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Die
vorliegende, im unabhängigen
Anspruch 1 beanspruchte Erfindung bezieht sich auf Triebstränge für Kraftfahrzeuge
mit einer Brennkraftmaschine und einem mehrgängigen Getriebe, worin der
Motor treibend mit Drehmomenteingangselementen des Getriebes verbunden
ist, ohne dabei einen hydrokinetischen Drehmomentwandler zu erfordern.
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Die
vorliegende Offenbarung hat Merkmale, die mit denjenigen der Offenlegungsschrift
der amerikanischen Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 09/353,290,
veröffentlicht
unter Nr.
US 6,176,808 ,
und dem Titel "Transmission
And Control System Für
Use With An Engine In A Hybrid Electric Vehicle (Getriebe und Steuersystem
zum Einsatz mit einem Motor in einem elektrischen Hybridfahrzeug)" gemein sind.
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Bei
einem mehrgängigen
Automatikgetriebe der z.B. in der US-Patentschrift 4,938,097 dargestellten
Art ist ein Mehrganggetriebe auf der Drehmomentabgabeseite des hydrokinetischen
Drehmomentwandlers angeordnet, wobei das Pumpenrad des Wandlers über den
Triebstrangdämpfer
mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist. Die
Turbine des Drehmomentwandlers ist über eine im Vorwärtsgang
selektiv einlegbare Vorwärts-Reibungskupplung
mit einem Drehmomenteingangselement des Getriebes verbindbar. Beim
Betrieb im Rückwärtsgang
verbindet eine separate Rückwärts-Reibungskupplung
die Turbine des Drehmomentwandlers mit einem anderen Drehmomenteingangselement
des Getriebes. Der Drehmomentwandler solcher bekannter Getriebe
beansprucht beträchtlichen
Bauraum im Triebstrang zwischen dem Getriebe und dem Motor. Auch
ist er im Durchmesser im Vergleich zum Getriebedurchmesser relativ
groß.
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Des
Weiteren hat der Drehmomentwandler eine hohe drehende Masse, die
beim Anfahren des Fahrzeuges im Vorwärtsgang oder im Rückwärtsgang
vom Motor erst beschleunigt werden muss.
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Die
effektive Masse des Wandlers beinhaltet zwangsläufig die Masse der Hydraulikflüssigkeit,
die in dem durch das Wandlerpumpenrad, die Turbine und den Stator
definierten torusförmigen
Kreislauf strömt.
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Der
Betriebswirkungsgrad des Drehmomentwandlers beim Starten ist niedrig.
Er reicht von einem Wert Null beim Festbremspunkt bis zu einem Maximalwert
von 80–85%
im Kupplungspunkt. Der Kupplungspunkt liegt am Übergang vom Drehmomentverstärkungsbetrieb
in den Kupplungsbetrieb, wo das Drehmomentverstärkungsverhältnis eins ist. Aus dem mangelnden
Wirkungsgrad des Wandlers ergeben sich Leistungsverluste, die sich
in einer Erhöhung
der Temperatur der hydrokinetischen Flüssigkeit ausdrücken. Dies
wiederum erfordert den Einsatz von Ölkühlern, die wieder das Bruttogewicht
der Getriebeeinheit erhöhen
und zusätzlichen
Stauraum für
den Triebstrang des Fahrzeuges erfordern.
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Wie
oben erwähnt
arbeitet der Drehmomentwandler so, dass er ein sanftes Anfahren
des Fahrzeuges aus dem Stand ermöglicht.
Außerdem
trennt er den Motor vom Triebstrang, wenn das Fahrzeug steht. Eine
dritte Hauptfunktion ist die Dämpfung
der Motordrehschwingungen.
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Zwar
lässt sich
mit dem Drehmomentwandler ein hoher Drehmomentverstärkungsfaktor
von ca. 2:1 beim Anfahren des Fahrzeuges erzielen, jedoch ist dieses
Drehmomentverhältnis
begleitet von der Beschleunigung einer relativ großen Masse,
was wiederum das nutzbare Drehmoment an den Fahrzeugrädern senkt.
Das gleiche gilt für
ein Getriebe der in der amerikanischen Patentschrift Nr. 5,836,849 offenbarten
Art, welche eine Anfahrkupplung mit großem Durchmesser zwischen einem
Motor und einer Drehmomenteingangswelle eines Getriebes beschreibt.
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Die
US-A-4 683 776, welche den nächstliegenden
Stand der Technik zu der vorliegenden Anmeldung darstellt, offenbart
ein Automatikgetriebe, das ohne einen Drehmomentwandler betrieben
werden kann. Die zum Anfahren erforderliche Drehmomentverstärkung wird
stattdessen durch Zufügung eines
einfachen Planetengetriebezuges geliefert, so dass insgesamt 9 Vorwärtsgänge geschaffen
werden, mit einem extra niedrigen Übersetzungsverhältnis, das
ein Anfahren des Fahrzeuges ohne Abwürgen des Motors ermöglicht.
Dies erhöht
jedoch beträchtlich
die Größe, Kosten
und den Aufwand des Getriebes.
