JP4169133B2

JP4169133B2 - マルチレンジ水圧機械式トランスミッション

Info

Publication number: JP4169133B2
Application number: JP54715598A
Authority: JP
Inventors: ラーキン、ロバート・フランシス
Original assignee: ジェネラル・ダイナミクス・ランド・システムズ・インク
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: AU7155398A; WO1998049470A1; JP2002523013A

Description

関連出願
本願は、出願人の継続中の出願である１９９９７年５月１６日に出願された米国特許出願第０８／８５７，５０１号、発明の名称「オフオード車両のためのマルチレンジ水圧機械式トランスミッション」、並びに、米国特許第５，４２３，１８３号、第５，４８６，２４２号、第５，５３５，５８９号、第５，７３０，６７８号及び第５，６７８，４０５号に関連する。上記出願及び特許の開示は参照のためにここに組み入れられる。
発明の分野
本発明は、マルチレンジであり、同期してシフト（切り替え）可能であり、再生的である連続可変の水圧機械式トランスミッションに関する。本発明は、特に、高速エンジンに適したマルチレンジの、同期シフト可能な、再生的連続可変水圧機械式トランスミッション（変速機）に関する。
背景技術
従来、多くの車両駆動列は自動車を停止状態から所望の最高速度まで加速するために多重エンジントルクを与える液圧トランスミッションを用いるように設計されてきた。しかしながら、そういった設計努力の結果、受け入れられるトルク能力を有するが、望ましくない大きさと重量を持つ液圧トランスミッションが供給されるようになった。更に、そういったトランスミッションは最適な効率よりも劣り、燃料経済や変速能力が劣る結果となった。
純粋液圧トランスミッションの代替として、大型のオフロード構造及び軍用車の駆動列に水圧機械式トランスミッションが用いられるようになってきた。こういったトランスミッションは典型的に分割動力入力タイプである。分割動力入力タイプのトランスミッションにおいて、液圧動力ユニット（ＨＳＵ）及び機械動力ユニットは自動車エンジンによって並行駆動される。ＨＳＵはそのエンジンからの分割動力部分を特定の液圧ストロークレンジに渡って無限に速度及びトルクに変化させることができる液圧出力パワーに変換する。この液圧出力パワーは次ぎに機械動力ユニット内のエンジン動力の分割部分と組み合わされて多重変速レンジを作り出す。機械動力ユニットのギヤ比によって初期設定される各トランスミッションレンジにおける速度とトルクを、ＨＳＵのストロークを変化させることにより無限に変化させることができる。
適当に設計された水圧機械式トランスミッションは、自動車が停止状態から最高速度まで加速されたときに、エンジンから駆動輪までスムーズで遮られることがない動力の流れを与える同期レンジシフトを与えることができるという利点を備える。更に別の利点は、トランスミッションの出力速度に関わらず、エンジンを最大効率あるいはそれに近い効率で運転することができることである。
しかしながら、自動車のトランスミッションにＨＳＵを用いることにいくつかの制限がある。その１つは、ＨＳＵの出力トルク能力に対する入力速度能力である。速度能力（ＲＰＭ）は、ＨＳＵのある内部構成要素に作用する高遠心力負荷と、漏出によるロスを補う補充作動油を供給する能力によって制限される。この制限は、ディーゼルエンジンのような比較的低速なエンジンの場合、あまり関係しない。ディーゼルエンジンは一般的に２６００rpm以下の最大エンジン速度を持つ。従って、ディーゼルエンジンによってＨＳＵを直接運転することが可能である。一方、ガソリンエンジンの最大速度は、例えば、６０００rpmに達する。故に、ＨＳＵをそのような高速エンジンと連結すると、ＨＳＵの入力速度をＨＳＵが受け入れることができる安全な速度に減少させる、即ち、ギヤダウンする必要がある。
しかしながら、ＨＳＵをギヤダウンすることにより、ＨＳＵの出力速度を減少させ、そのため、トランスミッション自体の全比率レンジを減少させるという好ましくない結果を生じさせる。即ち、ＨＳＵの入力速度がエンジン速度の５０％まで減ると、ＨＳＵの最大出力速度もまた、１：１の入力−出力速度比において５０％まで減る。さらに、トルクは速度に逆比例するので、大きな能力を備えるＨＳＵは同じエンジンパワーを受け入れる必要がある。
