JP2850451B2 - 四輪駆動車用自動変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は車両用の自動変速機に関し、特に前側二輪
と後側二輪とへの駆動力の分配率を変えることのできる
トランスファを備えた四輪駆動車における自動変速機に
関するものである。

従来の技術 周知のように車両用の自動変速機は、遊星歯車機構を
主体として歯車列を構成し、その歯車列における回転要
素の連結状態や固定状態を、クラッチやブレーキなどの
摩擦掛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、あるいは駆動側プーリと従動側プーリとの
径を変えて変速比を連続的に変化させるよう構成されて
いる。前者の所謂有段自動変速機では、使用する遊星歯
車機構の数や摩擦係合手段の数および各遊星歯車機構の
ギヤ比（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比）な
どによって設定可能な変速段の数やそれぞれの変速段で
の変速比が決まり、それらの変速段はスロットル開度に
代表されるエンジン負荷と車速とをパラメータとして選
択される。また後者の所謂無段自動変速機においても、
基本的には、エンジン負荷と車速とをパラメータとして
各プーリ径を変えて必要な変速比および駆動力を得てい
る。

このようにして設定される変速段あるいは変速比は、
設計・製造段階で決めておき、それらの変速段や変速比
の選択は、油圧制御装置や電子制御装置などによって機
械的に行なうのが一般的であるが、遊星歯車機構はそれ
自体で増減速作用および直結作用を行なうものであるか
ら、既存の歯車変速装置に一組の遊星歯車機構を付加
し、この遊星歯車機構を作用させて設定可能な変速段列
あるいは変速比列を変えることができる。従来、この種
の装置が知られており、その一例が特開昭60−116953号
公報に記載されている。これは、乗員の選択操作によっ
て走行モードを切換え、各モードごとに変速段の変速比
を変える構成である。より具体的には、３速歯車変速装
置に増速段と直結段とに切換えられる一組の遊星歯車機
構を連結して、合計６段に切換えられる構成とし、パワ
ーモードあるいはノーマルモードでは、前進段のうち最
低速段である第１速の変速比が大きくなるよう変速段を
選択し、エコノミーモードでは、それより小さい変速比
の変速段を第１速として選択するよう構成されている。

発明が解決しようとする課題 自動変速機の最低速段状態の変速比を大きな値とすれ
ば、大きなトルクを得られるので、一般には、発進加速
性に優れるが、タイヤで発生し得る駆動力は、タイヤと
路面との間の摩擦係数μや荷重によって決まり、その限
界を越えるトルクをタイヤに与えれるとタイヤがスリッ
プしてしまう。換言すれば、発進時の変速比を大きくし
てタイヤに大きなトルクを与えてもタイヤがスリップす
るために発進加速性が特には向上せず、かえってタイヤ
が摩耗したり、車両の挙動が不安定になったりする不都
合が大きくなる。

これを四輪駆動車について検討すると、変速機から出
力される駆動力を四輪の全てに均等に与えている状態で
は、各タイヤが受け持つトルクが小さくなるので発進時
の変速比を大きくしてもタイヤのスリップが発生しにく
いが、前後輪への駆動力の分配率を大きく異ならせた場
合、あるいはその極端な状態である二輪駆動状態では、
前側二輪あるいは後側二輪が受け持つトルクが大きくな
るので、発進時の変速比を四輪駆動体と同一とすると、
特定のタイヤにかかるトルクが過大となってそのタイヤ
がスリップしてしまう。このような不都合は、前掲の公
報に記載された装置を、トルク分配率の可変な四輪駆動
車（パートタイム四輪駆動車を含む）に搭載した場合に
も起る可能性が多分にある。すなわち市街地などの一般
路を走行する場合は、燃費などの関係でノーマルモード
とするので一般的であり、また、二輪駆動と四輪駆動と
に切換え得る場合には、二輪駆動で走行するのが一般的
であるが、上記従来の装置では、ノーマルモードでの第
１速を、設定可能な変速段のうち変速比の最も大きい変
速段としているから、二輪駆動状態では、駆動輪にかか
る負荷トルクが過大になり、前述した不都合が生じるお
それが多分にある。