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Die
Erfindung befasst sich mit einem Triebstrang mit einem drehmomentwandlerlosen
Getriebe, in welchem das Drehmoment direkt von der Motorkurbelwelle
einer Brennkraftmaschine an das Drehmomenteingangselement eines
mehrgängigen Getriebes
geliefert wird. Die Erfindung versucht die wie oben beschriebenen
Fahrzeuganfahrvorteile eines Drehmomentwandlers zu stellen, ohne
dabei einen Drehmomentwandler als Teil der Triebstrangeinheit zu
erfordern und dabei dennoch fürs
Anfahren einen normal niedrigen Gang zu verwenden. Auf diese Weise
können
Wirkungsgradverluste des Drehmomentwandlers bei der Drehmomentabgabe
an die Antriebsräder
des Fahrzeuges vermieden werden.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge wird ein drehmomentwandlerloses,
mehrgängiges,
automatisches Getriebe für
einen Fahrzeugtriebstrang mit einer Brennkraftmaschine gestellt,
welches Getriebe eine getriebene Welle in einem Drehmomentübertragungsweg
an die Antriebsräder
des Fahrzeuges beinhaltet; wobei Planetengetriebezüge des Getriebes mehrere
Vorwärts-Drehmomentübertragungswege zwischen
dem Motor und der getriebenen Welle bilden; wobei ein Drehmomenteingangselement
des Getriebes zum Antrieb durch die Motorkurbelwelle direkt mit
dieser verbindbar ist, so dass die Kurbelwelle und das Drehmomenteingangselement
während
der Drehmomentabgabe über
die Drehmomentabgabewege durchgehend so miteinander verbunden sind, dass
sie sich miteinander drehen; druckbetätigte Reibkupplungsmittel im
Getriebe zur Herstellung und Lösung
der Drehmomentübertragungswege,
einschließlich
einer Vorwärtsgangkupplung,
die beim Betrieb im Vorwärtsgang
geschlossen ist; und automatische Kupplungssteuerungsmittel zum
Lösen und Schließen der
Vorwärtsgangkupplung,
derart, dass der Motor jeweils vom Getriebe ab- bzw. an das Getriebe
angekuppelt wird, so dass eine Steuerung des Triebstranges beim
Anfahren im Vorwärtsgang geschaffen
wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungssteuermittel eine
Betriebsdruckpumpe beinhalten, welche mit dem Drehmomenteingangselement
des Getriebes verbunden ist; und Steuerventilkreismittel mit einem
elektronischen Prozessor und einem von Hand betätigbaren Gangwahlventil zur Verteilung
des von der Betriebsdruckpumpe gelieferten Druckes an die Vorwärtsgangkupplung
in einem geschlossenen Kreislauf, wobei ein effektiver Motorparameter,
der unter der Motordrehzahl und dem Drehmoment ausgewählt wird,
als Rückmeldevariable
dient, so dass der Vorwärtskupplungsdruck
ein kontrolliertes und sanftes Anlegen der Kupplung beim Anfahren
des Fahrzeuges bewirkt; wobei der Prozessor Mittel zur kontinuierlichen
Erfassung des effektiven Motorparameters beim Anfahren des Fahrzeuges
im Vorwärtsgang
beinhaltet, und zum Vergleichen desselben mit einem vom Betreiber
des Fahrzeuges bestimmten Zielwert des Motorparameters, um so Abweichungen
zu erfassen und einen Vorwärtskupplungsdruck
zu erzeugen, der funktional in Relation zur Größe der Abweichung steht.
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Die
Planetengetriebezüge
des Getriebes bilden vorzugsweise außerdem einen Rückwärtsgang-Drehmomentübertragungsweg
zwischen dem Motor und der getriebenen Welle; und die automatischen
Kupplungssteuermittel führen
die Steuerung des Triebstranges beim Anfahren des Fahrzeuges im Rückwärtsgang
aus.
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Da
kein Drehmomentwandler in dem erfindungsgemäßen Triebstrang vorhanden ist,
kann ein größerer Teil
des Motordrehmomentes beim Anfahren direkt an die Fahrzeugräder abgegeben
werden, so dass Verluste an Drehmomentverstärkung, wie sie normalerweise
bei einem hydrokinetischen Drehmomentwandler entstehen, ausgeglichen
werden. Außerdem
können
Unzulänglichkeiten
des Wirkungsgrades eines hydraulischen Drehmomentwandlers, die sonst
im Anschluss an die Drehmomentverstärkungsphase des Drehmomentwandlers
entstehen, vermieden werden, so dass eine bessere Leistungsabgabe über einen
Großteil
des Betriebszeitraumes erzielt wird.
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Der
Motor kann durch eine geeignete Neutral-Leerlauf-Steuerung der Vorwärts- bzw. der Rückwärtskupplung
vom Triebstrang abgekoppelt werden. Dies wird ohne die Notwendigkeit
einer Anfahrkupplung zwischen der Motorkurbelwelle und dem Getriebe
bewerkstelligt. Die Trägheit,
die sonst durch den Einsatz einer separaten Anfahrkupplung entstünde, wird
dadurch vermieden, wodurch ein schnelleres Ansprechen an den Fahrzeugrädern ermöglicht wird, wenn
vom Fahrer durch den Einsatz einer Motordrosselklappe die Abgabe
von vom Motor geliefertem Anfahrmoment gefordert wird.
