordnung 22 mit ihrem Steuermechanismus 24 ist benachbart zu einer Querseite 31 des Gehäuses 20 (siehe 2) angeordnet, das einen Hohlraum umfassen kann, der durch das Gehäuse 20 definiert ist, um den Unterbringungsraum zu minimieren. Das Gehäuse 20 umfasst eine Mittel- oder Hauptbohrung 23 mit einer Mittellinie 27, die die Drehachse des Getriebes 14 ist, wobei die Freilaufkupplung 16 zumindest teilweise innerhalb der Hauptbohrung 23 angeordnet ist. Das Abtriebselement 28 ist am Gehäuse 20 fixiert oder damit verbunden, wie z. B. durch Eingriff der verschiedenen Keile 33 des Abtriebselements 28 mit mehreren Passkeilen 37 des Gehäuses 20 innerhalb der Hauptbohrung 23.
Ein Fortsatz, Arm oder Schalthebel 40 der Freilaufkupplung 16, der einteilig mit einem Wählring oder einer Wählplatte (nicht dargestellt) des auf dem Fachgebiet bekannten Typs ausgebildet oder wirksam damit verbunden ist, erstreckt sich durch einen Schlitz 41 im Gehäuse 20 radial nach außen. Der Schalthebel 40 kann mit einem geformten Ende 44, wie nachstehend beschrieben, konfiguriert sein, wobei das geformte Ende so geformt, bemessen oder anderweitig konfiguriert ist, dass es mit einem Aktuatorgestänge 50, wie z. B. einer Stange, Platte oder einem anderen geeigneten Gestänge des Steuermechanismus 24 in Eingriff steht. Während in 3 und 4 eine Plattenausführungsform gezeigt ist, zeigt 5 eine alternative Stangenkonfiguration, die jeweils innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung in Abhängigkeit von den verfügbaren Unterbringungsbegrenzungen verwendbar sind. Die Freilaufkupplung 16 kann einen Haltering 48 zum Befestigen der Freilaufkupplung 16 innerhalb des Gehäuses 20 innerhalb einer gewünschten Toleranz umfassen.
Mit Bezug auf 4 ist die Ventilkörperanordnung 22 in einer teilweisen aufgeschnittenen perspektivischen Ansicht gezeigt, um das innere Detail des Abschnitts des Steuermechanismus 24 davon zu zeigen. Wie vorstehend beschrieben, ist der Steuermechanismus 24 ein integraler Abschnitt der Ventilkörperanordnung 22 und umfasst ein Bohrungsgehäuse 56. Das Bohrungsgehäuse 56 ist einteilig mit einer Seiten- oder Querfläche 57 der Ventilkörperanordnung 22 ausgebildet oder ist anderweitig damit verbunden, wobei die Ventilkörperanordnung 22 ein Federende 62 und ein Kolbenende 64 aufweist, die im Allgemeinen die separaten Funktionsabschnitte oder -enden der Ventilkörperanordnung 22 beschreiben. Am Kolbenende 64 befindet sich eine Kolbenbohrung 58, die einen Anwendungskolben 66 enthält, und am Federende 62 befindet sich eine Federbohrung 59, die eine Rückstellfeder 76 enthält.
Die Kolbenbohrung 58 ist maschinell bearbeitet, um den Anwendungskolben 66 in einer eng passenden, aber frei beweglichen Weise aufzunehmen. Der Kolben 66 wird in der Richtung des Pfeils A durch einen Einlass von Druckfluid, das in 4 durch den Pfeil I dargestellt ist, durch eine Einlassöffnung 68 selektiv betätigt. Ebenso ist eine Auslassöffnung 74 im unteren Ende 78 der Kolbenbohrung 58 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass irgendein eingeschlossenes Fluid austritt, wie durch den Pfeil O angegeben, wodurch verhindert wird, dass der Kolben 66 hydraulisch verriegelt wird. Ein Anschlagmerkmal 70, wie z. B. ein Puffer oder Anschlagstift, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, verhindert, dass der Kolben 66 die Strömung des Hydraulikfluids in die Einlassöffnung 68 blockiert. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung könnte auch ein ähnliches Merkmal in einen Kolbenbohrungsstopfen 72 anstelle des Kolbens 66 integriert sein.
