JP2822532B2 - 車両用自動変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は複数の摩擦係合手段の係合と解放との組合
せに応じて複数の変速段に設定する自動変速機に関する
ものである。

従来の技術 自動車などに搭載されている一般的な自動変速機は、
複数組の遊星歯車機構を主体として歯車列を構成し、そ
の回転部材同士の連結状態あるいはその回転部材と入力
軸との連結状態や、回転部材の固定状態をクラッチやブ
レーキなどの摩擦係合手段によって変えて複数の変速段
に設定するよう構成され、また各変速段は基本的には、
スロットル開度に代表されるエンジン負荷と車速とに応
じて設定されるようになっている。この種の自動変速機
での変速は、摩擦係合手段の係合・解放の状態の切換え
によって行なわれ、それに伴って出力軸トルクの変動の
みならず、歯車列を構成している回転部材の回転数に変
動を来たす。これらの変動が急激でかつ大きい場合に
は、変速ショックとして体感され、乗心地を低下させる
ことになる。そのため従来一般には、摩擦係合手段をゆ
っくり係合させて慣性エネルギーを摩擦係合手段の滑り
によって吸収し、出力軸トルクの変化や回転部材の回転
数の変化がなめらかになるようにしている。

しかしながら自動変速機の入力軸回転数が大きいなど
のために、変速の際に摩擦係合手段が吸収すべき慣性エ
ネルギーが大きければ、その摩擦係合手段の滑りおよび
それに伴う摩耗や劣化が激しくなって摩擦係合手段の耐
久性が損なわれることになる。このような不都合を解消
するために摩擦係合手段を係合させる油圧を高くして滑
りを減じることが考えられるが、このようにした場合に
は、係合タイミングが速くなるために変速ショックが大
きくなる不都合を招来する。

そこで本出願人は、いずれかの摩擦係合手段を次第に
係合させて変速を実行すると同時に、目標とする変速段
の設定には関与しないい他の摩擦係合手段を変速の完了
直前まで係合させる制御方法を既に提案した（特開平１
−150052号）、この方法によれば、目標とする変速段を
設定するために係合させる摩擦係合手段で吸収すべき慣
性エネルギーの一部を前記他の摩擦係合手段で吸収する
から、それぞれの摩擦係合手段にかかる負荷が小さくな
り、その耐久性を向上させることができる。

発明が解決しようとする課題 しかるに変速の際に吸収すべき慣性エネルギーを二つ
の摩擦係合手段に分散させる上記の従来の方法では、前
記の二つの摩擦係合手段を同時に係合させるために、そ
の一方の摩擦係合手段すなわち目標とする変速段の設定
に関与しない摩擦係合手段を解放させるタイミングを精
度良く制御しなければ歯車列の全体がロックしてしまっ
たり、あるいは目標とする変速段を越えて他の変速段に
設定した後に目標とする変速段に戻る事態が生じたりす
るおそれがある。このような場合、出力軸トルクの急激
な変動を生じ、また過大な一時的な負荷がいずれかの部
材にかかってその耐久性が損なわれることがあり、した
がってこのような不都合を未然に防ぐために、上記従来
の方法では、高精度で、また複雑な変速制御が要求さ
れ、この点で改良すべき余地があった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、吸収
すべき慣性エネルギーを複数の摩擦係合手段に分割させ
つつ行なう変速制御が容易な自動変速機を提供すること
を目的とするものである。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、複数組の
遊星歯車機構を主体とする歯車列の各回転部材を、複数
の摩擦係合手段の係合と解放との組合わせによって相互
に接続あるいは固定することにより複数の変速段に設定
する車両用の自動変速機において、第１の変速段から第
２の変速段に変速する際に係合させるべき所定の摩擦係
合手段の係合に先行して、第２の変速段を設定するため
には解放させる他の摩擦係合手段を一時的に係合させ
て、第１の変速段から第２の変速段への変速に伴って回
転数を変化する回転部材の回転数変化を予め生じさせ、
かつ前記他の摩擦係合手段の解放動作とともに前記所定
の摩擦係合手段の係合動作を行なわせる制御装置を具備
していることを特徴とするものである。

