DE602005002135T2 - Unendlich variable bypass-leistungsübertragung mit zwei betriebsmodi für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein unendlich variables Leistungsverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsmodi für ein mit einem Verbrennungsmotor ausgestattetes Kraftfahrzeug.
  • Ein solches Leistungsverzweigungsgetriebe ermöglicht es, eine stufenlose Regelung von einem Rückwärtsgang bis zu einem Vorwärtsgang zu erhalten, indem über eine "Leerlauf in Eingriff" genannte, besondere Stellung gegangen wird, in der die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs für eine beliebige Drehzahl des Verbrennungsmotors Null ist.
  • Es gibt mehrere Typen von Leistungsverzweigungsgetrieben.
  • Gemäß einem ersten Typ "mit gekoppeltem Eingang" weist das Getriebe ein Paar von Leistungsverzweigungszahnrädern, die die Leistung am Eingang des Mechanismus verzweigen, und einen "sammelnden" Planetengetriebezug auf, der die Leistungen am Ausgang des Mechanismus vereint. Das Getriebe weist ebenfalls einen Drehzahlregler auf.
  • Bei einem anderen Typ "mit gekoppeltem Ausgang" weist das Getriebe einen leistungsteilenden Planetengetriebezug am Eingang des Mechanismus und ein Paar von leistungssammelnden Zahnrädern am Ausgang des Mechanismus auf. Das Getriebe weist ebenfalls einen Drehzahlregler auf.
  • Schließlich sind ebenfalls Leistungsverzweigungsgetriebe "mit zwei Anpassungspunkten" bekannt, bei denen ein erster leistungsteilender Planetengetriebezug am Eingang des Getriebes angeordnet ist, während ein zweiter leistungssammelnder Planetengetriebezug am Ausgang des Getriebes angeordnet ist. Auch hier weist das Getriebe einen Drehzahlregler auf.
  • Ein unendlich variables Getriebe (TIV oder IVT im Englischen) verwendet nur ein oder zwei dieser drei Betriebsprinzipien.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein unendlich variables Getriebe, das zwei unterschiedliche Betriebsmodi verwendet und eine Modusänderungsvorrichtung aufweist, die es ermöglicht, von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus überzugehen.
  • Man versteht, dass es vorteilhaft ist, für das gleiche Getriebe über zwei Betriebsmodi zu verfügen, da es ermöglicht, den Bereich der Übersetzungen des Getriebes zu vergrößern und es außerdem erlaubt, die Abmessungen der Drehzahlreglervorrichtung zu verringern, die elektrische Maschinen aufweisen kann.
  • Solche Bi-Modus-Getriebearchitekturen bekannter Art haben aber den Nachteil, dass die Modusänderungen von Mehrfachscheibenkupplungen durchgeführt werden, die am Ausgang des Getriebes angeordnet sind, so dass ihr Betrieb von abrupten Veränderungen des Drehmoments begleitet werden, die von den Benutzern als unangenehm empfunden werden. Ein anderer Nachteil eines solchen Getriebes, das zum Beispiel in dem Patent US-A-5 558 589 oder in dem Patent US-A-5 935 035 beschrieben wird, liegt in der Komplexität der Architektur, die insbesondere mit dem Vorhandensein von mindestens zwei Kupplungen und einer Bremse verbunden ist.
  • In einer früheren französischen Patentanmeldung FR 02 14 241 im Namen der Anmelderin wurde ein unendlich variables Getriebe mit zwei Betriebsmodi von dem Typ beschrieben, der einen elektrischen Drehzahlregler und mindestens zwei Leistungsverzweigungskanäle aufweist, von denen ein Hauptkanal den Verbrennungsmotor mit den Antriebsrädern verbindet und ein Nebenkanal mit dem elektrischen Drehzahlregler verbunden ist, so dass mindestens zwei Betriebsmodi an den Leistungsverzweigungskanal des elektrischen Drehzahlreglers angewendet werden können.