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Eine
Trennung von Drehschwingungen, wie sie sonst durch einen hydrokinetischen
Wandler gewährleistet
wird, kann erfindungsgemäß dadurch
erzielt werden, dass ein Reibelement des Kupplungs- und Bremsensystems
für das
Getriebe kontinuierlich schleift. Während des Betriebes in den
Vorwärtsgängen kann
das schleifende Element die Vorwärtskupplung
sein. Während
des Betriebes im Direktgang oder im dritten Gang dagegen kann entweder
die Vorwärtskupplung
oder die Direktgangkupplung verwendet werden. Im Schongang oder "Overdrive" bzw. vierten Gang
kann das schleifende Element die Direktgangkupplung sein. Beim Betrieb
im Rückwärtsgang
kann die Rückwärtskupplung
verwendet werden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet ein Hydraulikventilsystem mit Verstell-Magnetventilen
zur Steuerung der Vorwärts- und
Rückwärtsgänge, des
Direktganges, des zweiten und des vierten Ganges, und der Gänge zur
Langsamfahrt und des Rückwärtsganges.
In dem Falle, dass die Stromversorgung für die Verstellmagnetventile
unterbrochen ist, liefert der Verstellventilmagnet für die unteren
Gänge und
den Rückwärtsgang
einen Null-Druck. Ein Wechselventil spricht auf diesen Druckverlust
des Verstellventilmagneten für
die unteren Gänge
und den Rückwärtsgang
an und macht damit Motor-Staurohrdruck verfügbar, der Druck zum Anlegen
der Kupplungen und Bremsen des Getriebes als Funktion des Quadrates
der Motordrehzahl liefert. Auf diese Weise lässt sich die sog. "Notfahrfunktion ("limp-home") realisieren.
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Stromausfall
bewirkt, dass das System beim Betrieb im Vorwärtsgang in eine Grundeinstellung
im dritten Gang geht und in den Rückwärtsgang geht, wenn vom Fahrer
der Rückwärtsgangbereich
gewählt
worden ist.
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Die
Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig
näher erläutert werden;
dabei zeigt:
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1:
eine Phantomdarstellung eines mehrgängigen Getriebes für einen
drehmomentwandlerlosen Antriebsstrang, welcher die Merkmale der
Erfindung verkörpert;
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1a:
eine schematische Darstellung der in Phantomform in 1 dargestellten
Getriebeelemente;
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1b:
eine Tabelle, welche das Anlege- und Lösemuster für die Kupplungen und Bremsen
zur Herstellung eines jeden von vier Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang
für das
Getriebe aus 1a darstellt;
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1c:
ein schematisches Blockdiagramm, welches die Relation zwischen einer
Brennkraftmaschine und einem mehrgängigen Synchrongetriebe ohne
Drehmomentwandler für
den Triebstrang eines Fahrzeuges zeigt;
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2:
eine Tabelle, welche das Verhältnis von
Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugbeschleunigung zur Zeit nach
dem Anfahren eines Fahrzeuges veranschaulicht;
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3:
eine Tabelle, welche den Drehmomenteingang und den Drehmomentausgang
in Bezug auf die Zeit im Anschluss an das Anfahren eines Fahrzeuges
darstellt;
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4:
ein schematisches Diagramm eines Ventilsystems, das die Hauptventilelemente
zeigt, welche die Kupplungen und Bremsen der in den 1 und 1a dargestellten
Getriebeeinheit veranschaulicht;
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5 ein
schematisches Diagramm einer im geschlossenen Regelkreis arbeitenden
elektronischen Steuerung mit Rückkopplung
der tatsächlichen
Motordrehzahl, und zwar für
die Vorwärtskupplung
oder die Rückwärtskupplung
der in den 1 und 1a dargestellten
Getriebeeinheit, wodurch im Anschluss an ein Anfahren aus dem Stand
eine Isolation der Drehschwingungen erzielt wird;
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6:
ein anderes schematisches Diagramm, welches eine geschlossene Regelschleife mit
Rückkopplung
des tatsächlichen
Motordrehmoments zur Steuerung der Anlegevorgänge der Kupplung im Triebstrang
darstellt;
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7:
einen Ausdruck des Kupplungsdruckes und des Kupplungsdrehmomentes
(Soll oder Ist) über
der Zeit beim Anfahren eines Fahrzeuges aus dem Stand, wenn ein
drehmomentwandlerloses Getriebe gemäß den 1 und 1a eingesetzt wird;
und
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8:
einen Ausdruck des Eingangsdrehmomentes und des Ausgangsdrehmomentes
sowie der Motordrehzahl gegenüber
der Zeit beim Anfahren eines Fahrzeuges aus dem Stand.
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1 zeigt
in schematischer Form ein mehrgängiges
Automatikgetriebe, das mit der Bezugszahl 10 gekennzeichnet
ist, und eine Brennkraftmaschine 12. Die Brennkraftmaschine 12 beinhaltet
eine Kurbelwelle 14, die mit einer Drehmomenteingangswelle 16 für das Getriebe 10 gekoppelt
ist. Diese Koppelung wird über
eine herkömmlich
aufgebaute Dämpfereinheit 18 erreicht.