自動車を静止状態から動かすために高出力トルクが必要とされる一方、車両の速度が増すと、トルクが減少する。故に、ギヤダウンＨＳＵの開始トルク能力を高くすると共にギヤアップＨＳＵの出力速度を大きくする利点を有する高速駆動の水圧機械式トランスミッションを提供することが望ましい。
発明の概要
本発明の１つの目的は、高速エンジンに適するマルチレンジ連続可変水圧機械式トランスミッションを提供することである。本発明のその他の目的及び利点は以下の説明において部分的に示されかつ該説明から部分的に明白であり、あるいは、本発明を実施することによって理解される。本発明の利点及び目的は添付の請求項の構成要素及び特に指摘される組み合わせによって理解されまた得られる。
該利点を得るために、かつ、本発明の該目的に従い、実施形態に示すように、また、ここで概略的に説明するように、本発明は、原動機から負荷体に動力を伝達するマルチレンジ水圧機械式トランスミッションを含む。このマルチレンジ水圧機械式トランスミッションは、入力及び出力を有する連続可変液圧トランスミッションユニットを含む。減速ユニットは、液圧入力を原動機の出力速度よりも遅い入力速度で駆動するといったことを行うために、原動機の出力を液圧トランスミッションの出力につなぐ。第１ギヤセットは液圧トランスミッションユニットの出力によって駆動され、第１及び第２連続可変液圧出力速度レンジにシフトされる液圧入力を生じさせる。第２液圧出力レンジは第１液圧出力レンジよりも広い。ギヤシステムは、前記第１ギヤセットの液圧出力を受けるように連結されたギヤ要素を有しかつ動力源から第１及び第２速度比で機械的出力を受けるように連結される少なくとも第２及び第３ギヤセットと、前記第１、第２及び第３ギヤセットのギヤ要素を選択してクラッチを入れ若しくはブレーキをかけ又はその両方を行なって、液圧トランスミッションユニットのストロークをを第１液圧出力速度レンジで変えることによって連続的に変化する出力速度レンジと、液圧トランスミッションユニットのストロークを第２液圧出力速度レンジで変えることによって連続的に変化する別の高速度レンジに水圧機械式トランスミッションを切り替えるシフト手段とを含む。
上記一般的な説明と以下の詳細な説明は単に例示的なものであり、請求項に記載した発明をそのように限定するものではないことが理解される。
【図面の簡単な説明】
本明細書に組み入れられ明細書の一部をなす添付図面は本発明のいくつかの実施形態を示し、また、詳細な説明と共に発明の原理を説明するのに役立つ。
図１は、本発明の好ましい実施形態のマルチレンジ水圧機械式トランスミッションの概略図。
図２は、図１の好ましい実施形態の車両マルチレンジ水圧機械式トランスミッションを表すレバーアナロジーダイアグラム。
図３ないし図７は、図１の好ましい車両マルチレンジ水圧機械式トランスミッションの各トランスミッションレンジでの速度稼働のグラフ分析を与えるレバーアナロジーダイアグラム。
図８は、各トランスミッションレンジ（ＲＮＧ）において、図１の多重ブレーキ及びクラッチのうちの作動しているもの及び実行パラメータを示す表。
好ましい実施態様の説明
添付の図面に示す本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。全図を通してできる限る同じ又は同様な部分に対して同じ参照番号を用いている。
本発明によれば、原動機から負荷体に動力を伝達するマルチレンジ水圧機械式トランスミッションであって、入力及び出力を有する連続可変液圧トランスミッションと、原動機の出力速度よりも遅い入力速度で液圧入力を駆動するいったことを行うために原動機の出力を液圧トランスミッションの出力に結びつける減速ユニットと、液圧トランスミッションユニットの出力によって駆動され第１及び第２連続可変液圧出力速度レンジ（第２液圧出力速度レンジは第１液圧出力速度レンジよりも広い）に切り替え可能な液圧入力を作り出す第１ギヤセットと、第１ギヤセットの液圧出力を受けるように互いに連結されたギヤ要素を含みかつ原動機から第１及び第２速度で機械的入力を受けるように連結される少なくとも第２及び第３のギヤセットを含むギヤシステムと、第１，第２及び第３ギヤセットのギヤ要素にクラッチを入れ若しくはブレーキをかけ又はその両方を行なって水圧機械式トランスミッションを、液圧トランスミッションユニットのストロークを第１液圧出力速度レンジで変えることによって連続的に変化する出力速度レンジと、液圧トランスミッションユニットのストロークを第２液圧出力速度レンジで変えることによって連続的に変化する別の高速度レンジに切り替えるシフト手段とを備えるトランスミッションが提供される。