  • Das in dieser früheren Patentanmeldung beschriebene unendlich variable Getriebe weist einen ersten zusammengesetzten Planetengetriebezug, der es ermöglicht, den Verbrennungsmotor mit den Rädern des Fahrzeugs gemäß einem Leistungsverzweigungs-Hauptkanal zu verbinden, und einen einfachen Planetengetriebezug, der es ermöglicht, die Leistungsverzweigung durchzuführen, sowie einen zweiten zusammengesetzten Planetengetriebezug auf, um ein Modusänderungssystem zwischen mindestens zwei Betriebsmodi des unendlich variablen Getriebes herzustellen.
  • Das in dieser früheren Patentanmeldung beschriebene Getriebe weist zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen auf, die es zwei Wellen des Getriebes ermöglichen, unabhängig in Drehung blockiert zu werden oder nicht, wodurch jedes Mal einer der Betriebsmodi des Getriebes gewährleistet wird.
  • Bei einer Modusänderung werden die zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen unabhängig von zwei Betätigungsgliedern gesteuert, die von einer elektrischen Kraft oder von einer hydraulischen Kraft in Bewegung versetzt werden können. Die Steuerung der zwei Betätigungsglieder erfolgt derart, dass die zwei Modi gleichzeitig eingeleitet werden, während die zwei erwähnten Wellen des Getriebes gleichzeitig in Drehung blockiert sind.
  • Ein anderes Getriebe mit einer ähnlichen Architektur ist in dem Patent FR 2 823 281 A beschrieben, das den Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Architekturen so zu vereinfachen, dass der Platzbedarf des Getriebes sowie seine Herstellungskosten verringert werden.
  • Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls ein unendlich variables Getriebe mit zwei Betriebsmodi zum Gegenstand, bei dem das Umschalten zwischen den zwei Betriebsmodi besonders einfach erfolgt.
  • Das unendlich variable Leistungsverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsmodi gemäß der Erfindung, das insbesondere für ein mit einem Verbrennungsmotor ausgestattetes Kraftfahrzeug geeignet ist, ist von dem Typ, der aufweist:
    • – mindestens zwei Leistungskanäle, die parallel den Verbrennungsmotor mit den Rädern des Fahrzeugs verbinden und je eine Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtung enthalten, die in der Lage ist, eine Welle des Getriebes je nach dem Betriebsmodus zu blockieren oder freizugeben;
    • – einen Kanal, der einen stufenlosen Drehzahlregler enthält;
    • – und eine Steuervorrichtung für die Modusänderung, die in der Lage ist, die Betätigung der Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen zu steuern.
  • Das Getriebe weist ein einziges Betätigungsglied für die beiden Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen auf, das in der Lage ist, bei einer Modusänderung gleichzeitig die zwei Modi einzuleiten, indem die zwei Wellen des Getriebes blockiert werden.
  • Daraus resultiert eine deutliche Vereinfachung im Vergleich mit den klassischen Getrieben dieses Typs, bei denen es notwendig war, eine komplexe Steuerung für zwei unabhängige Betätigungsglieder vorzusehen.
  • Das einzige Betätigungsglied ist vorzugsweise vom Typ mit Kupplungsklauen und kann von einer hydraulischen oder einer elektrischen Kraft angetrieben werden.
  • Das Betätigungsglied wird so montiert, dass es parallel zu den beiden Wellen des Getriebes translationsbeweglich ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Betätigungsglied zwei Gruppen von Klauenzähnen auf, die in der Lage sind, je in zwei Gruppen von entsprechenden Klauenzähnen einzugreifen, die fest mit den zwei Wellen des Getriebes verbunden sind.
  • Vorzugsweise sind die zwei Gruppen von Klauenzähnen des Betätigungsglieds axial zueinander versetzt, um gleichzeitig mit den Gruppen von entsprechenden Klauenzähnen der zwei Wellen des Getriebes in einer Stellung des Betätigungsglieds zusammenwirken zu können und um alternativ mit einer der entsprechenden Gruppen von Klauenzähnen der zwei Wellen des Getriebes in anderen Stellungen des Betätigungsglieds zusammenwirken zu können.