Drehmomenteingangsseitig kann der Dämpfer 18 mit der Kurbelwelle 14 über eine
Antriebsscheibe 20 verbunden sein.
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Das
Getriebe 10 beinhaltet einen ersten Planetengetriebezug 22 und
einen zweiten Planetengetriebezug 24. Ein Zahnkranz 26 des
Getriebezuges 24 bildet ein Antriebsrad für eine Antriebskette 28,
die um ein getriebenes Kettenrad 30 eines Abtriebsplanetengetriebes 32 reicht.
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Das
Drehmomenteingangselement des Planetengetriebezuges 32 ist
ein Zahnkranz 34, in welchen Planetenräder 36 eingreifen.
Der Zahnkranz 38 des Planetengetriebezuges 32 ist
am Getriebegehäuse 40 fest
verankert.
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Der
Planetenträger
für die
Planetenrädchen 36 treibt
den Differentialträger
oder -Käfig 42 eines Differentialgetriebes 44 an.
Kegelplanetenräder 46 im
Käfig 42 stehen
im Eingriff mit Seitenrädern 48 und 50.
Jedes Seitenrad 48 und 50 ist treibend mit einer
Achshalbwelle verbunden, wie sie jeweils bei 52 und 54 angedeutet
sind. Jede Achshalbwelle ist mit einem Fahrzeugantriebsrad verbunden.
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Das
Planetengetriebe weist eine Rückwärtskupplung 56 auf,
eine Direktgangkupplung 58 und eine Vorwärtskupplung 60.
Die Funktion dieser Kupplungen wird allgemein mit Bezug auf das
schematische Diagramm in 1a noch
näher erläutert.
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Wie
aus 1a ersichtlich ist, ist die Motorkurbelwelle mit
der Drehmomenteingangswelle 16 verbunden, welche Drehmoment über die
Vorwärtskupplung 60 an
ein Sonnenrad 62 des Planetengetriebezuges 22 abgibt,
welche Kupplung beim Betrieb in jedem der drei Vorwärtsgänge eingelegt
ist. Über die
Direktgangkupplung 58 ist die Eingangswelle 16 beim
Betrieb im dritten Vorwärtsgang
mit einem Zahnkranz 64 verbunden.
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Das
Drehmoment vom Zahnkranz 64 wird über den Planetenträger des
Getriebezuges 24 übertragen.
Der Planetenträger
für den
Getriebezug 64 ist mit dem Zahnkranz 26 des Getriebezuges 24 verbunden.
Mit dem Sonnenrad 66 des Getriebezuges 24 ist durch
die Rückwärtskupplung 56 die
Drehmomenteingangswelle 16 verbunden.
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Der
Planetenträger
des Getriebezuges 24 ist im Rückwärtsgang und beim Betrieb in
den unteren Gängen über eine
Lamellenbremse 68 für
die unteren Gänge
und den Rückwärtsgang
selektiv arretierbar.
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1b zeigt
das Muster für
das Anlegen und Lösen
der Kupplungen und Bremsen, die in 1a dargestellt
sind. Die Kupplungen und Bremsen werden selektiv jeweils so angelegt
und gelöst,
dass jeder der vier Vorwärtsgänge und
ein einzelner Rückwärtsgang
hergestellt werden. Die in 4 angedeuteten
Symbole RC, FC, DC, L/R und 2/4 bezeichnen die in 1a ähnlich bezeichneten
Kupplungen und Bremsen. Diese Kupplungen und Bremsen sind jeweils
mit den Bezugszahlen 56, 60, 58, 68 und 70 gekennzeichnet. Über die
Bremse 70 wird das Sonnenrad 66 beim Betrieb im
zweiten Gang und im vierten Gang arretiert, wobei letzterer ein
Schongang bzw. "Overdrive" ist.
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Die 1c ist
ein allgemeines Blockdiagramm, das den Triebstrang für ein Kraftfahrzeug darstellt.
Die Motorkurbelwelle des Motors 12 ist über den Dämpfer 18 direkt mit
dem Getriebe 10 verbunden und die Abtriebshalbwellen des
Getriebes treiben Antriebsräder 72.
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2 veranschaulicht,
dass die anfängliche Beschleunigung
des Fahrzeuges mit einem drehmomentwandlerlosen Getriebe gemäß der Erfindung unmittelbar
nach der Einleitung des Anfahrvorganges sehr schnell ansteigt, wie
bei 72 zu erkennen ist. Zum Zwecke eines Vergleiches mit
dem erfindungsgemäßen drehmomentwandlerlosen
Getriebe ist bei 74 eine entsprechende Beschleunigungskurve
eines anderen bekannten Getriebes für das gleiche Fahrzeug dargestellt,
wobei das bekannte Getriebe der Art ist, wie sie in der US-Patentschrift
4,938,097 offenbart ist.
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Die
Kurve 74 steigt weniger steil an als die Kurve 72.
Dies liegt an der relativ hohen Masse, die beim Starten eine Anfangsträgheit bedingt.
