DE19630155A1

DE19630155A1 - Automatgetriebe

Info

Publication number: DE19630155A1
Application number: DE19630155A
Authority: DE
Inventors: Gerold Bieber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatgetriebe, insbeson dere für Nutzkraftwagen, nach der im Oberbegriff von An spruch 1 näher definierten Art.

Ein automatisches Schaltgetriebe ist beispielsweise aus der Europäischen Patentschrift EP 0 170 465 A1 bekannt.

Schaltgetriebe dieser Art setzen sich im wesentlichen aus den folgenden Gruppen zusammen:

- Anfahr- und Trennkupplung (Betätigung und Steuerung oder Regelung);
- Schaltgetriebe (Schaltanlage, An- und Abtrieb);
- Fahrstrategie (wann wird in welchen Gang geschaltet?);
- Nebenabtriebe mit ihrer Steuerung, falls vorhanden.

In diesen funktionell und räumlich intensiv miteinan der verschachtelten Gruppen sind unterschiedliche Teile mit zum Teil extrem gegensätzlichen Techniken und Anforderungen angeordnet. Z.B. Wellen, die höchsten Drehmomenten mit gro ßen Schwingungen und Stößen ausgesetzt sind und deren Dreh zahl von einem empfindlichen (Temperatur, Stoß, Isolation usw.) elektronischen Sensor gemessen werden muß.

Die für die Automatikfunktionen benötigten Signale wie z. B. Abtriebsdrehzahl, Antriebsdrehzahl, geschalteter Gang usw. sind oft nur im Schaltgetriebe oder an der Kupplung meßbar. Die Zusammenführung der Elektrik/Elektronik in ein Modul mit einfacher Schnittstelle ist deshalb sehr schwie rig. Kritischer Punkt in der Zuverlässigkeit sind elektri sche Sensoren und Ventile mit ihren Steckern und Leitungen.

Aufgrund dieser Struktur konventioneller Automatge triebe besteht die Notwendigkeit jeweils für neue Fahrzeuge und Fahrzeugreihen intensive Entwicklungen zu tätigen und damit Kosten in die Konstruktion von Anpassungen des gesam ten Getriebes an ein neues Fahrzeug hineinzustecken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Automatgetriebe bzw. eine Baureihe von Automatgetrieben für alle denkbaren Fahrzeugantriebe zu entwickeln, so daß einerseits flexibel und schnell auf Wünsche der Kunden eingegangen werden kann und andererseits eine Reduktion der Herstellungs- und Ent wicklungskosten einschließlich einer Vereinfachung des Ein baues und der Logistik beim Fahrzeughersteller entsteht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demgemäß hat der Erfinder folgendes erkannt:
Automatgetriebe auf der Basis von Handschaltgetrieben werden seit einigen Jahren, vor allem in schweren Fernver kehrsfahrzeugen, angeboten. Sie sind wegen des Zusatzauf wandes für die Automatisierung (Kupplungsregelung, Schalt gerät, Energieversorgung, Eingriff in den Verbrennungsmotor usw.) wesentlich teurer und wegen der zusätzlichen Bauteile auch unzuverlässiger als Handschaltgetriebe. Der Nutzkraft wagenmarkt zeichnet sich durch eine Vielfalt von Fahrzeug größen und Fahrzeugarten aus. Die Getriebe dazu sind auf viele Typen und Hersteller verteilt, so daß die für eine kostengünstige Fertigung nötige Teilestückzahlen nicht vor handen sind. Um niedrige Kosten und hohe Zuverlässigkeit zu erreichen, sind jedoch bekanntermaßen große Fertigungs stückzahlen nötig. Dies vor allem für die Automatisierungs bauteile (Magnetventile, Sensoren, elektronische Steuerge räte etc.).

