JP3870790B2 - ２連遊星歯車装置型車輌用自動変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用自動変速機に係り、特に、入力部材と出力部材の間に２つの遊星歯車装置を設け、これら入力部材、出力部材、遊星歯車装置の構成要素を直接またはクラッチを介して選択的に連結すると共に、遊星歯車装置の構成要素の一部を選択的に制動することにより複数の前進段を達成することのできる車輌用自動変速機に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入力部材と出力部材の間に２つの遊星歯車装置を設け、これら入力部材、出力部材、遊星歯車装置の構成要素を６つのクラッチを選択的に連結すると共に、遊星歯車装置の構成要素の一部を２つのブレーキを選択的に制動することにより前進6速および後進段を達成した車輌用自動変速機が特開昭60‐23658号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
入力部材と出力部材の間に２つの遊星歯車装置を設け、これら入力部材、出力部材、遊星歯車装置の構成要素を直接またはクラッチを介して選択的に連結すると共に、遊星歯車装置の構成要素の一部を選択的に制動することにより複数の前進段と少なくとも一つの後進段を達成することのできる車輌用自動変速機を構成することには無限の可能性がある。本発明は、そのような無限の可能性の下に、必要とされるクラッチおよびブレーキの数が可及的に少なく、またその配置が可及的に便利であり、それによって全体の構成が可及的にコンパクトになり、その上で車輌用変速機として可及的に好ましい変速比の変速段をより多く達成することのできる変速機の構造を生みだすこと課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する車輛用自動変速機として、本発明は、入力部材と、出力部材と、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアを有するダブルピニオン型のフロント側遊星歯車装置と、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアを有するダブルピニオン型のリヤ側遊星歯車装置と、第１〜第４のクラッチと、第１〜第３のブレーキとを有し、フロント側サンギヤがリヤ側キャリアと連結され、出力部材がフロント側リングギヤに連結されており、
第１のクラッチが入力部材とリヤ側サンギヤとを選択的に連結し、
第２のクラッチが入力部材とフロント側キャリアとを選択的に連結し、
第３のクラッチがフロント側リングギヤとリヤ側リングギヤとを選択的に連結し、
第４のクラッチがフロント側キャリアとリヤ側リングギヤとを選択的に連結し、
第１のブレーキがリヤ側サンギヤを選択的に制動し、
第２のブレーキがフロント側キャリアを選択的に制動し、
第３のブレーキがフロント側サンギヤとリヤ側キャリアとを選択的に制動するようになっており、
前記各クラッチによる選択的連結と前記各ブレーキによる選択的制動の組合せにより前進6段を達成するよう構成されていることを特徴とする車輛用自動変速機を提案する。尚、本発明による車輛用自動変速機について以下に図面を参照して行う実施例の説明に於いては、前進段と同時に当該実施例により得られる後進段についても説明するが、本発明が提案する車輛用自動変速機は後進段を含むことを必須の要件とするものではない。特に近年の自動車等の車輛に於いては、所謂ハイブリッド車であるか否かに拘わらず車輛駆動の一部に電動機を用いることが種々の態様にて試みられており、車輌の後進は電動駆動とすることが可能である。
【００１８】
【発明の作用及び効果】
上記の構成によれば、クラッチとブレーキを合わせて７個用いて、６種類の車輛用変速機として好ましい変速比の前進用変速段を達成することができ、クラッチおよびブレーキの配置が便利であり、変速機全体の構成がコンパクトになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に上記の自動変速機を、添付の図を参照して実施例について詳細に説明するする。