Der Kolben 66 steht mit dem Aktuatorgestänge 50 in direktem kontinuierlichem Kontakt und/oder ist wirksam damit verbunden, der selbst mit dem Schalthebel 40 und schließlich mit der Freilaufkupplung 16 verbunden ist, wie am besten in 5 gezeigt und nachstehend beschrieben. Aufgrund von Unterbringungsbegrenzungen können das Aktuatorgestänge 50, der Kolben 66 und die Rückstellfeder 76 in verschiedenen Ebenen angeordnet sein, wie in 4 gezeigt, oder können alternativ koplanar sein, wie in 5 gezeigt. In der Konfiguration schiebt oder bewegt jedoch die Bewegung des Kolbens 66 in der Richtung des Pfeils A das Aktuatorgestänge 50 in derselben Richtung. Wenn der Einlassfluiddruck unterbrochen wird, schiebt oder bewegt die Rückstellfeder 76 innerhalb der Federbohrung 59 den Kolben 66 in der Richtung des Pfeils B, eine Bewegung, die Fluid durch die Einlassöffnung 68 zurück auslässt oder abführt.
Die Hublänge des Kolbens 66 ist vorzugsweise geringfügig kürzer als die Sehnenlänge des gesamten Drehwinkels des Schalthebels 40 (siehe 5) an einer Mittellinie 87 der Federbohrung 59. Wenn der Kolbenhub größer ist als die Sehnenlänge, würden bestimmte Komponenten in der Freilaufkupplung 16 wie z. B. die Wählplatte (nicht dargestellt) zu den Reaktionselementen für die Anwendungskraft in der Richtung des Pfeils A vom Kolben 66 sowie die Rückstellkraft in der Richtung des Pfeils B von der Rückstellfeder 76 werden. Durch Minimieren der Reaktionskräfte, die auf die Freilaufkupplung 16 übertragen werden, wird der Verschleiß verringert, was potentiell die Lebensdauer der Freilaufkupplung 16 verlängert. Wenn dagegen der Kolbenhub viel geringer als die vorstehend erwähnte Sehnenlänge wäre, können die Modusänderungen in der Freilaufkupplung 16 nicht vollständig oder optimal implementiert werden.
Immer noch mit Bezug auf 4 ist das Aktuatorgestänge 50 in einer beispielhaften Konfiguration als flacher Stab oder Platte gezeigt und ist an einem Ende 91A durch einen Kolbenbohrungsstopfen72, der innerhalb der Kolbenbohrung 58 angeordnet ist, gleitend abgestützt. Das Aktuatorgestänge 50 ist auch an einem anderen Ende 91 B durch einen Federsitz 79, der in der Federbohrung 59 vorgesehen ist, gleitend abgestützt. Ein Schlitz, Loch oder ein anderes geeignetes Rückhaltemerkmal 32, das durch das Aktuatorgestänge 50 definiert ist, steht mit dem geformten Ende 44 des Schalthebels 40 von 2 und 5 derart in Eingriff, dass irgendeine Bewegung des Kolbens 66 in der Richtung des Pfeils A das Aktuatorgestänge 50 in derselben Richtung bewegt. Diese Bewegung bewegt schließlich den Schalthebel 40, wodurch die Freilaufkupplung 16 (siehe 2 und 5) betätigt oder geschaltet wird.
Die Rückstellfeder 76, die als Schraubendruckfeder oder anderer geeigneter Rückstellmechanismus konfiguriert sein kann, ist innerhalb der Federbohrung 59 radial eingeschränkt. Ein Haltekranz 80, von dem ein Abschnitt in 4 gezeigt ist, und eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungen 35 können verwendet werden, um das Federstützgehäuse 52 zu befestigen. Das Federstützgehäuse 52 ist geeignet konfiguriert, wie z. B. unter Verwendung eines Flanschs 29, um zu verhindern, dass das Federstützgehäuse 52 durch die Reaktionskraft von der Rückstellfeder 76 verlagert wird.
Die Rückstellfeder 76 steht mit dem Federsitz 79 am Aktuatorgestänge 50 und mit einem Boden 45 der Federbohrung 59 in Kontakt. Die Federkraft von der Rückstellfeder 76 drängt das Aktuatorgestänge 50 mit dem Kolben 66 in Kontakt. Der Kolben 66 bewegt sich innerhalb der Kolbenbohrung 58, bis ein Anschlagmerkmal 70 am Kolben 66 wie z. B. ein Puffer oder Stift einen Kolbenbohrungsstopfen 72 berührt. Der Kolbenbohrungsstopfen 72 schließt ein Ende der Kolbenbohrung 58 und ist durch einen Stopfenhaltering 90 an der Stelle befestigt. Der Kolbenbohrungsstopfen 72 wirkt auch als harter Anschlag, um den Kolbenweg in der Aufwärtsrichtung, d. h. der Richtung des Pfeils B, zu begrenzen. Der Stopfenhaltering 90 kann auch das zweite Reaktionselement für die Federkraft der Rückstellfeder 76 bereitstellen.
