JP2009510341A - 原動機付き車両用のオートマチックトランスミッション及びそのシフトチェンジ方法 - Google Patents

原動機付き車両用のオートマチックトランスミッション及びそのシフトチェンジ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】動力伝達が中断されず、かつ、簡易で取付空間を縮小したオートマチックトランスミッションを提供すること。
【解決手段】入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、前記入力軸が係脱自在な第１のクラッチＫによって駆動源と接続可能なオートマチックトランスミッションにおいて、操作可能な摩擦クラッチである第２のクラッチＫ５をパワーシフトクラッチとして設け、該第２のクラッチＫ５を介して前記入力軸Ｗ１と前記出力軸Ｗ３を接続した。

Description

本発明は、入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、入力軸が係脱自在なクラッチによって駆動源と接続可能な原動機付き車両用オートマチックトランスミッションに関するものである。
また、本発明は、更に、入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、かつ、入力軸が係脱自在なのクラッチによって駆動源と接続可能な原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ方法であって、クラッチがシフトチェンジ中にも動力を伝達するシフトチェンジ方法に関するものでもある。
オートマチックトランスミッションは、比較的軽量かつコンパクトであり燃費向上に寄与する上、高い変速効率を有し、自動変速であるがゆえの快適性を備えているため、乗用車、商用車等の原動機付き車両においてその使用が拡大している。
しかしながら、オートマチックトランスミッションは、その構造に起因した、変速中の動力源とトランスミッションの出力軸の間の特有の動力伝達の中断が引き起こされるという欠点がある。このような動力伝達の中断は、動力源とトランスミッションの間のクラッチが一時的に開放されるとともに一定時間ニュートラル位置におかれることによるものである。
したがって、特に上り坂走行におけるシフトアップ時には車両の不意の減速が生じるとともに、特に下り坂を後退するような場合には車両の不意の加速を招くことになってしまう。これにより、一般的に、シフトチェンジの快適性が損なわれることとなる。
そこで、特に商用車において、シフトチェンジ時の動力伝達中断時間を縮小させるために、シフトアップ時にあってはギヤブレーキ（Getriebebremse）によって動力の再伝達を加速させ、あるいは動力源とトランスミッションの間のクラッチが接続状態である場合にあってはエンジンブレーキによるエンジン制御への介入を行って動力源側と車輪側の回転数の同期を補助することが知られている。しかし、これには部品点数及びコストの増大を招くという欠点がある。
そのため、本発明は、主に乗用車、簡易な輸送手段及び重量の大きい商用車に応用される単純構造かつ多段変速機として構成されたオートマチックトランスミッションを提供しようとするものである。
ところで、例えば特許文献１には、カウンタ軸を備えたメイントランスミッション及びこれに後続配置されつつ遊星歯車機構として形成された複数のギヤ段から成るサブトランスミッションが開示されている。
独国特許出願公開第１００５１３５４号明細書
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、動力伝達が中断されず、かつ、簡易で取付空間を縮小した冒頭に記載したようなオートマチックトランスミッションを提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記のようなオートマチックトランスミッションのシフトチェンジ方法を提供することでもある。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、前記入力軸が係脱自在な第１のクラッチによって駆動源と接続可能なオートマチックトランスミッションにおいて、操作可能な摩擦クラッチである第２のクラッチをパワーシフトクラッチ（Lastschaltkupplung）として設け、該第２のクラッチを介して前記入力軸と前記出力軸を必要に応じて直接接続したことを特徴としている。
