JP2009085433A - 自動車用多段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクを増大させ、放熱面で効果的であり、燃料経済性を向上させる、自動車用多段変速機を提供する。
【解決手段】第一遊星歯車組立体は、第一乃至第二クラッチ60〜62、第一ブレーキ72、及び第一乃至第四回転部材Ａ〜Ｄを含み、第二遊星歯車組立体は、第二乃至第三ブレーキ64〜66、第三クラッチ68、及び第五乃至第八回転部材Ｅ〜Ｈを含む。第三回転部材Ｃは第八回転部材Ｈに固定され、第六回転部材Ｆは出力部材14に固定される。第一クラッチ60は第一回転部材Ａを、第二クラッチ62は第二回転部材Ｂを、そして、第三クラッチ68は第七回転部材Ｇを、各々入力部材12に接続可能に構成される。第一ブレーキ72は第四回転部材Ｄを、第二ブレーキ64は第七回転部材Ｇを、そして、第三ブレーキ66は第五回転部材Ｅを、各々回転に反して保持可能に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用多段変速機に関連する。具体的には本発明は、その変速機における、歯車、クラッチ、ブレーキ、及びそれらの間の相互連結構成要素の運動学的配置に関連する。

従来より、自動変速機は、所定数の変速比を選択可能に提供する遊星歯車式自動変速機、及び、自動車の停車中であってもエンジンが回転するのを可能にするトルク・コンバータを有している。上記変速機は、低速走行時には、十分に大きい出力トルクを提供すべく、十分に小さい最低変速比（入力シャフトの回転速度／出力シャフトの回転速度）を提供し、高速走行時には、燃料消費量を最小化すべく、十分に大きい最高変速比を提供し、そして、快適な変速を可能とすべく、（それら最低変速比及び最高変速機の間に）十分な数の変速比を提供する必要がある。変速機はまた、自動車が後退方向に推進可能となるように、少なくとも一つのマイナスの変速比を提供する必要がある。

トルク・コンバータの第一の機能は、自動変速機の停車状態から走行状態への移行を可能にすることである。油圧式トルク・コンバータは、エンジンの回転速度が（変速機の）入力シャフトの回転速度よりも上回るときはいつでも、エンジンから変速機の入力シャフトに動力を伝達する。変速機の入力シャフトの回転速度がゼロであるときには、変速機に入力されるトルクは、エンジンによって供給されるトルクの倍数である。このトルク比（変速機に入力されるトルク／エンジンによって供給されるトルク）は、自動車が加速して、（変速機の）入力シャフトの回転速度がエンジンの回転速度と同程度になるにつれて、低下する。エンジンと（変速機の）入力シャフトとの間に速度差が存在するときには、エンジンによって供給される動力の相当の量が、トルク・コンバータによって浪費される。従って、現代の変速機は、エネルギ損失を回避すべく、高速走行時に締結されるコンバータ・バイパス・クラッチ（トルク・コンバータをバイパスさせて、直結するためのクラッチ）を含む。

燃料消費量の低減を図るためには、トルク・コンバータは、発進クラッチによって置き換えられるのが好ましい。これは、以下の２つの方法で、燃料消費量を低減し得る。第一に、トルク・コンバータは、コンバータ・バイパス・クラッチが締結するまでの間は（すなわち低速走行時には）、滑りによってエネルギを浪費しているが、発進クラッチは、低速走行時であっても完全締結し得る。第二に、トルク・コンバータは、エンジンに対して常時負荷をかけているが、発進クラッチは、自動車の停車中は（発進クラッチを切断することによって）エンジンにかかる負荷をゼロに設定し得る。

発進クラッチを用いて自動車を発進させることは、幾つかの技術課題を引き起こす。第一に、発進クラッチが滑ると、トルク・コンバータのようにはトルクを増大させることはできない。第二に、発進クラッチは、放熱面において、トルク・コンバータに比べて大きく劣っている。これら技術課題の両方とも、変速機の中に（通常の１速ギアの変速比よりも小さい変速比を持つ）ロー・ギアを設けることによって、最も効果的に対処され得る。このロー・ギアを設けることは、目標出力トルクを達成するのに必要となる入力トルクを低減することに繋がり、そして、発進クラッチが完全締結するまでの時間を短縮することによって、自動車が発進する間に発生する熱を低減することに繋がるからである。第三（最後）に、発進クラッチが切断されているときにも、発進クラッチには、幾らかの寄生抗力（parasitic drag）が存在している。

この寄生抗力は、発進クラッチの構成が、その抗力の低減よりは寧ろ、エネルギの消散を低減するために最適化されているので、他の形式のクラッチよりも発進クラッチにおいて、大きくなりがちである。高速ギアでの走行時に、発進クラッチの前後に大きな速度差が存在するならば、この寄生抗力は燃料経済性に大きな悪影響を及ぼすことになる。