Mit Bezug auf 4 und 5 zusammen wird, wenn ein Moduswechsel der Freilaufkupplung 16 erforderlich ist und insbesondere wenn die Freilaufkupplung 16 angewendet oder eingerückt werden soll, Druckfluid von einer Getriebepumpe (nicht dargestellt) oder einer zweckgebundenen Pumpe in den Fluidsteuerkanal 88 gelenkt und tritt dann in die Kolbenbohrung 58 durch die Einlassöffnung 68 ein. Wenn irgendeine hydraulische Kraft, die in der Richtung des Pfeils A auf den Kolben 66 wirkt, eine Rückstellkraft überschreitet, die in der Richtung des Pfeils B durch die Rückstellfeder 76 bereitgestellt wird, bewegen sich der Kolben 66 und das Aktuatorgestänge 50 zusammen in Richtung des Federendes 62 der Ventilkörperanordnung 22, bis der Kolben 66 die Wand 82 an der Unterseite der Kolbenbohrung 58 berührt. Da das geformte Ende 44 am Schalthebel 40 mit dem Rückhaltemerkmal 32 in Eingriff steht
oder darin festgehalten ist, drehen sich der Schalthebel 40 und die Wählplatte (nicht dargestellt) der Freilaufkupplung 16 jeweils um die Mittellinie 27 der Freilaufkupplung 16 (siehe 5) in eine zweite Winkelposition 96, wodurch der erforderliche Moduswechsel oder das erforderliche Schalten in der Freilaufkupplung 16 bewirkt wird. Sobald sie in der zweiten Winkelposition 96 angeordnet ist, wird die Freilaufkupplung 16 in einen niedrigen Rückwärts/Vorwärts-Modus gesetzt oder eingerückt, in dem in beiden Drehrichtungen keine relative Bewegung zwischen dem Antriebselement 26 und dem Abtriebselement 28 möglich ist (siehe 2, 3 und 5).
Um die Freilaufkupplung 16 in ihren anderen Modus, d. h. den Vorwärtsmodus, zurückzuführen, wird Druckfluid aus dem Fluidsteuerkanal 88 ausgelassen. Wenn die Rückstellkraft, die durch die Rückstellfeder 76 bereitgestellt wird, jene des ausströmenden Fluids überschreitet, bewegen sich der Kolben 66 und das Aktuatorgestänge 50 in der Richtung des Pfeils B in Richtung des Kolbenendes 64 der Ventilkörperanordnung 22.
Mit Bezug auf 5 weist das Bohrungsgehäuse 56 eine Mittellinie 89 in derselben Ebene wie der Drehbogen der Wählplatte (nicht dargestellt) der Freilaufkupplung 16 auf. Die erste und die zweite Winkelposition 94 und 96 der Wählplatte (nicht dargestellt) der Freilaufkupplung liegen im Wesentlichen im gleichen Abstand von der horizontalen Mittellinie oder Achse 85 der Freilaufkupplung 16. Um die Montage im Gehäuse 20 (siehe 2) zu erleichtern, können der Schalthebel 40 und/oder das geformte Ende 44 davon so konfiguriert sein, dass sie von der Wählplatte (nicht dargestellt) und der Freilaufkupplung 16 abnehmbar sind. Der Schalthebel 40 kann beispielsweise in eine Nut oder einen Schlitz in der Wählplatte eingesetzt werden, wobei der Schalthebel 40 an einer Bewegung gehindert wird, sobald er am Aktuatorgestänge 50 befestigt oder festgehalten ist.
In dieser Weise werden Drehverluste im Getriebe in den Getriebebetriebsmodi des ersten bis sechsten Gangs verringert. Das Gewicht und der Unterbringungsraum des Getriebes sind auch verringert, da alle der herkömmlichen niedrigen und Rückwärtskupplungskomponenten beseitigt sind, wie z. B. eine Kupplungsplattenanordnung, ein Kupplungsanwendungskolben und eine Kupplungsrückstellfeder. Der Rückwärtsmodus der Freilaufkupplung 16 ersetzt die Funktionalität der niedrigen und Rückwärtskupplung, während der Vorwärtsmodus der Freilaufkupplung 16 sich in derselben Weise wie die Freilaufkupplung, die sie ersetzt, verhält.

