JP2016098852A - 自動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車を４組、係合要素を６個として前進８変速段以上を達成することができる自動変速機を提供すること。
【解決手段】本発明の自動変速機では、６つの係合要素が、第１の回転メンバと第２のキャリヤとの間を選択的に連結する第１の係合要素と、入力軸と第３のサンギヤとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、入力軸と第２のキャリヤとの間を選択的に連結する第３の係合要素と、第２の回転メンバ又は第５の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第４の係合要素と、第４の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第５の係合要素と、第４のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第６の係合要素とから構成され、出力軸は前記第３の回転メンバに常時接続されており、６つの係合要素のうち三つの同時締結の組み合わせにより少なくとも前進８変速段及び後退１変速段を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の変速機として適用される有段式の自動変速機に関する。

従来、遊星歯車４組と、４つのクラッチ、２つのブレーキ及び一つのワンウェイクラッチといった複数の係合要素を使用して前進８速段後進１速段を達成する自動変速機として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。

特開２００３−１３０１５２号公報

一般に、クラッチはブレーキに比べてレイアウト自由度が低い。特許文献１は、クラッチを４つ有するため、自動変速機の大型化や製造コストの上昇を招くという問題があった。

本発明の目的とするところは、クラッチの数を抑制しつつ前進８速段後進１速段を達成可能な自動変速機を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の自動変速機では、第１のサンギヤと、該第１のサンギヤに噛み合う第１のピニオンを支持する第１のキャリヤと、該第１のピニオンに噛み合う第１のリングギヤとからなる第１の遊星歯車と、第２のサンギヤと、該第２のサンギヤに噛み合う第２のピニオンを支持する第２のキャリヤと、該第２のピニオンに噛み合う第２のリングギヤとからなる第２の遊星歯車と、第３のサンギヤと、該第３のサンギヤに噛み合う第３のピニオンを支持する第３のキャリヤと、該第３のピニオンに噛み合う第３のリングギヤとからなる第３の遊星歯車と、第４のサンギヤと、該第４のサンギヤに噛み合う第４のピニオンを支持する第４のキャリヤと、該第４のピニオンに噛み合う第４のリングギヤとからなる第４の遊星歯車と、６つの係合要素と、を備え、前記６つの係合要素を適宜締結解放することにより少なくとも前進８変速段以上の変速段に変速して入力軸からのトルクを出力軸に出力可能な自動変速機であって、前記第１のサンギヤと前記第４のキャリヤとは連結して第１の回転メンバを構成しており、前記第１のキャリヤと前記第２のリングギヤとは連結して第２の回転メンバを構成しており、前記第１のリングギヤと前記第３のキャリヤとは連結して第３の回転メンバを構成しており、前記第２のサンギヤと前記第４のサンギヤとは連結して第４の回転メンバを構成しており、前記第２のリングギヤと前記第３のリングギヤとは連結して第５の回転メンバを構成しており、前記６つの係合要素は、前記第１の回転メンバと前記第２のキャリヤとの間を選択的に連結する第１の係合要素と、前記入力軸と前記第３のサンギヤとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、前記入力軸と前記第２のキャリヤとの間を選択的に連結する第３の係合要素と、前記第２の回転メンバ又は前記第５の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第４の係合要素と、前記第４の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第５の係合要素と、前記第４のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第６の係合要素と、から構成され、前記出力軸は前記第３の回転メンバに常時接続されており、前記６つの係合要素のうち三つの同時締結の組み合わせにより少なくとも前進８変速段及び後退１変速段を達成することを特徴とする。

よって、本発明の自動変速機にあっては、係合要素内のクラッチの数を抑制でき、自動変速機の大型化や製造コストの上昇を回避した前進８速段後進１速段を達成可能な自動変速機を提供できる。

実施例１の自動変速機を示すスケルトン図である。 実施例１の自動変速機における係合要素の結合表を示す図である。 実施例１の段間比の変化を表す段間比グラフである。 実施例１の自動変速機の回転数と負荷の関係を表す図である。 実施例１の自動変速機の回転数と負荷の関係を表す図である。

以下、本発明の有段自動変速機の変速機構を実現する形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。まず、構成を説明する。図１は実施例１の有段式の自動変速機の変速機構を示すスケルトン図、図２は実施例１の自動変速機における係合要素の結合表である。尚、実施例１の係合要素は、多板クラッチ等の摩擦係合要素を採用するが、噛合い係合要素を採用してもよい。