Die Beschleunigung dieser Masse, die sich aus der Masse des Drehmomentwandlers
und der Masse der Wandlerflüssigkeit
zusammensetzt, verbraucht Motordrehmoment und senkt dadurch das
an den Antriebsrädern
verfügbare
Nettodrehmoment unmittelbar nach dem Öffnen der Motordrosselklappe
durch den Fahrer. Die geringere drehende Masse des erfindungsgemäßen drehmomentwandlerlosen
Getriebes gleicht den Verlust an Drehmomentverstärkung wieder aus, die sonst
bei einem Getriebe mit Drehmomentwandler der Art, wie sie z.B. die
US-Patentschrift 4,938,097 beschreibt, verfügbar ist.
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Obwohl
die Beschleunigungskurve 74 durch die Drehmomentverstärkung des
Drehmomentwandlers im Vergleich zur Spitzenbeschleunigung des erfindungsgemäßen Getriebes
einen höheren
Spitzenwert erreicht, tritt dieser Spitzenwert wesentlich später nach
dem ursprünglichen
Anfahren ein.
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Die
Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem Triebstrang mit einem Getriebe
der in der US-Patentschrift 4,938,097 offenbarten Art ist in Figur 76 dargestellt.
Das entsprechende Verhältnis
von Fahrzeuggeschwindigkeit z. Zt. für das drehmomentwandlerlose
Getriebe der Erfindung ist bei 78 dargestellt. Die Kurven 76 und 78 unterscheiden
sich, wie aus 2 ersichtlich ist, nicht wesentlich
voneinander. Bei ca. 5,3 Sekunden sind die Fahrzeuggeschwindigkeiten für beide
Triebstränge
die gleichen. Später
im Anfahrvorgang ergibt das drehmomentwandlerlose Getriebe eine
höhere
Fahrzeuggeschwindigkeit, wie aus dem rechten Teil der Kurven in 2 erkennbar
ist. Dies liegt im Wesentlichen an dem besseren Betriebswirkungsgrad
des drehmomentwandlerlosen Getriebes im Vergleich zu dem entsprechenden
Getriebe mit Drehmomentwandler, bei dem der Drehmomentwandler-Wirkungsgrad
aufgrund der hydrokinetischen Leistungsverluste nur etwa 80–85% beträgt.
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3 veranschaulicht
die Wirkung der deutlichen Senkung an Trägheitsmoment bei dem erfindungsgemäßen drehmomentwandlerlosen
Getriebe, verglichen mit einem Getriebe der Art, wie sie in der US-Patentschrift
4,938,097 offenbart ist. Eine Kurve des Trägheitsmoments (Iα) für das Basisgetriebe
ist bei 80 dargestellt, und das entsprechende Verhältnis von
Trägheitsmoment
zu Anfahrzeit für
das drehmomentwanderlose Getriebe der Erfindung ist bei 82 dargestellt.
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Das
Verhältnis
von Drehmoment zu Anfahrzeit für
das Basisgetriebe ist bei 84 dargestellt, und das entsprechende
Verhältnis
für das
drehmomentwanderlose Getriebe ist bei 86 dargestellt. Diese
Kurven stimmen allgemein mit den Beschleunigungskurven aus 2 überein.
Das heißt,
das mit dem drehmomentwanderlosen Getriebe der Erfindung erzielte Drehmoment
steigt nach dem ursprünglichen
Anfahren steil an, verglichen mit der verzögerten Drehmomentreaktion des
Basisgetriebes, wie sie durch die Kurve 84 veranschaulicht
wird.
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Beim
Basisgetriebe liefert der hydrokinetische Drehmomentwandler eine
sanfte Trennung zwischen Motor und Getriebe. Um eine entsprechende Trennung
zwischen Motor und Getriebe zu erzielen, wenn das erfindungsgemäße drehmomentwanderlose
Getriebe eingesetzt wird, wird diese Trennung durch eine Neutral-Leerlauf-Steuerung
jeweils an der Vorwärts-
und der Rückwärtskupplung 60 und 58 verwirklicht.
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Es
kann eine Drehschwingungsisolation realisiert werden, um die Drehschwingungsisolation
zu kompensieren, die normalerweise durch den Drehmomentwandler eines
Basisgetriebes geboten wird. Dies wird dadurch erzielt, dass man
ein Reibelement um einen inkrementalen Betrag (z.B. 10–20 U/min) bei
der Drehmomentübertragung
rutschen lässt.
Arbeitet das Getriebe im ersten oder zweiten Gang, ist das Rutschelement
die Vorwärtskupplung 60.
Im dritten Gang kann die Vorwärtskupplung 60 oder
auch die Direktgangkupplung 58 so gesteuert werden, dass
das zur Drehschwingungsisolation nötige Rutschen erzielt wird.
Beim Betrieb im vierten Gang wird die Direktgangkupplung 58 so
gesteuert, dass sie geringfügig
schleift. Im Rückwärtsgang
wird die Rückwärtskupplung 56 so
gesteuert, dass sie rutscht.
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4 zeigt
ein Steuerventilsystem zur Erzielung der erforderlichen Drehschwingungsisolation und
die erforderliche Trennung für
das erfindungsgemäße drehmomentwanderlose
Getriebe. Der Steuerventilkreis aus 4 beinhaltet
fünf Verstellmagnetventile.