図１に示す実施形態において、参照番号２０で示すマルチレンジ水圧機械式トランスミッションは、入力シャフト２４と、出力シャフト２６と、最小及び最大値の間の無限可変入力／出力速度比を与える能力を有する液圧トランスユニット（ＨＳＵ）２２を含むことを示している。ＨＳＵ２２の変速比は、上述の特許及び特許出願に開示されている方法で無限に変えることができる。参照番号２８で示す減速装置ユニットは、電動機（図示省略）の出力シャフト３０を入力シャフト２４に連結して原動機の出力速度よりも低い入力速度でＨＳＵを駆動する。動力伝達ギヤシステムを番号３２で示す。動力伝達ギヤシステム３２は、以下に説明する複数のギヤセットと、原動機の出力シャフト３０にギヤ係合する第１ギヤシステム入力３４と、ＨＳＵ出力シャフト２６に連結された第２ギヤシステム入力３６と、被駆動負荷体（図示省略）に接続される変速機出力３８と、最大及び最小ユニット比の間での入力／出力速度比の無限変化が変速機出力３８において少なくとも２つの速度比レンジに渡る連続可変速度を与えるようにギヤシステムを少なくとも２つの速度レンジに切り替える制御手段というを有する。動力伝達ギヤシステム３２はまた、前記少なくとも２つの速度比レンジの最も高い比のために第２ギヤシステムの速度増加のための連結又は前記少なくとも２つの速度比レンジの最も低い比のために第２ギヤシステム入力３６の直接連結のいずれかを与えるギヤセット５８を含む。第１ギヤセット５８は後に詳細に説明する。
さらに図１に示すように、原動機の動力出力シャフト３０は速度増加ユニット４０に連結される。本発明に適した原動機は、自動車に用いられるガソリンエンジンに共通する高出力速度能力を有する。速度増加ユニット４０は、例えば、ギヤ比が４５：３９である一組のスプールギヤ４４，４２を有することが好ましい。大きい方のスプールギヤ４４は原動機の出力シャフト３０に連結されそれにより直接駆動され、また、副軸（countershaft）４６の左端に固定された、もう一方の、小さいスプールギヤ４４に噛合する。
減速ユニット２８は、例えば、３２：５２のギヤ比を有する一対のスプールギヤ４８，５０であることが好ましい。これらのスプールギヤの小さい方のギヤ４８は副軸４６に固定されており、従って、速度増加ユニット４０の小さい方のギヤ４４と同じ速度で原動機により駆動される。他方の、小さい方のギヤ４８と噛合する大きい方のスプールギヤ５０はＨＳＵ２２の入力シャフト２４に結合される。
ＨＳＵ２２は、その入力シャフト２４の速度を１：０から少なくとも１：１までのレンジの速度比で出力シャフト２６の連続可変速度に変換するように制御される。ＨＳＵ２２の最大ストロークは好ましくは１００％であり、即ち、入力速度が出力速度に等しいときである。動力伝達ギヤシステム３２の機械的入力である第１ギヤシステム入力３４は原動機の動力出力３０に接続され、液圧入力である第２ギヤシステム入力３６はＨＳＵ出力２６に接続されている。第１ギヤシステム入力３４は好ましくは異なるギヤ比の二組の噛合するスプールギヤ（平歯車）セットを有する。図１に示すように２つのスプールギヤ５１，５４は副軸４６から偏心して直接的に駆動される。従って、スプールギヤ５１，５４はスプールギヤ４４，４８と同じ速度で回転することが理解される。スプールギヤ５１は別のスプールギヤ５２と噛合し、第１駆動比を構成する。この第１駆動比接続のギヤ比、即ち、スプールギヤ５１，５２のギヤシステムへのギヤ比入力は、例えば、３４：５０である。スプールギヤ５４は別のスプールギヤ５６と噛合し、ギヤシステム３２への第２駆動比入力を構成する。この第２駆動比接続のギヤ比、即ち、スプールギヤ５４，５６のギヤ比は、例えば、３９：４５である。これらの模範的なギヤ比の条件のもとで、スプールギヤ５６はシャフト３０の原動機入力速度と同じ速度で駆動される。動力伝達ギヤシステム３２は、４つの衛星ギヤセットを含むことが好ましい。第１衛星ギヤセット５８は太陽ギヤＳ１と、衛星ギヤ（図示省略）と、衛星キャリアＣ１と、ＨＳＵ２２の液圧出力２６に接続されてそれによって駆動されるリングギヤＲ１を含む。本発明の例示的な実施形態において、第１衛星ギヤセット５８の太陽歯車Ｓ１と、衛星ギヤと、リングギヤＲ１のギヤ比は４０：１７：７２である。第１衛星ギヤセット５８のギヤ要素を複合構成、即ち、２重衛星ギヤとして配置し、４０：１４：１４：７２のギヤ比とすることが好ましい。第２衛星ギヤセット６６もまた、リングギヤＲ２と、第１衛星ギヤセット５８の太陽ギヤＳ１に接続された太陽ギヤＳ２と、変速機出力３８の接続された衛星キャリアＣ２を有する。