DE112009001771B4

DE112009001771B4 - Hinterradantrieb-Automatikgetriebe mit einer auswählbaren Freilaufkupplung

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Publication number: DE112009001771B4
Application number: DE112009001771.1T
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: 2023-04-06
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: US7824292B2; CN102105713B; WO2010011478A3; DE112009001771T5; US20100022343A1; CN102105713A; WO2010011478A2

Abstract

Hinterradantrieb-Fahrzeug (10), das umfasst:ein Hinterradantrieb-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;Druckfluid; 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 integrierte Steuermechanismus (24) umfasst:eine erste Bohrung (58) und eine zweite Bohrung (59), wobei die erste Bohrung (58) mit der Druckfluidquelle in Fluidverbindung steht und eine Mittellinie aufweist, die unter einer Drehachse der Freilaufkupplung (16) angeordnet ist;einen Anwendungskolben (66), der innerhalb der ersten Bohrung (58) 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 das Druckfluid 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-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (Sechsgang-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe) mit einer auswählbaren Freilaufkupplung (SOWC), die in einem oder in mehreren vorbestimmten Betriebsmodi selektiv eingerückt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei an dieser Stelle vorab auf die Druckschriften WO 2007 / 092 723 A2 , DE 10 2006 050 856 A1 , US 5 676 026 A und JP 2003- 278 797 A verwiesen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In bestimmten Hinterradantrieb-Fahrzeuggetrieben wie z. B. in einem Sechsgang-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe 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-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe, 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 den meisten der Vorwärtsgänge des vorstehend beschriebenen Hinterradantrieb-Getriebes 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 Hinterradantrieb-Fahrzeug (Hinterradantrieb-Fahrzeug) mit einem Sechsgang-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe mit fünf Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen und drei Zahnradsätzen geschaffen. Das Getriebe weist einen Rückwärtsgang auf und die sechs Gänge umfassen fünf hohe Vorwärtsgänge und einen ersten Gang. Der erste Gang umfasst wiederum einen manuellen niedrigen Gang und einen ersten Gang zum Maschinenbremsen. Das Getriebe umfasst eine Ventilkörperanordnung (VBA) und eine auswählbare Freilaufkupplung 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 Gang 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 das Aktuatorgestänge in die zweite Position bewegt wird. Wenn der Getriebealgorithmus einen Moduswechsel oder ein Schalten in einen des zweiten bis sechsten Gangs und eines 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 unter den Drehmomentelementen des Getriebes angeordnet und ist auf die Unterseite des Getriebegehäuses ausgerichtet und daran befestigt. Der Steuermechanismusabschnitt der Ventilkörperanordnung umfasst ein Bohrungsgehäuse an oder innerhalb einer oberen Oberfläche 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-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe 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 Schnittansicht eines automatischen Sechsgang-Hinterradantrieb-Automatikgetriebes, das bei dem Fahrzeug von 1 verwendbar ist;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Getriebes von 2 in auseinandergezogener Anordnung;
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ventilkörperanordnung, die bei dem Getriebe von 2 und 3 verwendbar ist; und
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines integrierten Steuermechanismus, der bei der Ventilkörperanordnungund dem Getriebe von 2, 3 und 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 Batterie- oder Brennstoffzellen-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 Automatikgetriebe 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 Automatikgetriebe 14 drei Zahnradsätze auf, die in 2 der Deutlichkeit halber als G1, G2 und G3 bezeichnet sind. Das Automatikgetriebe 14 weist auch fünf Kupplungen auf, von denen vier der Deutlichkeit halber als C1-C4 bezeichnet sind, wobei die fünfte Kupplung als auswählbare Freilaufkupplung 16 mit zwei Modi konfiguriert ist. Die Zahnradsätze G1, G2 bzw. G3 sind ein Eingangszahnradsatz, ein vorderer Ausgangszahnradsatz und ein hinterer Ausgangszahnradsatz. 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-Hinterradantrieb-Funktionalität (Sechsgang-Hinterradantrieb-Funktionalität) bereitzustellen, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist.