（通常の１速ギアの変速比よりも小さい変速比を持つ）ロー・ギアを設けることは、上述の技術課題の幾つかに取り組むものの、その極めて小さい変速比に伴って機能上の妥協をもたらしている。自動車をロー・ギアにて発進させることによって、負荷が比較的小さいために、自動車は迅速に加速する。発進が完了するときには、その極めて小さい変速比は、それに比例してエンジンの回転数を急上昇させる。それに伴って生じるエンジン音を、多くの運転者及び乗員は、不快に感じる。また、発進後の最初の変速が、極めて小さい車速のときに行なわれることになり、多くの運転者はそれを嫌う傾向がある。

デュアル・クラッチ式変速機は、従来の自動変速機の構成要素と手動変速機の構成要素とを融合させた、一種の自動変速機である。本質的に、デュアル・クラッチ式変速機は、その一方が偶数速のギアに関し、その他方が奇数速のギアに関する、一対の自動化された手動変速機である。偶数速ギアと奇数速ギアとの間の変速は、トルクが中断されることなく、行なわれ得る。デュアル・クラッチ式変速機は、一般的に、トルク・コンバータを有していない。湿式又は乾式の何れかであり得るクラッチの少なくとも一方は、発進クラッチとして使用され、上述の利点が達成され得る。上述した機能上の妥協に加えて、これら変速機は、遊星歯車式自動変速機と比べて、上述以外に幾つかの不利点を有する。第一に、それらは一般的にレイシャフト式変速機を使用しており、そのレイシャフト式変速機は、大多数の変速比において、遊星歯車式自動変速機よりも非効率である。第二に、それらは、トルクが中断されることなく、直接的に二段変速（一段飛ばしの変速）を実行することが不可能である。例えば、５速ギアから３速ギアへの変速は、必ず一時的に４速ギアに変速することを必要とする。これは、運転者の運転に対する自動車の応答性を悪化させる。

本発明の自動車用多段変速機は、７つの前進変速ギア及び３つの後進変速ギアを備える遊星歯車式自動変速機である。これら変速ギアの変速比の数値及びクラッチの締結パターンは、トルク・コンバータを省略すべく、最適化される。２つのクラッチが発進クラッチとして設けられている。（発進クラッチ以外の）残りのクラッチが発進準備状態にあるとき、自動車は、第一発進クラッチを締結することによって極めて小さい変速比にて、或いは、第二発進クラッチを締結することによってそれ程極端ではない（小さい）変速比にて発進され得る。高度な制御ストラテジーは、上述の好ましくない変速特性を回避しつつ、最小変速比における放熱面での利点を達成するために、各クラッチがどの程度締結されるのかを決定する。更に、発進クラッチは、燃料経済性への影響を最小化すべく、高速ギアにおける（エンジンと（変速機の）入力シャフトとの間の）速度差が小さくなるように、締結状態又は切断状態のいずれかを取り得る。

自動車用多段変速機は、
入力部材、出力部材、第一遊星歯車列、第二遊星歯車列、第三遊星歯車列及び第四遊星歯車列を備え、
各々の歯車列は、サン・ギア、リング・ギア、キャリア、及びキャリアに支持されてサン・ギアとリング・ギアとに噛み合うピニオンを含み、
第一遊星歯車組立体は、第一遊星歯車列、第二遊星歯車列、第一クラッチ、第二クラッチ、第一ブレーキ、第一回転部材、第二回転部材、第三回転部材及び第四回転部材を含み、
第一クラッチは、第一回転部材を、入力部材に接続可能に構成され、
第二クラッチは、第二回転部材を、入力部材に接続可能に構成され、
第一ブレーキは、第四回転部材を、回転に反して保持可能に構成され、
第二遊星歯車組立体は、第三遊星歯車列、第四遊星歯車列、第三クラッチ、第二ブレーキ、第三ブレーキ、第五回転部材、第六回転部材、第七回転部材及び第八回転部材を含み、
第三回転部材は、第八回転部材に固定され、
第三クラッチは、第七回転部材を、入力部材に接続可能に構成され、
第二ブレーキは、第七回転部材を、回転に反して保持可能に構成され、
第三ブレーキは、第五回転部材を、回転に反して保持可能に構成され、
第六回転部材は、出力部材に固定される。

好ましい実施形態の適用可能範囲は、後述する詳細な説明、特許請求の範囲及び図面によって明らかになるであろう。本発明の好ましい実施形態を示しているが、本発明の説明及び具体例が、単に説明の手段として提示されていることを理解すべきである。記述されている実施形態及び実施例に対する種々の変更及び修正が、本技術分野の当業者にとって明らかになるであろう。

ここで図面を参照すると、図１は、自動変速機10の運動学的配置を示す。変速機10は、場合によってはねじれトルク遮断器（torsion isolator）を介して、エンジン又は電動モータによって駆動される入力シャフト12を含む。図示されていないものの、トルク・コンバータが、エンジン又は電動モータと入力シャフト12との間に挿入され得る。変速機10はまた、ディファレンシャル機構及びアクスルを介して自動車の駆動輪に接続される出力シャフト14を含む。

