DE19737418A1 - Zahnradvorgelege für ein Viergang-Automatikgetriebe für Fahrzeuge - Google Patents

Zahnradvorgelege für ein Viergang-Automatikgetriebe für Fahrzeuge

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Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradvorgelege, und insbesondere ein Zahnradvorgelege für ein Viergang-Automatikgetriebe für Fahrzeuge, welches unter Verwendung eines zusammengesetzten Planetenradsatzes, der aus zwei einfachen, miteinander verbundenen Planetenradsätzen zusammengesetzt ist, die Gestaltung eines Automatikgetriebes ermöglicht, das eine geringe Länge aufweist, um eine einfache Anwendung bei einem frontgetriebenen Fahrzeug zu ermöglichen, bei dem ein Motor quer eingebaut ist.
Insgesamt weisen Automatikgetriebesysteme für Fahrzeuge eine Getriebesteuereinrichtung (TCU) auf, die Übersetzungsverhältnisse entsprechend den Änderungen eines Fahrzustandes des Fahrzeuges automatisch steuern.
Die oben genannte TCU steuert eine Mehrzahl von Reibelementen, die in einem Zahnradvorgelege vorgesehen sind, um entweder im Betriebs- oder im Außerbetriebszustand eines der drei wesentlichen Bauteile des Planetenradsatzes (ein Sonnenrad, ein Hohlrad und ein Planetenradträger) als Antriebselement, Reaktionselement bzw. Abtriebselement auszuwählen, wodurch die Anzahl der Abtriebsumdrehungen gesteuert werden kann.
Es gibt verschiedene Arten von zusammengesetzten Planetengetriebesätzen, die bei Automatikgetriebesystemen verwendet werden, die einen zusammengesetzten Planetengetriebesatz des Ravigneaux-Typs, des Simpson-Typs und des Doppel-Simpson-Typs aufweisen.
Die oben genannten zusammengesetzten Planetengetriebesätze weisen, um diese als Schalteinrichtung für Fahrzeuge verwenden zu können, auch eine Struktur, bei der Planetenradträger eines ersten einfachen Planetengetriebesatzes mit Planetenradträgern eines zweiten einfachen Planetengetriebesatzes verbunden sind, eine Struktur, bei der der Planetenradträger und das Hohlrad mittels des Sonnenrades miteinander verbunden sind, oder eine Struktur auf, bei der die Planetenradträger des ersten einfachen Planetenradsatzes und das Hohlrad des zweiten einfachen Planetenradsatzes direkt miteinander verbunden sind, nämlich ein Struktur, bei der zwei Planetenradsätze in Axialrichtung miteinander verbunden sind.
Die oben genannten Strukturen erhöhen jedoch die Länge des Automatikgetriebes in Axialrichtung, wobei die Montage schwierig ist, insbesondere wenn das Automatikgetriebe für ein frontgetriebenes Fahrzeug verwendet wird, bei dem der Motor quer eingebaut ist. Folglich wird viel Zeit und Anstrengung für die Verkürzung des Automatikgetriebes beim Gestaltungsvorgang aufgewendet.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Zahnradvorgelege für ein Viergang-Automatikgetriebe für Fahrzeuge zu schaffen, wobei durch Verwendung eines zusammengesetzten Planetenradsatzes, der aus zwei in Radialrichtung miteinander verbundenen Planetenradsätzen zusammengesetzt ist, die Gestaltung eines Automatikgetriebes ermöglicht wird, das eine geringe Länge aufweist, um eine leichte Anwendung bei einem frontgetriebenen Fahrzeug mit einem quer eingebauten Motor zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird das oben genannte Ziel erreicht durch ein Zahnradvorgelege für ein Viergang-Automatikgetriebe eines Fahrzeuges, mit:
einer Antriebswelle, die mit einem Motor verbunden ist;
einer Zwischenwelle, die parallel zu der Antriebswelle angeordnet ist;
einem zusammengesetzten Planetenradsatz, der auf der Zwischenwelle montiert ist, wobei der zusammengesetzte Planetenradsatz aufweist:
einen ersten einfachen Planetenradsatz, der die Leistung von der Antriebswelle aufnimmt; und
einen zweiten einfachen Planetenradsatz, der die Leistung von der Antriebswelle aufnimmt, wobei der zweite einfache Planetenradsatz mit dem ersten einfachen Planetenradsatz in Radialrichtung verbunden ist;
eine Abtriebswelle, die auf die Zwischenwelle ausgerichtet ist und mit dem ersten einfachen Planetenradsatz und dem zweiten einfachen Planetenradsatz verbunden ist, um Leistung abzugeben;
Kupplungsmittel zum Auswählen eines Antriebselements des zusammengesetzten Planetenradsatzes; und Bremsmittel zum Auswählen eines Reaktionselements des zusammengesetzten Planetenradsatzes.
Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung weist das Zahnradvorgelege ein erstes Antriebsrad und ein zweites Antriebsrad auf, die beide auf der Antriebswelle montiert sind,
wobei der erste einfache Planetenradsatz ein Sonnenrad, das auf der Zwischenwelle montiert ist und mit dem ersten Antriebsrad verbunden ist; erste Planetenräder, die mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen, wobei die ersten Planetenräder über einen ersten Planetenradträger miteinander verbunden sind; und ein erstes Hohlrad aufweist, dessen Innenumfang mit den ersten Planetenrädern in Eingriff steht,
der zweite einfache Planetenradsatz zweite Planetenräder, die mit einem Außenumfang des ersten Hohlrades in Eingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder über einen zweiten Planetenradträger miteinander verbunden sind; und ein zweites Hohlrad aufweist, dessen Innenumfang mit den zweiten Planetenrädern in Eingriff steht, und
der erste Planetenradträger und der zweite Planetenradträger gemeinsam über ein Verbindungsteil mit der Abtriebswelle verbunden sind.
Die Bremseinrichtung weist eine erste Bremse, die zwischen einem Getriebegehäuse und dem ersten Hohlrad angeordnet ist, eine zweite Bremse, die zwischen dem Sonnenrad und dem Getriebegehäuse angeordnet ist, und eine dritte Bremse auf, die zwischen dem zweiten Hohlrad und dem Getriebegehäuse angeordnet ist.
Die Kupplungseinrichtung weist eine erste Kupplung, die zwischen dem ersten Antriebsrad und dem Sonnenrad angeordnet ist, und eine zweite Kupplung auf, die zwischen dem zweiten Antriebsrad und dem zweiten Hohlrad angeordnet ist.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zahnradvorgeleges nach einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2 eine Betriebsdiagramm der Reibelemente in jedem Getriebegang nach einer bevorzugten Ausführungsform; und
Fig. 3 eine Ansicht zum Erläutern des Betriebs der ersten Ausführungsform mittels eines Hebel-Analogie-Verfahrens.
Mit Bezug auf die Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Drehmoment, das von einem Motor erzeugt wird, auf einen Drehmomentwandler 4 übertragen, um eine Umwandlung des Drehmoments zu realisieren, und das Drehmoment wird dann auf einen zusammengesetzten Planetengetriebesatz 6 übertragen, um einen Schaltvorgang zu realisieren.
Bei dem oben genannten Zahnradvorgelege ist der zusammengesetzte Planetengetriebesatz 6 mit einem ersten Antriebsrad 10 und einem zweiten Antriebsrad 12 verbunden, welche beide auf einer gemeinsamen Antriebswelle 8 montiert sind, wobei zumindest eines der Bauteile des zusammengesetzten Planetengetriebesatzes 6 als Antriebselement über einen wahlweisen Betrieb einer Kupplungseinrichtung wirkt, die eine Mehrzahl von Kupplungen 14 und 16 aufweist, und zumindest eines der Bauteile als Reaktionselement bei allen Vorwärtsgängen, ausgenommen einem dritten Gang, über einen wahlweisen Betrieb einer Bremseinrichtung wirkt, die eine Mehrzahl von Bremsen 18, 20 und 22 aufweist.