Das Automatikgetriebe 14 umfasst auch ein äußeres Gehäuse 20 sowie eine Ventilkörperanordnung 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 Automatikgetriebes 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 Automatikgetriebe 14 von 2 weist insbesondere die Freilaufkupplung 16 einen inneren Laufring oder ein Antriebselement 26 und einen äußeren Laufring oder ein Abtriebselement 28 auf. Das Abtriebselement 28 ist an der Mittelabstützung 30 wie z. B. durch Eingriff von mehreren Keilen 33 mit Passkeilen 37 in der Mittelabstützung 30 befestigt oder fixiert. Das Antriebselement 26 ist mit den Ausgangszahnradsätzen G2 und 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 unterhalb der Mittellinie 27 der Freilaufkupplung 16 angeordnet, so dass der in die Ventilkörperanordnung 22 eingelassene Fluiddruck, wie vorstehend erläutert, 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 die hohen Vorwärtsbetriebsmodi zu ermöglichen, die beim ersten bis sechsten Gang des Automatikgetriebes 14 verwendbar sind, 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 Automatikgetriebe 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 14a des Automatikgetriebes 14 von 2 in auseinandergezogener Anordnung die allgemeine Orientierung der Ventilkörperanordnung 22, des Gehäuses 20 und der Freilaufkupplung 16. Die Ventilkörperanordnung 22 mit dem Steuermechanismus 24 ist benachbart zu einer Unterseite oder Bodenfläche 31 des Gehäuses 20, d. h. unter einer Mittellinie 27 des Automatikgetriebes 14, angeordnet, die in einer Ausführungsform zumindest teilweise innerhalb eines durch das Gehäuse 20 definierten Hohlraums (nicht dargestellt) liegen kann, um den Unterbringungsraum zu minimieren. Die Freilaufkupplung 16 ist durch die Mittelabstützung 30 des Automatikgetriebes 14 positioniert oder eingeschlossen. Das Abtriebselement 28 wird stationär gehalten, d. h. ist an der Mittelabstützung 30 fixiert oder damit verbunden, wie z. B. durch Eingriff der verschiedenen Keile 33 des Abtriebselements 28 mit mehreren Passkeilen 37 der Mittelabstützung 30.
Ein geeignet geformtes und/oder bemessenes Gestänge, ein Arm oder Schalthebel 40 der Freilaufkupplung 16 ist einteilig mit einem Wählring oder einer Wählplatte (nicht dargestellt) der Freilaufkupplung 16 ausgebildet oder direkt oder indirekt damit verbunden und erstreckt sich von der Freilaufkupplung 16 in Richtung des Steuermechanismus 24 der Ventilkörperanordnung 22 radial nach außen. Der Schalthebel 40 kann mit einem geformten Ende 44, wie nachstehend beschrieben, wie z. B. einer Gabel, wie in 3 gezeigt, konfiguriert sein, wobei das geformte Ende so geformt, bemessen oder anderweitig konfiguriert ist, dass es mit einem Aktuatorgestänge 50 innerhalb des Steuermechanismus 24 verzahnt ist oder in Eingriff steht. Die Freilaufkupplung 16 kann auch ein Paar von Halteringen 48, 49 zum jeweiligen Befestigen der Freilaufkupplung 16 innerhalb der Mittelabstützung 30 innerhalb einer gewünschten Toleranz umfassen.
