JP6286685B2

JP6286685B2 - 自動変速機

Info

Publication number: JP6286685B2
Application number: JP2014233842A
Authority: JP
Inventors: 伸也熊薮
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: JP2016098853A

Description

本発明は、車両の変速機として適用される有段式の自動変速機に関する。

従来、遊星歯車４組と、４つのクラッチ、２つのブレーキ及び一つのワンウェイクラッチといった複数の係合要素を使用して前進８速段後進１速段を達成する自動変速機として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。

特開２００３−１３０１５２号公報

しかしながら、特許文献１の自動変速機では、ダブルピニオン型の遊星歯車組を用いており、ギヤノイズやギヤの耐久性に問題があった。

本発明の目的とするところは、ダブルピニオン型の遊星歯車組を用いることなく前進８速段後進１速段を達成可能な自動変速機を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の自動変速機では、第１のサンギヤと、該第１のサンギヤに噛み合う第１のピニオンを支持する第１のキャリヤと、該第１のピニオンに噛み合う第１のリングギヤとからなる第１の遊星歯車と、第２のサンギヤと、該第２のサンギヤに噛み合う第２のピニオンを支持する第２のキャリヤと、該第２のピニオンに噛み合う第２のリングギヤとからなる第２の遊星歯車と、第３のサンギヤと、該第３のサンギヤに噛み合う第３のピニオンを支持する第３のキャリヤと、該第３のピニオンに噛み合う第３のリングギヤとからなる第３の遊星歯車と、第４のサンギヤと、該第４のサンギヤに噛み合う第４のピニオンを支持する第４のキャリヤと、該第４のピニオンに噛み合う第４のリングギヤとからなる第４の遊星歯車と、６つの係合要素と、を備え、前記６つの係合要素を適宜締結解放することにより少なくとも前進８変速段以上の変速段に変速して入力軸からのトルクを出力軸に出力可能な自動変速機であって、前記第１のサンギヤと前記第２のサンギヤとは連結して第１の回転メンバを構成しており、前記第１のキャリヤと前記第２のリングギヤとは連結して第２の回転メンバを構成しており、前記第１のキャリヤと前記第３のサンギヤとは連結して第３の回転メンバを構成しており、前記第３のキャリヤと前記第４のサンギヤとは連結して第４の回転メンバを構成しており、前記６つの係合要素は、前記第１の回転メンバと前記第４のリングギヤとの間を選択的に連結する第１の係合要素と、前記第１のリングギヤと前記第４の回転メンバとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、前記第３のリングギヤと前記第４のキャリヤとの間を選択的に連結する第３の係合要素と、前記第２の回転メンバ又は前記第３の回転メンバと前記第４の回転メンバとの間を選択的に連結する第４の係合要素と、前記第１のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第５の係合要素と、前記第４のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第６の係合要素と、から構成され、前記入力軸は前記第２のキャリヤに常時接続されており、前記出力軸は前記第４のキャリヤに常時接続されており、前記６つの係合要素のうち三つの同時締結の組み合わせにより少なくとも前進８変速段及び後退１変速段を達成することを特徴とする。

よって、本発明の自動変速機にあっては、単純遊星歯車組のみを用いて前進８速段後進１速段を達成可能なため、ギヤノイズやギヤの耐久性に有利な自動変速機を提供できる。

実施例１の自動変速機を示すスケルトン図である。実施例１の自動変速機における係合要素の結合表を示す図である。実施例１の段間比の変化を表す段間比グラフである。

以下、本発明の有段自動変速機の変速機構を実現する形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。まず、構成を説明する。図１は実施例１の有段式の自動変速機の変速機構を示すスケルトン図、図２は実施例１の自動変速機における係合要素の結合表である。尚、実施例１の係合要素は、多板クラッチ等の摩擦係合要素を採用するが、噛合い係合要素を採用してもよい。

実施例１の自動変速機は、図１に示すように、ギヤトレーンとして、シングルピニオン型の４組の遊星歯車組である第１遊星歯車組ＰＧ１，第２遊星歯車組ＰＧ２，第３遊星歯車組ＰＧ３及び第４遊星歯車組ＰＧ４を備えている。第１遊星歯車組ＰＧ１は、第１サンギヤＳ１と、第１リングギヤＲ１と、第１サンギヤＳ１と第１リングギヤＲ１とに噛み合う第１ピニオンＰ１と、を有する。第２遊星歯車組ＰＧ２は、第２サンギヤＳ２と、第２リングギヤＲ２と、第２サンギヤＳ２と第２リングギヤＲ２とに噛み合う第２ピニオンＰ２と、を有する。第３遊星歯車組ＰＧ３は、第３サンギヤＳ３と、第３リングギヤＲ３と、第３サンギヤＳ３と第３リングギヤＲ３とに噛み合う第３ピニオンＰ３と、を有する。第４遊星歯車組ＰＧ４は、第４サンギヤＳ４と、第４リングギヤＲ４と、第４サンギヤＳ４と第４リングギヤＲ４とに噛み合う第４ピニオンＰ４と、を有する。第１，第２，第３及び第４ピニオンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ第１，第２，第３及び第４キャリヤＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４に対して回転可能に支持されている。