【００２０】
添付の図１のＡは上記の車輛用自動変速機の一つの実施例の構成を示す概略図である。図に於いて、ＩＮは入力部材を、またＯＵＴは出力部材を示す。ＰｆおよびＰｒはそれぞれ遊星歯車装置である。以下の記述に於いては、入力部材に近い側の遊星歯車装置をフロント側遊星歯車装置またはフロント側Ｐｆと称し、入力部材より遠い側の遊星歯車装置をリヤ側遊星歯車装置またはリヤ側Ｐｒと称する。またフロント側Ｐｆおよびリヤ側Ｐｒのそれぞれについて、サンギヤ、リングギヤ、キャリアをＳｆ、Ｒｆ、ＣｆおよびＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒと称する。図１の場合、ＰｆおよびＰｒはいずれもダブルピニオン型遊星歯車装置として構成されている。
【００２１】
入力部材ＩＮは装置の中心を通る回転軸部材により第１のクラッチＣ１の一方の回転部材に連結され、クラッチＣ１の他方の回転部材は中空軸部材によりリヤ側Ｐｒのサンギヤに連結されており、これによって入力部材ＩＮはリヤ側サンギヤに選択的に連結されるようになっている。入力部材ＩＮはまたその周りに環状に構成された第２のクラッチＣ２の一方の回転部材にも連結され、クラッチＣ２の他方の回転部材は中空軸部材を経てフロント側Ｐｆのキャリアに連結されており、これによって入力部材ＩＮはフロント側キャリアに選択的に連結されるようになっている。フロント側Ｐｆのリングギヤはその周りに環状に構成された第３のクラッチＣ３の一方の回転部材に連結され、クラッチＣ３の他方の回転部材はリヤ側Ｐｒのリングギヤに連結されており、これによってフロント側リングギヤとリヤ側リングギヤとはクラッチＣ３により選択的に連結されるようになっている。フロント側Ｐｆのキャリアはその周りに環状に構成された第４のクラッチＣ４の一方の回転部材に連結され、クラッチＣ４の他方の回転部材はリヤ側Ｐｒのリングギヤに連結されており、これによってフロント側キャリアとリヤ側リングギヤとはクラッチＣ４により選択的に連結されるようになっている。
【００２２】
リヤ側Ｐｒのサンギヤには第１のブレーキＢ１が連結され、リヤ側サンギヤの回転を選択的に制動するようになっている。フロント側Ｐｆのキャリアには第２のブレーキＢ２が連結され、フロント側キャリアの回転を選択的に制動するようになっている。フロント側Ｐｆのサンギヤとリヤ側Ｐｒのキャリアとは互いに連結されて一体となって回転するようになっており、これら両者に対し第３のブレーキＢ３が連結され、フロント側サンギヤとリヤ側キャリアの回転を同時に選択的に制動するようになっている。
【００２３】
図１のＡに示す如く構成された変速機構は、クラッチＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびブレーキＢ１、Ｂ２、Ｂ３が図１のＢの表に示す如き組合せにて係合または開放されることにより、同表に示す如き第１速段〜第６速段（１st〜６th）の６つの前進段と２つの後進段（Ｒ１、Ｒ２）とを達成することができる。同表に於いて、○は係合示し、×は開放を示し、△はいずれか一方が係合されればよいことを示す。またフロント側Ｐｆおよびリヤ側Ｐｒのそれぞれに於けるリングギヤの歯数に対するサンギヤの歯数の比をρｆおよびρｒにて表し、その一例として、ρｆ＝０．３５とし、ρｒ＝０．４５とすると、各変速段に於けるギヤ比（減速比）は同表に示す通りとなる。また第１速段と第６速段の間のギヤ比幅は６．２である。
【００２４】
各変速段に於けるギヤ比は、図１のＣに示されている如き共線図により求めることができる。共役線の原理は以下の通りである。
【００２５】