Mit Bezug auf 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ventilkörperanordnung 22, wobei bestimmte Oberflächen der Deutlichkeit halber entfernt sind, das innere Detail des Steuermechanismus 24. 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 oberen Oberfläche 57 der Ventilkörperanordnung 22 geformt oder ist anderweitig damit verbunden, wobei das Bohrungsgehäuse 56 ein Federende 62 und ein Kolbenende 64 aufweist, die im Allgemeinen die separaten Funktionsabschnitte oder -enden des Bohrungsgehäuses 56 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 Anwendungskolben 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 in der Kolbenbohrung 58 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass irgendein eingeschlossenes Fluid austritt, wie durch den Pfeil O angegeben, wodurch verhindert wird, dass der Anwendungskolben 66 hydraulisch verriegelt wird. Ein Anschlagmerkmal 70, wie z. B. ein Puffer oder Anschlagstift, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, verhindert, dass der Anwendungskolben 66 die Strömung des Hydraulikfluids in die Einlassöffnung 68 blockiert. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung könnte auch ein ähnliches Merkmal in einen Bohrungsstopfen 72 anstelle des Anwendungskolbens 66 integriert sein.
Der Anwendungskolben 66 steht mit dem Aktuatorgestänge 50 in direktem kontinuierlichem Kontakt und/oder ist wirksam damit verbunden, das selbst mit dem Schalthebel 40 und schließlich mit der Freilaufkupplung 16 verbunden ist, wie in 5 gezeigt und nachstehend beschrieben. Aufgrund von Unterbringungsbegrenzungen können das Aktuatorgestänge 50, der Anwendungskolben 66 und die Rückstellfeder 76 in verschiedenen Ebenen angeordnet sein oder können alternativ koplanar sein, wie in 3-5 gezeigt, In der Konfiguration schiebt oder bewegt jedoch die Bewegung des Anwendungskolbens 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 Anwendungskolben 66 in der Richtung des Pfeils B (siehe 5), eine Bewegung, die Fluid durch die Einlassöffnung 68 zurück auslässt oder abführt.
Die Hublänge des Anwendungskolbens 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 (siehe 5) vom Anwendungskolben 66 sowie die Rückstellkraft in der Richtung des Pfeils B (siehe 5) 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.
Der Steuermechanismus 24 ist an der oberen Oberfläche 57 der Ventilkörperanordnung 22 angeordnet, wobei die Mittellinie 87 des Bohrungsgehäuses 56 in derselben Ebene wie der Drehbogen der Wählplatte (nicht dargestellt) in der Freilaufkupplung 16 liegt. Ein Fenster 80 ist in das Bohrungsgehäuse 56 gegossen, maschinell bearbeitet oder anderweitig darin vorgesehen und auf einer vertikalen Achse oder Linie 81 (siehe 5) der Freilaufkupplung 16 zentriert, die durch die Mittellinie 27 der Freilaufkupplung 16 verläuft (siehe 5). Das Fenster 80 dient als ausreichende Öffnung, um zu ermöglichen, dass der Schalthebel 40 (siehe 5) der Freilaufkupplung 16 mit dem Aktuatorgestänge 50 in Eingriff steht oder verzahnt ist.
Immer noch mit Bezug auf 4 wirkt eine Wand 82 in der Kolbenbohrung 58 als harter Anschlag und begrenzt folglich den Kolbenweg des Anwendungskolbens 66, wenn Fluid von einem Fluidsteuerkanal 88 und der Einlassöffnung 68 in die Kolbenbohrung 58 gelenkt wird. Der Bohrungsstopfen 72 schließt ein äußeres Ende der Kolbenbohrung 58 und kann durch einen Stopfenhaltering 90 an der Stelle befestigt sein. Der Bohrungsstopfen 72 kann auch als harter Anschlag wirken, um den Kolbenweg in der Auswärtsrichtung zu begrenzen.
Innerhalb der Federbohrung 59 wird die Rückstellfeder 76 radial zurückgehalten, wobei die Rückstellfeder 76 beispielsweise als Schraubendruckfeder konfiguriert ist, obwohl andere Federkonstruktionen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung verwendbar sind. Ein Haltering 91 kann in der Federbohrung 59 hinter einer Stützhülse 92 installiert sein, um als erstes Reaktionselement für die Federkraft, die von der Rückstellfeder 76 bereitgestellt wird, zu wirken. Wenn eine Stützhülse 92 verwendet wird, steht ein Ende der Rückstellfeder 76 mit der Stützhülse 92 in Kontakt, während das andere Ende der Rückstellfeder 76 mit einem von einem Paar von Kränzen 93 in Kontakt steht.