Der oben genannte Drehmomentwandler 4, der das von dem Motor 2 erzeugte Drehmoment umwandelt, weist ein Pumpenrad 24, das direkt mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Motors 2 verbunden ist, ein Turbinenrad 26, das dem Pumpenrad 24 gegenüberliegend derart montiert ist, daß das Turbinenrad 26 zusammen mit Öl dreht, das von dem Pumpenrad 24 abgeströmt wird, und einen Stator 28 auf, der zwischen dem Pumpenrad 24 und dem Turbinenrad 26 montiert ist, wobei der Stator 28 den Ölfluß ändert, um die Rotationskraft des Pumpenrades 24 zu erhöhen.
Mittels der oben genannten Struktur wird, wenn der Motor 2 in Betrieb ist, das Öl, das in dem Drehmomentwandler 4 vorhanden ist, von dem Pumpenrad 24 abgeströmt und dem Turbinenrad 26 zugeführt, um dasselbe zu betreiben. Nachdem das Turbinenrad 26 betrieben wird, fließt dann das Öl zu dem Stator 28 hin.
Die Richtung des Ölflusses zu dem Stator 28 hin, wie oben erwähnt, wird in dem Stator 28 geändert, um den Ölfluß wieder auf das Pumpenrad 24 zu richten. Dieser Vorgang wird wiederholt. Hierbei tritt durch eine Rotation des Stators 28 eine Differenz zwischen der Rotationskraft des Pumpenrades 24 und der Rotationskraft des Turbinenrades 26 auf, die an den Stator 28 übertragen wird, wodurch eine Umwandlung des Drehmoments realisiert wird.
Der zusammengesetzte Planetengetriebesatz 6, der das von dem Drehmomentwandler umgewandelte Drehmoment aufnimmt, ist auch auf einer Zwischenwelle 30 montiert, die parallel zu der Antriebswelle 8 vorgesehen ist, die mit dem Turbinenrad 26 des Drehmomentwandlers 4 verbunden ist.
Der zusammengesetzte Planetengetriebesatz 6 weist einen ersten einfachen Planetengetriebesatz 32 und einen zweiten einfachen Planetengetriebesatz 34 auf, welche in Radialrichtung miteinander verbunden sind. Das heißt, der erste einfache Planetengetriebesatz 32 weist ein Sonnenrad 44, das mit einem Zwischenrad 13 verbunden ist, das mit dem ersten Antriebsrad 10 auf der Antriebswelle 8 über die Zwischenwelle 30 in Eingriff steht, Planetenräder 37, die über einen Planetenträger 38 miteinander verbunden sind und mit dem Sonnenrad 44 in Eingriff stehen, und ein Hohlrad 36 auf, dessen Innenumfang mit den Planetenrädern 37 in Eingriff steht. Der zweite einfache Planetenradsatz 34 weist Planetenräder 39, die über einen Planetenradträger 40 miteinander verbunden sind und mit einem Außenumfang des Hohlrades 36 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 in Eingriff steht, und ein Hohlrad 46 auf, dessen Innenumfang mit den Planetenrädern 39 in Eingriff steht, und das mit dem zweiten Antriebsrad 12 auf der Antriebswelle 8 in Eingriff steht. Die Planetenradträger 38 und 40 sind über ein Verbindungsteil 42 miteinander verbunden. Daher ist es möglich, daß das Hohlrad 36 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 als Sonnenrad für den zweiten einfachen Planetenradsatz 34 wirkt.
Ferner ist als Kupplungseinrichtung zum Übertragen der Motorleistung die erste Kupplung 14 zwischen dem Zwischenrad 13 und dem Sonnenrad 44 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 angeordnet, und die zweite Kupplung 16 ist zwischen dem Hohlrad 46 des zweiten einfachen Planetenradsatzes 34 und dem zweiten Antriebsrad 12 auf der Antriebswelle 8 angeordnet.