先ず、一つの遊星歯車装置に於けるサンギヤとリングギヤとキャリアの間の回転角度（従ってまた回転速度）の相対的関係は、それぞれの回転角（または回転速度）を表す座標線を平行に配列した座標系に対し一本の直線を交差させることにより求まる。この場合、遊星歯車装置がシングルピニオン型であるときには、平行座標線の配列は、キャリアの座標線を挟んでその両側にリングギヤの座標線とサンギヤの座標線とが平行に並ぶ形であり、リングギヤの歯数に対するサンギヤの歯数の比をρ（ρ<１）とすると、キャリア座標線よりリングギヤ座標線までの距離とキャリア座標線よりサンギヤ座標線までの距離の比はρ対１である。
【００２６】
一方、遊星歯車装置がダブルピニオン型であるときには、平行座標線の配列は、キャリア座標線に対しリングギヤ座標線とサンギヤ座標線とが同じ側に位置し、キャリア座標線に対しリングギヤ座標線が隔たる距離とキャリア座標線に対しサンギヤ座標線が隔たる距離の比がρ対１となる。
【００２７】
そこで、今、図１のＡに示されている如くフロント側Ｐｆとリヤ側Ｐｒとがいづれもダブルピニオン型遊星歯車装置であり，前者のサンギヤが後者のキャリアと連結されている上で、更にそれに加えてクラッチＣ３が連結され、前者のリングギヤが後者のリングギヤに連結される場合と、クラッチＣ４が連結されて前者のキャリアが後者のリングギヤに連結される場合とについてみると、これら２つの遊星歯車装置の動きは，それぞれ以下のようになる。
【００２８】
先ず、クラッチＣ３が係合されたときには、フロント側サンギヤＳｆとリヤ側キャリアＣｒとが一体となって行動すると同時に、フロント側リングギヤＲｆとリヤ側リングギヤＲｒとが一体となって行動する。この場合、フロント側ＰｆについてのＣｆ−Ｒｆ−Ｓｆ座標系とリヤ側ＰｒについてのＣｒ−Ｒｒ−Ｓｒ座標系の重ね合わせは、ＳｆとＣｒとが一致し且つＲｆとＲｒとが一致しなければならない。これは、図１のＣで見て、フロント側Ｐｆに対する座標系Ｆとリヤ側Ｐｒに対する座標系Ｒａとを組み合わせて考えなければならないことを意味する。
【００２９】
他の一つは、クラッチＣ４が係合されたときであり、そのときにはフロント側サンギヤＳｆとリヤ側キャリアＣｒとが一体となって行動すると同時に、フロント側キャリアＣｆとリヤ側リングギヤＲｒとが一体となって行動する。この場合、フロント側ＰｆについてのＣｆ−Ｒｆ−Ｓｆ座標系とリヤ側ＰｒについてのＣｒ−Ｒｒ−Ｓｒ座標系の重ね合わせは、ＳｆとＣｒとが一致し且つＣｆとＲｒとが一致しなければならない。これは、図１のＣで見て、フロント側Ｐｆに対する座標系Ｆとリヤ側Ｐｒに対する座標系Ｒｂとを組み合わせて考えなければならないことを意味する。
【００３０】
以上の認識に基づいて共線図より各変速段のギヤ比（減速比）を求めると、以下のようになる。尚、共線図に於いて、直線Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３上の各点では、ブレーキＢ１、Ｂ２、Ｂ３の係合により制動された回転部材の回転速度は０であるとし、直線Ｃ１−Ｃ２上の各点では、クラッチＣ１、Ｃ２の係合により入力部材と連結された回転部材の回転速度は入力部材の回転速度、即ち、入力回転速度であるとする。また、図１のＣに例示した共線図は、各変速段のギヤ比を求める要領をできるだけ明瞭に示すよう描かれたものであり、図１のＢに例示したギヤ比をもたらすρｆ＝０．３５、ρｒ＝０．４５に対応して描かれたものではない。このことは以下の図２〜１４の各々についても同様である。
【００３１】
先ず、第１速段についてみると、このとき係合されるのはクラッチＣ１、Ｃ４とブレーキＢ３である。クラッチＣ４が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲｂである。ブレーキＢ３の係合により，リヤ側キャリアＣｒ（およびフロント側サンギヤＳｆ）の回転速度は０である。一方、クラッチＣ１の係合によりリヤ側サンギヤＳｒは入力回転速度にて回転する。従って、リヤ側ＰｒのＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒおよびフロント側ＰｆのＣｆ、Ｒｆ、Ｓｆはすべて直線Ｃ１−ａ−１−Ｂ３上にあり、出力部材ＯＵＴが連結されたＲｆは点１の速度で回転する。第１速段のギヤ比は、減速比として表されると、直線Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３と直線Ｃ１−Ｃ２間の距離を直線Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３に対する点１の距離にて除した値として得られる。