  • Bei einer Modusänderung werden die zwei Wellen des Getriebes so auf einfache und wirksame Weise gleichzeitig in Drehung blockiert. Dagegen ist für jeden Modus eine der zwei Wellen in Drehung frei, während die andere in Drehung blockiert ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Getriebes ist der stufenlose Drehzahlregler vom elektrischen Typ.
  • Ein solcher Drehzahlregler kann zwei elektrische Zugmaschinen oder eine elektrische Zugmaschine und einen elektrischen Reglermotor aufweisen, insbesondere, um ein hybrides Antriebsaggregat zu bilden.
  • Die zwei Leistungskanäle weisen vorteilhafterweise je einen leistungsteilenden Planetengetriebezug auf, von dem ein Organ mit einer der Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen verbunden ist.
  • Ein leistungssammelnder Planetengetriebezug ist vorteilhafterweise am Ausgang des Getriebes montiert. Er kann eine Abtriebswelle enthalten, die mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, wobei die Abtriebswellen der leistungsteilenden Getriebezüge und des Drehzahlreglers mit dem Eingang des sammelnden Getriebezugs verbunden sind.
  • Die Erfindung wird besser verstanden bei der Betrachtung einer Ausführungsform, die als keineswegs einschränkendes Beispiel genommen wird und durch die beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht wird. Es zeigen:
  • 1 schematisch die Hauptelemente eines unendlich variablen Getriebes mit zwei Betriebsmodi gemäß der Erfindung;
  • 2 einen Graph, der den Übergang von einem Betriebsmodus zu einem anderen zeigt; und
  • die 3 bis 5 die verschiedenen Stellungen des einzigen Betätigungsglieds gemäß einer Ausführungsform, wobei die Einheit im schematischen und teilweisen Schnitt gesehen wird.
  • 1 zeigt schematisch die Hauptelemente einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes. Ein Verbrennungsmotor 1 bildet ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs. Die Achse der Antriebsräder des Fahrzeugs, die schematisch durch den Block 2 dargestellt ist, bildet das angetriebene Element. Zwischen dem angetriebenen Element 2 und dem Verbrennungsmotor 1 ist das unendlich variable Getriebe angeordnet, das insgesamt mit 3 bezeichnet ist.
  • Das Getriebe 3 weist zwei Leistungskanäle auf, die den Verbrennungsmotor 1 parallel mit den Rädern 2 des Fahrzeugs verbinden. Jeder dieser zwei Leistungskanäle weist einen leistungsteilenden Planetengetriebezug 4, 5 auf, von dem eine Sekundärwelle 6, 7 von einer Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtung 8, 9 in Drehung blockiert oder freigegeben werden kann.
  • Das Getriebe weist ebenfalls einen Leistungskanal auf, der einen stufenlosen Drehzahlregler enthält, der durch das Bezugszeichen 10 schematisch dargestellt ist. Ein Planetengetriebezug 11 hat die Aufgabe eines leistungssammelnden Elements der Einheit der Leistungskanäle. Zu diesem Zweck sind die Abtriebswellen 12 der leistungsteilenden Getriebezüge 4, 5 und die Abtriebswelle 13 des Drehzahlreglers 10 mit dem Eingang des leistungssammelnden Getriebezugs 11 verbunden.
  • Die Sekundärwellen 6, 7 der zwei leistungsteilenden Getriebezüge 4, 5 können mechanisch mit der Eingangswelle 14 des Drehzahlreglers 10 verbunden sein, wenn die Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9 betätigt werden, um die eine oder die andere der Wellen 6, 7 in Drehung zu blockieren.
  • Das Getriebe 3 weist ebenfalls eine Steuervorrichtung 15 für die Modusänderung auf, die in der Lage ist, die Betätigung der zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9 zu steuern, wobei die Steuerkanäle schematisch durch die Bezugszeichen 16 und 17 in 1 dargestellt sind. Die Steuervorrichtung 15 ist ebenfalls in der Lage, über die Verbindung 18 den Drehzahlregler 10 zu steuern.
