JP4698294B2 - 車両用多段自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用多段自動変速機に関し、より詳しくは、８速の変速段を実現することができるギアトレインに関する。

自動変速機の多段変速ギアメカニズムは、複数の遊星ギアセットの組み合わせからなっており、このような複数の遊星ギアセットが組み合わされたギアトレインは、エンジントルクを変換して伝達するトルクコンバーターから回転動力が入力されれば、これを多段に変速して出力側に伝達する機能を有する。
このような自動変速機のパワートレインは、多くの変速段を保有するほど動力性能及び燃料消費率の面で有利であるため、より多くの変速段を実現できるギアトレインが要求されている。

同一数の変速段を実現しても遊星ギアセットの組み合わせの方法によって、耐久性及び動力伝達効率、そして大きさ及び重量などが大きく異なるため、より堅固で動力損失を最小にしながらもコンパクト化できるギアトレインの開発のための努力が続いている。
また、遊星ギアセットを利用するギアトレインを開発するに当たっては、新たな遊星ギアセットを開発するのではなく、既存のシングルピニオン遊星ギアセット及びダブルピニオン遊星ギアセットをどのように組み合わせるか、これに伴うクラッチとブレーキ、及びワンウェイクラッチをどの位置に、どの程度配置するかを検討して、動力損失を極力減らして所望の変速段とこれに従う変速比を実現し、変速機の性能を向上させることを目標に多様な研究が進められている。

特に、手動変速機の場合には、変速段が多ければ、運転者が頻繁に変速しなければならない不便さがあるが、自動変速機の場合には運転状態によってトランスミッション制御ユニットが自動的にギアトレインの作動を制御して変速を行うので、より多くの変速段を実現できるギアトレインを開発することは非常に重要な価値があると言える。
このような傾向に対応するため、多様な研究が進められると共に、最近では前進６速及び前進８速の変速段を実現できる自動変速機のギアトレインが提案されている。
特開２００５−１３３８７７号公報 特開２００５−４２７９０号公報 特開２００３−１３０１５２号公報

本発明は上記要求に応じるためになされたものであって、本発明の目的は、２つの単純遊星ギアセットと１つの複合遊星ギアセットを７つの摩擦要素として利用して組み合わせることによって、前進８速の変速段を実現し、変速段間比がより調和が取れるように構成して動力伝達効率及び変速感を向上させ、後進変速比を大きくして後進登坂性能を向上させることができる車両用多段変速機を提供することにある。

上記の目的を実現するために本発明は、第１サンギア、第１リングギア、第１遊星キャリアをその作動部材として含む第１遊星ギアセットと、第２サンギア、第２リングギア、第２遊星キャリアをその作動部材として含む第２遊星ギアセットの２つのシングルピニオン遊星ギアセットを組み合わせ、第２リングギアと第１遊星キャリアを直接的に連結して、第１、２サンギアを第１作動要素、第２遊星キャリアを第２作動要素、第１遊星キャリアと第２リングギアを第３作動要素、第１リングギアを第４作動要素として構成した複合遊星ギアセットと、
遊星キャリアとリングギアを共有する複合遊星ギアセットであって、小径サンギアを第５作動要素、第３遊星キャリアを第６作動要素、第３リングギアを第７作動要素、大経サンギアを第８作動要素として構成した第３遊星ギアセットと、
前記第４作動要素の回転動力を各々第８作動要素及び第５作動要素に伝達する第１、２クラッチと、
入力軸の回転動力を各々第６作動要素と第５作動要素に伝達する第３、４クラッチと、
前記入力軸の回転動力を第２作動要素に伝達する第５クラッチと、
前記第８作動要素を変速機ハウジングと連結する第１ブレーキと、
前記第２作動要素を変速機ハウジングと連結する第２ブレーキと、
前記第７作動要素と連結される出力部材と、
を含んでなることを特徴とする。

第１速では第１ブレーキと第４クラッチが作動し、第２速では第１ブレーキと第２、５クラッチが作動し、第３速では第１ブレーキと第３クラッチが作動し、第４速では第２、３クラッチが作動し、第５速では第３、４クラッチが作動し、第６速では第１、３、５クラッチが作動し、第７速では第１、４、５クラッチが作動し、第８速では第１、２、５クラッチが作動して達成される。