例えば、第２衛星ギヤセット６６の太陽ギヤＳ２と、衛星ギヤと、リングギヤＲ２のギヤ比を、４０：１６：７２とすることができ、これらのギヤを単純構造の配列とする。第３衛星ギヤセット７４は、太陽ギヤＳ１，Ｓ２の両方に接続された太陽ギヤＳ３と、第２衛星ギヤセット６６のリングギヤＲ２に接続された衛星ギヤＣ３と、リングギヤＲ３を含む。同様に、第４衛星ギヤセット８０は、スプールギヤ５６上の第２駆動比入力に接続された太陽ギヤＳ４と、第３衛星ギヤセット７４のリングギヤＲ３に接続された衛星ギヤキャリアＣ４と、リングギヤＲ４を含む。例えば、衛星ギヤセット７４及び８０の太陽−衛星−リングギヤの比は３８：１５：１５：７２及び４２：１５：７２とすることができる。衛星ギヤセット７４は好ましくは複合構成であり、一方、衛星ギヤセット６６及び８０は単純構成である。
第１衛星ギヤセット５８は、液圧入力速度よりも大きい速度でリングギヤＲ１の液圧入力が衛星ギヤの太陽ギヤＳ１を駆動するように、衛星キャリアＣ１を選択して停止させるブレーキＢＤ１を含む制御手段を有する。この制御手段はリングギヤＲ１と衛星キャリアＣ１を選択して接続するクラッチＣｌ３をさらに有し、それにより、相互接続されたリングギヤＲ１とキャリアＣ１の液圧入力がＨＳＵ２２の出力２６における液圧入力速度に等しい速度で太陽ギヤＳ１を駆動する。
好ましい実施の形態において、制御手段は、第２，第３及び第４衛星ギヤ６６，７４，８０のそれぞれのリングギヤを選択して「停止」させるためのブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３を含む。さらに、制御手段はまた、第４衛星ギヤセット８０のリングギヤＲ４を選択してスプールギヤ５６の第２駆動比入力に接続するためのクラッチＣＬ１と、第３衛星ギヤセット７４の衛星キャリアＣ３を選択してスプールギヤ５２の第１駆動比入力に接続するクラッチＣＬ２を含む。
変速動作の説明を容易にするため、以下の説明は、自動車エンジニア協会発刊番号８１０１０２（１９８１）のベンフォード他による記事「レバーアナロジー−変速分析における新たなツール（Lever Analogy-A New Tool In Trasmission Analysis）」に説明されている分析技術の利点を採用する。この技術によって、衛星ギヤセットは、休息しているとき、その太陽ギヤ、リングギヤ及び衛星キャリアが存在する点（これらの点は、太陽ギヤ及びリングギヤの歯数、即ちギヤ比にに関連して位置する）を結んだ垂直線（レバー）によって分析される。
図２は、図１の４つの衛星ギヤセット５８，６６，７４，８０を３つの垂直レバーとして静止グラフに表したものである。このレーバアナロジー技術に従い、かつ、衛星ギヤセット６６と７４を相互接続することにより、これらの２つのギヤセットを１つの垂直レバー６６’として表すことができる。衛星ギヤセット５８，８０をそれぞれ垂直線５８’、８０’によって表すことができる。この分析フォーマットは変速能力の計算を容易にする。図３にまた示すように、レーバー５８’上の点Ｓ１’，Ｃ１’及びＲ１’は、それぞれ第１衛星ギヤセット５８の太陽ギヤＳ１，衛星キャリアＣ１及びリングギヤＲ１を示す。レバー６６’上の点Ｓ２’Ｓ３’は、互いに接続されて常に同じ速度で回転する太陽ギヤＳ２とＳ３を表す。レバー６６’上の点Ｒ２’Ｃ３’は相互に接続されたギヤＲ２と衛星キャリアＣ３を示す。レバー６６’上の点Ｃ２’とＲ３’は、それぞれ衛星キャリアＣ２とリングギヤＲ３を示す。点Ｓ４’、Ｃ４’及びＲ４’は、それぞれ第４衛星ギヤセット８０の太陽ギヤＳ４，衛星キャリアＣ４及びリングギヤＲ４を示す。図２から、ＨＳＵ２２への入力２４は減速ユニット２８を介して原動機の動力入力３０のエンジン速度（Ｎｅ）の７１％までギヤダウンされることがわかる。以前に説明したように、ＨＳＵ２２は、０：１から１：１までの入力／出力速度レンジの連続可変比能力を有する。
図８の表に示すように、ブレーキＢ１とクラッチＣＬ３はトランスミッションを第１前進レンジに切り替えることに従事する制御手段の唯一の要素である。図１から、ブレーキＢ１の係合により第２衛星ギヤセット６６のリングギヤＲ２を停止させ、クラッチＣＬ３の係合により第１衛星ギヤセット５５のリングギヤＲ１と衛星キャリアＣ１が相互接合されることが理解される。このように、動力トランスミッションギヤシステムへの単なる入力が、相互接続されたリングギヤＲ１と衛星ギヤＣ１に適用されるＨＳＵ２２の液圧出力であり、この出力が太陽ギヤＳ１をＨＳＵ出力速度と同じ速度で駆動する。太陽ギヤＳ１は次ぎに第２衛星ギヤセット６６の太陽ギヤＳ２を駆動する。ブレーキＢ１によってリングギヤＲ２に生じた力により、太陽ギヤＳ２はトランスミッション出力３８に接続された第２衛星ギヤセット６６の衛星キャリアＣ２を第２衛星ギヤセット６６のギヤ比によって決定される速度比で駆動する。