少なくとも部分的にパワーシフトクラッチとして形成された第２のクラッチを接続することによって、最高ギヤ段（変速比ｉ＝１）とこれより１つ低いギヤ段の間のシフトチェンジ時に、前記第１のクラッチによって駆動源のトルクの大部分が入力軸へ伝達されることになる。そのため、パワーシフトクラッチである第２のクラッチの負荷が解放され、前記１つ低いギヤ段から負荷なく噛合を解除することが可能となる。同様に、最高ギヤ段のギヤも負荷なく同期されて噛合が達成される。
また、本発明による変速機構造によれば、オーバドライブ段（変速比ｉ＜１）を設けない限り、パワーシフトトランスミッションとして、動力伝達を中断させることなくシフトチェンジを行うことが可能となっている。したがって、不意の減速や加速が防止され、迅速かつ快適なシフトチェンジが達成されることになる。
さらに、パワートレインにおいて維持される負荷によって、衝撃や振動が抑えられ、パワートレイン内における部材の磨耗が抑制される上、高いレベルの乗り心地が得られることになる。また、シフトチェンジ時の入力回転数を抑えるための装置（例えばギヤブレーキ、エンジンブレーキ等）を省略又は削減することが可能である。
なお、その他の有利な実施形態は請求項２〜６に記載されている。
すなわち、本発明の一実施形態は、前記第２のクラッチを多板クラッチとしたことを特徴としている。これにより、構造のコンパクト化を図ることが可能であるとともに、特に容易かつ正確にトルクを伝達することが可能となる。
また、本発明の一実施形態は、入力軸及び出力軸が同軸に設けられたトランスミッションにおいて、パワーシフトクラッチである前記第２のクラッチを出力軸の出力側端部（駆動源と反対側の端部）に設けたことを特徴としている。このような構成は、従来の大量生産されたトランスミッションから比較的少ない変更によって得ることが可能である。すなわち、出力軸を中空構造とするとともに、入力軸を出力軸内を通して該出力軸の出力側端部まで同軸に延設することによって実現可能である。
ここで、トランスミッションが多段変速機として形成されているならば、パワーシフトクラッチである第２のクラッチをサブトランスミッションのケーシング内に設けるのが好ましい。これにより、サブトランスミッションの構造変更について、上述のように、入力軸及び出力軸のみ変更すれば足りることになる。
また、メイントランスミッションの出力軸に結合されたサンギヤと、サブトランスミッションの出力軸に結合されたプラネタリギヤ軸とを備えるシングル型の遊星歯車機構で形成され、かつ、低速ギヤ段Ｌと高速ギヤ段Ｓの間を切り換えることが可能な通常のサブトランスミッションでは、パワーシフトクラッチをメイントランスミッションの入力軸とサンギヤの間に設けることが考えられる。こうすることにより、メイントランスミッションでのシフトチェンジが動力伝達を中断することなく行うことが可能となる。一方、サブトランスミッションにおける低速ギヤ段と高速ギヤ段の間のシフトチェンジについては、動力伝達の中断をしなければ行うことができない。
そこで、このような不都合を解消するため、サブトランスミッション内のパワーシフトクラッチをメイントランスミッションの入力軸とプラネタリギヤ軸の間に設けるのが望ましい。