第１作動要素を構成する第１サンギアは、完全固定要素として変速機ハウジングと直接連結され、第２サンギアは、常に入力要素として作用できるように入力軸に直接連結される。
また、第１クラッチは、ハブ側が第１リングギアに連結されて、ドラム部分が大経サンギアに連結され、第２クラッチは、ドラム側が第１リングギアに連結されて、ハブ部分が小径サンギアに連結され、第３クラッチは、ハブ側が第３遊星キャリアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、第４クラッチは、ハブ側が小径サンギアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、第５クラッチは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が入力軸と連結され、第１ブレーキは、ハブ側が第１クラッチのドラム側と大経サンギアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結され、第２ブレーキは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結されることを特徴とする。

本発明の自動変速機は、２つの単純遊星ギアセットと１つの複合遊星ギアセットを５つのクラッチと２つのブレーキで組み合わせることによって、前進８速と後進１速の変速段を実現することができるようにし、自動変速機の多段化に寄与して、動力伝達効率と燃費を向上させることができる。
また、前進８速変速段の段間比が低速段から高速にいくほど順次大きくなるよう調和をとることで、変速感を向上させるとともに、後進変速比を大きくして後進登坂性能を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照してさらに詳細に説明する。

図１乃至図３は本発明による車両用自動変速機の一実施形態を示したものであって、本発明に適用されるギアトレインは、既存のものと同様に、図示していない発進手段（トルクコンバーター）から入力軸２を通じて入力されれば、変速機構４で変速を行った後、出力部材６を通じて出力が行われるように構成される。
変速機構４はシングルピニオン遊星ギアセットからなる第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）及びラヴィニュータイプ（Ｒａｖｉｎｇｎｅａｕｘ ｔｙｐｅ）の複合遊星ギアセットからなる第３遊星ギアセット（ＰＧ３）で構成され、これらは入力軸２上に配置される。

第１遊星ギアセット（ＰＧ１）は第１サンギア（Ｓ１）、第１リングギア（Ｒ１）、及び第１遊星キャリア（ＰＣ１）をその作動部材として含む。
第２遊星ギアセット（ＰＧ２）は第２サンギア（Ｓ２）、第２リングギア（Ｒ２）、及び第２遊星キャリア（ＰＣ２）をその作動部材として含む。
第３遊星ギアセット（ＰＧ３）は大径サンギア（Ｓ３）、小径サンギア（Ｓ３’）、第３リングギア（Ｒ３）、及び第３遊星キャリア（ＰＣ３）をその作動部材として含む。

第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）は第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギア（Ｒ２）が直接連結されて５個の作動要素を備えた一つの複合遊星ギアセットのように構成され、ラヴィニュータイプの複合遊星ギアセットである第３遊星ギアセット（ＰＧ３）は第３リングギア（Ｒ３）と第３遊星キャリア（ＰＣ３）を共有する。

そして、第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）において、第１サンギア（Ｓ１）が変速機ハウジング８に固定的に連結され、第２サンギア（Ｓ２）が入力軸２と直接連結される。また、トルクを出力する第１リングギア（Ｒ１）は第１クラッチ（Ｃ１）を介在して大径サンギア（Ｓ３）と可変的に連結されると共に、第２クラッチ（Ｃ２）を介在して小径サンギア（Ｓ３’）と可変的に連結される。大径サンギア（Ｓ３）はロングピニオン（ＬＰ）に噛み合っており、前記小径サンギア（Ｓ３’）はショットピニオン（ＳＰ）に噛み合っている。

また、第３遊星ギアセット（ＰＧ３）の第３遊星キャリア（ＰＣ３）及び小径サンギア（Ｓ３‘）は、第３、４クラッチ（Ｃ３、Ｃ４）を介在して入力軸２と可変的に連結され、第２遊星キャリア（ＰＣ２）は第５クラッチ（Ｃ５）を介在して入力軸２と可変的に連結される。その結果、全体的に４つの入力経路（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を有するようになる。
大径サンギア（Ｓ３）及び第２遊星キャリア（ＰＣ２）は第１、２ブレーキ（Ｂ１、Ｂ２）を介在して変速機ハウジング８と連結され、第１サンギア（Ｓ１）を含む３個の固定要素を保有する。

このような構成によって、図３のように、第１作動要素は第１、２サンギア（Ｓ１、Ｓ２）、第２作動要素は第２遊星キャリア（ＰＣ２）、第３作動要素は第１遊星キャリア（ＰＣ１）と第２リングギア（Ｒ２）、第４作動要素は第１リングギア（Ｒ１）、第５作動要素は小径サンギア（Ｓ３’）、第６作動要素は第３遊星キャリア（ＰＣ３）、第７作動要素は第３リングギア（Ｒ３）、第８作動要素は大径サンギア（Ｓ３）に設定されるが、この設定方法は当業者なら自明なことであるので、詳細な説明は省略する。