作用 この発明の自動変速機においても、変変速段の設定
は、スロットル開度や車速などの走行条件に基づいて決
められ、したがって所定の変速段で走行している状態で
スロットル開度や車速などの走行条件が変化すると、そ
の変化後の走行状態に応じた変速段が選択され、これを
設定するための摩擦係合手段の係合・解放の組合せが選
択される。その場合、目標とする変速段を設定するため
に係合させるべき摩擦係合手段と、その摩擦係合手段の
係合によって回転数の変化する回転部材およびその変動
回転数は予め知ることができ、そこでこの発明の自動変
速機では、目標変速段を設定するために解放させておく
が、前記回転部材の回転変動、より正確には変速に伴う
回転変動と同方向の回転変動を生じさせることのできる
他の摩擦係合手段を、前記摩擦係合手段に先行して係合
させる。したがって目標変速段を設定するために係合さ
せる摩擦係合手段が吸収すべき慣性エネルギーの一部
が、前記他の摩擦係合手段で吸収されることになる。ま
た変速制御の開始後、前記他の摩擦係合手段の解放動作
とともに、目標変速段の設定のための摩擦係合手段が係
合動作させられる。したがって両方の摩擦係合手段を同
時に係合させることがないので、歯車列がロックするこ
とはない。

実 施 例 つぎにこの発明を実施例に基づいて説明する。

まず実施例における歯車列の一例について説明する
と、第１図に示す例は三組のシングルピニオン型遊星歯
車機構1,2,3を主体として歯車列を構成したものであっ
て、これらの各遊星歯車機構1,2,3における各要素が次
のように連結されて構成されている。すなわち第１遊星
歯車機構１のキャリヤ1Cと第３遊星歯車機構３のリング
ギヤ3Rとが一体となって回転するように連結されるとと
もに、第２遊星当車機構２のリングギヤ2Rと第３遊星歯
車機構３のキャリヤ3Cとが一体となって回転するように
連結されている。また第１遊星歯車機構１のサンギヤ1S
は第２クラッチ手段K2を介して第２遊星歯車機構２のキ
ャリア2Cに連結される一方、第４クラッチ手段K4を介し
て第２遊星歯車機構２のサンギヤ2Sに連結され、さらに
第２遊星歯車機構２のキャリア2Cは第５クラッチ手段K5
を介して第３遊星歯車機構３のサンギヤ3Sに連結されて
いる。

なお、上記の各要素の連結構造としては、中空軸や中
実軸もしくは適宜のコネクティングドラムなどの一般の
自動変速機が採用されている連結構造などを採用するこ
とができる。

入力軸４は、トルクコンバータや流体継手などの動力
伝達手段（図示せず）を介してエンジン（図示せず）に
連結されており、この入力軸４と第１遊星歯車機構１の
リングギヤ1Rとの間には、両者を選択的に連結する第１
クラッチ手段K1が設けられ、また入力軸４と第１遊星歯
車機構１のサンギヤ1Sとの間には、両者を選択的に連結
する第３クラッチ手段K3が設けられている。

上記の各クラッチ手段K1,K2,K3,K4,K5は、要は上述し
た各部材を選択的に連結し、またその連結を解除するも
のであって、例えば油圧サーボ機構などの従来一般に自
動変速機で採用されている機構によって係合・解放され
る湿式多板クラッチや、一方向クラッチ、あるいはこれ
らの湿式多板クラッチと一方向クラッチとを直列もしく
は並列に配置した構成などを必要に応じて採用すること
ができる。なお、実用にあたっては、各構成部材の配置
上の制約があるから、各クラッチ手段K1,K2,K3,K4,K5に
対する連結部材としてコネクティングドラムなどの適宜
の中間部材を介在させ得ることは勿論である。