上記課題を解決するため、請求項７記載の発明（方法）は、入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、かつ、前記入力軸が係脱自在な第１のクラッチによって駆動源と接続可能な原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ方法であって、前記第１のクラッチがシフトチェンジ中にも動力を伝達する前記シフトチェンジ方法において、最高ギヤ段（変速比ｉ≧１）とこれより１つ低いギヤ段の間のシフトチェンジ時に、この１つ低いギヤ段からギヤを外す前に、前記入力軸と前記出力軸の間に配置されつつ操作可能な摩擦クラッチとして形成されたパワーシフトクラッチとしての第２のクラッチを少なくとも部分的に接続し、そして前記１つ低いギヤ段からギヤを外し、その後、前記最高ギヤ段へギヤを入れ、最後に前記第２のクラッチを、前記最高ギヤ段におけるギヤの回転を同期させた上で完全に接続することを特徴としている。
ここで、パワーシフトクラッチは、変速比に基づき、シフトチェンジ時は半クラッチ状態（滑り状態）となっている一方、変速比ｉ＝１から変速比ｉ＞１へのシフトダウン時には、例外的にパワーシフトクラッチは動力伝達がなされるよう接続状態となっている。
そして、ギヤ段を最終的なギヤ段へ設定した後は、シフトアップ時にあってはパワーシフトクラッチを更に接続状態とし、リバースギヤへのシフトチェンジ時にあっては更に開放状態として最終的なギヤ段と同期させて伝達されるトルクの変化させるか、又は少なくとも同期を補助する必要がある。
このとき、パワーシフトクラッチを更に接続状態とすることによって動力源への負荷が増大して駆動系の入力側で減速が生じる一方、パワーシフトクラッチを更に開放状態とすることによって動力源への負荷が減少して駆動系の入力側で加速が生じることになる。
なお、このような同期の補助は、従来の同期手段である例えばクラッチに設けられたシンクロナイザリング等を用いて、負荷を減らしたり、コンパクト化を図りながら行うことも可能である。
動力伝達が中断されず、かつ、簡易で取付空間を縮小したオートマチックトランスミッションを提供することが可能である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すオートマチックトランスミッション１はメイントランスミッションＨＧとサブトランスミッションＢＮＧを備えた多段変速機として構成されており、４段の前進ギヤ及び１段のリバースギヤを備えたこのメイントランスミッションＨＧは、入力軸Ｗ１と、これに平行に設けられたカウンタ軸Ｗ２と、入力軸Ｗ１と同軸に配置された出力軸Ｗ３とを備えて構成されている。
なお、出力軸Ｗ３は中空構造となっており、入力軸Ｗ１が出力軸Ｗ３の中空部を通って該出力軸Ｗ３の端部あるいはメイントランスミッションＨＧの端部まで延設されている。
しかして、メイントランスミッションＨＧの入力軸Ｗ１は係脱自在の第１のクラッチＫを介して内燃エンジンとして形成された動力源Ｍに接続されており、第１のシンクロ手段Ｋ１を第１の接続位置Ｓ１へスライドさせることによって、入力軸Ｗ１に伝達された動力が第１のギヤ対２ａ，２ｂを介してカウンタ軸Ｗ２へ伝達されるようになっている。
一方、第１のシンクロ手段Ｋ１を前記第１の接続位置Ｓ１と逆側に位置する第２の接続位置Ｓ２へスライドさせれば、入力軸Ｗ１に伝達された動力は第２のギヤ対３ａ，３ｂを介してカウンタ軸Ｗ２へ伝達されることになる。
このとき（第１のシンクロ手段Ｋ１が第２の接続位置Ｓ２にあるとき）、第２のシンクロ手段Ｋ２を第３の接続位置Ｓ３へスライドさせれば、入力軸Ｗ１の回転が直接（変速比ｉ＝１）出力軸Ｗ３へ伝達されることになる（第４速に相当）。
また、ギヤを第３速とする場合は、第１のシンクロ手段Ｋ１を第１の接続位置Ｓ１へスライドさせるとともに、第２のシンクロ手段Ｋ２を第３の接続位置Ｓ３へスライドさせることによりなされる。すなわち、このとき、動力は入力軸Ｗ１から第１及び第２のギヤ対２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを介して出力軸Ｗ３へ伝達されることになる。
他のギヤ段についても同様に、ギヤを第２速、第１速及びリバースとする場合には、第１のシンクロ手段Ｋ１を第１の接続位置Ｓ１へいずれもスライドさせた状態で、それぞれ第２のシンクロ手段Ｋ２を第４の接続位置Ｓ４へ、第３のシンクロ手段Ｋ３を第５の接続位置Ｓ５へ、及び第３のシンクロ手段Ｋ３を第６の接続位置Ｓ６へとスライドさせればよい。
