DE102008033471B4

DE102008033471B4 - 8-Ganggetriebe

Info

Publication number: DE102008033471B4
Application number: DE102008033471.5A
Authority: DE
Inventors: Scott H. Wittkopp; Andrew W. Phillips; James M. Hart; Clinton E. Carey; Madhusudan Raghavan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: US7736258B2; CN101349328B; CN101349328A; US20090023533A1; DE102008033471A1

Abstract

Mehrganggetriebe (14), umfassend: ein Antriebselement (17); ein Abtriebselement (19); einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (20, 30, 40), die jeweils ein Sonnenrad (22, 32, 42), eine Planetenträgeranordnung (26, 36, 46) und ein Hohlrad (24, 34, 44) aufweisen; wobei das Antriebselement (17) ständig mit dem Sonnenrad (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbunden ist; und wobei das Abtriebselement (19) ständig mit dem Hohlrad (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbunden ist; wobei das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit einem feststehenden Element (60) verbunden ist; ein Verbindungselement (70), das die Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (50), die die Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) selektiv mit dem feststehenden Element (60) verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (52), die das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit der Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (54), die das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit dem Sonnenrad (42) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (55), die die Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit dem Sonnenrad (42) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (56), die das Sonnenrad (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (57), die die Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; wobei die sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen (50, 52, 54, 55, 56, 57) in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (17) und dem Abtriebselement (19) herzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe mit drei Planetenradsätzen, die durch sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen gesteuert werden, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Pkw umfassen einen Antriebsstrang, der aus einer Maschine, einem Mehrganggetriebe und einem Differential- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass die Maschine ihren Drehmomentbereich mehrmals durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen, die in dem Getriebe verfügbar ist, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Drehmomentbereich der Maschine wiederholt durchlaufen werden kann. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den gesamten Drehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher eine relativ große Maschine, die einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass die Maschine während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der Punkt mit der höchsten Wirtschaftlichkeit war. Daher waren von Hand geschaltete Getriebe (Vorgelegewellengetriebe) am beliebtesten.
Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden (Planetenrad-)Getriebes bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen Übersetzungsverhältnissen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Gangwechsel für den Bediener bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.
Sechsganggetriebe bieten mehrere Vorteile gegenüber Vier- und Fünfganggetrieben, die eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit einschließen. Während viele Lkw Lastschaltgetriebe mit sechs oder mehr Vorwärtsgängen anwenden, werden Pkw aufgrund der Größe und Komplexität dieser Getriebe noch mit Drei- und Viergang-Automatikgetrieben und relativ wenigen Fünf- oder Sechsgangeinrichtungen hergestellt.
Sieben-, Acht- und Neunganggetriebe bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Sechsganggetrieben.
Aus der US 2004/0 053 733 A1 und der US 2003/0 195 079 A1 sind 8-Ganggetriebe mit drei Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Getriebe bereitzustellen, das drei Planetenradsätze aufweist, die gesteuert werden, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.
Eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen und Verhältnisspreizungen können durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben.
1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Planetengetriebe umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung;
1b ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs von 1a, dargestellt in Hebeldiagrammform;
1c ist eine Schalttabelle und ein Schaubild, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs veranschaulichen; und
1d ist eine alternative Schalttabelle und ein alternatives Schaubild, die alternative Betriebseigenschaften des Antriebsstrangs von 1a veranschaulichen.
In 1a ist ein Antriebsstrang 10 mit einer herkömmlichen Maschine und Drehmomentwandler 12, einem Planetengetriebe 14 und einem herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 gezeigt. Die Maschine 12 kann unter Verwendung verschiedener Arten von Kraftstoff mit Leistung beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer bestimmten Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Dimethylether; usw. umfassen.
Das Planetengetriebe 14 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, eine Planetenradanordnung 18 und ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung 18 umfasst drei Planetenradsätze 20, 30 und 40.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 27, die drehbar an einem Träger 29 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 22 als auch dem Hohlrad 24 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und eine Planetenträgeranordnung 36. Die Planetenträgeranordnung 36 umfasst mehrere Planetenräder 37, die drehbar an einem Träger 39 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl den Sonnenrädern 32 als auch dem Hohlrad 34 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und eine Planetenträgeranordnung 46. Die Planetenträgeranordnung 46 umfasst mehrere Planetenräder 47, die an einem Träger 49 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch dem Sonnenrad 42 angeordnet sind.
Die Planetenradanordnung umfasst auch sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen 50, 52, 54, 55, 56 und 57. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 50 ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung vom feststehenden Typ, der üblicherweise Bremse oder Reaktionskupplung genannt wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 52, 54, 55, 56 und 57 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom rotierenden Typ, die üblicherweise Kupplungen genannt werden.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 verbunden. Das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 ist ständig mit dem Getriebegehäuse 60 verbunden.
Ein Verbindungselement 70 verbindet die Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 50, verbindet die Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 52, verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit der Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 54, verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 55, verbindet die Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 56, verbindet das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit der Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 57, verbindet die Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit der Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40.
Wie es in 1c und insbesondere in der darin offenbarten Schalttabelle gezeigt ist, werden die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar alle mit Schaltvorgängen mit einzigem Übergang, und mit doppeltem Overdrive.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Schalttabelle von 1c gezeigt. Das Schaubild von 1c beschreibt die Verhältnisstufen, die in dem oben beschriebenen Getriebe erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgang 1,42, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang und dem ersten Vorwärtsgang –0,98 beträgt.
1d zeigt eine alternative Kupplungstabelle, bei der die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar mit Schaltvorgängen mit einzigem Übergang und zwei Schaltvorgängen mit doppeltem Übergang und mit einem dreifachen Overdrive. Die zusätzlichen beiden Vorwärtsgänge erfordern keinen zusätzlichen mechanischen Aufwand.
In 1b ist die Ausführungsform des in 1a gezeigten Antriebsstranges 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Lamellen dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Lamellen festgelegt.
Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist, einen ersten Planetenradsatz 20A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 22A, einen zweiten Knoten 26A und einen dritten Knoten 24A; einen zweiten Planetenradsatz 30A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 32A, einen zweiten Knoten 36A und einen dritten Knoten 34A; einen dritten Planetenradsatz 40A, der drei Knoten aufweist: einen ersten Knoten 42A, einen zweiten Knoten 46A und einen dritten Knoten 44A.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Knoten 32A verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Knoten 44A verbunden. Der Knoten 22A ist ständig mit dem Getriebegehäuse 60 verbunden.
Der Knoten 26A ist ständig mit dem Knoten 34A über das Verbindungselement 70 verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 50, verbindet den Knoten 46A mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 52, verbindet den Knoten 24A mit dem Knoten 36A. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 54, verbindet den Knoten 24A mit dem Knoten 42A. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 55, verbindet die Knoten 26A und 34A mit dem Knoten 42A. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 56, verbindet den Knoten 32A mit dem Knoten 46A. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 57, verbindet den Knoten 36A mit dem Knoten 46A.
Um Übersetzungsverhältnisse herzustellen, werden drei Drehmomentübertragungseinrichtungen für jeden Gangzustand eingerückt. Die eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind jeweils durch ein ”X” in jeder Reihe von 1c (oder 1d) dargestellt. Um beispielsweise einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die Bremse 50 und die Kupplungen 52 und 55 eingerückt. Die Bremse 50 verbindet den Knoten 46A mit dem Getriebegehäuse 60. Die Kupplung 52 verbindet den Knoten 24A mit dem Knoten 36A. Die Kupplung 55 verbindet den Knoten 26A mit dem Knoten 42A. Gleichermaßen werden die acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungseinrückung erreicht, wie bei 1c.