実施例１の自動変速機は、図１に示すように、ギヤトレーンとして、シングルピニオン型の４組の遊星歯車組である第１遊星歯車組ＰＧ１，第２遊星歯車組ＰＧ２，第３遊星歯車組ＰＧ３及び第４遊星歯車組ＰＧ４を備えている。第１遊星歯車組ＰＧ１は、第１サンギヤＳ１と、第１リングギヤＲ１と、第１サンギヤＳ１と第１リングギヤＲ１とに噛み合う第１ピニオンＰ１と、を有する。第２遊星歯車組ＰＧ２は、第２サンギヤＳ２と、第２リングギヤＲ２と、第２サンギヤＳ２と第２リングギヤＲ２とに噛み合う第２ピニオンＰ２と、を有する。第３遊星歯車組ＰＧ３は、第３サンギヤＳ３と、第３リングギヤＲ３と、第３サンギヤＳ３と第３リングギヤＲ３とに噛み合う第３ピニオンＰ３と、を有する。第４遊星歯車組ＰＧ４は、第４サンギヤＳ４と、第４リングギヤＲ４と、第４サンギヤＳ４と第４リングギヤＲ４とに噛み合う第４ピニオンＰ４と、を有する。第１，第２，第３及び第４ピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ第１，第２，第３及び第４キャリヤＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４に対して回転可能に支持されている。

第１サンギヤＳ１と第４キャリヤＰＣ４とは第１回転メンバＭ１により連結されている。第１キャリヤＰＣ１と第２リングギヤＲ２とは第２回転メンバＭ２により連結されている。第１リングギヤＲ１と第３キャリヤＰＣ３とは第３回転メンバＭ３により連結されている。第２サンギヤＳ２と第４サンギヤＳ４とは第４回転メンバＭ４により連結されている。第２リングギヤＲ２と第３リングギヤＲ３とは第５回転メンバＭ５により連結されている。出力軸Ｏｕｔｐｕｔは、第３回転メンバＭ３と連結された第３ピニオンキャリヤＰＣ３と常時接続されている。

自動変速機には、３つのクラッチである第１，第２，第３係合要素Ａ，Ｂ，Ｃと、３つのブレーキである第４，第５，第６係合要素Ｄ，Ｅ，Ｆとが設けられている。第１係合要素Ａは、第１回転メンバＭ１に接続された第１サンギヤＳ１と第２キャリヤＰＣ２との間を選択的に連結する。尚、第１係合要素Ａは、第１回転メンバＭ１と第２キャリヤＰＣ２との間を選択的に連結可能であればよく、第４ピニオンキャリヤＰＣ４と第２キャリヤＰＣ２との間を選択的に連結する構成としてもよい。第２係合要素Ｂは、入力軸Ｉｎｐｕｔと第３サンギヤＳ３との間を選択的に連結する。第３係合要素Ｃは、入力軸Ｉｎｐｕｔと第２キャリヤＰＣ２との間を選択的に連結する。第４係合要素Ｄは、第１キャリヤＰＣ１を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。尚、第１キャリヤＰＣ１は、第２回転メンバに接続されているため、第４係合要素Ｄは、第２回転メンバＭ２，第５回転メンバＭ５，第２リングギヤＲ２及び第３リングギヤＲ３のいずれかを変速機ケースＨＳに選択的に固定することと同義である。第５係合要素Ｅは、第４サンギヤＳ４を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。尚、第４サンギヤＳ４は、第４回転メンバＭ４に接続されているため、第５係合要素Ｅは、第４回転メンバＭ４又は第２サンギヤＳ２を変速機ケースＨＳに選択的に固定してもよい。第６係合要素Ｆは、第４リングギヤＲ４を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。

出力軸Ｏｕｔｐｕｔには、出力ギヤ等が設けられ、図外のディファレンシャルギヤやドライブシャフトを介して駆動輪へ回転駆動力が伝達される。実施例１の場合、出力軸Ｏｕｔｐｕｔは変速機ケースＨＳ等に塞がれておらず、ＦＲ車両に適用可能とされている。尚、図１の点線で示すＩｎｐｕｔ（ＦＦ）のように、入力軸Ｉｎｐｕｔと出力軸Ｏｕｔｐｕｔとを一方側に配置することができるため、ＦＦ車両にも適用できる。

各ギヤ段での前記係合要素の結合（締結）の関係を、図２の結合表により説明する（変速制御手段）。尚、表中の○印は締結、空欄は解放を表している。

まず、前進時について説明する。後退速は、第１係合要素Ａと第３係合要素Ｃと第４係合要素Ｄの締結により達成する。１速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第４係合要素Ｄの締結により達成する。２速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第６係合要素Ｆの締結により達成する。３速は、第２係合要素Ｂと第５係合要素Ｅと第６係合要素Ｆの締結により達成する。４速は、第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃと第６係合要素Ｆの締結により達成する。５速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃの締結により達成する。６速は、第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃと第５係合要素Ｅの締結により達成する。７速は、第１係合要素Ａと第３係合要素Ｃと第５係合要素Ｅの締結により達成する。８速は、第３係合要素Ｃと第５係合要素Ｅと第６係合要素Ｆの締結により達成する。