この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、
四輪駆動車において駆動力の分配率を変えた場合であっ
ても充分な発進加速性を得ることのできる自動変速機を
提供と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、前側二輪
と後側二輪とへの駆動力の分配率を変えるトランスファ
を備えた四輪駆動車に搭載され、かつ、この四輪駆動車
の発進時に、複数の変速段のうち最低速段を設定する自
動変速機において、前記分配率が均等に近い場合に設定
される最低速段の変速比の値を、前記分配率がより不均
等な場合に設定される最低速段の変速比の値より大きく
する制御装置を備えていることを特徴とするものであ
る。

作用 この発明で対象とする四輪駆動車では、前側二輪と後
側二輪とに与える駆動力の分配率をトランスファによっ
て変えることができ、その分配率が均等に近いほど各タ
イヤに負荷されるトルクが小さくなり、また反対に分配
率が不均等になるほど、特定のタイヤの負荷トルクが大
きくなる。これに対して制御装置は、上記分配率に応じ
て最低速段の変速比を変えるよう制御し、具体的には、
分配率が均等に近ければ、最低速段の変速比を大きく
し、また分配率がより不均等になれば、最低変速段の変
速比を小さくする。したがって変速比が大きいことに伴
って出力軸に現われるトルクが大きくても、そのトルク
は四輪に前記分配率に応じて比較的均等に分配されるか
ら、一輪当りの負荷トルクが小さくなり、タイヤのスリ
ップが生じず、タイヤが受け持ち得る限界トルク近くで
の発進加速性を得られる。また特定の二輪でトルクを受
け持つ状態に近ければ、出力軸に現われるトルクが小さ
いので、特定のタイヤにかかる負荷トルクが過大になら
ず，その結果、その場合でもスリップを生じることなく
優れた発進加速性を得られる。

実 施 例 つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。

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、かつ二輪駆動
と四輪駆動とに切換えることのできるパートタイム四輪
駆動車に搭載した例を示すものであって、それらの遊星
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
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とが一体
となって回転するよう連結されている。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のキャリヤ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のキャリヤ2C
は第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
自動変速機で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。

なお、実用にあたっては、上記の各クラッチ手段K1,
〜K4を多板クラッチや一方向クラッチあるいはこれらを
組合せた構成とすることができ、また各構成部材の配置
上の制約があるから、各クラッチ手段K1,〜K4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。

また上記の遊星歯車機構1,2,3における回転部材の回
転を阻止するブレーキ手段として、第２遊星歯車機構２
のキャリヤ2Cとトランスミッションケース（以下、単に
ケースと記す）６との間に配置した第２ブレーキ手段B2
と、第２遊星歯車機構２のサンギヤ2Sとケース６との間
に配置した第３ブレーキ手段B3とが設けられている。こ
れらのブレーキ手段B2,B3としては、多板ブレーキやバ
ンドブレーキあるいはこれらと一方向クラッチとを組合
せた構成などを採用することができ、またこれらのブレ
ーキ手段B2,B3とそのブレーキ手段B2,B3によって固定す
べき部材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。

そして後側二輪（図示せず）に駆動力を伝達する後輪
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とに対し
て連結されている。

駆動力を前輪（図示せず）に分配するトランスファ７
は、後輪出力軸５と同心上に設けたドライブギヤ８と、
このドライブギヤ８と後輪出力軸５とを選択的に連結す
るクラッチ９と、前記ドライブギヤ８に噛合しかつ前輪
出力軸10に取付けられたドリブンギヤ11とから構成され
ている。したがってクラッチ９を完全に係合させれば、
ドライブギヤ８とドリブンギヤ11との径に応じた分配率
で後輪側と前輪側とに駆動力が分配されて伝達され、ま
たクラッチ９に完全に解放すれば、後輪側にのみ駆動力
が伝達されて分配率は0:100となり、さらにクラッチ９
を所謂半クラッチのような滑り状態で係合させれば、そ
の際の伝達トルク容量に応じた分配率で前後輪に駆動力
が分配される。