Moderne Fertigungsstrukturen (Inselfertigung) verlan gen, um optimale Ergebnisse zu erzielen, abgeschlossene und weitgehend gleiche Arbeitspakete (Module). Diese Module werden geprüft, an die nächst höhere Produktebene geliefert und dort mit anderen Bauteilen oder Modulen zu einem Gerät oder einem weiteren Modul zusammengefügt. Bisherige Getrie bekonstruktionen nehmen darauf kaum Rücksicht, da Getriebe in der Montage üblicherweise aus allen notwendigen Einzel teilen zusammengebaut werden. Dadurch werden Fertigungs- und Montagefehler erst in der Abnahmeprüfung entdeckt und führen zum Teil zu hohen Rückmontagequoten. Eine terminge rechte Lieferung ist deshalb sehr schwierig oder erfordert große Lagerbestände.

Die Wartung und Reparatur komplexer Automatgetriebe erfordert sehr gutes Fachpersonal, das weder in der Menge noch in der Qualifikation vorhanden ist. Hinzu kommt, daß die Fahrzeuge zumindest über ganz Europa eingesetzt werden und Fahrzeugausfälle oder Stillstandszeiten für den Fahr zeugbesitzer kostenintensive Folgen haben können.

Erfindungsgemäß wird daher ein Automatgetriebe bzw. eine Baureihe von Automatgetrieben derart gestaltet, daß es aus einzelnen Modulen besteht, wobei bei einer Anpassung an unterschiedliche Fahrzeuge, Einbausituationen oder Lei stungsdaten jeweils nur die hiervon betroffenen Module aus getauscht werden.

Das erfindungsgemäße Automatgetriebe besteht somit aus den folgenden Grundmodulen:

MEC Getriebemechanik in der alle das Drehmoment wandelnde Teile enthalten sind. Hiervon kann es beispielsweise drei Varianten geben:
INLINE (Ein- und Ausgang in Linie, auch achsenver setzt);
WINKEL (Ein- und Ausgang, z. B. um 90° versetzt);
TRIEBKOPF (Ein- und Ausgang um 90° versetzt und mit integriertem Differential z. B. für den Vorderradan trieb).
KUB Kupplungsbetätigung mit der insbesondere eine Trocken trennkupplung gesteuert oder geregelt, geöffnet und geschlossen wird.
DVE Druckversorgungseinheit mit der der für die Betätigung der Kupplung und des Schaltgetriebes notwendige Hy draulikdruck erzeugt wird.
HSG hydraulisches Schaltgerät mit allen für die Kupplung- und Schaltgetriebebetätigung notwendigen Sensoren und Aktoren und ihren Ventilen.
ESG elektronisches Steuergerät zum Erzeugen der Schaltbe fehle für die Aktoren der HSG.
Zusätzlich können im Bedarfsfalle kundenbezogene Teile (KUN) zur Anpassung des Getriebes vorgesehen sein.

In der MEC sind alle Räder, Wellen und Schaltelemente mit denen das Drehmoment des Verbrennungsmotors gewandelt wird, angeordnet, jedoch keine elektrischen Leitungen, Schalter, Sensoren usw. Die MEC ist der Träger für alle anderen Module und hat zu allen Modulen Schnittstellen.

Die MEC ist beispielsweise wieder in verschiedene Mo dule aufgeteilt, die für sich montier- und prüfbar sind. Im einzelnen ist dies:

ANT Antriebswelle optional bei einem Winkel- oder Trieb kopfgetriebe;
ABT Abtriebswelle optional bei einem Winkel- oder Trieb kopfgetriebe. Dort ist z. B. das Differential unterge bracht;
GEV Gehäuse vorne mit der Kupplungsglocke;
GEH Gehäuse hinten mit den Nebenabtriebsstellen;
ANW Antriebswelle als Getriebeeingangswelle bei INLINE oder Kegelradwelle bei WINKEL oder TRIEBKOPF;
ABW Abtriebswelle bei INLINE oder Hauptwelle bei WINKEL oder TRIEBKOPF;
VOR Vorlegewelle;
SCH Schaltung mit allen Schaltungsteilen.

In gleichem Sinne sind z. B. für die VOR weitere Un terstrukturierungen möglich.