Claims

Vorderradantrieb-Fahrzeug (10), das umfasst: ein Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) mit drei Zahnradsätzen (G1-G3) und fünf Kupplungen (C1-C4, 16), wobei die fünf Kupplungen (C1-C4, 16) eine auswählbare Freilaufkupplung (16) mit zwei Modi mit einem Antriebselement (26) und einem stationären Element umfassen, wobei die fünf Kupplungen (C1-C4, 16) selektiv eingerückt werden können, um Elemente der drei Zahnradsätze (G1-G3) mit dem stationären Element zu verbinden, um dadurch einen Rückwärtsgang, einen ersten Gang zum Maschinenbremsen, einen manuellen niedrigen Gang, einen anderen ersten Gang und fünf hohe Vorwärtsgänge zu ermöglichen; eine Druckfluidquelle; und eine Ventilkörperanordnung (22) mit einem integrierten Steuermechanismus (24), der zum Steuern der Freilaufkupplung (16) betreibbar ist, um dadurch zwischen den zwei Modi der Freilaufkupplung (16) auszuwählen, wobei der Steuermechanismus (24) umfasst: eine erste Bohrung (58) und eine zweite Bohrung (59), wobei die erste Bohrung (58) mit der Druckfluidquelle in Fluidverbindung steht; einen Anwendungskolben (66), der innerhalb der ersten Bohrung (28) angeordnet ist und darin beweglich ist; eine Rückstellfeder (76), die innerhalb der zweiten Bohrung (59) angeordnet ist und darin zusammendrückbar ist; ein Aktuatorgestänge (50) in kontinuierlichem Kontakt mit dem Anwendungskolben (66) und der Rückstellfeder (76); und einen Schalthebel (40), der mit jeder der Freilaufkupplung (16) und des Aktuatorgestänges (50) wirksam verbunden ist, wobei der Schalthebel (40) zum Auswählen zwischen den zwei Modi der Freilaufkupplung (16) in Ansprechen auf eine Bewegungsrichtung des Anwendungskolbens (66) betreibbar ist; wobei die Druckfluidquelle den Anwendungskolben (66) und das Aktuatorgestänge (50) in einer Richtung bewegt, um dadurch das Antriebselement (26) am stationären Element zu verriegeln und dadurch entweder den ersten Gang zum Maschinenbremsen, den Rückwärtsgang oder den manuellen niedrigen Gang auszuwählen; und wobei die Rückstellfeder (76) den Anwendungskolben (66) und das Aktuatorgestänge (50) in einer anderen Richtung bewegt, um das Antriebselement (26) während entweder des ersten Gangs oder der fünf hohen Vorwärtsgänge vom stationären Element zu entriegeln.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das stationäre Element ein Abtriebselement der Freilaufkupplung (16) ist, das an einem stationären Gehäuse (20) des Getriebes (14) eingerastet ist.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Schalthebel (40) ein geformtes Ende (44) umfasst, das dazu ausgelegt ist, mit dem Aktuatorgestänge (50) in Eingriff zu stehen, um sich in Verbindung damit zu bewegen.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei eine Mittellinie der ersten Bohrung (58) zu einer Drehachse des Getriebes (14) senkrecht ist.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Anwendungskolben (66), die Rückstellfeder (76) und das Aktuatorgestänge (50) koplanar sind.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, das ferner einen harten Anschlag innerhalb der ersten Bohrung (58) umfasst, der dazu ausgelegt ist, den axialen Weg des Aktuatorgestänges (50) zu begrenzen.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Aktuatorgestänge (50) ein Rückhaltemerkmal umfasst, das dazu ausgelegt ist, den Schalthebel (40) am Aktuatorgestänge (50) festzuhalten.
Vorderradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei die Ventilkörperanordnung (22) benachbart zu einer Unterseite des stationären Gehäuses (20) angeordnet ist und wirksam damit verbunden ist.
Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug mit fünf Kupplungen (C1-C4, 16) und drei Zahnradsätzen (G1-G3), die einen Rückwärtsgang, einen ersten Gang zum Maschinenbremsen, einen manuellen niedrigen Gang, einen anderen ersten Gang und fünf hohe Vorwärtsgänge bereitstellen, wobei das Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) umfasst: ein stationäres Gehäuse (20); eine auswählbare Freilaufkupplung (16) mit zwei Modi und mit einem Abtriebselement, das am stationären Gehäuse (20) eingerastet ist, einem drehbaren Antriebselement (26) und einem Schalthebel (40), wobei die Freilaufkupplung (16) eine der fünf Kupplungen (C1-C4, 16) des Getriebes (14) ist; und eine Ventilkörperanordnung (22), die benachbart zu und unter dem stationären Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei die Ventilkörperanordnung (22) einen integrierten Steuermechanismus (24) aufweist, der dazu ausgelegt ist, zwischen den zwei Modi der Freilaufkupplung (16) auszuwählen, und umfasst: eine erste Bohrung (58) und eine zweite Bohrung (59); einen Anwendungskolben (66), der innerhalb der ersten Bohrung (58) angeordnet und beweglich ist, wobei der Kolben durch Einlassen von Druckfluid in die erste Bohrung (58) in einer ersten Richtung beweglich ist, um dadurch einen ersten Modus der Freilaufkupplung (16) auszuwählen, wobei der erste Modus das Antriebselement (26) am Abtriebselement verriegelt, um einen des ersten Gangs zum Maschinenbremsen, des manuellen niedrigen Gangs und des Rückwärtsgangs zu ermöglichen; eine Rückstellfeder (76), die innerhalb der zweiten Bohrung (59) angeordnet und zusammendrückbar ist und zum Vorbelasten des Anwendungskolbens (66) in einer zweiten Richtung ausgelegt ist, um dadurch einen zweiten Modus der Freilaufkupplung (16) auszuwählen, wobei der zweite Modus ermöglicht, dass das Antriebselement (26) in Bezug auf das Abtriebselement freiläuft, einen des anderen ersten Gangs und der fünf hohen Vorwärtsgänge; und ein Aktuatorgestänge (50) in kontinuierlichem Kontakt mit jedem des Anwendungskolbens (66) und des Schalthebels (40), wobei das Aktuatorgestänge (50) zum Bewegen des Schalthebels (40) in Ansprechen auf eine Bewegung des Anwendungskolbens (66) innerhalb der ersten Bohrung (58) ausgelegt ist.
Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 9, wobei sich der Schalthebel (40) von der Freilaufkupplung (16) radial nach außen erstreckt und ein geformtes Ende (44) umfasst, das dazu ausgelegt ist, mit dem Aktuatorgestänge (50) in Eingriff zu stehen, so dass sich der Schalthebel (40) in Verbindung mit dem Aktuatorgestänge (50) bewegt.
Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 10, wobei das geformte Ende (44) als Gabel konfiguriert ist und wobei das Aktuatorgestänge (50) ein Rückhaltemerkmal (32) umfasst, das als Paar von Kränzen konfiguriert ist, zwischen denen die Gabel angeordnet ist.
Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 11, wobei der Schalthebel (40) von der Freilaufkupplung (16) lösbar ist, um die Montage des Getriebes (14) zu erleichtern.
Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 9, wobei eine Mittellinie (89) der ersten Bohrung (58) zu einer Drehachse des Getriebes senkrecht ist.
Verfahren zum Verringern von Drehverlusten in einem Sechsgang-Vorderradantrieb-Automatikgetriebe (14) für ein Vorderradantrieb-Fahrzeug mit einem stationären Element, einer Ventilkörperanordnung (22) mit einem Hydraulikkolben, der zum Bewegen eines Aktuatorgestänges (50) betreibbar ist, und fünf Kupplungen (C1-C4, 16) mit einer auswählbaren Freilaufkupplung (16) mit zwei Modi und mit einem Schalthebel (40), wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Schaltbefehls, der ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) in entweder einen ersten Gang zum Maschinenbremsen, einen Rückwärtsgang oder einen manuellen niedrigen Gang signalisiert; und Einlassen von Druckfluid in die Ventilkörperanordnung (22) in Ansprechen auf den Schaltbefehl, um dadurch den Hydraulikkolben in einer Richtung zu bewegen und dadurch den Schalthebel (40) von einer ersten Position in eine zweite Position zu bewegen; wobei die Bewegung des Schalthebels (40) in die zweite Position das Antriebselement (26) am stationären Element verriegelt.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst: Bestimmen eines weiteren Schaltbefehls, der ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) von entweder dem ersten Gang zum Maschinenbremsen, dem Rückwärtsgang oder dem manuellen niedrigen Gang in einen anderen von entweder dem ersten Gang oder einem hohen Vorwärtsgang signalisiert; und Auslassen des Fluids aus der Ventilkörperanordnung (22), um dadurch den Hydraulikkolben in einer anderen Richtung zu bewegen und um dadurch den Schalthebel (40) in eine erste Position zu drehen; wobei die erste Position das Antriebselement (26) vom stationären Element entriegelt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Getriebe (14) ein stationäres Gehäuse (20) umfasst, wobei das Abtriebselement der Freilaufkupplung (16) am stationären Gehäuse (20) eingerastet ist.