図３は、図１のトランスミッションの第１前進レンジと第２前進レンジの切り替え点におけるレバーアナロジーをグラフ表示したものである。第１前進レンジにおいて、ＨＳＵ２２の液圧出力がゼロ、即ち、１：０の入力／出力比のとき、変速機出力３８はゼロである。この状態において、トランスミッションはニュートラルであるといわれる。クラッチＣＬ３は衛星キャリアＣ１とリングギヤＲ１を互いに接続するので、ＨＳＵ２２のストロークが１：１の比まで上げられると、相互に接続された衛星キャリアＣ１とリングギヤＲ１によって太陽ギヤＳ１はＨＳＵ出力の速度で駆動される。従って、ＨＳＵ２２の第１前進レンジ内でのストロークが上がると、図３に示す衛星ギヤセット５８を表すレバーはその垂直な向きを維持しながら右側にシフトされる。クラッチＣＬ３の係合は第１衛星ギヤセット５８を１：１の動力伝達として働かせ、従って、太陽ギヤＳ１上のＨＳＵ出力は太陽ギヤＳ２，Ｓ３をＨＳＵ出力速度で駆動する。
第１前進レンジにおいて、第１ギヤシステム入力３４は減速ユニット４０と副軸４６を介して動力エンジン出力３０を受けることに留意されたい。スプールギヤ５４，５６によって与えられた第２駆動比接続のギヤ比は減速ユニット４０のギヤ比の逆数のギヤ比であるため、第４衛星ギヤセット８０の太陽ギヤＳ４はエンジン速度Ｎｅで駆動される。しかしながら、ブレーキＢ３を作動させていないので、反力がリングギヤＲ４上で改善されず、従って、キャリアＣ４は太陽ギヤＳ４上の機械的入力によって駆動されない。さらに、クラッチＣｌ１とＣｌ２が作動していないので、副軸４６の機械的入力はトランスミッション出力３８に貢献しない。従って、第１前進レンジは、ＨＳＵ出力２６によってのみ動力を与えられる純粋な液圧速度レンジである。
図３において、ＨＳＵ２２のストロークが０％のストロークから、例えば、第１上側レンジの上端である９８．２％のストロークまで上ると、太陽ギヤＳ１，Ｓ２は、速度増大スプールギヤセット４０，４２と、減速スプールギヤセット４８，５０によって０．６９７Ｎｅの最大速度を達成する。ブレーキＢ１が相互に接続されたリングギヤＲ２と衛星キャリアＣ３を停止させるので、ＨＳＵ２２が最大の９８．２％ストローク（STROKE）及び太陽ギヤＳ２，Ｓ３の最大速度の０．６９７Ｎｅまでストロークが上げられると、図３のレバー６６’は点Ｒ２’Ｃ３’に関して反時計方向に回転する。この結果、点Ｃ２’が右側に移動し、トランスミッション出力３８に接続されている衛星キャリアＣ２の前進速度が増大することを示す。相互に接続された衛星ギヤセット６６と７４の結合ギヤ比により、トランスミッション３８の最大速度は第１前進レンジの上端（９８．２％ストローク）において０．２９４に達する。
上記のように、太陽ギヤＳ４は第１前進レンジを通してエンジン速度（１．０Ｎｅ）で駆動される。従って、レバー８０’は、ＨＳＵストロークが０％において、図３に破線で示す角度位置をとる。衛星ギヤセット８０の衛星キャリアＣ４は衛星ギヤセット７４のリングギヤＲ３に結ばれているので、これらの２つのギヤ要素の等しい前進速度は、ＨＳＵ２２が第１前進レンジを通してストロークが上げられると、互いに追跡する。従って、レーバ８０’は、第１及び第２前進レンジシフト点においてリングギヤＲ４のゼロ速度に対して図３に実線で示す方位位置をとる。
図８の表に示すように、クラッチＣＬ３は第１及び第２前進レンジの両方において作動している。従って、第１前進レンジから第２前進レンジへの切り替えは、ブレーキＢ３が作動しているときにブレーキＢ１を非作動化することを含む。ブレーキＢ３の作動は第４衛星ギヤセット８０のリングギヤＲ４を停止させる。リングギヤＲ４が第１及び第２レンジシフト点において静止しているため、第２前進レンジへの同期シフトが達成される。