遊星歯車装置は、第一歯車列20、第二歯車列30、第三歯車列40及び第四歯車列50を含む。第一歯車列20は、サン・ギア28、リング・ギア22、キャリア24、及びキャリア24に支持されてサン・ギア28とリング・ギア22とに噛み合う遊星ピニオン26を含む。同様に、第二歯車列30は、サン・ギア38、リング・ギア32、キャリア34、及びキャリア34に支持されてサン・ギア38とリング・ギア32とに噛み合う遊星ピニオン36を含む。第三歯車列40は、サン・ギア48、リング・ギア42、キャリア44、及びキャリア44に支持されてサン・ギア48とリング・ギア42とに噛み合う遊星ピニオン46を含む。第四歯車列50は、サン・ギア58、リング・ギア52、キャリア54、及びキャリア54に支持されてサン・ギア58とリング・ギア52とに噛み合う遊星ピニオン56を含む。

サン・ギア28は、サン・ギア38に一体のユニットとして回転可能に固定される。リング・ギア22及びキャリア34は、相互に駆動可能に接続され、ドラム80によってリング・ギア52に一体のユニットとして回転可能に固定される。リング・ギア32は、ドラム84に一体のユニットとして回転可能に固定される。リング・ギア42及びキャリア54は、相互に駆動可能に接続され、ドラム82に一体のユニットとして回転可能に固定される。サン・ギア48は、一体ユニットとして回転可能に、サン・ギア58に固定される。キャリア44は、出力シャフト14に固定される。

入力シャフト12は、発進クラッチ60（L1）によって、サン・ギア28及びサン・ギア38への駆動可能な接続と、サン・ギア28及びサン・ギア38からの切断とを交互に行なう。入力シャフト12は、発進クラッチ62（L2）によって、キャリア24への駆動可能な接続と、キャリア24からの切断とを交互に行なう。入力シャフト12は、クラッチ68（High）によって、リング・ギア42への駆動可能な接続と、リング・ギア42からの切断とを交互に行なう。リング・ギア32は、ブレーキ70(OD)の締結時に回転に反して（好ましくは変速機ハウジング78上に）保持される状態と、ブレーキ70の非締結時に自由に回転する状態とを交互に取り得る。リング・ギア42及びキャリア54は、バンド・ブレーキ(band brake)64(Rev)の締結時に回転に反して（好ましくは変速機ハウジング78上に）保持される状態と、バンド・ブレーキ64の非締結時に自由に回転する状態とを交互に取り得る。サン・ギア48及びサン・ギア58は、ブレーキ66(Fwd)の締結時に回転に反して（好ましくは変速機ハウジング78上に）保持される状態と、ブレーキ66の非締結時に自由に回転する状態とを交互に取り得る。ワンウェイ・ブレーキ72（Low）は、リング・ギア32を、一方向の回転に反して（変速機ハウジング78上に）保持する状態と、反対方向に自由に回転させる状態とを交互に取り得る。

発進クラッチ60、発進クラッチ62、クラッチ68、ブレーキ66及びブレーキ70は、クラッチ又はブレーキにおける一の要素に固定される摩擦ディスクと、クラッチ又はブレーキにおける別の要素に固定されるスペーサ・プレートとの複数組が交互に並べられている油圧作動式制御装置であることが好ましい。各々の摩擦要素を作動させるサーボのシリンダ内で油圧が上昇するとき、各々の摩擦要素のディスク及びプレートが、サーボ・ピストンの移動によって相互に摩擦接触させられ、それによって、クラッチ又はブレーキが固定されている歯車装置の構成要素間の駆動連結を提供する。圧力がサーボ・シリンダから抜けるとき、クラッチ又はブレーキは切断され、構成要素は自由に独立に回転できる。バンド・ブレーキ64は、サーボのシリンダ内の油圧の大きさに応じて、ドラム82に締結するように作動されるのが好ましい。本発明の変速機における独自の特徴は、後進変速ギアでの駆動中にトルク反力を提供するバンド・ブレーキ64が、前進変速ギアの変速には全く関与しないことにある。従って、制御性に劣るために一般的には採用が困難である、極めて小さい寄生抗力（parasitic drag：詳細は特開平11-257475を参照）を有するクラッチ機構を使用することが可能となる。これは、このようなクラッチ機構は高いトルク容量を有すると共に、従来のクラッチ機構は高速ギアにおいて寄生抗力を過度に提供して燃料経済性に悪影響を及ぼすため、重要である。

ワンウェイ・ブレーキ72は、変速機ハウジング78に対するドラム84の回転方向に応じて、スプラグ（sprag）、ローラ、ロッカー、又は類似の機構によって作動され得る。ワンウェイ・ブレーキ72は、１速から２速への非同期のアップシフトを提供し、ブレーキ非締結時の粘性抗力を低減するように作動しているものの、ワンウェイ・ブレーキ72が省略されて、その機能がブレーキ70によって代替される場合がある。

図２は、２つのレバー（lever）92及び94を有し、変速機10を示すレバー図（lever diagram）である。第一歯車列20及び第二歯車列30に対応する第一レバー92上において、ノードＡ（第一回転部材Ａ）はサン・ギア28及びサン・ギア38を表し、ノードＢ（第二回転部材Ｂ）はキャリア24を表し、ノードＣ（第三回転部材Ｃ）はリング・ギア22及びキャリア34を表し、ノードＤ（第四回転部材Ｄ）はリング・ギア32を表す。トルク反力は、第四回転部材Ｄにおいて、ブレーキ70及びワンウェイ・ブレーキ72によって提供される。