Erfindungsgemäße Getriebe dieser Art führen zu folgen den Vorteilen:

- Ein aus leicht austauschbaren Modulen bestehendes Au tomatgetriebe kann schnell und von weniger gut ausge bildetem Servicepersonal gewartet und repariert wer den.
- Bei einer Modularisierung der komplexen Automatgetrie be mit klar definierten Schnittstellen können komplet te Module im Anwenderland gefertigt werden um auch dort genügend Wertschöpfung zu erhalten.
- Eine konsequente Modularisierung einer Automatgetrie bereihe ermöglicht mit geringem Entwicklungs- und Er probungsaufwand unterschiedliche Getriebe in kurzer Zeit zu entwickeln. Hierbei werden gleiche Fertigungs techniken, gleiche schon erprobte Bauteile oder kom plette schon vorhandene Module verwendet und in ver schiedener Weise miteinander verbunden.
- Es besteht die Möglichkeit einer weltweiten Fertigung einzelner Module um vorhandene Fertigungseinrichtungen und günstige Fertigungskosten nutzen zu können.
- Es ergibt sich eine wesentliche Verkürzung der Durch lauf- und Lieferzeiten sowie eine Reduzierung des La gerbestandes durch Getriebe-Endmontage aus wenigen Mo dulen und den Entfall des Abnahmelaufes am Prüfstand.
- Es ist hiermit eine Endmontage in der Nähe oder im Montagewerk des Kunden möglich.
- Es ergibt sich eine Reduzierung der Rückmontagequoten und Erhöhung der Zuverlässigkeit durch Verwendung vor geprüfter Module.
- Es wird ein einfacher, weltweiter Service durch je nach Kenntnis stand abgestufter Reparatur- und Aus tauschmöglichkeiten geschaffen.

Grundgedanke der Erfindung ist also, das Fahrzeugge triebe in seiner Funktion so zu entflechten, daß in den einzelnen Modulen nur die jeweils diese Module betreffenden Aufgaben und Funktionen erfüllt werden. Hierzu ist es not wendig, klar definierte Schnittstellen für die Baueinheiten zu schaffen und zusätzlich die Sensoren aus der Mechanik herauszuhalten. Sinnfällig sollten diese Sensoren mög lichst in die Module HSG und/oder ESG integriert werden.

Erfindungsgemäß ist bei dem modularen Automatgetriebe lediglich eine elektrische Schnittstelle zwischen HSG und ESG vorhanden. Dies bedeutet, daß eine Direktabnahme vom Sensor der Antriebswelle nicht mehr verwendet werden kann.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist die Positi on der Kupplung, die jetzt in den Kupplungsgeberzylinder der HSG verlegt wird. Hierfür ist normalerweise jeweils eine Leitung notwendig.

Zwischen DVE und HSG einerseits und zwischen HSG und KUB ist eine hydraulische Schnittstelle vorhanden. Diese kann erfindungsgemäß verwendet werden um die Position der Kupplung festzustellen. Die Feststellung erfolgt dabei "verdeckt", weil die Position der Kupplung am Geberzylin der, der im HSG angeordnet ist, erkennbar ist. Bisher war hier eine elektrische Verbindung vorgesehen, die jetzt auf grund der Erfindung nicht mehr möglich ist. Dies heißt al so, daß die Position der Kupplung indirekt durch den Geber zylinder festgestellt wird.