〔実施例１の効果〕
・係合要素の締結数に基づく効果
三つの係合要素を同時締結させて変速段を達成する構成であるため、全係合要素に占める解放されている係合要素の割合が低く、走行中のドラグトルクを低減することが可能となり、燃費を向上できる。

・スケルトン全体による効果
実施例１では、単純遊星４組と６つの係合要素という単純で少ない構成要素でありながら、適正な減速比を確保可能な前進８速後退１速の自動変速機を実現することができ、自動変速機の小型化を達成できる。

・単純遊星４組を使用することによる効果
単純遊星４組で構成することにより、ダブルピニオンを使う場合に比べて、ギヤノイズの悪化を抑制できると共に、ピニオンを小径とする必要がないため、ギヤの耐久性の悪化を抑制できる。

・変速時における係合要素の切換え数に基づく効果
（ｉ）変速時において、仮に、一つ以上の係合要素を解放し二つ以上の係合要素を締結する、もしくは、二つ以上の係合要素を解放し一つ以上の係合要素を締結すると、係合要素の締結・解放のタイミングやトルクの制御が複雑となる。そこで、変速制御の複雑化を回避する観点から、一つの係合要素を解放し、一つの係合要素を締結するのが好ましいとされる。いわゆる二重掛け替えの防止である。実施例１においては、前進１速から前進３速までは第５係合要素Ｅと第６係合要素Ｆが締結したままの状態で変速が行われ、前進３速から前進５速までは第１係合要素Ａと第５係合要素Ｅが締結したままの状態で変速が行われ、前進５速から前進７速までは第１係合要素Ａと第３係合要素Ｃが締結したままの状態で変速が行われ、前進５速から前進６速までは第２係合要素Ｂと第５係合要素Ｅが締結したままの状態で変速が行われ、前進７速から前進８速までは第３係合要素Ｃと第６係合要素Ｆが締結したままの状態で変速が行われる。すなわち、前進１速から前進８速までの隣接するギヤ段への変速は、全て一つの係合要素を解放し、一つの係合要素を締結する掛け替え変速により達成できる。よって、変速時における制御の複雑化を回避できる。

・係合要素数の観点に基づく効果
実施例１での係合要素数は、第４係合要素Ｄと第５係合要素Ｅと第６係合要素Ｆがブレーキとされている。一般に、ブレーキは変速機ケースＨＳに設けられるため、ブレーキをリングギヤの外周に配置することができる。そのため、有段式の自動変速機の全長を伸ばすことなく係合要素を配置できる。一方、クラッチをリングギヤの外周に配置する場合、油圧供給の困難性が伴い、遠心キャンセル機構を設ける必要があるため、構造の複雑化や全長の増大を招くおそれがある。実施例１の自動変速機では、クラッチの数を抑制し、多くのブレーキを備えたことで、クラッチ数が多い場合に比べ、シールリング数や遠心キャンセル機構の増加を抑制することが可能となり、燃費を向上しつつ、部品点数や軸方向寸法の増加を抑制することができる。

・前進のレーシオカバレッジに基づく効果
前進のレーシオカバレッジ（ギヤ比幅）とは、最低段の減速比／最高段の減速比をいい、この値は、大きい値であるほど各前進段でのギヤ比設定自由度が高くなるということができる。実施例１では、例えば、前進１速の減速比を４．７０４、前進８速の減速比を１．１７３に設定可能であり、１−８速レーシオカバレッジは８．６０２となり、十分なレーシオカバレッジを確保できる。よって、例えば、動力源としてエンジン回転数幅がガソリンエンジンよりも狭く、同排気量で比較した場合にトルクが低いディーゼルエンジンを動力源として搭載した車両の変速機としても有用である。

また、レーシオカバレッジの割に、低速側のギヤ比が大きいと、ファイナルギヤへ伝達するトルクが大きくなる。このため、自動変速機やプロペラシャフトの強度が必要となり、車両全体が大型化する。つまり、同一のレーシオカバレッジであるならば、最低速変速比はそれほど大きくない方が好ましい。実施例１の自動変速機は、最低変速段のギヤ比をそれほど大きくすることなく、十分なレーシオカバレッジを確保することができる。