Daher können durch den wahlweisen Betrieb der ersten Kupplung 14 und der zweiten Kupplung 16 die Räder, die mit diesen Kupplungen verbunden sind, als Antriebselemente betrieben werden.
Auch ist als Bremseinrichtung die erste Bremse 18 zwischen dem Hohlrad 36 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 und einem Getriebegehäuse 48 angeordnet, die zweite Bremse 20 ist zwischen dem Sonnenrad 44 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 und dem Getriebegehäuse 48 angeordnet, und die dritte Bremse 22 ist zwischen dem Hohlrad 46 des zweiten einfachen Planetenradsatzes 34 und dem Getriebegehäuse 48 angeordnet. Daher sind die Räder, die mittels der Bremsen verriegelt werden, Reaktionselemente.
Eine Abtriebswelle 49, die auf die Zwischenwelle 30 ausgerichtet ist, ist mit dem Verbindungsteil 42 verbunden, und eine Abtriebsrad 50, das als Abtriebselement wirkt, ist an einem freien Ende der Abtriebswelle 49 montiert.
Als erste Kupplung 14 und zweite Kupplung 16 können Mehrscheibenkupplungen verwendet werden, wobei als erste Bremse 18, zweite Bremse 20 und dritte Bremse 22 Bandbremsen verwendet werden können.
Wie aus dem Reibelement-Betriebsdiagramm in Fig. 2 ersichtlich, werden bei dem Zahnradvorgelege, das wie oben erwähnt aufgebaut ist, Reibelemente betrieben, um den Schaltvorgang zu realisieren. Der Schaltvorgang wird nachfolgend anhand des Betriebsdiagrammes aus Fig. 2 und des Hebel-Analogie-Schemas aus Fig. 3 erläutert.
Bei dem Hebel, der aus Fig. 3 ersichtlich ist, bezeichnet ein erster Knotenpunkt N1 das Sonnenrad 44 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32, und ein zweiter Knotenpunkt N2 bezeichnet das Hohlrad 46 des zweiten einfachen Planetenradsatzes 34. Außerdem bezeichnet ein dritter Knotenpunkt N3 die Planetenträger 38 und 40 des ersten Planetenradsatzes 32 bzw. des zweiten Planetenradsatzes 34, und ein vierter Knotenpunkt N4 bezeichnet das Hohlrad 36 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32.
Beim Betrieb in einem ersten Vorwärtsgang werden die erste Kupplung 14 und die erste Bremse 18 in Betrieb gesetzt. Infolgedessen wird die Leistung der Antriebswelle 8, die durch die von dem Motor 2 abgegebene Antriebsleistung gedreht wird, durch den Betrieb der ersten Kupplung 14 auf das Sonnenrad 44 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 übertragen, wodurch das Sonnenrad 44 als Abtriebselement wirkt, und gleichzeitig wirkt das Hohlrad 36 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 durch den Betrieb der ersten Bremse 18 als Reaktionselement. Durch die oben genannten Vorgänge wird das Schalten in den ersten Gang realisiert, und durch die Planetenradträger 38 und 40 des ersten Planetenradsatzes 32 bzw. des zweiten Planetenradsatzes 34 wird der Abtrieb realisiert.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt hinsichtlich des Schaltvorgangs in einen ersten Gang eine Linie, die den dritten Knotenpunkt N3, der als Abtriebselement wirkt, mit einem Punkt auf einer Linie L1 verbindet, die eine erste Antriebsdrehzahllinie S1, die von dem ersten Knotenpunkt N1 ausgeht, mit dem vierten Knotenpunkt N4 verbindet, der als Reaktionselement wirkt, eine erste Abtriebsdrehzahllinie D1 dar.
Daher ist die Abtriebsdrehzahl kleiner als die Antriebsdrehzahl, wodurch der erste Gang realisiert wird.
In dem oben genannten Zustand des ersten Ganges steuert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird und die Drosselklappenöffnung vergrößert wird, eine Getriebesteuereinrichtung (TCU) die erste Kupplung 14 in Außerbetriebsstellung und die zweite Kupplung 16 in Betriebsstellung.