なお、リバースギヤとする場合の回転方向の転換は、第５のギヤ対６ａ，６ｂにおける従動ギヤ６ａと駆動ギヤ６ｂの間に中間ギヤ６ｃを設けることによりなされている。
ところで、メイントランスミッションＨＧに後続配置されたサブトランスミッションＢＮＧは１つのサンギヤ７と、プラネタリギヤ軸８に回転可能に設けられつつサンギヤ７と噛合する複数のプラネタリギヤ９と、該プラネタリギヤ９に噛合するリングギヤ１０とから成るシングル型の遊星歯車機構として形成されており、サンギヤ７は、出力軸Ｗ３と共に回転するよう該出力軸Ｗ３に結合されて、サブトランスミッションＢＮＧの入力要素として機能するものである。
また、プラネタリギヤ９は、サブトランスミッションＢＮＧの出力軸Ｗ４に結合されて、該サブトランスミッションＢＮＧの出力要素として機能するものである。さらに、リングギヤ１０は、第４のシンクロ手段Ｋ４に接続されており、該第４のシンクロ手段Ｋ４によって、ケーシング１１を備えた低速ギヤ段Ｌ又は高速ギヤ段Ｓに選択的に接続されるようになっている。
そして、プラネタリギヤ９は、低速ギヤ段Ｌにおいて、サンギヤ７とリングギヤ１０の間のプラネタリギヤ軸８の回転を適当に減速させるものである。一方、高速ギヤ段Ｓにおいては、遊星歯車機構の各部材は、リングギヤ１０がプラネタリギヤ軸８に連結されることによりサンギヤ７の回転が減速されず直接伝達されてそれぞれ回転する。
また、本発明においては、オートマチックトランスミッション１が入力軸Ｗ１と出力軸Ｗ３の間に特に多板クラッチとして構成された第２のクラッチ（パワーシフトクラッチ）Ｋ５を備えており、この第２のクラッチＫ２は、図１に示す実施形態ではサブトランスミッションＢＮＧ内でメイントランスミッションＨＧの入力軸Ｗ１とサンギヤ７の間にコンパクトに配置されている。
したがって、第１のクラッチＫで伝達されるトルクの大部分が第２のクラッチＫ５によって直接入力軸Ｗ１から出力軸Ｗ３へ伝達される限り、シフトチェンジ時にも第２のクラッチＫ５は半クラッチ状態（滑った状態）で動力伝達を維持し、それによりメイントランスミッションＨＧ内でのシフトチェンジが、第１のクラッチＫで動力を伝達しながら、動力伝達を断絶させることなく行われることになる。なお、この際、第２のクラッチＫ５を、シフトアップ時には動力が伝達されるよう更に接続し、リバースギヤへのシフトチェンジ時には動力が多く伝達されないよう更に開放させるよう制御して補助することが可能である。
そして、シフトチェンジ後には、第２のクラッチＫ５が再び完全に断絶されるようになっている。図１に示す実施形態によれば、多くの利点が得られるが、サブトランスミッションＢＮＧ内でのシフトチェンジ（すなわち低速ギヤ段Ｌと高速ギヤ段Ｓの間のシフトチェンジ）が、その前後で動力伝達を中断しなければ行えないという欠点もある。
そこで、このような欠点を克服するため、図２に示す実施形態は、メイントランスミッションＨＧ及びサブトランスミッションＢＮＧの構成と配置については図１に示すものと同様であるが、サブトランスミッションＢＮＧ内の第２のクラッチＫ５がプラネタリギヤ軸８に連結されている点で図１に示す実施形態と相違している。そのため、サブトランスミッションＢＮＧ内でのシフトチェンジが第２のクラッチＫ５によって動力伝達を中断することなく行うことが可能となっている。
本発明の第１の実施形態に係るオートマチックトランスミッションの概要図である。 本発明の第２の実施形態に係るオートマチックトランスミッションの概要図である。
符号の説明
１ オートマチックトランスミッション
２ａ，２ｂ 第１のギヤ対
３ａ，３ｂ 第２のギヤ対
４ａ，４ｂ 第３のギヤ対
５ａ，５ｂ 第４のギヤ対
６ａ，６ｂ 第５のギヤ対
７ サンギヤ
８ プラネタリギヤ軸
９ プラネタリギヤ
１０ リングギヤ
１１ ケーシング
ＢＮＧ サブトランスミッション
ＨＧ メイントランスミッション
Ｋ 第１のクラッチ
Ｋ１〜Ｋ４ 第１〜第４のシンクロ手段