また第３遊星歯車機構３のサンギヤ3Sの回転を選択的
に阻止する第１ブレーキ手段B1が、そのサンギヤ3Sとト
ランスミッションケース（以下、単にケースと記す）６
との間に、また第２遊星歯車機構２のキャリヤ2Cの回転
を選択的に阻止する第２ブレーキ手段B2が、そのキャリ
ア2Cとケース６との間に、第２遊星歯車機構２のサンギ
ヤ2Sの回転を選択的に阻止する第３ブレーキ手段B3がそ
のサンギヤ2Sとケース６との間に、そして第１遊星歯車
機構１のサンギヤ1Sの回転を選択的に阻止する第４ブレ
ーキ手段B4がそのサンギヤ1Sとケース６との間にそれぞ
れ設けられている。これらのブレーキ手段B1,B2,B3,B4
は、従来一般の自動変速機で採用されている油圧サーボ
機構などで駆動される湿式多板ブレーキやバンドブレー
キ、あるいは一方向のクラッチ、さらにはこれらを組合
せた構成などとすることがき、また実用にあたっては、
これらのブレーキ手段1,B2,B3,B4とこれらのブレーキ手
段1,B2,B3,B4によって固定すべき各要素との間もしくは
ケース６との間に適宜の連結部材を介在させ得ることは
勿論である。

そしてプロペラシャフトやカウンタギヤ（それぞれ図
示せず）に回転を伝達する出力軸５が、互いに連結され
た第２遊星歯車機構２のリングギヤ2Rと第３遊星歯車機
構３のキャリヤ3Cに対して連結されている。

第１図に示す構成の自動変速機では前段５段・後進１
段を主たる変速段とし、これに前進第２速と第３速との
間に所謂第2.2速、第2.5速、第2.7速の変速段を付加
し、かつ前進第３速と第４速との間に所謂第3.2速と第
3.5速とを付加した複数の変速段を設定することができ
る。また第2.2速、第2.7速、第3.2速および第3.5速を除
いた他の変速段では、当該変速段を設定するためのクラ
ッチ手段およびブレーキ手段の係合・解放の組合せ（所
謂係合・解放パターン）は複数組あり、これを作動表と
して示せば第１表のとおりである。なお、第１表におい
て、○印は係合することを示し、空欄は解放することを
示し、また＊印は係合させてもよいことを示し、さらに
この＊印には第１速の第５クラッチ手段K5や第１ブレー
キ手段B1などのように解放しても変速比や回転状態に変
化が生じないもの、第４速のｂ欄のパターンにおける第
１ブレーキ手段B1のように解放すれば変速比は変化しな
いが回転状態が変化するもの、第２速のｂ欄のパターン
における第４クラッチ手段K4や第３ブレーキ手段B3のよ
うに他の＊印の手段を係合させていれば解放しても変速
比および回転状態に変化がないものを含む。また第２
速、第３速、第４速、第５速および後進段でのa,b,c…
の符号を付した欄は、当該変速段を設定するための係合
・解放パターンのうち遊星歯車機構の回転要素の回転数
が異なるものの係合・解放パターンであることを示し、
さらに，，…の符号は遊星歯車機構の回転要素の
回転数が異ならないものの係合・解放パターン同士の種
別を表わす。

第１表に示す係合・解放パターンは原理的に可能な係
合・解放パターンであり、実用にあたってはそれらのう
ちから動力性能や変速制御性などの要求に応じたものを
選択し、また各々の変速段は、スロットル開度に代表さ
れるエンジン負荷および車速などの走行条件に基づいて
選択されて設定される。そして走行条件の変化に伴って
変速を行なう場合、摩擦係合手段の係合・解放パターン
は、目標とする変速段を設定するための係合・解放パタ
ーンに直接変更されず、目標とする変速段の設定に関与
しない他の摩擦係合手段を一時的に係合させ、それによ
って回転部材の予備的な回転変動を生じさせて変速を実
行する。