【００３２】
第２速段では、クラッチＣ１、Ｃ３とブレーキＢ３とが係合される。クラッチＣ３が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲａである。クラッチＣ１の係合によりリヤ側サンギヤＳｒは入力回転速度にて回転する。ブレーキＢ３の係合によりリヤ側キャリアＣｒ（およびフロント側サンギヤＳｆ）は停止している。従ってリヤ側ＰｒのＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒおよびフロント側ＰｆのＣｆ、Ｒｆ、Ｓｆは全て直線Ｃ１−ｂ−２−Ｂ３上にあり、出力部材ＯＵＴが連結されたフロント側Ｒｆは点２の回転速度にて回転する。減速比としてのギヤ比の算出要領は第１速段の場合と同様である。
【００３３】
第3速段では、クラッチＣ２、Ｃ３とブレーキＢ３とが係合される。クラッチＣ３が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲａである。ただこの場合、リヤ側Ｐｒでは、ブレーキＢ３の係合によりキャリアＣｒが固定された状態でリングギヤＲｒが駆動されるとサンギヤＳｒが空転するので、リヤ側Ｐｒは実質的には作動せず、変速機の行動はフロント側Ｐｆのみによるものとなる。フロント側Ｐｆでは、サンギヤＳｆが停止しているところに、クラッチＣ２の係合によりキャリアＣｆが入力回転速度にて回転するので、座標系Ｆでの行動は直線Ｃ２−３−Ｂ３に沿うものとなり、出力部材ＯＵＴが連結されたＲｆは点３の回転速度にて回転する。減速比としてのギヤ比の算出要領は第１速段の場合と同様である。
【００３４】
第４速段では、クラッチＣ１およびＣ２が係合される。フロント側Ｐｆとリヤ側Ｐｒとは前者のサンギヤＳｆと後者のキャリアＣｒとが互いに連結されているので、更にクラッチＣ２およびＣ１の係合により前者のキャリアＣｆと後者のサンギヤＳｒとが連結されると、ＰｆおよびＰｒはいずれもロックされた状態となり、二つの遊星歯車装置は単に一体の回転体となって回転するようになる。このとき出力部材ＯＵＴに連結されたフロント側Ｒｆの回転速度は、入力回転速度に一致する直線Ｃ１−Ｃ２と交わる点４の速度である。減速比としてのギヤ比の算出要領は第１速段の場合と同様であるが、この場合は単に１．００である。尚、クラッチＣ１およびＣ２に加えてクラッチＣ３やＣ４が係合されれば、クラッチＣ１およびＣ２が受け持つべきトルク負荷が軽減される。
【００３５】
第５速段では、クラッチＣ２、Ｃ４およびブレーキＢ１が係合される。クラッチＣ４が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲｂである。ブレーキＢ１の係合によりリヤ側ＰｒのサンギヤＳｒが固定される。一方、クラッチＣ２およびＣ４の係合により、リヤ側Ｐｒに於いてはリングギヤが入力回転速度にて回転する。従ってリヤ側ＰｒのＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒおよびフロント側ＰｆのＣｆ、Ｒｆ、Ｓｆは直線Ｂ１−Ｃ２−５−ｃに沿って行動し、出力部材ＯＵＴが連結されたフロント側Ｒｆの回転速度は点５の速度である。減速比としてのギヤ比の算出要領は第１速段の場合と同様である。この場合、減速比は１以下であり、即ち第５速段はオーバードライブ段である。
【００３６】