Diese sind jeweils das Verstellmagnetventil 82 für die unteren
Gänge und
den Rückwärtsgang, das
2/4-Verstellmagnetventil 84, das Direktgang-Verstellmagnetventil 86,
das Verstellmagnetventil 88 für die Vorwärts-Rückwärtsgangschaltung
und das Verstellmagnetventil 90 für die elektronische Druckregelung.
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Das
Getriebe beinhaltet eine motorgetriebene Verdränger-Getriebeölpumpe 92,
welche Betriebsdruck bzw. sog. "Leitungsdruck" durch einen Kanal 94 an
ein vom Fahrer betätigtes
Handwahlventil 96 liefert. Der Druck im Kanal 94 wird über ein Hauptregelventil 98 so
geregelt, dass in der Leitung 94 ein geregelter Betriebs druck
oder "Leitungsdruck" eingestellt wird.
Ein Druckrückführungssteg 100 am Hauptregelventil 98 wirkt
der Kraft einer Regelventilfeder 102 entgegen, um so einen
geregelten Druck im Leitungsdruckkanal 94 zu erzeugen.
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Das
Verstellmagnetventil 90 für die elektronische Druckregelung
erhält
Druck über
die Leitung 94 und moduliert diesen so, dass im Kanal 104 ein
effektiver Drosselklappendruck oder TV-Druck ("Throttle Valve") erzeugt. Dieser Drosselklappendruck
wird dann einem Ende des Hauptregelventils zugeführt, wo er die Kraft der Feder 102 ergänzt und
so einen variablen Druck im Betriebs- bzw. Leitungsdruckkanal 94 erzeugt,
der je nach Drehmomentforderung verstellbar ist.
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Im
Normalbetrieb wird das Magnetventil 82 für den Betrieb
im unteren Gangbereich und im Rückwärtsgang
durch die Fahrzeuggetriebesteuerung derart gesteuert, dass im Kanal 106 ein
Minimaldruck erzeugt wird, der einem Anfahr-Wechselventil 108 zugeführt wird.
Das Wechselventil 108 ist ein Zweistellungsventil, das
von einer Ventilfeder 110 nach rechts und von dem durch
das Verstellmagnetventil 82 für die unteren Gänge und
den Rückwärtsgang
erzeugten Druck nach links gedrückt
wird.
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Wenn
sich das Anfahr-Wechselventil 108 in der linken Stellung
befindet, wird der im Kanal 112 herrschende Vorwärts- und
Rückwärtsgangdruck
in den Kanal 114 weitergeleitet, der zur Wechselkupplung 116 für den Vorwärts- bzw.
Rückwärtsgang
führt. Wenn
das Vorwärts-Rückwärts-Wechselventil
durch den Druck im Kanal 118 nach rechts verschoben wird,
wird der Druck des Verstellmagnetventils für den unteren und den Rückwärtsgang
vom Kanal 114 an der Vorwärtskupplung 16 angelegt.
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Das
Verstellmagnetventil 88 für den Vorwärts- und den Rückwärtsgang
stellt im Kanal 112 einen Druck bereit, indem es den aus
Kanal 120 an es abgegebenen Druck moduliert. Dieser Kanal 120 steht
unter Druck durch die Verbindung, die das Vorwärts-Rückwärts-Wechselventil 116 mit
dem Kanal 118 herstellt. Kanal 118 wird über das
Handwahlventil mit Druck beaufschlagt, wenn das Handwahl- bzw. Schaltventil
in die Fahrbetriebsstellung D, die Position 2 für den zweiten Gang oder die
Position 1 für
den ersten Gang verstellt wird. Wird das Handwahl- oder Schaltventil
in die Position R für
den Rückwärtsgang verschoben,
wird der Kanal 118 über
das Handwahlventil entleert, und es wird der Kanal 122 für den Rückwärtsgangdruck
mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird das Vorwärts-Rückwärts-Wechselventil 116 nach
links verschoben, wodurch der Druck für den Vorwärts-/Rückwärtsgang aus Kanal 114 an
der Rückwärtskupplung 56 angelegt
wird.
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Wenn
die Rückwärtskupplung 56 mit
Druck beaufschlagt wird, verschiebt der Rückwärtskupplungsdruck das Ventil 124 für den unteren
Gangbereich und den Rückwärtsgang
gegen die Kraft der Ventilfeder 126 nach links. Dadurch
kann Druck aus dem Rückwärts-Betriebsdruckkanal 122 durch
den Kanal 128 an die Kupplung 68 für den unteren
und den Rückwärtsgang
angelegt werden.
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Wechselventil 124 und
das 1. Vorschaltventil 126 verhindern ein Blockieren des
Getriebes durch gleichzeitiges Anlegen der Direktgangkupplung 58 und
der Kupplung 68 für
den unteren Gangbereich und den Rückwärtsgang. So verschiebt sich,
wenn die Direktgangkupplung 58 geschlossen ist, das Wechselventil 124 nach
links und setzt damit die linke Seite des 1. Vorschaltventils 126 unter
Druck. Gleichzeitig wird Druck dem 1. Vorschaltventil 126 zugeführt und
ergänzt
die Kraft der Feder 130. Dadurch wird die Kupplung für den unteren
und den Rückwärtsgang über die
Leitung 128 und den Kanal 132 zur Entleerungsöffnung 134 im
1. Vorschaltventil 126 entleert.
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Ein
durch gleichzeitiges Anlegen der Vorwärtskupplung 60, der
Kupplung 68 für
den unteren und den Rückwärtsgang
und der 2/4-Bremse 70 hervorgerufenes Blockieren wird durch
das 2/4-Direktgang-Wechselventil 124 und das 1. Vorschaltventil 126 vermieden.