Statt dem Sensor auf der Antriebswelle wird nun die Drehzahl der Antriebswelle indirekt festgestellt und zwar durch einen Sensor in der HSG. Der Sensor kann beispiels weise die Drehzahl über ein Zahnrad in der Antriebsverbin dung mit der Antriebswelle nutzen. Alternativ können auch Ersatzgrößen wie z. B. Motordrehzahl bei geschlossener Kupplung oder Fahrzeuggeschwindigkeit bei offener Kupplung mit einer entsprechenden Übersetzung verwendet werden. Auf diese Weise ist keine Eingangsgröße mehr als Einzelsignal notwendig.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn statt der Erfas sung der Position des Ausrücklagers der Kupplung der Druck im Aktor verwendet wird. Ein Drucksensor kann hierbei in der HSG gut untergebracht werden und die Verbindung zur ESG ist leicht möglich. Es ist jeweils zu beachten, daß das Drucksignal sehr stark mit Druckschwingungen behaftet ist, so daß es einen gewissen Softwareaufwand erfordert, Werte zu erhalten, die dem übertragenen Kupplungsmoment entspre chen. Weiterhin ist zu beachten, daß die üblichen feder schließenden Kupplungen gerade im kritischen Bereich der beginnenden Drehmomentübertragung sehr flache oder sogar wechselnde Kraft/Wegkurven haben, die eine ausreichend ge naue Zuordnung des Kupplungsdruckes zum übertragenden Mo ment erschweren.

Die Kupplungssteuerung und -regelung kann auch ohne Wegmessung vorgenommen werden, indem über Drehzahlsensoren die Drehzahlen des Motors, der Antriebswelle und der Ab triebswelle in Relation gebracht werden.

Bei einer mittels Hydraulikdruck schließenden Kupplung kann über den Druck über den Aktoren das Übertragungsmoment der Kupplung festgestellt werden und somit in der HSG mit tels Drucksensor abgenommen werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 modulare Struktur des erfindungsgemäßen Ge triebes;

Fig. 2 modulare Struktur des MEC-Moduls.

Fig. 1 zeigt den modularen Aufbau eines Automatgetrie bes. Es sind drei verschiedene Variationen von Automatge trieben vorgesehen AS-INLINE, AS-WINKEL und AS-TRIEBKOPF. AS-INLINE setzt sich zusammen aus dem Getriebemechanik- Modul MEC-INLINE, dem Druckversorgungs-Modul DVE, dem Kupp lungsbetätigungs-Modul KUB und dem Hydrauliksteuergeräte- Modul HSG mit dem Elektroniksteuergeräte-Modul ESG, wobei ein zusätzliches, kundenspezifisches Modul bzw. Teile KUN hinzugefügt werden. Das Automatgetriebe WINKEL bzw. TRIEBKOPF unterscheidet sich von dem Automatgetriebe AS- INLINE lediglich dadurch, daß der Mechanikteil MEC-WINKEL oder MEC-TRIEBKOPF anstelle des MEC-INLINE Getriebemecha nik-Moduls eingesetzt wird.

Fig. 2 zeigt die Möglichkeit der Modularisierung des Mechanikteils. Es sind die Module MEC-INLINE, MEC-WINKEL und MEC-TRIEBKOPF dargestellt, wobei auch hier wieder auf gemeinsame Komponente zugegriffen werden kann. Das MEC- INLINE Modul besteht aus den Modulen Antriebswelle (ANW- INLINE), Gehäuse vorne (GEV-INLINE), Gehäuse hinten (GEH- INLINE), der Abtriebswelle (ABW-INLINE) und den allen ge meinsamen Untermodulen Vorlegewelle (VOR) und Schaltung (SCH). Für das Getriebemechanik-Modul MEC-WINKEL werden jeweils die Module ANW-, GEV-, GEH-, ANT-, ABT- und ABW- WINKEL eingesetzt zuzüglich der in allen vorhandenen Modu len VOR und SCH.

Für das MEC TRIEBKOPF-Modul wird anstelle des ABT- WINKEL-Moduls das ABT-TRIEBKOPF-Modul eingesetzt, wobei der Rest dem MEC-Winkel-Moduls entspricht.