第１サンギヤＳ１と第２サンギヤＳ２とは第１回転メンバＭ１により連結されている。第１キャリヤＰＣ１と第２リングギヤＲ２とは第２回転メンバＭ２により連結されている。第１キャリヤＰＣ１と第３サンギヤＳ３とは第３回転メンバＭ３により連結されている。第３キャリヤＰＣ３と第４サンギヤＳ４とは第４回転メンバＭ４により連結されている。入力軸Ｉｎｐｕｔは、第２キャリヤＰＣ２と常時接続されている。出力軸Ｏｕｔｐｕｔは、第３回転メンバＭ３と連結された第３ピニオンキャリヤＰＣ３と常時接続されている。

自動変速機には、４つのクラッチである第１，第２，第３及び第４係合要素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、２つのブレーキである第５，第６係合要素Ｅ，Ｆとが設けられている。第１係合要素Ａは、第１回転メンバＭ１と第４リングギヤＲ４との間を選択的に連結する。第２係合要素Ｂは、第１リングギヤＲ１と第３キャリヤＰＣ３との間を選択的に連結する。尚、第２係合要素Ｂは、第４回転メンバＭ４と第３キャリヤＰＣ３との間を選択的に連結可能であればよく、第４回転メンバＭ２又は第４サンギヤＳ４と第３キャリヤＰＣ３との間を選択的に連結することと同義である。第３係合要素Ｃは、第３リングギヤＲ３と第４キャリヤＰＣ４との間を選択的に連結する。第４係合要素Ｄは、第１キャリヤＰＣ１を第３キャリヤＰＣ３との間を選択的に連結する。尚、第４係合要素Ｄは、第２回転メンバＭ２又は第３回転メンバＭ３と第４回転メンバＭ４との間を選択的に連結可能であればよく、第２回転メンバＭ２，第３回転メンバＭ３，第２リングギヤＲ２及び第３サンギヤＳ３のいずれかと、第４回転メンバＭ４もしくは第４サンギヤＳ４との間を選択的に連結する構成としてもよい。第５係合要素Ｅは、第１リングギヤＲ１を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。第６係合要素Ｆは、第４リングギヤＲ４を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。

出力軸Ｏｕｔｐｕｔには、出力ギヤ等が設けられ、図外のディファレンシャルギヤやドライブシャフトを介して駆動輪へ回転駆動力が伝達される。実施例１の場合、出力軸Ｏｕｔｐｕｔは変速機ケースＨＳ等に塞がれているため、ＦＦ車両への適用が有利である。

各ギヤ段での前記係合要素の結合（締結）の関係を、図２の結合表により説明する（変速制御手段）。尚、表中の○印は締結、空欄は解放を表している。

まず、前進時について説明する。後退速は、第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃと第５係合要素Ｅの締結により達成する。１速は、第４係合要素Ｄと第５係合要素Ｅと第６係合要素Ｆの締結により達成する。２速は、第２係合要素Ｂと第４係合要素Ｄと第６係合要素Ｆの締結により達成する。３速は、第１係合要素Ａと第４係合要素Ｄと第６係合要素Ｆの締結により達成する。４速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第６係合要素Ｆの締結により達成する。５速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第４係合要素Ｄの締結により達成する。６速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第５係合要素Ｅの締結により達成する。７速は、第１係合要素Ａと第４係合要素Ｄと第５係合要素Ｅの締結により達成する。８速は、第１係合要素Ａと第３係合要素Ｃと第５係合要素Ｅの締結により達成する。

〔実施例１の効果〕
・係合要素の締結数に基づく効果
三つの係合要素を同時締結させて変速段を達成する構成であるため、全係合要素に占める解放されている係合要素の割合が低く、走行中のドラグトルクを低減することが可能となり、燃費を向上できる。

・スケルトン全体による効果
実施例１では、単純遊星４組と６つの係合要素という単純で少ない構成要素でありながら、適正な減速比を確保可能な前進８速後退１速の自動変速機を実現することができ、自動変速機の小型化を達成できる。

・単純遊星４組を使用することによる効果
単純遊星４組で構成することにより、ダブルピニオンを使う場合に比べて、ギヤノイズの悪化を抑制できると共に、ピニオンを小径とする必要がないため、ギヤの耐久性の悪化を抑制できる。