このような変速段の設定、係合・解放パターンの選択
あるいは変速の際の予備的な回転変動を生じさせるため
の摩擦係合手段の係合などの制御を行なう装置して電子
コントロールユニット（ECU）Ｅおよび油圧制御装置Ｃ
が設けられている。すなわち電子コントロールユニット
Ｅは、車速Ｖ、スロットル開度θ、走行モードセレクト
信号、冷却水温度などの入力データに基づいて演算し、
指令信号を油圧制御装置Ｃに出力するものであり、また
その油圧制御装置Ｃは、電子コントロールユニットＥか
らの指令信号に基づいて油圧の供給・排出経路を変えて
前記クラッチ手段やブレーキ手段を適宜に係合あるいは
解放させて、第１表に示すいずれかの係合・解放パター
ンに設定するものである。

第１図に示す自動変速機で実行されてる変速のうち、
目標とする変速段を設定するためには係合させない他の
摩擦係合手段を一時的に係合させる変速は、その一例と
して以下のようにして行なわれる。

すなわち第３速を第１表のｃ欄のパターン（第１クラ
ッチ手段K1、第３クラッチ手段K3、第４クラッチ手段K
4、第１ブレーキ手段B1を係合されるパターン）で設定
している状態から第４速にパワーオン・アップシフトす
る場合、第４速に直接変速すると、エンジン出力の増大
およびエンジン出力回転数の減少に伴う負荷が第２クラ
ッチ手段K2にそのままかかることになり、第２クラッチ
手段Ｋ2の負担が過大になる。そこで第１図に示す自動
変速機では、第２図に示すフローチャートに従って第３
速から第４速へのパワーオン・アップシフトを実行す
る。まずステップ１では、スロットル開度θやその変化
量、車速Ｖなどの入力データに基づいて第３速から第４
速への変速がパワーオン・アップシフトか否かの判断が
行なわれる。その判断結果が“イエス”であれば、ステ
ップ２に進んで第１ブレーキ手段B1を解放する指令信号
を出力し、これに続いてステップ３で第３ブレーキ手段
B3を係合させる指令信号を出力する。この場合、第３ク
ラッチ手段K3と第４クラッチ手段K4とが係合しているか
ら、第３ブレーキ手段B3を係合させると、入力軸４が制
動される。そこでステップ４では、入力軸４の回転数Ni
が第１の基準置α以下か否かの判断を行なう。なおその
基準置αは変速開始時の入力軸回転数に応じて適宜に決
めた値である。このステップ４判断結果が“イエス”と
なった時点で、第２クラッチ手段K2を係合させる指令信
号を出力する。第２クラッチ手段K2の係合によって入力
軸４にかかる負荷が更に増大するから、入力軸回転数Ni
が減少し続け、入力軸回転数Niが第２の基準値β以下と
なった時点（ステップ５の判断結果がイエスとなった時
点）で第３ブレーキ手段B3を解放する指令信号を出力す
る（ステップ７）。なお、第２の基準値βは、変速開始
時の入力軸回転数に応じて決められた値であって、前記
第１の基準値αより小さい値である。

したがって第４速を設定するために第２クラッチ手段
K2を係合させ始めた時点では、第３ブレーキ手段B3があ
る程度係合して入力軸４の回転数を予備的に下げてある
ので、第２クラッチ手段K2の係合開始から完全に係合す
るまでの間に吸収すべき慣性エネルギー量が少なくな
る。

他方、ステップ１の判断結果が“ノー”であれば、第
３速から第４速への変速がパワーオフ・アップシフトで
あって、エンジンからのトルクが減少傾向にあり、した
がってこの場合は、第４速へ直接変速する。すなわち第
１ブレーキ手段B1の解放指令信号を出力する（ステップ
８）と共に、第２クラッチ手段K2の係合指令信号を出力
する（ステップ９）。このように直接変換を行なって
も、エンジンの回転は自らの負荷によって低下するの
で、第２クラッチ手段K2に過大な負荷がかかることな
く、またタイムラグを防止する利点がある。