Wenn also das Bremsband 70 angelegt wird, verschiebt sich
das Wechselventil 124 nach rechts, so dass der Druck der
2/4-Bremse vom Kanal 136 aus über das
Wechselventil 124 auf die linke Seite des 1. Vorschaltventils 126 geleitet
wird. Dadurch verschiebt sich das 1. Vorschaltventil nach rechts
und entleert damit die Kupplung für den unteren und den Rückwärtsgang über das
Ventil 124 und durch die Öffnung 134 im 1. Vorschaltventil 126.
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Ein
Blockieren durch das gleichzeitige Anlegen der Vorwärtskupplung 60,
der Direktgangkupplung 58 und des 2/4-Bremsbandes 70 wird
durch das 2. Vorschaltventil 138 verhindert, das in seinem
Aufbau allgemein ähnlich
wie das 1. Vorschaltventil 126 ist. Wenn die Vorwärtskupplung
angelegt wird, wirken der Druck im Kanal 140 und der Druck
im Kanal 142 auf das 2. Vorschaltventil 138 und
erzeugen damit Druckkräfte,
die zusammen mit der Kraft der Ventilfeder 144 so wirken,
dass das 2. Vorschaltventil nach rechts verschoben wird. Der Druck
in Kanal 142 wird über
das 2/4-Verstellmagnetventil 84 erzielt, welches mit Betriebs-
bzw. Leitungsdruck aus Kanal 146 versorgt wird. Der zum
2/4-Bremsband führende
Kanal 136 wird dann über
die Auslassöffnung 148 im
2. Vorschaltventil 138 entleert.
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Das
Steuerventilsystem gemäß 4 beinhaltet
ein Motor-Staudruckrohr als Druckquelle, das/die allgemein mit der
Bezugszahl 150 gekennzeichnet ist. Es beinhaltet ein Staudruckrohrelement, das
in einem vom Motor getriebenen Schmieröltank 152 angeordnet
ist. Eine Relativbewegung der Flüssigkeit
gegenüber
dem Staudruckrohr erzeugt einen Druck in Kanal 154, der
eine Funktion des Quadrates der Motordrehzahl ist. Der Staurohrdruck
wirkt auf ein Staurohrdruckregelventil 156, das aus Kanal 120 mit Leitungsdruck
versorgt wird. Der Druck im Kanal 120 wird vom Ventil 156 so
moduliert, dass im Kanal 158 ein modulierter Staurohrdruck
in Kanal 158 erzeugt wird. Dieser Druck wird über das
Anfahr-Wechselventil 108 an
den Kanal 114 abgegeben, wenn kein Druck aus dem Verstellmagnetventil 82 für den unteren
und den Rückwärtsgang
im Kanal 106 verfügbar ist.
In diesem Fall wird das Wechselventil 108 unter der Wirkung
der Feder 110 nach rechts verschoben. Dies gewährleistet,
dass entweder die Vorwärtskupplung 60 oder
die Rückwärtskupplung 58 über das Wechselventil 116 für den Vorwärts- und
den Rückwärtsgang
mit Druck beaufschlagt wird. Wenn dann ein elektrischer Ausfall
vorliegt, der das Verstellmagnetventil betriebsunfähig macht,
wird so eine Notbetriebs- oder "limp-home"-Möglichkeit
hergestellt.
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Wenn
das Handschaltventil in die Neutralstellung N verschoben wird, wird
weder das Verstellmagnetventil 88 für den Vorwärts- oder Rückwärtsgang noch das Staurohrdruckregelventil 156 mit
Betriebsdruck versorgt. Damit ist sichergestellt, dass es im Leerlauf
zu keinem unbeabsichtigten "Kriechen" des Fahrzeuges kommt.
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Bei
Stromausfall an den Verstellmagnetventilen schaltet das System in
die Grundstellung im dritten Gang, wenn sich der Handschalthebel
in der Fahrstellung bzw. "Drive" befindet. Steht
der Handschalthebel in der Rückwärtsgangstellung,
schaltet das Getriebe in den Rückwärtsgang.
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Ein
Schmieröldruckregelventil 160 wirkt
in der üblichen
Weise so, dass es einen Schmieröldruck im
Schmierölkanal 162 herstellt.
Mit Druck wird es in bekannter Weise von dem Hauptregelventil 98 aus versorgt.
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6 zeigt
in schematischer Form die Neutral-Leerlauf-Steuerung für die elektronische
Dämpfung.
Die Steuerung wahrt ständig
einen geringen Drehmomentversatz oder Delta-Drehmoment, wie er/es
bei 166 angedeutet ist. Es ist dies ein Versatz des mittleren
Motorleerlaufdrehmomentes zum sog. Sollpunkt-Drehmoment (TQ_DES).