第三歯車列40及び第四歯車列50に対応する第二レバー94上において、ノードＥ（第五回転部材Ｅ）はサン・ギア48及びサン・ギア58を表し、ノードＦ（第六回転部材Ｆ）はキャリア44及び出力部材14を表し、ノードＧ（第七回転部材Ｇ）はリング・ギア42及びキャリア54を表し、ノードＨ（第八回転部材Ｈ）はリング・ギア52を表す。トルク反力は、第五回転部材Ｅにおいて、ブレーキ66によって提供される。トルク反力は、第七回転部材Ｇにおいて、バンド・ブレーキ64によって提供される。

入力シャフト12は、発進クラッチ60によって第一回転部材Ａに接続され、発進クラッチ62によって第二回転部材Ｂに接続され、そして、クラッチ68によって第七回転部材Ｇに接続される。第三回転部材Ｃ及び第八回転部材Ｈは、継続的に相互に接続されている。

次に、変速機10の動作を、摩擦要素の締結状態及び非締結状態を参照しながら説明する。これら状態の組合せが、各々の変速比を生成する。クラッチ及びブレーキの状態は、電子変速制御器による制御アルゴリズムに従って、自動的に変更されるのが好ましい。図４は、各々の変速ギアに対応するクラッチ及びブレーキの締結状態及び非締結状態を示す表である。図４において、「Ｘ」印は、各々の変速ギアを提供すべく締結されるクラッチ又はブレーキの締結された状態を示し、「（Ｘ）」印は、各々の変速ギアにおける動作には影響しないものの、クラッチ又はブレーキの締結可能な状態を示し、「Alt」印は、各々の変速ギア（実際は前進3速のみ）における（Ｘ）印で示されるクラッチ又はブレーキと択一的に選択され得る、クラッチ又はブレーキの締結可能な状態を示す。空欄は、対応するクラッチ及びブレーキの非締結にある状態又は解放された状態を示す。前進ロー・ギア及び後進変速ギア（及び、前進１速ギア及び後進１速ギア）において、ワンウェイ・ブレーキ72のＸ印は、ワンウェイ・ブレーキ72が、変速機ハウジング78への駆動連結を生成しており、オーバーランしていないことを示す。幾つかの変速ギアにおけるブレーキ70の「ＣＳＴ」印は、自動車の減速時にエンジンが制動力を提供すべく、反対方向にトルクを伝達する必要があるならば、ブレーキ70が締結されることを示す。図４はまた、歯車列が図３に示されるベータ比（beta ratio：サン・ギアの歯数に対するリング・ギアの歯数の比）を有するときの、各々の前進変速ギア及び後進変速ギアの変速比（ここでは、出力シャフトの回転速度／入力シャフトの回転速度）を示す。換言すると、変速機の変速比は、出力シャフトの速度（回転速度）に対する入力シャフトの速度（回転速度）の比である。

変速機10は、クラッチ及びブレーキが、図４に示された締結状態及び切断状態を有するときに、７つの前進変速ギア及び３つの後進変速ギアにて変速作動する。変速機10は、ブレーキ66が締結され、他の全ての摩擦要素が切断されるときに、前進方向への発進準備がなされる。ロー・ギアを使用して自動車を発進させるために、発進クラッチ60が徐々に締結される。ワンウェイ・ブレーキ72（又はブレーキ70）は、リング・ギア32においてトルク反力を提供し、キャリア34は減速駆動(underdriven)される。キャリア34は、ドラム80を介して、リング・ギア52を駆動する。ブレーキ66は、サン・ギア58においてトルク反力を提供し、キャリア54は更に減速駆動される。キャリア54は、リング・ギア42を駆動する。ブレーキ66は、サン・ギア48においてトルク反力を提供し、キャリア44及び出力シャフト14をロー・ギアにて駆動する。

ロー・ギアから１速ギアへの変速は、発進クラッチ60を徐々に解放し、発進クラッチ62を徐々に締結し、そしてブレーキ66を締結状態に維持することによって、達成される。一般的に、この変速は、発進クラッチ60が完全締結するよりも前に完了し得る。そうすることによって、不快なエンジン音及び早期の変速を回避しつつ、発進が１速ギアにて完了する。しかしながら、自動車が徐々に加速しているならば、ロー・ギアにて発進を完了することによって、発進クラッチにて浪費されるエネルギが最小化され得る。この場合、１速ギアへの移行は、発進クラッチ62を迅速に完全締結すべく、自動車が十分な速度に達した後に、通常の変速として行なわれることになる。

１速ギアから２速ギアへの変速は、発進クラッチ62及びブレーキ66を締結状態に維持しつつ、発進クラッチ60を徐々に締結することによって、達成される。こうすることで、第一歯車列20及び第二歯車列30の全ての遊星歯車要素が、入力シャフト14の回転速度にて回転する。ワンウェイ・ブレーキ72はオーバーランする。第三歯車列40及び第四歯車列50は、ロー・ギア及び１速ギアと同じ態様で、トルク増大を提供する。