第２前進レンジにおける動力伝達ギヤシステム３２への入力は、第１前進レンジの場合、即ち、衛星ギヤＳ２，Ｓ３（クラッチＣ３は作動）上の減速ＨＳＵ出力及び衛星ギヤＳ４を駆動する第２駆動比接続を介しての第１ギヤシステム入力３４と同じであることに留意されたい。しかしながら、ブレーキＢ３が第２前進レンジで作動して反力をリングギヤＲ４に与えているため、キャリアＣ４は、太陽ギヤＳ４に与えられている１．０Ｎｅでの機械的入力駆動によって０．３６８Ｎｅで駆動される。これにより、第１から第２前進レンジシフト点（図３）に存するレバー８０’の角度位置を第２前進レンジ作動（図４）の間に固定する。衛星ギヤセット８０のキャリアＣ４は衛星ギヤセット７４のリングギヤセットＲ３に結ばれているので、リングギヤＲ３は衛星キャリアＣ４と同じ固定速度で駆動される。これにより、リングギヤ点Ｒ３’はレバー６６’のための固定ピボット点となる。次ぎに、ＨＳＵのストロークが９８．２％ストロークから０％ストロークへと下側になされて第２レンジを加速するので、レーバー６６’は、点Ｒ３’に関して図４に示す破線位置から実線位置へ時計回りに回転する。その結果、キャリアＣ２のトランスミッション出力速度は、図４において点Ｃ２’の右側シフトによって示すように、第１前進レンジの下端における０．２４９Ｎｅから第２前進レンジの上端（第２から第３前進レンジシフト点まで）における０．５０１Ｎｅまで増加する。
図４において、第２前進レンジの下端（第２から第３レンジシフト点まで）での衛星ギヤセット５８の要素の速度はすべて、０％ＨＳＵストロークにおいてゼロまで減少したことにもまた留意されたい。相互に接続された衛星ギヤセット６６，７４の組み合わせギヤによって、相互に接続されたキャリアＣ３とリングＲ２ギヤの前進速度は第２前進レンジでの上端において０．７８５Ｎｅである。ＨＳＵ２２のストロークが下方へなされて第２前進レンジのを加速するので、ＨＳＵ２２は再生的に作動する。それにもかかわらず、ＨＳＵ出力は第２前進レンジにおけるトランスミッション出力速度及びトルクの一因になり、そして水圧機械式速度レンジがある。
図８の表に示すように、クラッチＣＬ３とブレーキＢ３を作動させず、ブレーキＢＤ１とクラッチＣＬ２を作動させてトランスミッションを第３前進レンジに切り替える。ブレーキＢＤ１の作動は衛星ギヤセット５８のキャリアＣ１を停止させることがわかる。キャリアＣ１は第２から第３前進レンジシフト点において静止しているため、ブレーキＢＤ１によるその停止は同期する。さらに、上記のスプールギヤセット４０，４２及び５１，５２の例示したギヤ比により、スプールギヤ５２上の機械式入力は、相互に接続されたキャリアＣ３と第２から第３前進レンジシフト点におけるリングギヤＲ２の前進速度０．７８５Ｎｅと等しくされる。従って、第３前進レンジに切り替わるクラッチＣＬ２の作動はまた同期する。
図５は、図１のトランスミッション２０の第３前進レンジと第４前進レンジのシフト点におけるレバーアナロジーをグラフ表示したものである。第３前進レンジを加速するために、ＨＳＵはここで、０％から、例えば、９３．３％のストロークに、即ち、０Ｎｅから０．０６６２Ｎｅの最大速度までストロークが上げられる。リングギヤＲ１に適用されるＨＳＵ出力２６の速度が増加するので、レバー５８’は停止したキャリアの固定点Ｃ１’に関して反時計回りに回転し、太陽ギヤＳ１は、第１及び第２前進レンジの１：１ギヤセットよりも速度が増大したギヤセットとして今条件付けられた衛星ギヤセット５８の存在により、０Ｎｅから１．１９Ｎｅの最大速度まで駆動される。太陽ギヤＳ２，Ｓ３は、これらのギヤが共通して太陽ギヤＳ１に接続されているため、その同じ速度で駆動される。相互に接続されたキャリアＣ３とリングギヤＲ２へのクラッチＣＬ２の介しての機械的入力はレバー６６’上の点Ｒ２’Ｃ３’を固定点にする。従って、ＨＳＵが第３前進レンジにおいてストロークを上げると、太陽ギヤＳ２，Ｓ３の増大する速度はレバー６６’を図５においてピボット点Ｒ２’Ｃ３’に関して破線で示す０％のストローク位置から実線で示す９３．３％のストローク位置へ反時計回りに回転させる。キャリアＣ２の変速機出力速度は、第３前進レンジにおける０．５０１Ｎｅから第３から第４レンジシフト点における０．９３０Ｎｅまで増大する。第３レンジの上端において、リングギヤＲ３の前進速度は１．０Ｎｅに達し、これはまたキャリアＣ４上に現れる。スプールギヤセット４２，４４及び５４，５６を介して太陽ギヤＳ４に与えられた機械式入力はまた１．０Ｎｅであるため、衛星ギヤセット８０を表すレバー８０’は図５に見ることができる垂直な位置をとる。従って、リングギヤＲ４はまた、１．０Ｎｅの前進速度で回転する。ブレーキＢ３は作動していないので、この機械式入力には反力が生じておらず、従って、出力速度及びトルクの一因とはならない。
図６は、第４前進レンジで作動する図１のトランスミッション２０のレバーアナロジーをグラフ表示するものである。図８の表に示すように、ブレーキＢＤ１は作動された状態のままであり、クラッチＣＬ２は作動させず、クラッチＣＬ１を作動させてトランスミッションを第４前進レンジに切り替える。スプールギヤ５６の１．０Ｎｅのエンジンギヤ速度を第４衛星ギヤセット８０のリングギヤＲ４に与えるために、クラッチＣＬ１が作動されていることがわかる。第３から第４前進レンジ及びシフト点におけるリングギヤＲ４の前進速度もまた１．０Ｎｅであるため、第４レンジへの切り替えもまた同期する。上記のように、この１．０Ｎｅ機械式ユニットもまた衛星ギヤＳ４に直接適用される。従って、レバー８０’の垂直位置は固定され、キャリアＣ４のリングギヤＲ３との直接接続はレバー６６’上の点Ｒ３’を固定ピボット点とする。