Infolgedessen ist das Hohlrad 46 des zweiten einfachen Planetenradsatzes 34 durch den Betrieb der zweiten Kupplung 16 ein Antriebselement, wodurch ein zweiter Gang erreicht wird.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt hinsichtlich des Schaltvorgangs in den zweiten Gang eine Linie, die den dritten Knotenpunkt N3 mit einem Punkt auf einer Linie L2 verbindet, die eine zweite Antriebsdrehzahllinie S2, die von dem zweiten Knotenpunkt N2 ausgeht, mit dem vierten Knotenpunkt N4 verbindet, der als Reaktionselement wirkt, eine zweite Abtriebsdrehzahllinie D2 dar, wobei der Abtrieb eine höhere Drehzahl als der erste Gang aufweist.
In dem oben genannten Zustand des zweiten Ganges steuert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird und die Drosselklappenöffnung vergrößert wird, die TCU die erste Bremse 18 in Außerbetriebsstellung und die erste Kupplung 14 in Betriebsstellung.
Infolgedessen wird, ausgehend von dem Antriebszustand des zweiten Ganges, durch den Betrieb der ersten Kupplung 14 der zweite Antrieb derart realisiert, daß es zwei Antriebselemente gibt, die einen dritten Gang ermöglichen.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt hinsichtlich des Schaltvorgangs in einen dritten Gang eine Linie, die den dritten Knotenpunkt N3 mit einem Punkt auf einer Linie L3 verbindet, die die erste Antriebsdrehzahllinie S1, die von dem ersten Knotenpunkt N1 ausgeht, mit dem zweiten Knotenpunkt N2 verbindet, der als ein anderes Antriebselement wirkt, eine dritte Abtriebsdrehzahllinie D3 dar.
In dem oben genannten Zustand des dritten Ganges steuert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird und die Drosselklappenöffnung vergrößert wird, die TCU die erste Kupplung 14 in Außerbetriebsstellung und die zweite Bremse 14 in Betriebsstellung.
Infolgedessen wird der erste Antrieb freigegeben und durch den Betrieb der zweiten Bremse 20 wirkt das Sonnenrad 44 des ersten einfachen Planetenradsatzes 32 als Reaktionselement, wodurch der vierte Gang realisiert wird.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt hinsichtlich des Schaltvorgangs in einen vierten Gang eine Linie, die den dritten Knotenpunkt N3 mit einem Punkt auf einer Linie L4 verbindet, die die zweite Antriebsdrehzahllinie S2, die von dem zweiten Knotenpunkt N2 ausgeht, mit dem ersten Knotenpunkt N1 verbindet, der als Reaktionselement wirkt, eine vierte Abtriebsdrehzahllinie D4 dar.
Die Abtriebsdrehzahl im vierten Gang ist nämlich in einem Schnellgang-Zustand größer als die Antriebsdrehzahl.
Wenn ein Fahrer einen Wählhebel in einen Rückwärtsgang R betätigt, werden auch die dritte Kupplung 12 und die erste Bremse 14 durch die TCU in Betriebsstellung gesteuert.
Bei dem oben genannten Vorgang wird die Leistung des Motors auf das Sonnenrad 44 des ersten einfachen Planetenradsatzes 34 übertragen, und gleichzeitig wirkt das Hohlrad 46 des zweiten einfachen Planetenradsatzes 34 durch den Betrieb der dritten Bremse 22 als Reaktionselement, wodurch der Schaltvorgang in den Rückwärtsgang R realisiert wird.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt eine Linie, die den dritten Knotenpunkt N3 mit einem Punkt auf einer Linie L5 verbindet, die die erste Antriebsdrehzahllinie S1, die von dem ersten Knotenpunkt N1 ausgeht, mit dem zweiten Knotenpunkt N2 verbindet, der als Reaktionselement wirkt, eine Rückwärtsabtriebsdrehzahllinie R dar.