２速ギアから３速ギアへの変速は、クラッチ68を徐々に締結し、発進クラッチ62を徐々に解放し、そして発進クラッチ60及びブレーキ66を締結状態に維持することによって、達成される。或いは、クラッチ68を徐々に締結し、発進クラッチ60を徐々に解放し、発進クラッチ62及びブレーキ66が締結状態に維持することによって、２速ギアから３速ギアへの変速が達成される場合がある。３速ギアにおいて、第三歯車列40は、トルク増大の全てを提供する。発進クラッチ60及び発進クラッチ62の両方ともが３速ギアにて何らトルクを伝達しないので、３速ギアへの変速が完了したときには、発進クラッチ60及び発進クラッチ62を解放することが可能である。しかしながら、全ての変速ギアの回転速度が判定されるように、それを締結状態に維持するのが好ましい。

３速ギアから４速ギアへの変速は、発進クラッチ62を徐々に締結し、ブレーキ66を徐々に解放し、そして発進クラッチ60及びクラッチ68を締結状態に維持することによって、達成される。こうすることで、全ての遊星歯車要素が入力シャフト14と共に回転するダイレクト・ドライブ（直接駆動）状態となる。

４速ギアから５速ギアへの変速は、ブレーキ70を徐々に締結し、発進クラッチ60を徐々に解放し、そして発進クラッチ62及びクラッチ68を締結状態に維持することによって、達成される。

５速ギアから６速ギアへの変速は、発進クラッチ60を徐々に締結し、発進クラッチ62を徐々に解放し、そしてクラッチ68及びブレーキ70を締結状態に維持することによって、達成される。

変速機10は、バンド・ブレーキ64が締結され、他の全ての摩擦要素が切断されるときに、後進方向への発進準備がなされる。後進ロー・ギアを使用して自動車を発進させるために、発進クラッチ60が徐々に締結される。ワンウェイ・ブレーキ72（又はブレーキ70）は、リング・ギア32においてトルク反力を提供し、キャリア34は前進方向に減速駆動される。キャリア34は、ドラム80を介して、リング・ギア52を駆動する。バンド・ブレーキ64は、キャリア54においてトルク反力を提供し、サン・ギア58は反対方向に駆動される。サン・ギア58は、サン・ギア48を駆動する。バンド・ブレーキ64は、リング・ギア42においてトルク反力を提供し、キャリア44及び出力シャフト14を後進ロー・ギアにて、入力シャフト14とは反対方向に駆動する。

後進ロー・ギアから後進１速ギアへの変速は、発進クラッチ60を徐々に解放し、発進クラッチ62を徐々に締結し、そしてバンド・ブレーキ64を締結状態に維持することによって、達成される。前進方向への発進と同様に、この変速は、早期の変速を回避すべく、発進クラッチ60が完全締結するよりも前に完了し得る。しかしながら、自動車が徐々に加速しているならば、後進ロー・ギアにて発進を完了し、その後に後進１速ギアに変速することによって、発進クラッチで浪費されるエネルギが最小化され得る。

後進１速ギアから後進２速ギアへの変速は、発進クラッチ62及びバンド・ブレーキ64を締結状態に維持しつつ、発進クラッチ60を徐々に締結することによって、達成される。こうすることで、第一歯車列20及び第二歯車列30の全ての遊星歯車要素は、入力シャフト14の回転速度にて回転する。ワンウェイ・ブレーキ72はオーバーランする。第三歯車列40及び第四歯車列50は、後進ロー・ギア及び後進１速ギアと同じ態様で、トルク増大を提供する。

図５は、図１の配置以外の、自動変速機16の代替運動学的配置を示し、図２と同様のレバー図によって表される。変速機16は、場合によってはねじれトルク遮断器を介して、エンジン又は電動モータによって駆動される入力シャフト12を含む。図示されていないものの、トルク・コンバータが、エンジン又は電動モータと入力シャフト12との間に挿入され得る。変速機16はまた、ディファレンシャル機構及びアクスルを介して自動車の駆動輪に接続される出力シャフト14を含む。

遊星歯車式自動変速機は、第一歯車列20、第二歯車列30、第三歯車列40及び第四歯車列50を含む。第一歯車列20は、サン・ギア28、リング・ギア22、キャリア24、及びキャリア24に支持されてサン・ギア28とリング・ギア22とに噛み合う遊星ピニオン26を含む。同様に、第二歯車列30は、サン・ギア38、リング・ギア32、キャリア34、及びキャリア34に支持されてサン・ギア38とリング・ギア32とに噛み合う遊星ピニオン36を含む。第三歯車列40は、サン・ギア48、リング・ギア42、キャリア44、及びキャリア44に支持されてサン・ギア48とリング・ギア42とに噛み合う遊星ピニオン46を含む。第四歯車列50は、サン・ギア58、リング・ギア52、キャリア54、及びキャリア54に支持されてサン・ギア58とリング・ギア52とに噛み合う遊星ピニオン56を含む。