第４前進レンジを加速するため、ＨＳＵ２２は９３．３％から０％ストロークまでストロークが下げられる。図６に示すように、太陽ギヤＳ２，Ｓ３での減少する前進速度はレバー６６’をピボット点Ｒ３’に関して時計回りに回転させる。その結果、キャリアＣ２のトランスミッション出力は、ＨＳＵ２２が０％までストロークを下げるときに、０．９３Ｎｅから１．３６Ｎｅの最大出力速度まで増大する。従って、ＨＳＵ２２は、第２前進レンジはもちろん、第４前進レンジにおいても再生的に作動する。
図７は、後進レンジで作動する図１のトランスミッションのレバーアナロジーをグラフ表示する。図８の表に示すように、ブレーキＢ２とクラッチＣＬ３を作動させてトランスミッションを後進レンジに切り替えている。クラッチＣＬ３の作動ことは第１及び第２前進レンジと同じ目的である。即ち、リングＲ１とＣ１を結びつけてこれらのリングが共にＨＳＵ出力速度で駆動されるようにすることである。
ブレーキＢ２を作動させることで衛星ギヤ７４のリングギヤＲ３を停止させる。これにより、レバー６６’上の点Ｒ３’を固定ピボット点とすることができる。従って、ＨＳＵが０％のストロークから１００％のストロークまでストロークが上げられて後進レンジを加速するとき、太陽ギヤＳ２，Ｓ３の増大した速度はレバー６６’を点Ｒ３’に関して反時計回りに回転させてキャリアＣ２に増大した後進変速機出力速度を生じさせる。例示したギヤ比において、最大後進速度は１００％ＨＳＵストロークにおいて０．２５６Ｎｅである。
ブレーキＢ２もまた後進レンジにおいてキャリアＣ４を停止させることに留意されたい。太陽ギヤＳ４上の１．０Ｎｅ入力に対する応答において、レバー８０’は衛星ギヤセット８０を表す。この入力に反力がないため、後進レンジにおいて入力は変速機出力速度とトルクの一因を成さない。
当業者であれば、本発明のマルチレンジ連続可変水圧機械式トランスミッションに、発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、特定のギヤ比といったような、種々の変更及び修正を行うことができることは明白である。明細書を考慮し、また、ここに開示した発明を実施することにより、本発明の他の実施の形態は当業者にとって明白となる。明細書と実施形態は例示的なものであり、発明の真の範囲及び趣旨は以下の請求項によって示される。

Claims

原動機から負荷体に動力を伝達するマルチレンジ水圧機械式トランスミッションであって、
入力及び出力を有する連続可変液圧トランスミッションユニットと、
前記液圧入力を前記原動機の出力速度よりも遅い入力速度で駆動するために、前記原動機の出力を前記液圧トランスミッションの入力につなぐ減速ユニットと、
前記液圧トランスミッションユニット出力によって駆動され、少なくとも第１連続可変第１ギヤセット出力速度レンジと、該第１連続可変第１ギヤセット出力速度レンジよりも広いレンジの第２連続可変第１ギヤセット出力速度レンジの出力速度が与えられる第１ギヤセットと、
前記第１ギヤセットを介して前記液圧トランスミッションユニット出力を受けかつ前記動力源から第１及び第２速度比で機械的入力を受けるように接続されたギヤ要素を備える少なくとも第２及び第３ギヤセットを含むギヤシステムと、
前記第１、第２及び第３ギヤセットの前記ギヤ要素を選択してクラッチを入れブレーキをかけて、前記水圧機械式トランスミッションを、１つのトランスミッション出力速度レンジが前記液圧トランスミッションユニットのストロークを前記第１連続可変第１ギヤセット出力速度レンジで変えることによって連続的に変化するトランスミッション出力速度レンジであり、もう１つのトランスミッション出力速度レンジが前記液圧トランスミッションユニットのストロークを前記第２連続可変第１ギヤセット出力速度レンジで変えることによって連続的に変化する別のトランスミッション出力速度レンジである少なくとも２つのトランスミッション出力速度レンジに切り替えるシフト手段とを、
含んでなる水圧機械式トランスミッション。