Bei dem erfindungsgemäßen Zahnradvorgelege, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist es durch Verwendung eines zusammengesetzten Planetenradsatzes, der auf einer Welle parallel zu einer Antriebswelle montiert ist, wobei einfache Planetenradsätze radial miteinander verbunden sind, möglich, ein Automatikgetriebe mit einer geringen Länge zu gestalten, welches eine leichte Anwendung bei einem frontgetriebenen Fahrzeug mit einem quer eingebauten Motor ermöglicht.

Claims (4)

1. Zahnradvorgelege für ein Viergang-Automatikgetriebe eines Fahrzeuges, mit:
einer Antriebswelle (8), die mit einem Motor (2) verbunden ist;
einer Zwischenwelle (30), die parallel zu der Antriebswelle (8) angeordnet ist;
einem zusammengesetzten Planetenradsatz (6), der auf der Zwischenwelle (30) montiert ist, wobei der zusammengesetzte Planetenradsatz (6) aufweist:
einen ersten einfachen Planetenradsatz (32), der die Leistung von der Antriebswelle (8) aufnimmt; und
einen zweiten einfachen Planetenradsatz (34), der die Leistung von der Antriebswelle (8) aufnimmt, wobei der zweite einfache Planetenradsatz (34) mit dem ersten einfachen Planetenradsatz (32) in Radialrichtung verbunden ist;
eine Abtriebswelle (49), die auf die Zwischenwelle (30) ausgerichtet ist und mit dem ersten einfachen Planetenradsatz (32) und dem zweiten einfachen Planetenradsatz (34) verbunden ist, um Leistung abzugeben;
Kupplungsmittel (14, 16) zum Auswählen eines Antriebselements des zusammengesetzten Planetenradsatzes (6); und
Bremsmittel (18, 20, 22) zum Auswählen eines Reaktionselements des zusammengesetzten Planetenradsatzes (6).
2. Zahnradvorgelege nach Anspruch 1, mit einem ersten Antriebsrad (10) und einem zweiten Antriebsrad (12), die beide auf der Antriebswelle (8) montiert sind,
wobei der erste einfache Planetenradsatz (32) ein Sonnenrad (44), das auf der Zwischenwelle (30) montiert ist und mit dem ersten Antriebsrad (10) verbunden ist; erste Planetenräder (37), die mit dem Sonnenrad (44) in Eingriff stehen, wobei die ersten Planetenräder (37) über einen ersten Planetenradträger (38) miteinander verbunden sind; und ein erstes Hohlrad (36) aufweist, dessen Innenumfang mit den ersten Planetenrädern (37) in Eingriff steht,
der zweite einfache Planetenradsatz (34) zweite Planetenräder (39), die mit einem Außenumfang des ersten Hohlrades (36) in Eingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder (39) über einen zweiten Planetenradträger (40) miteinander verbunden sind; und ein zweites Hohlrad (46) aufweist, dessen Innenumfang mit den zweiten Planetenrädern (39) in Eingriff steht, und
der erste Planetenradträger (38) und der zweite Planetenradträger (40) gemeinsam über ein Verbindungsteil (42) mit der Abtriebswelle (49) verbunden sind.
3. Zahnradvorgelege nach Anspruch 2, wobei die Bremseinrichtung eine erste Bremse (18), die zwischen einem Getriebegehäuse (48) und dem ersten Hohlrad (36) angeordnet ist, eine zweite Bremse (20), die zwischen dem Sonnenrad (44) und dem Getriebegehäuse (48) angeordnet ist, und eine dritte Bremse (22) aufweist, die zwischen dem zweiten Hohlrad (46) und dem Getriebegehäuse (48) angeordnet ist.
4. Zahnradvorgelege nach Anspruch 3, wobei die Kupplungseinrichtung eine erste Kupplung (14), die zwischen dem ersten Antriebsrad (10) und dem Sonnenrad (44) angeordnet ist, und eine zweite Kupplung (16) aufweist, die zwischen dem zweiten Antriebsrad (12) und dem zweiten Hohlrad (46) angeordnet ist.
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