・１−Ｒレシオに基づく効果
後退１速の変速比と前進１速の変速比の比（後退１速の変速比／前進１速の変速比：以下、「１−Ｒレシオ」と称する）を、例えば、前進１速の減速比を４．７０４、後退速の減速比を３．７０４に設定可能である。この場合、１−Ｒレシオは０．７８７となるため、前進時と後退時とでアクセルペダルの踏み加減に対する車両の加速感が異なることもなく、運転性が悪化するという問題を回避することができる。

ここで、１−Ｒレシオについて補足説明する。１−Ｒレシオを適切な値に設定できない場合、例えば、１−Ｒレシオが小さな値になると、前進１速と後退１速とでアクセル開度に対する出力トルクが大きく異なる。前進時と後退時とで、アクセルペダルの踏み込み加減に対する車両の加速感が大きく異なると、前進１速と後退１速は共に車両発進時に使用される点で共通していることから、運転性が悪化するという問題がある。この観点から運転性の指標の１つとして導入されたものである。

・段間比に基づく効果
自動変速機の変速段は、発進から加速していく際、変速時にエンジン音の変化を伴うため、加速感や変速タイミングと運転者の感性とのマッチングが重要視される。このとき、ｎ速段の減速比を（ｎ＋１）速段の減速比で除した値である段間比が、右肩下がりであること、低変速段側では段間比が大きく変化し高変速段側では段間比が緩やかに変化すること、が望ましい。図３は実施例１の段間比の変化を表す段間比グラフである。図３に示すように、実施例１の自動変速機では、段間比が右肩下がりに変化しており、また、１速から４速までは段間比の変化が大きく、４速から８速では段間比の変化が緩やかである。よって、運転者に違和感を与えることがない。

・回転要素の回転数と負荷との関係に基づく効果
自動変速機は、複数の回転要素を有し、変速段ごとに各回転要素の回転数が変化する。このとき、入力回転数に対して過剰に回転する回転要素が存在すると、耐久性や音振性能の悪化を招く。よって、入力回転数に対して過剰に回転数が増大する過回転は回避すべきである。ただし、回転数が入力回転数よりも高回転であっても、エンジン回転数がさほど上昇しないと考えられる高変速段側であれば影響は小さく、更に、回転要素の高回転時に、この高回転回転要素に負荷が作用していなければ問題はない。図４，５は実施例１の自動変速機の回転数と負荷の関係を表す図である。実施例１の自動変速機では、１速と、８速とで若干過回転となる回転要素が存在する。図４（ａ）は、１速のときの各回転要素の回転数を表す図である。このとき、第３サンギヤＳ３と第４サンギヤＳ４とが若干高回転となる。図４（ｂ）は第３サンギヤＳ３に作用する変速段毎の負荷を表す図、図４（ｃ）は第４サンギヤＳ４に作用する変速段毎の負荷を表す図である。図４（ｂ），（ｃ）に示すように、１速では、第３サンギヤＳ３及び第４サンギヤＳ４に負荷が作用していない。よって、１速で第３サンギヤＳ３及び第４サンギヤＳ４が高回転となっても問題はない。

同様に、図５（ａ）は８速のときの各回転要素の回転数を表す図、図５（ｂ）は第２サンギヤＳ２に作用する変速段毎の負荷を表す図である。８速では、第２サンギヤＳ２が過回転となる。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、８速では、第２サンギヤＳ２に負荷が作用していない。よって、８速で第２サンギヤＳ２が高回転となっても問題はない。

・負荷依存効率に基づく効果
歯車の噛み合い損は、歯車にかかる負荷と差回転数に概ね比例すると考えられる。一般に、外接歯車の噛み合い損は１％程度とされ、内接歯車の場合は効率が良いため０．４３％程度とされている。そこで、ある遊星歯車において、入力軸Ｉｎｐｕｔが１回転したときの各回転要素の噛合いにおいて生じるサンギヤとキャリヤとの差回転と、サンギヤのトルク分担比との積に外接歯車の噛合い損を掛けて第１損失を計算し、リングギヤとキャリヤとの差回転と、リングギヤのトルク分担比との積に内接歯車の噛合い損を掛けて第２損失を計算し、この第１損失と第２損失との和を、ある遊星歯車の損失と定義する。この計算を前進変速段全てにおいて、全ての遊星歯車に対して行う。そして、各変速段、各遊星歯車で算出された損失全てを合計し、負荷依存損失と定義する。そして、１００％から負荷依存損失を減算したものを負荷依存効率と定義する。実施例１の自動変速機では、負荷依存効率としてほぼ９９％を達成しており、非常に効率の高い自動変速機を提供できる。