サン・ギア28は、ドラム86によってリング・ギア32に一体のユニットとして回転可能に固定される。キャリア34及びサン・ギア48は、相互に駆動可能に接続され、ドラム88によってキャリア24に一体のユニットとして回転可能に固定される。キャリア44は、ドラム90によってリング・ギア52に一体のユニットとして回転可能に固定される。リング・ギア42及びキャリア54は、相互に駆動可能に接続され、シャフト14に固定される。

入力シャフト12は、発進クラッチ60（L1）によって、サン・ギア38への駆動可能な接続と、サン・ギア38からの切断とを交互に行なう。入力シャフト12は、発進クラッチ62（L2）によって、リング・ギア22への駆動可能な接続と、リング・ギア22からの切断とを交互に行なう。入力シャフト12は、クラッチ68（High）によって、キャリア44及びリング・ギア52への駆動可能な接続と、キャリア44及びリング・ギア52からの切断とを交互に行なう。ドラム86、サン・ギア28及びリング・ギア32は、ブレーキ70(OD)の締結時に回転に反して（好ましくは変速機ハウジング78上に）保持される状態と、ブレーキ70の非締結時に自由に回転する状態とを交互に取り得る。ドラム90、キャリア44及びリング・ギア22は、バンド・ブレーキ64(Rev)の締結時に回転に反して（好ましくは変速機ハウジング78上に）保持される状態と、バンド・ブレーキ64の非締結時に自由に回転する状態とを交互に取り得る。サン・ギア58は、ブレーキ66(Fwd)の締結時に回転に反して（好ましくは変速機ハウジング78上に）保持される状態と、ブレーキ66の非締結時に自由に回転する状態とを交互に取り得る。ワンウェイ・ブレーキ72（Low）は、ドラム86、サン・ギア28及びリング・ギア32を、一方向の回転に反して（変速機ハウジング78上に）保持する状態と、反対方向に自由に回転する状態とを交互に取り得る。ワンウェイ・ブレーキ72は、１速から２速への非同期のアップシフトを提供し、ブレーキ非締結時の粘性抗力を低減するように作動しているものの、ワンウェイ・ブレーキ72が省略されて、その機能がブレーキ70によって代替される場合がある。

図２のレバー図は、図５の変速機16にも適用する。第一歯車列20及び第二歯車列30に対応する第一レバー92上において、ノードＡ（第一回転部材Ａ）はサン・ギア38を表し、ノードＢ（第二回転部材Ｂ）はリング・ギア22を表し、ノードＣ（第三回転部材Ｃ）はキャリア24及びキャリア34を表し、ノードＤ（第四回転部材Ｄ）はサン・ギア28及びリング・ギア32を表す。トルク反力は、第四回転部材Ｄにおいて、ブレーキ70及びワンウェイ・ブレーキ72によって提供される。

第三歯車列40及び第四歯車列50に対応する第二レバー94上において、ノードＥ（第五回転部材Ｅ）はサン・ギア58を表し、ノードＦ（第六回転部材Ｆ）はリング・ギア42、キャリア54、及び出力部材14を表し、ノードＧ（第七回転部材Ｇ）はキャリア44及びリング・ギア52を表し、ノードＨ（第八回転部材Ｈ）はサン・ギア48を表す。トルク反力は、第五回転部材Ｅにおいて、ブレーキ66によって提供される。トルク反力は、第七回転部材Ｇにおいて、バンド・ブレーキ64によって提供される。

入力シャフト12は、発進クラッチ60によって第一回転部材Ａに接続され、発進クラッチ62によって第二回転部材Ｂに接続され、そして、クラッチ68によって第七回転部材Ｇに接続される。第三回転部材Ｃ及び第八回転部材Ｈは、継続的に相互に接続されている。

図７は、各々の変速ギアに対応するクラッチ及びブレーキの締結状態及び非締結状態を示す表である。図７において、「Ｘ」印は、各々の変速ギアを提供すべく締結されるクラッチ又はブレーキの締結された状態を示し、「（Ｘ）」印は、各々の変速ギアにおける動作には影響しないものの、クラッチ又はブレーキの締結可能な状態を示し、「Alt」印は、各々の変速ギア（実際は前進3速のみ）における（Ｘ）印で示されるクラッチ又はブレーキと択一的に選択され得る、クラッチ又はブレーキの締結可能な状態を示す。空欄は、対応するクラッチ及びブレーキの非締結にある状態又は解放された状態を示す。前進ロー・ギア及び後進変速ギア（及び、前進１速ギア及び後進１速ギア）において、ワンウェイ・ブレーキ72のＸ印は、ワンウェイ・ブレーキ72が、変速機ハウジング78への駆動連結を生成しており、オーバーランしていないことを示す。幾つかの変速ギアにおけるブレーキ70の「ＣＳＴ」印は、自動車の減速時にエンジンが制動力を提供すべく、反対方向にトルクを伝達する必要があるならば、ブレーキ70が締結されることを示す。図７はまた、歯車列が図６に示されるベータ比を有するときの、各々の前進変速ギア及び後進変速ギアの変速比を示す。換言すると、変速機の変速比は、出力シャフトの速度（回転速度）に対する入力シャフトの速度（回転速度）の比である。