前記説明において、第１乃至第５クラッチ（Ｃ１〜Ｃ５）は全て多板クラッチからなり、第１クラッチ（Ｃ１）はそのハブ部分が第１リングギア（Ｒ１）に連結され、ドラム部分が大径サンギア（Ｓ３）に連結される。第２クラッチ（Ｃ２）はそのドラム部分が第１リングギア（Ｒ１）に連結され、ハブ部分が小径サンギア（Ｓ３’）に連結される。
そして、第３クラッチ（Ｃ３）はそのハブ部分が第３遊星キャリアＰ（Ｃ３）に連結され、ドラム部分が入力軸２に連結される。第４クラッチ（Ｃ４）はそのハブ部分が小径サンギア（Ｓ３’）に連結され、ドラム部分が入力軸２に連結される。第５クラッチ（Ｃ５）はハブ部分が第２遊星キャリア（ＰＣ２）に連結されてドラム部分が入力軸２と連結される。

第１、２ブレーキ（Ｂ１、Ｂ２）は多板クラッチで構成されるが、第１ブレーキ（Ｂ１）はハブ部分が第１クラッチ（Ｃ１）のドラム部分と大径サンギア（Ｓ３）に連結されて大径サンギア（Ｓ３）を変速機ハウジング８に係止できるように構成される。第２ブレーキ（Ｂ２）はハブ部分が第２遊星キャリア（ＰＣ２）に連結されて第２遊星キャリア（ＰＣ２）を選択的に変速機ハウジング８に係止できるように構成される。
前記のような構成の自動変速機は、図示してはいないが、電子制御ユニット及び油圧システムの制御によって運転者の選択する変速レンジに応じる変速段階の範囲で車両負荷に基づいて変速を行う。

図２は図面において略号として示すクラッチ及びブレーキの作動（図面では●で表示）と作動解放によって達成される変速段系を示し、図３は各クラッチ及びブレーキの作動によって達成される変速段系と、その時の各作動要素の速度比との関係を速度線図で示した図面である。
このような構成の本発明の自動変速機の作動関係を図１乃至図３に基づいて説明する。
第１速は、第４クラッチ（Ｃ４）と第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって達成されるが、この場合には入力軸２からの回転動力が第４クラッチ（Ｃ４）が作動されながら第４入力経路（Ｔ４）を通じて小径サンギア（Ｓ３’）に入力され、第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって大径サンギア（Ｓ３）が反力として作用して出力要素である第３リングギア（Ｒ３）の最大減速が出力部材６を通じて出力される（ギア比３．５４０）。

第２速は第２クラッチ（Ｃ２）及び第５クラッチ（Ｃ５）と第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって達成されるが、この場合には第１、２入力経路（Ｔ１、Ｔ２）を通じて同時入力が行われるようになるため、第２遊星ギアセット（ＰＧ２）は直結の状態で第１遊星ギアセット（ＰＧ１）の第１遊星キャリア（ＰＣ１）に入力が行われ、第１サンギア（Ｓ１）の反力として増速回転が第１リングギア（Ｒ１）に出力される。
第２速では、第１リングギア（Ｒ１）の出力は第２クラッチ（Ｃ２）の作動によって小径サンギア（Ｓ３’）に入力が行われ、第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって大径サンギア（Ｓ３）が反力要素として作用するようになるため、１速よりは減速が小さい状態で出力されながら前進２速変速が行われる（ギア比２．２３０）。

第３速は、第３クラッチ（Ｃ３）と第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって達成されるが、この場合には第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）は変速に作用せず、入力軸２からの回転動力が第３クラッチ（Ｃ３）の作動によって第３入力経路（Ｔ３）を通じて入力され、第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって大径サンギア（Ｓ３）が反力として作用して出力要素である第３リングギア（Ｒ３）を通じて出力部材６に出力される（ギア比１．６３０）。

第４速は第２、３、５クラッチ（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５）が同時に作動して達成されるが、この場合には第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）が前記第２速のように作動しながら増速された状態で第３遊星ギアセット（ＰＧ３）の小径サンギア（Ｓ３’）に出力が行われ、第３遊星ギアセット（ＰＧ３）は第３速と類似しているように減速作用するため、第３速より小さく減速された状態で出力が行われる（ギア比は略１．２４０）。