Der in 6 dargestellte Einlege-Steuerkreis stellt eine
Modulation des Kupplungsanlegedruckes 168 im geschlossenen Regelkreis
mit Rückkopplung
des Ist-Motordrehmomentes her. Das Motordrehmoment, das über eine Speicher-Nachschlagetabelle
der Relation zwischen Last und Motordrehzahl bei 170 ermittelt
wird, erstellt ein Signal in der Signalstrecke 172, welches
gleich dem Nettodrehmoment (TQ NET) ist. Nach der Filterung in einer
Tiefpassfilterschaltung 174 wird das Nettodrehmoment als
gefiltertes Drehmoment TQ_NETF zu einem Summenpunkt 176 zurückgeführt. Ein
Fehlersignal wird erstellt, wenn zwischen den Werten TQ_DES und
TQ_NETF auf der Ausgangsseite 178 des Summenpunktes 176 eine
Differenz besteht.
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Die
Steuerung für
die Kupplung wird durch eine Proportional-Integral-Differenzial-Steuerung 180 gestellt.
Der Ausgang der PID-Steuerung bewirkt eine Änderung der Druckvorgabe bei 182.
Dies ist der Druck T_TID. Wenn dieser Druckwert mit der vorangehenden
Druckvorgabe für
die Kupplung in der Signalstrecke bei 184 kombiniert wird,
entsteht in der Signalstrecke bei 168 eine Nettodruckvorgabe PRESX.
Dieser Druck wird im Vorwärtsgang
der Vorwärtskupplung
zugeführt, oder
im Rückwärtsgang der
Rückwärtskupplung,
um ein sanftes Anfahren des Fahrzeuges zu erzielen.
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Der
Schaltkreis in 5 ist ein geschlossener Regelkreis
mit der Ist-Motordrehzahl
als Rückkopplungsvariable
und wird aktiviert, wenn die Steuerung das Signal erhält, das
Fahrzeug anzufahren. Die Funktion des Regelkreises aus 5 wird
von der Motorleerlaufsteuerung nach 4 in sanftem Übergang übernommen.
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Ein
Motorkennfeld oder eine Nachschlagetabelle bei 186 erhält über die
Signalstrecke 188 das Drosselklappenstellungssignal. Ein über die
Signalstrecke 190 empfangenes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
bildet zusammen mit dem aus dem Nachschlagetabellenspeicher 186 abgeleiteten
Geschwindigkeitssignal eine Zieldrehzahl für den Motor auf der Signalstrecke 192.
Dieses Signal wird bei 194 gefiltert, um so bei 196 ein
Soll-Motordrehzahlsignal zu erzeugen. Das Soll-Motordrehzahlsignal
wird mit einem Ist-Motordrehzahlsignal auf der Signalstrecke 198 verglichen.
Besteht zwischen diesen beiden Motordrehzahlsignalen eine Differenz,
wird auf der Signalstrecke 200 ein Fehler angezeigt. Das
Signal auf der Signalstrecke 198 ist die Ist-Rückkopplungsvariable.
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Eine
herkömmlich
aufgebaute Proportional-Integral-Ableitungssteuerung empfängt das
Fehlersignal wie bei 202 angedeutet, aus dem sich bei 204 ein
Nutz-Kupplungsdrucksignal
ergibt, das zur Bildung des Soll-Kupplungsdruckes eingesetzt wird.
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7 zeigt
eine Kurve, welche einen Vergleich zwischen dem Soll-Drehmoment
(TQDES) und dem Ist-Drehmoment TQ_NETF über die ersten vier Sekunden
nach dem Anfahren des Fahrzeuges darstellt. Bei 188 ist
auch das entsprechende Drehmoment an der Halbwelle dargestellt.
Das Soll-Drehmoment ist bei 190 dargestellt, und das Ist-Drehmoment
ist bei 192 veranschaulicht. Das Ist-Drehmoment nähert sich
mit allmählich
zunehmendem Kupplungsdruck dem Soll-Drehmomentwert, wie aus der Kurve 194 ersichtlich
ist. Die Motordrehzahl bleibt dabei über diesen Zeitraum relativ
konstant, wie bei 196 angezeigt ist. 8 zeigt
Simulati onsdaten für
ein drehmomentwandlerloses Getriebe nach der vorliegenden Erfindung,
welche die Geschwindigkeitsänderungen
und die Drehmomentänderungen
zeigt, die nach dem Schließen
der Kupplung auftreten. Die effektiven Motordrehzahländerungen
sowie die entsprechenden Drehmomenteingangsänderungen, die jedoch nur relativ
gering sind, sind jeweils bei 198 und 200 dargestellt.
Das effektive Ausgangsdrehmoment an der Halbwelle ist bei 202 angedeutet.
Die durch die Kurve 202 angedeutete Ausgangsdrehmomentschwankung
ist nur minimal, was zeigt, dass durch das Steuersystem nach 5 eine
angemessene Drehschwingungsisolation gewährleistet wird.
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Zwar
ist hier eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden, der Fachmann wird jedoch Änderungen
an der Erfindung realisieren können,
ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Alle derartigen Änderungen und
gleichwertige Varianten derselben sind durch die anhängenden
Patentansprüche
abgedeckt.