Bezugszeichenliste

ABT Abtriebswelle optional
ABW Hauptwelle (Abtriebswelle)
ANT Antriebswelle
ANW Getriebeeingangswelle (Antriebswelle)
AS Automatisches Schaltgetriebe
DVE Druckversorgungs-Einheit
ESG Elektroniksteuergerät
GEH Gehäuse hinten
GEV Gehäuse vorn
HSG Hydraulikschaltgerät
KUB Kupplungsbetätigung
KUN kundenbezogene Teile
MEC Getriebemechanik
SCH Schaltung
VOR Vorlegewelle

Claims

1. Automatgetriebe, insbesondere für Nutzkraftwagen, mit einer Getriebemechanik, mit einer Kupplung und dazuge höriger Kupplungsbetätigung, mit einer Druckversorgungsein heit und dazugehörigem Schaltgerät und mit elektronischen Steuergliedern, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau derart, daß folgende Grundmodule austauschbar miteinander verbindbar sind:

1.1 ein Getriebemechanik-Modul (MEC), das alle das Drehmo ment wandelnde Teile, wie Räder, Wellen und Schaltelemente aufweist und frei von elektrischen Leitungen, Schaltern und Sensoren ist;
1.2 ein Kupplungsbetätigungs-Modul (KUB), mit dem eine Trennkupplung, insbesondere eine Trockentrennkupplung, ge steuert oder geregelt geöffnet und geschlossen wird;
1.3 ein Druckversorgungs-Modul (DVE), mit dem der notwen dige Hydraulikdruck für die Betätigung der Kupplung und des Getriebes erzeugt wird;
1.4 ein Hydrauliksteuergeräte-Modul (HSG), das alle für die Kupplungs- und Schaltgetriebebetätigung notwendigen Sensoren und Aktoren und deren Ventile aufweist;
1.5 ein Elektroniksteuergeräte-Modul (ESG), in dem alle Schaltbefehle für die Aktoren des HSG erzeugt werden.

2. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als weiteres Modul ein kundenbezogenes Teile-Modul (KUN) vorgesehen ist.

3. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Hydrauliksteuerge räte-Modul (HSG) mit dem Geberzylinder der Kupplung verse hen ist.

4. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge triebemechanik-Modul (MEC) derart gestaltet ist, daß Ein gang und Ausgang in einer Linie (INLINE), jedoch achsenver setzt vorgesehen sind.

5. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge triebemechanik-Modul (MEC) derart gestaltet ist, daß Ein gang und Ausgang um 90° versetzt angeordnet sind (WINKEL).

6. Automatgetriebe nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Getriebemechanik- Modul (MEC) ein integriertes Differential aufweist (TRIEBKOPF).

7. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Getriebemechanik-Modul (MEC) aus einem Pool von zueinander kompatiblen Einzelmodulen zusammensetzt.

8. Automatgetriebe nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß sich das Getriebemecha nik-Modul (MEC) aus dem Pool der folgenden Untermodule zu sammensetzt:

8.1 einem Gehäuse
8.1.1 einem Gehäuse vorne
8.1.1.1 für INLINE (GEV-INLINE)
8.1.1.2 oder für WINKEL (GEV-WINKEL)
8.1.2 einem Gehäuse hinten
8.1.2.1 für INLINE (GEH-INLINE)
8.1.2.2 oder für WINKEL (GEH-WINKEL);
8.2 einer Antriebswelle (ANW)
8.2.1 für INLINE (ANW-INLINE)
8.2.2 oder für WINKEL (ANW-WINKEL), die zum Winkel getriebe führt;
8.3 einer Vorlegewelle (VOR)
8.4 einer Schaltung (SGH)
8.5 einer Abtriebswelle
8.5.1 für INLINE (ABW-INLINE)
8.5.2 oder für WINKEL (ABW-WINKEL) zum Eingang des Winkelgetriebes;
8.6 einer Antriebswelle (ANT-WINKEL) für das Win kelgetriebe als Eingangswelle und
8.7 einer Abtriebswelle (ABT-WINKEL) des Winkel getriebes oder der Abtriebswelle des TRIEBKOPF (ABT-TRIEBKOPF).

9. Baureihe von modularen Automatgetrieben für unter schiedliche Kraftfahrzeuge, die die Merkmale eines der vor gehenden Ansprüche aufweisen und die über untereinander kompatible Schnittstellen verfügen.