第５速は第３クラッチ（Ｃ３）と第４クラッチ（Ｃ４）の同時作動によって達成されるが、第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）は変速に関与せず、第３、４クラッチ（Ｃ３、Ｃ４）の同時作動によって第３遊星ギアセット（ＰＧ３）が直結の状態で出力が行われる（ギア比１．０００）。

第６速は第１クラッチ（Ｃ１）と第３クラッチ（Ｃ３）及び第５クラッチ（Ｃ５）の作動によって達成されるが、この場合に第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）では、第４速のように増速された状態で出力が行われ、その増速された回転が第１クラッチ（Ｃ１）を通じて大径サンギア（Ｓ３）に入力されると共に、第３クラッチ（Ｃ３）の作動によって第３入力経路（Ｔ３）を通じて第３遊星キャリア（ＰＣ３）に入力が行われるようになる。そのため、大径サンギア（Ｓ３）と第３遊星キャリア（ＰＣ３）の中間の回転になりながらオーバードライブ状態で出力が行われる（ギア比０．８１５）。

第７速は第１、４、５クラッチ（Ｃ１、Ｃ４、Ｃ５）の同時作動によって達成されるが、この場合に第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）では第６速のように増速された状態で出力が行われ、その増速された回転が第１クラッチ（Ｃ１）を通じて大径サンギア（Ｓ３）を通じて入力されると共に、第４クラッチ（Ｃ４）の作動によって第４入力経路（Ｔ４）を通じて小径サンギア（Ｓ３’）に入力が行われる。そのため、大径サンギア（Ｓ３）と小径サンギア（Ｓ３’）の中間の回転になりながら第７速のオーバードライブよりは大きいオーバードライブ状態で出力が行われる（ギア比０．７０４）。

第８速は第１、２、５クラッチ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５）の同時作動によって達成されるが、この場合、第１、２遊星ギアセット（ＰＧ１、ＰＧ２）では第７速のように増速された状態で出力が行われ、その増速された回転が第１クラッチ（Ｃ１）と第２クラッチ（Ｃ２）の作動によって大径サンギア（Ｓ３）と小径サンギア（Ｓ３’）に同時に入力が行われる。そのため、第３遊星ギアセット（ＰＧ３）が直結状態になりながら最高変速段の出力が行われる（ギア比０．６３０）。

また、後進は第２クラッチ（Ｃ２）と第１、２ブレーキ（Ｂ１、Ｂ２）の作動によって達成されるが、この場合には第１入力経路（Ｔ１）を通じた回転動力が第２ブレーキ（Ｂ１）の作動によって出力要素である第１リングギア（Ｒ１）の逆転出力が行われ、逆転出力は第２クラッチ（Ｃ２）の作動によって小径サンギア（Ｓ３’）に入力される。
このような逆転の入力状態で第１ブレーキ（Ｂ１）の作動によって大径サンギア（Ｓ３）が反力要素として作動しながら出力要素である第３リングギア（Ｒ３）を通じて逆転出力が行われ後進変速が完了する（ギア比−３．５５６）。
図２において●表示は第５クラッチ（Ｃ５）を作動させても何らの問題がないことを意味する。

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

本発明による自動変速機のギアトレインを示した図面である。 本発明に適用されるギアトレインの作動要素表である。 本発明に適用されるギアトレインの速度線図である。

符号の説明

２ 入力軸
４ 変速機構
６ 出力部材
ＰＧ１、ＰＧ２、 ＰＧ３ 第１、２、３遊星ギアセット
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ １、２、３、４、５クラッチ
Ｂ１、Ｂ２ 第１、２ブレーキ
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３ 第１、２、３遊星キャリア
Ｓ１、Ｓ２ 第１、２サンギア
Ｓ３ 大径サンギア
Ｓ３’小径サンギア
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 第１、２、３、４入力経路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 第１、２、３リングギア

Claims (8)