Die Federkraft von der Rückstellfeder 76 drängt das Kolbenende 64 des Aktuatorgestänges 50 mit dem Anwendungskolben 66 in direkten kontinuierlichen Kontakt. Das Aktuatorgestänge 50 und der Anwendungskolben 66 bewegen sich beide im Bohrungsgehäuse 56, bis das Anschlagmerkmal 70 den Bohrungsstopfen 72 berührt. Da das geformte Ende 44 des Schalthebels 40 (siehe 5) zwischen dem Paar von Kränzen 93 eingreifend eingeschränkt ist, wird die Wählplatte (nicht dargestellt) der Freilaufkupplung 16 in der ersten Winkelposition 94 gehalten (siehe 5). Der Stopfenhaltering 90 ist das zweite Reaktionselement für die Federkraft. Da der Anwendungskolben 66 ein separater Teil vom Aktuatorgestänge 50 ist, ist er von irgendeiner Kopplungs- oder radialen Kraft, die im letzteren erzeugt wird, isoliert. Dies verringert den Verschleiß oder das Scheuern zwischen dem Anwendungskolben 66 und der Kolbenbohrung 58 und minimiert folglich das Risiko, dass sich irgendeiner der Teile im Bohrungsgehäuse 56 verklemmt.
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 Anwendungskolben 66 wirkt, eine Rückstellkraft überschreitet, die in der Richtung des Pfeils B durch die Rückstellfeder 76 bereitgestellt wird, bewegen sich der Anwendungskolben 66 und das Aktuatorgestänge 50 zusammen in Richtung des Federendes 62 des Bohrungsgehäuses 56, bis der Anwendungskolben 66 die Wand 82 an der Unterseite der Kolbenbohrung 58 .berührt. Da die geformten Enden 44 am Schalthebel 40 (siehe 5) zwischen dem Paar von Kränzen 93 eingeschlossen oder angeordnet sind, 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 Rückwärtsmodus 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 Anwendungskolben 66 und das Aktuatorgestänge 50 in der Richtung des Pfeils B in Richtung des Kolbenendes 64 des Bohrungsgehäuses 56.
Mit Bezug auf 5 weist das Bohrungsgehäuse 56 eine Mittellinie 87 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 vertikalen Mittellinie oder Achse 81 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

Hinterradantrieb-Fahrzeug (10), das umfasst: ein Hinterradantrieb-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; Druckfluid; 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 integrierte Steuermechanismus (24) umfasst: eine erste Bohrung (58) und eine zweite Bohrung (59), wobei die erste Bohrung (58) mit der Druckfluidquelle in Fluidverbindung steht und eine Mittellinie aufweist, die unter einer Drehachse der Freilaufkupplung (16) angeordnet ist; einen Anwendungskolben (66), der innerhalb der ersten Bohrung (58) 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 das Druckfluid 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.
Hinterradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das stationäre Element ein Abtriebselement der Freilaufkupplung (16) ist, das an einem stationären Gehäuse (20) des Automatikgetriebes (14) eingerastet ist.
Hinterradantrieb-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.
Hinterradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei eine Mittellinie (27) der ersten Bohrung (58) zu einer Drehachse des Automatikgetriebes (14) senkrecht ist.
Hinterradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Anwendungskolben (66), die Rückstellfeder (76) und das Aktuatorgestänge (50) koplanar sind.
Hinterradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, das ferner einen harten Anschlag (70) innerhalb der ersten Bohrung (58) umfasst, der dazu ausgelegt ist, den axialen Weg des Aktuatorgestänges (50) zu begrenzen.
Hinterradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, das ferner ein Paar von Kränzen (93) umfasst, die jeweils mit dem Aktuatorgestänge (50) wirksam verbunden sind; wobei der Schalthebel (40) mit dem Aktuatorgestänge (50) zwischen dem Paar von Kränzen (93) in Eingriff steht.
Hinterradantrieb-Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei die Ventilkörperanordnung (22) an einer Unterseite des stationären Gehäuses (20) angebracht ist.
Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (14) 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 Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (14) umfasst: eine Mittelabstützung (30); eine auswählbare Freilaufkupplung (16) mit zwei Modi und mit einem Abtriebselement, das an der Mittelabstützung (30) eingerastet ist, einem drehbaren Antriebselement (26) und einem Schalthebel (40), wobei die Freilaufkupplung (16) eine der fünf Kupplungen (C1-C4, 16) des Automatikgetriebes (14) ist; und eine Ventilkörperanordnung (22), die benachbart zu und unter der Mittelabstützung (30) 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), wobei die erste Bohrung (58) eine Mittellinie (27) aufweist, die unter einer Drehachse der Freilaufkupplung angeordnet ist; einen Anwendungskolben (66), der innerhalb der ersten Bohrung (58) angeordnet und beweglich ist, wobei der Anwendungskolben (66) durch Einlassen von Druckfluid in die erste Bohrung (58) in einer ersten Richtung beweglich ist, um dadurch einen ersten Modus der Freilaufkupplung 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 auszuwählen, wobei der zweite Modus ermöglicht, dass das Antriebselement (26) in Bezug auf das Abtriebselement freiläuft, um einen des anderen ersten Gangs und der fünf hohen Vorwärtsgänge zu ermöglichen; 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.
Hinterradantrieb-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.
Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 10, wobei das geformte Ende (44) als Gabel konfiguriert ist und wobei das Aktuatorgestänge (50) ein Paar von Kränzen (93) umfasst, zwischen denen die Gabel angeordnet ist.
Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 11, wobei der Schalthebel (40) von der Freilaufkupplung (16) lösbar ist, um die Montage des Automatikgetriebes (14) zu erleichtern.
Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (14) nach Anspruch 9, wobei eine Mittellinie (27) der ersten Bohrung (58) zu einer Drehachse des Automatikgetriebes (14) senkrecht ist.
Verfahren zum Verringern von Drehverlusten in einem Sechsgang-Hinterradantrieb-Automatikgetriebe (14) mit einer Ventilkörperanordnung (22) mit einem Hydraulikkolben, der zum Bewegen eines Aktuatorgestänges (50) betreibbar ist, und fünf Drehmomentübertragungsmechanismen (C1-C4, 16) mit einer auswählbaren Freilaufkupplung (16) mit zwei Modi und mit einem Schalthebel (40), wobei das Verfahren umfasst: Positionieren der Ventilkörperanordnung (22) in dem Automatikgetriebe (14) derart, dass eine Mittellinie (27) des Hydraulikkolbens unter einer Drehachse der Freilaufkupplung (16) angeordnet wird; Bestimmen eines Schaltbefehls, der ein angefordertes Schalten des Automatikgetriebes (14) in entweder einen ersten Gang zum Maschinenbremsen, einen Rückwärtsgang oder einen manuellen niedrigen Gang signalisiert; 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 Automatikgetriebes (14) von entweder dem ersten Gang zum Maschinenbremsen, dem Rückwärtsgang oder dem manuellen niedrigen Gang in entweder einen anderen ersten Gang oder einen 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 die erste Position zu drehen; wobei die erste Position das Antriebselement (26) vom stationären Element entriegelt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Automatikgetriebe (14) eine Mittelabstützung (30) umfasst und wobei die Mittelabstützung (30) an einem Gehäuse (20) des Automatikgetriebes (14) eingerastet ist.