変速機16は、クラッチ及びブレーキが、図７に示された締結状態及び切断状態を有するときに、７つの前進変速ギア及び３つの後進変速ギアにて変速作動し、そこにおいて、図７に示された締結状態及び切断状態は、図４に示された締結状態及び切断状態と同一である。歯車列20、30、40、及び50における各々のベータ比（サン・ギアの歯数に対するリング・ギアの歯数の比）が図６に記載されているとおりであるならば、各々の変速ギアにおいて生成される変速比は、図７において示される値となる。

本発明に従う変速機の実施形態は、その各々が共通の軸周りに回転する四つの回転部材を備える、２つの遊星歯車組立体を含む。各々の遊星歯車組立体において、２つの回転部材は常に最高速度にて回転し得る一方で、残る２つの回転部材は、それら２つの回転部材の速度の加重平均速度にて回転する。その加重平均における重み係数は、遊星歯車組立体の構成、及び変速ギアの歯数の比に応じて決定される。これらの遊星歯車組立体は、図２のレバー図によって表される。レバー92及び94の上下端に位置する第一ノード群（Ａ、Ｄ、Ｅ、及びＨ）は、最高速度にて回転し得る回転部材を表す一方で、レバー92及び94の中心側に位置する第二ノード群（Ｂ、Ｃ、Ｆ、及びＧ）は、第一ノード群（Ａ、Ｄ、Ｅ、及びＨ）の加重平均速度にて回転する回転部材を表す。

加重平均に関して何らか所望の重み係数を有する遊星歯車組立体の構成が多く存在し得る。そのような構成の２つの例が、本発明の実施形態である２つの遊星歯車組立体として、ここに記述されている。同一又は類似の重み係数を実現する遊星歯車組立体の他の公知の構成が、本発明の技術思想から逸脱することなく、示された遊星歯車組立体の構成に置換され得ることに留意すべきである。具体的には、構成の幾つかにおいて、遊星歯車列は、一組の遊星ピニオンの代わりに、その内側の一組がサン・ギアと噛み合い、その外側の一組がリング・ギアと噛み合い、そして、それら二組が互いに噛み合う、二組の遊星ピニオンを含む。ラビニオ型遊星歯車配置のような他の構成において、遊星ピニオンの幾つかは複数の遊星歯車列の間で共有される。

以上、本発明の好ましい実施形態を記述してきたが、具体的に示され説明されたもの以外の代替実施形態が実行可能であることを記しておく。

これらの及び他の利点は、添付図面に照らして考慮された時に、上述の望ましい実施形態の詳細な説明から、本技術分野の当業者にとって直ちに明白となるであろう。

遊星歯車列を備える変速機の運動学的配置を示す概略図である。 図１の変速機における構成要素間の相互連結を示す概略レバー図である。 図１の変速機における各歯車列の好ましいベータ比を示す表である。 各々の前進及び後進の変速ギアに対する、図１の変速機を制御するクラッチ及びブレーキの作動状態、及び、その歯車列が図３に示すベータ比を有するときに結果として生じる変速比を示す表である。 遊星歯車列を備える変速機の第二実施形態を示す概略図である。 図５の変速機における各歯車列の好ましいベータ比を示す表である。 各々の前進及び後進の変速ギアに対する、図５の変速機を制御するクラッチ及びブレーキの作動状態、及び、その歯車列が図６に示すベータ比を有するときに結果として生じる変速比を示す表である。

符号の説明

10、16 変速機
12 入力シャフト
14 出力シャフト
20 第一歯車列
30 第二歯車列
40 第三歯車列
50 第四歯車列
22、32、42、52 リング・ギア
24、34、44、54 キャリア
26、36、46、56 遊星ピニオン
28、38、48、58 サン・ギア
60 発進クラッチ（第一クラッチ）
62 発進クラッチ（第二クラッチ）
64 バンド・ブレーキ（第二ブレーキ）
66 ブレーキ（第三ブレーキ）
68 クラッチ（第三クラッチ）
70 ブレーキ
72 ワンウェイ・ブレーキ（第一ブレーキ）
78 変速機ハウジング
80、82、84、86、88、90 ドラム
92、94 レバー
Ａ 第一回転部材
Ｂ 第二回転部材
Ｃ 第三回転部材
Ｄ 第四回転部材
Ｅ 第五回転部材
Ｆ 第六回転部材
Ｇ 第七回転部材
Ｈ 第八回転部材

Claims (10)