第１図に示す構成の自動変速機においても、各クラッ
チ手段K1,〜K4およびブレーキ手段B2,B3を適宜に係合・
解放させることによって複数の変速段の変速段に設定す
ることができ、その制御を行なう制御装置として、油圧
制御装置Ｃおよび電子コントロールユニット（ECU）Ｅ
が設けられている。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、シフトポジション信号、冷却
水温度、トランスファ７での駆動力の分配率などの入力
データに基づいて設定すべき変速段を演算して油圧制御
装置Ｃに信号を出力するものであり、マイクロコンピュ
ータを主体とした従来の構成のものを採用することがで
きる。また油圧制御装置Ｃは前記クラッチ手段やブレー
キ手段に対してこれらを係合・解放させるための油圧を
給排するものであって、調圧バルブ、変速制御バルブ、
その変速制御バルブを動作させるための電磁弁等を有す
る従来から知られているものを採用することができる。

上記の制御装置の出力に基づいて設定可能な変速段
は、変速比が等比級数に近い関係となる主要前進５段と
後進段とに、2.5速、3.2速、3.5速とを加えた全体とし
て前進８段・後進１段であり、これらを設定するための
作動表および各変速段での変速比を示せば第１表のとお
りである。なお、第１表において○印は係合させること
を示し、空欄は解放させることを示し、また＊印は係合
させてもよいことを示す。また，…の符号を付した
欄は、当該変速段を設定するためのそれぞれ異なる係合
・解放パターンを示すものである。さらに変速比は、各
遊星歯車機構1,2,3のギヤ比を、ρ１＝0.450、ρ２＝0.
405、ρ３＝0.405とした場合の値である。

通常の走行時に制御装置によって選択されて設定され
る変速段は、エンジンの出力、車両の重量、要求されて
いる性能などによって設計上決められるが、第１図に示
す実施例では、例えば、前記クラッチ９を係合させた四
輪駆動状態が通常状態であり、その状態では、変速比が
等比級数に近い関係になる第１速、第２速、第３速、第
４速、第５速および後進段を前記制御装置がスロットル
開度および車速に応じて適宜に選択して設定するように
なっている。また前記制御装置は、前記クラッチ９が完
全に解放されて二輪駆動状態となった場合には、スロッ
トル開度および車速に基づいて選択する変速段を、第２
速、第2.5速、第3.5速、第５速および後進段とするよう
になっている。

第２図はこのような四輪駆動状態での変速段列と二輪
駆動状態での変速段列との切換え制御を行うための制御
ルーチンを示しており、例えば前記クラッチ９が係合し
ているか否かを、クラッチ９に対する油圧あるいはその
油圧を供給するための油路に介装した電磁弁への通電状
態などによって判断することにより、四輪駆動状態か否
かの判定を行なう（ステップ１）。その判断結果が“イ
エス”の場合、すなわち前記クラッチ９が係合していて
四輪駆動状態であれば、制御装置は四輪駆動用変速段列
すなわち第１速、第２速、第３速、第４速、第５速およ
び後進段の中からスロットル開度および車速によって決
められる変速段を選択して設定する（ステップ２）。ま
た判断結果が“ノー”であれば、すなわち二輪駆動状態
であれば、制御装置は二輪駆動用変速列段すなわち第２
速、第2.5速、第3.5速、第５速および後進段の中からス
ロットル開度および車速によって決められる変速段を選
択して設定する。