  • Die Steuervorrichtung 15 der Modusänderung ist in der Lage, während der Dauer einer Modusänderung, die zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9 so zu steuern, dass die zwei Modi des Leistungsgetriebes während dieser Periode gleichzeitig existieren.
  • 2 zeigt durch ein Zeitdiagramm den Einrückzustand E der zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9. Der Zustand der Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtung 8 mit dem Bezugszeichen E1 in 2 und der Zustand der Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtung 9 mit dem Bezugszeichen E2 in 2 sind komplementär zwischen den Zeiten t0 und t1, sowie zwischen den Zeiten t2 und t3. Zwischen den Zeiten t1 und t2 sind die zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9, deren jeweiliger Zustand E1 bzw. E2 ist, dagegen gleichzeitig eingerückt, wodurch die Modusänderung durchgeführt werden kann.
  • Die Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9 können auf verschiedene Weise hergestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, die in den 3 bis 5 dargestellt ist, ist ein einziges Betätigungsglied 19 für die zwei Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen 8, 9 der 1 vorgesehen. Das Betätigungsglied 19 ist vom Typ mit Kupplungsklaue und ist gemäß dem Pfeil 20 parallel zur Achse 21 der zwei Getriebewellen 6, 7 translationsbeweglich, die schematisch in 1 dargestellt sind. Das Betätigungsglied 19 weist eine erste Gruppe von Klauenzähnen 22 und eine zweite Gruppe von Klauenzähnen 23 auf, die axial bezüglich der ersten Gruppe versetzt ist. Die Sekundärwelle 6 ist fest mit einem ringförmigen Bauteil 24 verbunden, das eine Gruppe von Klauenzähnen 25 trägt, die komplementär zu den Klauenzähnen 22 und in der Lage sind, mit diesen zusammenzuwirken. In gleicher Weise ist die Sekundärwelle 7 fest mit einem ringförmigen Organ 26 verbunden, das eine Gruppe von Klauenzähnen 27 trägt, die in der Lage sind, mit den Klauenzähnen 23 zusammenzuwirken.
  • Man stellt fest, dass im dargestellten Beispiel die zwei Gruppen von Klauenzähnen 22, 23 innerhalb von zwei ringförmigen Organen 22a, 23a montiert sind, die fest mit dem Betätigungsglied 19 verbunden sind. Die zwei Gruppen von Klauenzähnen 25 und 27 sind ihrerseits am Außenumfang der ringförmigen Organe 24 bzw. 26 angeordnet.
  • Die Betätigungsvorrichtung 19 arbeitet folgendermaßen.
  • In 3 befindet sich das Betätigungsglied 19 in einer ersten Stellung, in der die Klauenzähne 22 mit den Klauenzähnen 25 in Eingriff sind. Dagegen sind die Klauenzähne 23 vollständig von den Klauenzähnen 27 gelöst. Das fest mit der Welle 6 verbundene ringförmige Organ 24 ist also in Drehung blockiert, während das fest mit der Welle 7 verbundene ringförmige Organ 26 frei ist. Eine geradlinige Translationsverschiebung in Richtung des Pfeils 20 der 3 verschiebt die zwei Gruppen von Klauenzähnen 22, 23 in die in 4 dargestellte Stellung. In dieser Stellung, unter Berücksichtigung der für die Zähne 22 bezüglich der Zähne 23 gewählten axialen Verschiebung, sieht man, dass die Klauenzähne 22 zum Teil mit den Klauenzähnen 25 in Eingriff sind, während die Klauenzähne 23 zum Teil mit den Klauenzähnen 27 in Eingriff sind. In dieser Zwischenstellung sind die zwei Wellen 6, 7 also durch das Betätigungsglied 19 in Drehung blockiert. Diese Stellung entspricht der Phase der Modusänderung des Getriebes. Die zwei Modi sind tatsächlich gleichzeitig eingeleitet. Eine einzige geradlinige Translationsbewegung des einzigen Betätigungsglieds 19 ermöglicht es so, von einem ersten Modus in eine Phase des gleichzeitigen Einleitens von zwei Modi umzuschalten.