1. 入力部材と、
   出力部材と、
   第一クラッチ、第二クラッチ、第一ブレーキ、第一回転部材、第二回転部材、第三回転部材及び第四回転部材を含む第一遊星歯車組立体と、
   第二ブレーキ、第三ブレーキ、第三クラッチ、第五回転部材、第六回転部材、第七回転部材及び第八回転部材を含む第二遊星歯車組立体とを備え、
   上記第三回転部材は、上記第八回転部材に固定され、
   上記第六回転部材は、上記出力部材に固定され、
   上記第一クラッチは、上記第一回転部材を、上記入力部材に接続可能に構成され、
   上記第二クラッチは、上記第二回転部材を、上記入力部材に接続可能に構成され、
   上記第三クラッチは、上記第七回転部材を、上記入力部材に接続可能に構成され、
   上記第一ブレーキは、上記第四回転部材を、回転に反して保持可能に構成され、
   上記第二ブレーキは、上記第七回転部材を、回転に反して保持可能に構成され、
   上記第三ブレーキは、上記第五回転部材を、回転に反して保持可能に構成される自動車用多段変速機。
2. 上記第二クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第三ブレーキは、前進１速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第三ブレーキは、前進２速ギアを構成すべく締結され、
   上記第三クラッチ及び上記第三ブレーキは、前進３速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第三クラッチは、前進４速ギアを構成すべく締結され、
   上記第二クラッチ、上記第三クラッチ及び上記第一ブレーキは、前進５速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第三クラッチ及び上記第一ブレーキは、前進６速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ、上記第三クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第三ブレーキを選択的に作動させることによって６つの前進変速ギアを構成する、請求項１に記載の自動車用多段変速機。
3. 上記第一クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第三ブレーキを選択的に作動させることによって前進第７ギアを構成する、請求項２に記載の自動車用多段変速機。
4. 上記第一クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第二ブレーキは、後進１速ギアを構成すべく締結され、
   上記第二クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第二ブレーキは、後進２速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第二ブレーキは、後進３速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第二ブレーキを選択的に作動させることによって３つの後進変速ギアを構成する、請求項１乃至３の何れか１つに記載の自動車用多段変速機。
5. 上記第四回転部材の、上記入力部材と同一方向の回転を許容する一方で、該第四回転部材の、上記入力部材と反対方向の回転を制限するワンウェイ・ブレーキをさらに備える、請求項１に記載の自動車用多段変速機。
6. 上記第二クラッチ及び上記第三ブレーキは、前進１速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第三ブレーキは、前進２速ギアを構成すべく締結され、
   上記第三クラッチ及び上記第三ブレーキは、前進３速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第三クラッチは、前進４速ギアを構成すべく締結され、
   上記第二クラッチ、上記第三クラッチ及び上記第一ブレーキは、前進５速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第三クラッチ及び上記第一ブレーキは、前進６速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ及び上記第三ブレーキは、前進第７ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ、上記第三クラッチ、上記第一ブレーキ及び上記第三ブレーキを選択的に作動させることによって７つの前進変速ギアを構成する、請求項５に記載の自動車用多段変速機。
7. 上記第一クラッチ及び上記第二ブレーキは、後進１速ギアを構成すべく締結され、
   上記第二クラッチ及び上記第二ブレーキは、後進２速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第二ブレーキは、後進３速ギアを構成すべく締結され、
   上記第一クラッチ、上記第二クラッチ及び上記第二ブレーキを選択的に作動させることによって３つの後進変速ギアを構成する、請求項５又は６に記載の自動車用多段変速機。
8. 上記第一遊星歯車組立体は、サン・ギア、リング・ギア、キャリア、及び該キャリアに支持されて該サン・ギアと該リング・ギアとに噛み合うピニオンをそれぞれ含む第一遊星歯車列並びに第二遊星歯車列を有し、
   上記第一回転部材は、上記第一遊星歯車列の上記サン・ギア及び上記第二遊星歯車列の上記サン・ギアを含み、
   上記第二回転部材は、上記第一遊星歯車列の上記キャリアを含み、
   上記第三回転部材は、上記第一遊星歯車列の上記リング・ギア及び上記第二遊星歯車列の上記キャリアを含み、
   上記第四回転部材は、上記第二遊星歯車列の上記リング・ギアを含む、請求項１乃至７の何れか１つに記載の自動車用多段変速機。
9. 上記第一遊星歯車組立体は、サン・ギア、リング・ギア、キャリア、及び該キャリアに支持されて該サン・ギアと該リング・ギアとに噛み合うピニオンをそれぞれ含む第一遊星歯車列並びに第二遊星歯車列を有し、
   上記第一回転部材は、上記第二遊星歯車列の上記サン・ギアを含み、
   上記第二回転部材は、上記第一遊星歯車列の上記リング・ギアを含み、
   上記第三回転部材は、上記第一遊星歯車列の上記キャリア及び上記第二遊星歯車列の上記キャリアを含み、
   上記第四回転部材は、上記第一遊星歯車列の上記サン・ギア及び上記第二遊星歯車列の上記リング・ギアを含む、請求項１乃至７の何れか１つに記載の自動車用多段変速機。
10. 上記第二遊星歯車組立体は、サン・ギア、リング・ギア、キャリア、及び該キャリアに支持されて該サン・ギアと該リング・ギアとに噛み合うピニオンをそれぞれ含む第三遊星歯車列並びに第四遊星歯車列を有し、
    上記第五回転部材は、上記第三遊星歯車列の上記サン・ギア及び上記第四遊星歯車列の上記サン・ギアを含み、
    上記第六回転部材は、上記第三遊星歯車列の上記キャリアを含み、
    上記第七回転部材は、上記第三遊星歯車列の上記リング・ギア及び上記第四遊星歯車列の上記キャリアを含み、
    上記第八回転部材は、上記第四遊星歯車列の上記リング・ギアを含む、請求項１乃至８の何れか１つに記載の自動車用多段変速機。

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