・レイアウト自由度に基づく効果
実施例１の自動変速機は、遊星歯車組の一方側から入力し、一方側もしくは他方側のどちらからでも出力することが可能な自動変速機であるため、前輪駆動車及び後輪駆動車のどちらの車両にも適用でき、自動変速機の適用範囲を広くすることができる。

以上、実施例１では前進８変速段を達成する構成について説明したが、８変速段のうちから適宜選択して前進７速段以下の変速段を達成する自動変速機として構成してもよい。

ＰＧ１ 第１遊星歯車組
Ｓ１ 第１サンギヤ
Ｒ１ 第１リングギヤ
Ｐ１ 第１ピニオン
ＰＣ１ 第１キャリヤ
ＰＧ２ 第２遊星歯車組
Ｓ２ 第２サンギヤ
Ｒ２ 第２リングギヤ
Ｐ２ 第２ピニオン
ＰＣ２ 第２キャリヤ
ＰＧ３ 第３遊星歯車組
Ｓ３ 第３サンギヤ
Ｒ３ 第３リングギヤ
Ｐ３ 第３ピニオン
ＰＣ３ 第３キャリヤ
ＰＧ４ 第４遊星歯車組
Ｓ４ 第４サンギヤ
Ｒ４ 第４リングギヤ
Ｐ４ 第４ピニオン
ＰＣ４ 第４キャリヤ
Ｉｎｐｕｔ 入力軸
Ｏｕｔｐｕｔ 出力軸
ＨＳ 変速機ケース
Ａ 第１係合要素
Ｂ 第２係合要素
Ｃ 第３係合要素
Ｄ 第４係合要素
Ｅ 第５係合要素
Ｆ 第６係合要素

Claims (2)

1. 第１のサンギヤと、該第１のサンギヤに噛み合う第１のピニオンを支持する第１のキャリヤと、該第１のピニオンに噛み合う第１のリングギヤとからなる第１の遊星歯車と、
   第２のサンギヤと、該第２のサンギヤに噛み合う第２のピニオンを支持する第２のキャリヤと、該第２のピニオンに噛み合う第２のリングギヤとからなる第２の遊星歯車と、
   第３のサンギヤと、該第３のサンギヤに噛み合う第３のピニオンを支持する第３のキャリヤと、該第３のピニオンに噛み合う第３のリングギヤとからなる第３の遊星歯車と、
   第４のサンギヤと、該第４のサンギヤに噛み合う第４のピニオンを支持する第４のキャリヤと、該第４のピニオンに噛み合う第４のリングギヤとからなる第４の遊星歯車と、
   ６つの係合要素と、
   を備え、
   前記６つの係合要素を適宜締結解放することにより少なくとも前進８変速段以上の変速段に変速して入力軸からのトルクを出力軸に出力可能な自動変速機であって、
   前記第１のサンギヤと前記第４のキャリヤとは連結して第１の回転メンバを構成しており、
   前記第１のキャリヤと前記第２のリングギヤとは連結して第２の回転メンバを構成しており、
   前記第１のリングギヤと前記第３のキャリヤとは連結して第３の回転メンバを構成しており、
   前記第２のサンギヤと前記第４のサンギヤとは連結して第４の回転メンバを構成しており、
   前記第２のリングギヤと前記第３のリングギヤとは連結して第５の回転メンバを構成しており、
   前記６つの係合要素は、
   前記第１の回転メンバと前記第２のキャリヤとの間を選択的に連結する第１の係合要素と、
   前記入力軸と前記第３のサンギヤとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、
   前記入力軸と前記第２のキャリヤとの間を選択的に連結する第３の係合要素と、
   前記第２の回転メンバ又は前記第５の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第４の係合要素と、
   前記第４の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第５の係合要素と、
   前記第４のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第６の係合要素と、
   から構成され、
   前記出力軸は前記第３の回転メンバに常時接続されており、
   前記６つの係合要素のうち三つの同時締結の組み合わせにより少なくとも前進８変速段及び後退１変速段を達成することを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１に記載の自動変速機において、
   前記少なくとも前進８変速段を達成する６つの係合要素のうちの三つの同時締結の組み合わせとは、前記第１の係合要素と前記第２の係合要素と前記第４の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第２の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第２の係合要素と前記第５の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第２の係合要素と前記第３の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第２の係合要素と前記第３の係合要素の同時締結、前記第２の係合要素と前記第３の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第３の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結、前記第３の係合要素と前記第５の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、の組み合わせであり、後退速を達成する三つの同時締結の組み合わせとは、前記第１の係合要素と前記第３の係合要素と前記第４の係合要素の同時締結であることを特徴とする自動変速機。

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