したがって上述のように変速制御を行なうことによ
り、変速時の入力軸回転数の変化に伴う慣性エネルギー
を、第４速を設定するためには係合させることのない第
３ブレーキ手段B3と、第４速を設定するために係合させ
る第２クラッチ手段K2とで分担して吸収するから、第３
速から第４速に直接変速する場合に比較して第２クラッ
チ手段K2にかかる負荷を大幅に低下させることができ
る。またこのような変速のためのブレーキ手段およびク
ラッチ手段の係合・解放を連続して行ない、同時に係合
させることがないから、歯車列のロックのおそれはな
い。

ところで上述した第３ブレーキ手段B3を変速途中で一
時的に係合させる変速制御は、第３速をａ欄のパターン
で設定し、その状態から第４速にパワーオン・アップシ
フトする場合にも有効である。すなわち第３速を第１表
のａ欄のパターンで設定した状態では、第２遊星歯車機
構２のサンギヤ2Sが入力軸４に対して逆回転し、一方、
第４速ではそのサンギヤ2Sは入力軸４と同速度で回転す
るため、その変動回転数が大きくなるが、第２遊星歯車
機構２のサンギヤ2Sは第３ブレーキ手段B3で制動できる
ので、変速途中で第３ブレーキ手段B3を第４クラッチ手
段K4に先行して一時的に係合させれば、前記サンギヤ2S
が逆回転から停止状態の近くまで回転数が上昇させら
れ、その結果、第４速を設定するためにクラッチ手段K4
を係合させた場合、その第４クラッチ手段K4が吸収すべ
き慣性エネルギー量が少ななり、その耐久性の維持に有
利になる。なお、第３速をａ欄のパターンで設定してい
る状態で第４速にパワーオン・アップシートする場合
は、上述した例と同様に、所謂直接変速を行なえばよ
い。

なお、この発明は上記の実施例で説明した第３速と第
４速との間のアップシフトのみに限定されないのであ
り、他の変速段の間でのアップシフトの場合にも同様に
適用することができる。またこの発明を適用することの
できる自動変速機は上述した歯車列を有するものに限定
されないのであって、この発明は、例えば本出願人が特
願平１−185151号、特願平１−185152号、特願平１−18
6991号、特願平１−186992、特願平１−205478号、特願
平１−280957号などで提案した歯車変速装置を備えた自
動変速機に適用することができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の自動変速機
によれば、変速の際に吸収すべき慣性エネルギーを、目
標とする変速段の設定のためには係合させない他の摩擦
係合手段を係合させてその摩擦係合手段で一部吸収する
構成とし、かつその摩擦係合手段は目標変速段を設定す
るための摩擦係合手段に先行して一時的に係合させるか
ら、歯車列のロックを生じさせることなく、摩擦係合手
段の負荷を減じてその耐久性を向上させることができ、
また歯車列のロックが生じるおそれがないので、変速制
御が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を原理的に示すスケルトン
図、第２図はその変速のための制御フローチャートであ
る。 1,2,3……遊星歯車機構、1S,2S,3S……サンギヤ、1C,2
C,3C……キャリヤ、1R,2R,3R……リングギヤ、４……入
力軸、５……出力軸、Ｃ……油圧制御装置、Ｅ……電子
コントロールユニット。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 59/10 - 61/12 F16H 61/16 - 61/24 F16H 63/40 - 63/48

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数組の遊星歯車機構を主体とする歯車列
   の各回転部材を、複数の摩擦係合手段の係合と解放との
   組合わせによって相互に接続あるいは固定することによ
   り複数の変速段に設定する車両用の自動変速機におい
   て、 第１の変速段から第２の変速段に変速する際に係合させ
   るべき所定の摩擦係合手段の係合に先行して、第２の変
   速段を設定するためには解放させる他の摩擦係合手段を
   一時的に係合させて、第１の変速段から第２の変速段へ
   の変速に伴って回転数の変化する回転部材の回転数変化
   を予め生じさせ、かつ前記他の摩擦係合手段の解放動作
   とともに前記所定の摩擦係合手段の係合動作を行なわせ
   る制御装置を具備していることを特徴とする車両用自動
   変速機。