第６速段では、クラッチＣ２、Ｃ３およびブレーキＢ１が係合される。クラッチＣ３が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲａである。ブレーキＢ１の係合によりリヤ側サンギヤＳｒの回転速度は０である。クラッチＣ２の係合によりフロント側キャリアＣｆは入力回転速度で回転する。従って、リヤ側ＰｒのＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒおよびフロント側ＰｆのＣｆ、Ｒｆ、Ｓｆは直線Ｂ１−Ｃ２−６−ｄに沿って行動し、出力部材ＯＵＴが連結されたフロント側Ｒｆは点６の回転速度にて回転する。減速比としてのギヤ比の算出要領は第１速段の場合と同様である。この場合にも、減速比は１以下であり、即ち第６速段もオーバードライブ段である。
【００３７】
後進段Ｒ１に於いては、クラッチＣ１、Ｃ４とブレーキＢ２とが係合される。クラッチＣ４が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲｂである。ブレーキＢ２とクラッチＣ４が係合されるとリヤ側ＰｒのリングギヤＲｒが固定される。その状態でクラッチＣ１の係合によりリヤ側サンギヤＳｒが入力回転速度にて駆動されると、リヤ側ＰｒのＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒおよびフロント側ＰｆのＣｆ、Ｒｆ、Ｓｆは直線Ｃ１−Ｂ２−Ｒ１−ｅに沿って行動し、出力部材ＯＵＴが連結されたフロント側ＲｆはＲ１なる負の速度にて回転し、即ち逆転する。減速比としてのギヤ比の算出要領は第１速段の場合と同様である。
【００３８】
後進段Ｒ２に於いては、クラッチＣ１、Ｃ３とブレーキＢ２とが係合される。クラッチＣ３が係合されるときの座標系ＦとＲａ／Ｒｂの組み合わせは、ＦとＲａである。ブレーキＢ２の係合によりフロント側ＰｆのキャリアＣｆが停止し、クラッチＣ１の係合によりリヤ側サンギヤＳｒは入力回転速度で回転する。従って、リヤ側ＰｒのＳｒ、Ｒｒ、Ｃｒおよびフロント側ＰｆのＣｆ、Ｒｆ、Ｓｆは直線Ｃ１−Ｂ２−Ｒ２−ｆに沿って行動する。従って、出力部材ＯＵＴが連結されたフロント側Ｒｆは点Ｒ２の速度にて回転し、逆転する。減速比の算出要領は第１速段の場合と同様である。
【０１０４】
以上に於いては本発明を一つの実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による車輛用自動変速機の一つの実施例を示す変速機構の概略図（Ａ）、クラッチおよびブレーキの係合／開放の組合せの一覧表（Ｂ）およびギヤ比を求める共線図（Ｃ）。

Claims (1)

1. 入力部材と、出力部材と、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアを有するダブルピニオン型のフロント側遊星歯車装置と、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアを有するダブルピニオン型のリヤ側遊星歯車装置と、第１〜第４のクラッチと、第１〜第３のブレーキとを有し、フロント側サンギヤがリヤ側キャリアと連結され、出力部材がフロント側リングギヤに連結されており、
   第１のクラッチが入力部材とリヤ側サンギヤとを選択的に連結し、
   第２のクラッチが入力部材とフロント側キャリアとを選択的に連結し、
   第３のクラッチがフロント側リングギヤとリヤ側リングギヤとを選択的に連結し、
   第４のクラッチがフロント側キャリアとリヤ側リングギヤとを選択的に連結し、
   第１のブレーキがリヤ側サンギヤを選択的に制動し、
   第２のブレーキがフロント側キャリアを選択的に制動し、
   第３のブレーキがフロント側サンギヤとリヤ側キャリアとを選択的に制動するようになっており、
   前記各クラッチによる選択的連結と前記各ブレーキによる選択的制動の組合せにより前進6段を達成するよう構成されていることを特徴とする車輛用自動変速機。

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