したがって四輪駆動状態での発進時の変速比は、“3.
149"と大きな値となるが、後輪出力軸５に現れるトルク
はトランスファ７を介して前後輪に分配されるので、各
タイヤで受け持つトルクは小さいものとなり、換言すれ
ば、各タイヤには過大なトルクがかからないので、スリ
ップを生じることなく発進し、所期どおりの発進加速性
を得ることができる。また二輪駆動状態では、四輪駆動
状態の第２速が最低速段であって、発進時の変速比は
“2.037"となり、四輪駆動状態の場合より小さい値とな
る。したがって駆動力を受け持つタイヤの数が四輪駆動
状態に比べて二つに半減するが、変速比が小さいことに
よって後輪出力軸５に現れるトルクが四輪駆動状態に比
べて小さいので、駆動輪である後側二輪に過大なトルク
がかかることがなく、その結果、この場合もスリップを
生じることなく発進し、所期どおりの発進加速性を得る
ことができる。

なお、この発明は第１図に示す構成の歯車列を備えた
自動変速機に限定されるものではなく、例えば第３図に
示す構成の歯車列を備えた自動変速機にも適用すること
ができる。すなわちこの第３図に示す歯車列は、第１図
に示す構成のうち第２遊星歯車機構２のリングギヤ2Rの
第３遊星歯車機構３のキャリヤ3Cに替えてリングギヤ3R
に連結し、また第２遊星歯車機構２のキャリヤ2Cと第３
遊星歯車機構３のサンギヤ3Sとの間に両者を選択的に連
結する第５クラッチ手段K5を設け、さらに第３遊星歯車
機構３のサンギヤ3Sを単独で固定できる第１ブレーキ手
段B1を設け、他の構成は第１図に示す構成と同様とした
ものである。この歯車列を備えた自動変速機では、第２
表に示す変速段を設定することが原理的には可能であ
り、したがって四輪駆動状態での最低速段の変速比を
“3.149"とし、また二輪駆動状態での最低速段の変速比
を“2.037"とすることにより、上述した実施例における
と同様にタイヤにかかるトルクを、その受け持ち得る限
界程度に抑制してスリップの生じない良好な発進加速性
を得ることができる。

またこの発明は更に他の歯車列を備えた自動変速機に
適用することができ、その例として、例えば本出願人が
既に提案した特願平１−185151号、特願平１−185152
号、特願平１−186991号、特願平１−186992号、特願平
１−205478号、特願平１−280957号などの明細書および
図面に記載した各構成のものを挙げることができる。ま
た上述した各実施例では、摩擦係合手段を多板構造のも
ののシンボルで示したが、この発明では一方向クラッチ
やバンドブレーキあるいはこれらと多板構造のものとを
組合わせた構成など、種々の構成の摩擦係合手段を採用
することができる。さらにこの発明は上述した実施例に
おけるパートタイム四輪駆動車に限定されず、要は、前
後輪へのトルクの分配率を変え得る四輪駆動車の自動変
速機に適用することができる。そしてまたこの発明の自
動変速機は、有段変速機に限らず、無段変速機であって
もよい。

発明の効果 以上説明したようにこの発明の自動変速機では、前後
輪へのトルクの分配率が均等に近い状態であれば、出力
軸に現れるトルクが大きくなるよう最低速段の変速比を
大きくし、また前輪もしくは後輪に多くトルクが分配さ
れるように分配率がより不均等な状態であれば、出力軸
に現れるトルクが小さくなるよう最低速段の変速比を小
さくするので、各タイヤにかかるトルクはいずれの場合
であっても過大とならない範囲でその限界程度まで高く
維持され、その結果、スリップが生じず、優れた発進加
速性を得ることができる。

【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図は制御ルーチンの一例を示すフローチャー
ト、第３図はこの発明の他の実施例における歯車列を示
すスケルトン図である。 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……後輪出力軸、７……トランスファ、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 59/00 - 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】前側二輪と後側二輪とへの駆動力の分配率
   を変えるトランスファを備えた四輪駆動車に搭載され、
   かつ、この四輪駆動車の発進時に、複数の変速段のうち
   最低速段を設定する自動変速機において、 前記分配率が均等に近い場合に設定される最低速段の変
   速比の値を、前記分配率がより不均等な場合に設定され
   る最低速段の変速比の値より大きくする制御装置を備え
   ていることを特徴とする四輪駆動車用自動変速機。