請求項１に記載のトランスミッションであって、前記ギヤシステムは第４ギヤセットを含み、前記シフト手段は前記第１乃至第４ギヤセットのギヤ要素を選択してブレーキをかけクラッチを入れて前記水圧機械式トランスミッションを少なくとも４つの前進速度レンジ及び１つの後進速度レンジのうちのいずれか１つに切り替えるブレーキ及びクラッチを含み、前記１つのトランスミッション出力速度レンジが第２前進速度レンジであり、前記もう１つのトランスミッション出力速度レンジが第３前進速度レンジであるトランスミッション。
請求項２に記載のトランスミッションであって、前記シフト手段の前記ブレーキ及びクラッチは、前記４つの前進速度レンジ及び１つの後進速度レンジへの同期切り替えを行うために、タイミングを合わせて選択されて解除及び作動されるトランスミッション。
請求項１に記載のトランスミッションであって、前記第１ギヤセットは太陽ギヤと、衛星ギヤキャリアと、リングギヤとを含む第１衛生ギヤセットであり、前記リングギヤは前記液圧トランスミッションユニット出力によって駆動されるように接続され、前記シフト手段は第１ブレーキと、第１クラッチとを含み、前記第１クラッチは、前記太陽ギヤが前記第１第１ギヤセット出力速度レンジで駆動されるように前記リングギヤと前記衛星ギヤキャリアを選択して接続し、前記第１ブレーキは、前記太陽ギヤが前記第２第１ギヤセット出力速度レンジで駆動されるように前記衛星ギヤキャリアを選択して停止させるように設けたトランスミッション。
請求項４に記載のトランスミッションであって、前記第２及び第３ギヤセットは第２及び第３衛星ギヤセットであるトランスミッション。
請求項５に記載のトランスミッションであって、前記第２衛星ギヤセットは、前記第１衛星ギヤセットの前記太陽ギヤを駆動するように該太陽ギヤに連結された太陽ギヤと、前記液圧トランスミッション出力が生じるギヤキャリアと、リングギヤとを含み、前記第３衛星ギヤセットは、前記第１衛星ギヤセットの前記太陽ギヤに接続された太陽ギヤと、前記第２衛星ギヤセットのリングギヤに接続された衛星ギヤキャリアと、リングギヤとを含み、前記シフト手段は、前記第２衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアに第１前進速度レンジの液圧出力を生じさせるために、前記第１クラッチが作動している間に、前記第２衛星ギヤセットの前記リングギヤと、前記第３衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアを選択して停止させる第２ブレーキをさらに含んでなるトランスミッション。
請求項６に記載のトランスミッションであって、前記シフト手段は、前記第２衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアに後進速度レンジの水圧機械式トランスミッションを生じさせるために、前記第１クラッチが作動している間に、前記第３衛星ギヤセットの前記リングギヤに係合して停止させる第３ブレーキをさらに含んでなるトランスミッション。
請求項７に記載のトランスミッションであって、前記ギヤシステムは、第１機械出力速度比で駆動されるように接続された太陽ギヤを有する第４衛星ギヤセットと、前記第３衛星ギヤセットの前記リングギヤに接続された衛星ギヤキャリアと、リングギヤとをさらに含み、前記手段の要素は、前記第２衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアに第２前進速度レンジである１つのトランスミッション出力速度レンジの水圧機械式トランスミッション出力を生じさせるために、前記第１クラッチが作動している前記第４衛星ギヤセットの前記リングギヤを選択して停止させる第４ブレーキをさらに含んでなるトランスミッション。
請求項８に記載のトランスミッションであって、前記シフト手段は、前記第２衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアに第３前進速度レンジである他のトランスミッション出力速度レンジの液圧出力を生じさせるために、前記第１クラッチが作動している間に、前記第３衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアを選択して接続して第２機械駆動速度で駆動させる第２クラッチをさらに含んでなるトランスミッション。
請求項９に記載のトランスミッションであって、前記シフト手段は、前記第２衛星ギヤセットの前記衛星ギヤキャリアに第４前進速度レンジの水圧機械式トランスミッション出力を生じさせるために、前記第１ブレーキが作動している間に、前記第４衛星ギヤセットの前記リングギヤを選択して接続して前記第１機械入力速度比で駆動させる第３クラッチをさらに含んでなるトランスミッション。