  • Eine Fortsetzung der geradlinigen Translationsbewegung in Richtung des Pfeils 20 versetzt das Betätigungsglied 19 in die in 5 dargestellte Stellung, in der die Klauenzähne 22 von den Klauenzähnen 25 gelöst sind, während die Klauenzähne 23 mit den Klauenzähnen 27 in Eingriff sind. In dieser Stellung ist also der zweite Modus des Getriebes eingeleitet.
  • Die geradlinige Translationsbewegung des einzigen Betätigungsglieds 19 kann mittels einer elektrischen linearen Betätigungsvorrichtung oder durch die Wirkung einer hydraulischen Kraft erhalten werden.
  • Obwohl in diesem Beispiel die Verwendung eines mit Klauenzähnen versehenen Betätigungsglieds dargestellt wurde, ist es klar, dass es möglich wäre, andere Arten von Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen zu verwenden, wie Kupplungen, insbesondere mit hydraulischer Steuerung.
  • Im dargestellten Beispiel wurde gezeigt, dass das einzige Betätigungsglied in Drehung blockiert ist. Es ist natürlich klar, dass das Betätigungsglied ebenfalls mit einer anderen Getriebewelle verbunden sein kann, je nach der gewählten Kinematik.

Claims (11)

  1. Unendlich variables Leistungsverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsmodi für ein mit einem Verbrennungsmotor ausgestattetes Kraftfahrzeug, von dem Typ, der aufweist: – mindestens zwei Leistungskanäle, die parallel den Verbrennungsmotor mit den Rädern des Fahrzeugs verbinden und je eine Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtung (8, 9) enthalten, die in der Lage ist, eine Welle (6, 7) des Getriebes je nach dem Betriebsmodus zu blockieren oder freizugeben; – einen Kanal, der einen stufenlosen Drehzahlregler (10) enthält; – und eine Steuervorrichtung (15) für die Modusänderung, die in der Lage ist, die Betätigung der Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen zu steuern und gleichzeitig die beiden Modi einzuleiten, indem die zwei Wellen des Getriebes bei einer Modusänderung blockiert werden; dadurch gekennzeichnet, dass es ein einziges Betätigungsglied (19) für die beiden Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen aufweist.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (19) vom Typ mit Kupplungsklauen ist.
  3. Getriebe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied von einer hydraulischen Kraft angetrieben wird.
  4. Getriebe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied von einer elektrischen Kraft angetrieben wird.
  5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied parallel zu den beiden Wellen des Getriebes translationsbeweglich ist.
  6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (19) zwei Gruppen von Klauenzähnen (22, 23) aufweist, die in der Lage sind, je in zwei Gruppen von entsprechenden Klauenzähnen (25, 27) einzugreifen, die fest mit den zwei Wellen des Getriebes verbunden sind.
  7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Gruppen von Klauenzähnen des Betätigungsglieds axial zueinander versetzt sind, um gleichzeitig mit den Gruppen von entsprechenden Klauenzähnen der zwei Wellen des Getriebes in einer Stellung des Betätigungsglieds zusammenwirken zu können und um alternativ mit einer der entsprechenden Gruppen von Klauenzähnen der zwei Wellen des Getriebes in anderen Stellungen des Betätigungsglieds zusammenwirken zu können.
  8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stufenlose Drehzahlregler (10) vom elektrischen Typ ist.
  9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregler zwei elektrische Zugmaschinen oder eine elektrische Zugmaschine und einen elektrischen Reglermotor aufweist, insbesondere, um ein hybrides Antriebsaggregat zu bilden.
  10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Leistungskanäle je einen leistungsteilenden Planetengetriebezug (4, 5) aufweisen, von dem ein Organ mit einer der Kopplungs-/Entkopplungsvorrichtungen verbunden ist.
  11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen leistungssammelnden Planetengetriebezug (11) aufweist, der eine Abtriebswelle enthält, die mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, wobei die Abtriebswellen der leistungsteilenden Getriebezüge und des Drehzahlreglers mit dem Eingang des sammelnden Getriebezugs verbunden sind.
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