1. 第１サンギア、第１リングギア、第１遊星キャリアをその作動部材として含む第１遊星ギアセットと、第２サンギア、第２リングギア、第２遊星キャリアをその作動部材として含む第２遊星ギアセットの２つのシングルピニオン遊星ギアセットを組み合わせ、第２リングギアと第１遊星キャリアを直接的に連結して、第１、２サンギアを第１作動要素、第２遊星キャリアを第２作動要素、第１遊星キャリアと第２リングギアを第３作動要素、第１リングギアを第４作動要素として構成した複合遊星ギアセットと、
   遊星キャリアとリングギアを共有する複合遊星ギアセットであって、小径サンギアを第５作動要素、第３遊星キャリアを第６作動要素、第３リングギアを第７作動要素、大経サンギアを第８作動要素として構成した第３遊星ギアセットと、
   前記第４作動要素の回転動力を各々第８作動要素及び第５作動要素に伝達する第１、２クラッチと、
   入力軸の回転動力を各々第６作動要素と第５作動要素に伝達する第３、４クラッチと、
   前記入力軸の回転動力を第２作動要素に伝達する第５クラッチと、
   前記第８作動要素を変速機ハウジングと連結する第１ブレーキと、
   前記第２作動要素を変速機ハウジングと連結する第２ブレーキと、
   前記第７作動要素と連結される出力部材と、
   を含んでなることを特徴とする車両用多段自動変速機。
2. 第１速では第１ブレーキと第４クラッチが作動し、
   第２速では第１ブレーキと第２、５クラッチが作動し、
   第３速では第１ブレーキと第３クラッチが作動し、
   第４速では第２、３クラッチが作動し、
   第５速では第３、４クラッチが作動し、
   第６速では第１、３、５クラッチが作動し、
   第７速では第１、４、５クラッチが作動し、
   第８速では第１、２、５クラッチが作動して達成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用多段自動変速機。
3. 第１作動要素を構成する第１サンギアは、完全固定要素として変速機ハウジングと直接連結され、
   第２サンギアは、常に入力要素として作用できるように入力軸に直接連結されることを特徴とする請求項１に記載の車両用多段自動変速機。
4. 第１作動要素を構成する第１サンギアは、完全固定要素として変速機ハウジングと直接連結され、
   第２サンギアは、常に入力要素として作用できるように入力軸に直接連結されることを特徴とする請求項２に記載の車両用多段自動変速機。
5. 第１クラッチは、ハブ側が第１リングギアに連結されて、ドラム部分が大経サンギアに連結され、
   第２クラッチは、ドラム側が第１リングギアに連結されて、ハブ部分が小径サンギアに連結され、
   第３クラッチは、ハブ側が第３遊星キャリアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第４クラッチは、ハブ側が小径サンギアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第５クラッチは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が入力軸と連結され、
   第１ブレーキは、ハブ側が第１クラッチのドラム側と大経サンギアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結され、
   第２ブレーキは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結されることを特徴とする請求項１に記載の車両用多段自動変速機。
6. 第１クラッチは、ハブ側が第１リングギアに連結されて、ドラム部分が大経サンギアに連結され、
   第２クラッチは、ドラム側が第１リングギアに連結されて、ハブ部分が小径サンギアに連結され、
   第３クラッチは、ハブ側が第３遊星キャリアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第４クラッチは、ハブ側が小径サンギアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第５クラッチは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が入力軸と連結され、
   第１ブレーキは、ハブ側が第１クラッチのドラム側と大経サンギアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結され、
   第２ブレーキは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結されることを特徴とする請求項２に記載の車両用多段自動変速機。
7. 第１クラッチは、ハブ側が第１リングギアに連結されて、ドラム部分が大経サンギアに連結され、
   第２クラッチは、ドラム側が第１リングギアに連結されて、ハブ部分が小径サンギアに連結され、
   第３クラッチは、ハブ側が第３遊星キャリアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第４クラッチは、ハブ側が小径サンギアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第５クラッチは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が入力軸と連結され、
   第１ブレーキは、ハブ側が第１クラッチのドラム側と大経サンギアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結され、
   第２ブレーキは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結されることを特徴とする請求項３に記載の車両用多段自動変速機。
8. 第１クラッチは、ハブ側が第１リングギアに連結されて、ドラム部分が大経サンギアに連結され、
   第２クラッチはドラム側が第１リングギアに連結されて、ハブ部分が小径サンギアに連結され、
   第３クラッチは、ハブ側が第３遊星キャリアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第４クラッチは、ハブ側が小径サンギアに連結されて、ドラム部分が入力軸に連結され、
   第５クラッチは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が入力軸と連結され、
   第１ブレーキは、ハブ側が第１クラッチのドラム側と大経サンギアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結され、
   第２ブレーキは、ハブ側が第２遊星キャリアに連結されて、ドラム側が変速機ハウジングに連結されることを特徴とする請求項４に記載の車両用多段自動変速機。

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