Ｋ５ 第２のクラッチ（パワーシフトクラッチ）
Ｓ１〜Ｓ５ 第１〜第５の接続位置
Ｗ１ 入力軸
Ｗ２ カウンタ軸
Ｗ３ メイントランスミッションの出力軸
Ｗ４ サブトランスミッションの出力軸

Claims (10)

  1. 入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、前記入力軸が係脱自在な第１のクラッチ（Ｋ）によって駆動源と接続可能なオートマチックトランスミッションにおいて、
    操作可能な摩擦クラッチである第２のクラッチ（Ｋ５）をパワーシフトクラッチとして設け、該第２のクラッチ（Ｋ５）を介して前記入力軸（Ｗ１）と前記出力軸（Ｗ３，Ｗ４）を必要に応じて直接接続したことを特徴とするオートマチックトランスミッション。
  2. 前記第２のクラッチ（Ｋ５）を多板クラッチとしたことを特徴とする請求項１記載のオートマチックトランスミッション。
  3. 前記出力軸（Ｗ３）を中空構造とするとともに、前記入力軸（Ｗ１）を該出力軸（Ｗ３）内を通して該出力軸（Ｗ３）の出力側端部まで同軸に延設し、前記出力軸（Ｗ３）の出力側端部に前記第２のクラッチ（Ｋ５）を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のオートマチックトランスミッション。
  4. 前記第２のクラッチ（Ｋ５）を、メイントランスミッション（ＨＧ）に後続配置したサブトランスミッション（ＢＮＧ）のケーシング（１１）内に設けたことを特徴とする請求項３記載のオートマチックトランスミッション。
  5. 前記第２のクラッチ（Ｋ５）を、前記メイントランスミッション（ＨＧ）の出力軸（Ｗ３）に接続されたサンギヤ（７）と、前記サブトランスミッション（ＢＮＧ）の出力軸（Ｗ４）に接続されたプラネタリギヤ軸（８）とを備えて成るシングル型の遊星歯車機構における前記入力軸（Ｗ１）と前記サンギヤ（７）の間に設けたことを特徴とする請求項４記載のオートマチックトランスミッション。
  6. 前記第２のクラッチ（Ｋ５）を、前記メイントランスミッション（ＨＧ）の出力軸（Ｗ３）に接続されたサンギヤ（７）と、前記サブトランスミッション（ＢＮＧ）の出力軸（Ｗ４）に接続されたプラネタリギヤ軸（８）とを備えて成るシングル型の遊星歯車機構における前記入力軸（Ｗ１）と前記プラネタリギヤ軸（８）の間に設けたことを特徴とする請求項４記載のオートマチックトランスミッション。
  7. 入力軸と、出力軸と、選択的に切り換えられる複数のギヤ段とを備えて成り、かつ、前記入力軸が係脱自在な第１のクラッチ（Ｋ）によって駆動源と接続可能な原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ方法であって、前記第１のクラッチ（Ｋ）がシフトチェンジ中にも動力を伝達する前記シフトチェンジ方法において、
    最高ギヤ段（変速比ｉ≧１）とこれより１つ低いギヤ段の間のシフトチェンジ時に、この１つ低いギヤ段からギヤを外す前に前記入力軸（Ｗ１）と前記出力軸（Ｗ３，Ｗ４）の間に配置されつつ操作可能な摩擦クラッチとして形成されたパワーシフトクラッチとしての第２のクラッチ（Ｋ５）を少なくとも部分的に接続し、そして前記１つ低いギヤ段からギヤを外し、その後、前記最高ギヤ段へギヤを入れ、最後に前記第２のクラッチ（Ｋ５）を、前記最高ギヤ段におけるギヤの回転を同期させた上で完全に接続することを特徴とするシフトチェンジ方法。
  8. 前記最高ギヤ段におけるギヤの回転の同期を前記第２のクラッチ（Ｋ５）が伝達するトルクを変化させることによって補助することを特徴とする請求項７記載のシフトチェンジ方法。
  9. シフトアップ時に、前記第２のクラッチ（Ｋ５）を更に接続することを特徴とする請求項８記載のシフトチェンジ方法。
  10. リバースギヤ段へのシフトチェンジ時に、前記第２のクラッチ（Ｋ５）を更に開放することを特徴とする請求項８記載のシフトチェンジ方法。
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