・変速時における係合要素の切換え数に基づく効果
（ｉ）変速時において、仮に、一つ以上の係合要素を解放し二つ以上の係合要素を締結する、もしくは、二つ以上の係合要素を解放し一つ以上の係合要素を締結すると、係合要素の締結・解放のタイミングやトルクの制御が複雑となる。そこで、変速制御の複雑化を回避する観点から、一つの係合要素を解放し、一つの係合要素を締結するのが好ましいとされる。いわゆる二重掛け替えの防止である。実施例１においては、前進１速から前進８速までの隣接するギヤ段への変速は、全て一つの係合要素を解放し、一つの係合要素を締結する掛け替え変速により達成できる。よって、変速時における制御の複雑化を回避できる。
（ｉｉ）多段化された自動変速機にあっては、次変速段を経ずに次々変速段に変速すること（以下、この変速を飛び変速と記載する。）が望まれる場合がある。例えば５速から次変速段である４速を経ずに次々変速段である３速へ一気に変速する。これにより、連続変速に伴う制御の複雑化や動力伝達が制限される時間の短縮化を図る。実施例１においては、前進時において、全ての変速段からの飛び変速を、上記（ｉ）と同様に掛け替え変速により達成できる。

・前進のレーシオカバレッジに基づく効果
前進のレーシオカバレッジ（ギヤ比幅）とは、最低段の減速比／最高段の減速比をいい、この値は、大きい値であるほど各前進段でのギヤ比設定自由度が高くなるということができる。実施例１では、例えば、前進１速の減速比を５．０６９、前進８速の減速比を０．５７６に設定可能であり、１−８速レーシオカバレッジは８．８０８となり、十分なレーシオカバレッジを確保できる。よって、例えば、動力源としてエンジン回転数幅がガソリンエンジンよりも狭く、同排気量で比較した場合にトルクが低いディーゼルエンジンを動力源として搭載した車両の変速機としても有用である。

また、レーシオカバレッジの割に、低速側のギヤ比が大きいと、ファイナルギヤへ伝達するトルクが大きくなる。このため、自動変速機やプロペラシャフトの強度が必要となり、車両全体が大型化する。つまり、同一のレーシオカバレッジであるならば、最低速変速比はそれほど大きくない方が好ましい。実施例１の自動変速機は、最低変速段のギヤ比をそれほど大きくすることなく、十分なレーシオカバレッジを確保することができる。

・１−Ｒレシオに基づく効果
後退１速の変速比と前進１速の変速比の比（後退１速の変速比／前進１速の変速比：以下、「１−Ｒレシオ」と称する）を、例えば、前進１速の減速比を５．０６９、後退速の減速比を４．０２３に設定可能である。この場合、１−Ｒレシオは０．７９４となるため、前進時と後退時とでアクセルペダルの踏み加減に対する車両の加速感が異なることもなく、運転性が悪化するという問題を回避することができる。

ここで、１−Ｒレシオについて補足説明する。１−Ｒレシオを適切な値に設定できない場合、例えば、１−Ｒレシオが小さな値になると、前進１速と後退１速とでアクセル開度に対する出力トルクが大きく異なる。前進時と後退時とで、アクセルペダルの踏み込み加減に対する車両の加速感が大きく異なると、前進１速と後退１速は共に車両発進時に使用される点で共通していることから、運転性が悪化するという問題がある。この観点から運転性の指標の１つとして導入されたものである。

・段間比に基づく効果
自動変速機の変速段は、発進から加速していく際、変速時にエンジン音の変化を伴うため、加速感や変速タイミングと運転者の感性とのマッチングが重要視される。このとき、ｎ速段の減速比を（ｎ＋１）速段の減速比で除した値である段間比が、右肩下がりであること、低変速段側では段間比が大きく変化し高変速段側では段間比が緩やかに変化すること、が望ましい。図３は実施例１の段間比の変化を表す段間比グラフである。図３に示すように、実施例１の自動変速機では、段間比が右肩下がりに変化しており、運転者に違和感を与えることがない。

・負荷依存効率に基づく効果
歯車の噛み合い損は、歯車にかかる負荷と差回転数に概ね比例すると考えられる。一般に、外接歯車の噛み合い損は１％程度とされ、内接歯車の場合は効率が良いため０．４３％程度とされている。そこで、ある遊星歯車において、入力軸Ｉｎｐｕｔが１回転したときの各回転要素の噛合いにおいて生じるサンギヤとキャリヤとの差回転と、サンギヤのトルク分担比との積に外接歯車の噛合い損を掛けて第１損失を計算し、リングギヤとキャリヤとの差回転と、リングギヤのトルク分担比との積に内接歯車の噛合い損を掛けて第２損失を計算し、この第１損失と第２損失との和を、ある遊星歯車の損失と定義する。この計算を前進変速段全てにおいて、全ての遊星歯車に対して行う。そして、各変速段、各遊星歯車で算出された損失全てを合計し、負荷依存損失と定義する。そして、１００％から負荷依存損失を減算したものを負荷依存効率と定義する。実施例１の自動変速機では、負荷依存効率としてほぼ９９％を達成しており、非常に効率の高い自動変速機を提供できる。

・回転メンバの軽量化に基づく効果
一般に、遊星歯車組の外周側を覆う回転メンバが複数ある場合、もしくは複数の遊星歯車組の外周側を覆う回転メンバが存在する場合、回転メンバが大型化する。回転メンバを外周側まで拡径しつつ軸方向に延在させる必要があるからである。これにより、回転メンバの製造コストや重量が増大する。また、回転要素である回転メンバの重量が増大すると、イナーシャの影響により変速品質を確保することが困難となる。これに対し、実施例１の自動変速機では、遊星歯車組を外周側から覆ってしまう回転メンバが存在しない。よって、回転メンバの軽量化を図ると共に、変速品質の向上を図ることができる。

・クラッチトルク分担比に基づく効果
一般に、ブレーキは変速機ケースＨＳとの間に設けられるため、高いトルク容量が得やすい。一方、クラッチは相対回転する回転要素に設けられるため、高締結圧の供給に耐えられるシール性を確保すると、損失が増大し、構成が複雑化しやすい。よって、クラッチのトルク容量は低いことが望ましい。実施例１の場合、前進時にあっては、クラッチである第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃと第４係合要素Ｄの最大クラッチトルク分担比をブレーキに比べて低く抑えることが可能なため、損失を抑制しつつ低コスト化を図ることができる。

以上、実施例１では前進８変速段を達成する構成について説明したが、８変速段のうちから適宜選択して前進７速段以下の変速段を達成する自動変速機として構成してもよい。

ＰＧ１第１遊星歯車組
Ｓ１第１サンギヤ
Ｒ１第１リングギヤ
Ｐ１第１ピニオン
ＰＣ１第１キャリヤ
ＰＧ２第２遊星歯車組
Ｓ２第２サンギヤ
Ｒ２第２リングギヤ
Ｐ２第２ピニオン
ＰＣ２第２キャリヤ
ＰＧ３第３遊星歯車組
Ｓ３第３サンギヤ
Ｒ３第３リングギヤ
Ｐ３第３ピニオン
ＰＣ３第３キャリヤ
ＰＧ４第４遊星歯車組
Ｓ４第４サンギヤ
Ｒ４第４リングギヤ
Ｐ４第４ピニオン
ＰＣ４第４キャリヤ
Ｉｎｐｕｔ入力軸
Ｏｕｔｐｕｔ出力軸
ＨＳ変速機ケース
Ａ第１係合要素
Ｂ第２係合要素
Ｃ第３係合要素
Ｄ第４係合要素
Ｅ第５係合要素
Ｆ第６係合要素

Claims

第１のサンギヤと、該第１のサンギヤに噛み合う第１のピニオンを支持する第１のキャリヤと、該第１のピニオンに噛み合う第１のリングギヤとからなる第１の遊星歯車と、
第２のサンギヤと、該第２のサンギヤに噛み合う第２のピニオンを支持する第２のキャリヤと、該第２のピニオンに噛み合う第２のリングギヤとからなる第２の遊星歯車と、
第３のサンギヤと、該第３のサンギヤに噛み合う第３のピニオンを支持する第３のキャリヤと、該第３のピニオンに噛み合う第３のリングギヤとからなる第３の遊星歯車と、
第４のサンギヤと、該第４のサンギヤに噛み合う第４のピニオンを支持する第４のキャリヤと、該第４のピニオンに噛み合う第４のリングギヤとからなる第４の遊星歯車と、
６つの係合要素と、
を備え、
前記６つの係合要素を適宜締結解放することにより少なくとも前進８変速段以上の変速段に変速して入力軸からのトルクを出力軸に出力可能な自動変速機であって、
前記第１のサンギヤと前記第２のサンギヤとは連結して第１の回転メンバを構成しており、
前記第１のキャリヤと前記第２のリングギヤとは連結して第２の回転メンバを構成しており、
前記第１のキャリヤと前記第３のサンギヤとは連結して第３の回転メンバを構成しており、
前記第３のキャリヤと前記第４のサンギヤとは連結して第４の回転メンバを構成しており、
前記６つの係合要素は、
前記第１の回転メンバと前記第４のリングギヤとの間を選択的に連結する第１の係合要素と、
前記第１のリングギヤと前記第４の回転メンバとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、
前記第３のリングギヤと前記第４のキャリヤとの間を選択的に連結する第３の係合要素と、
前記第２の回転メンバ又は前記第３の回転メンバと前記第４の回転メンバとの間を選択的に連結する第４の係合要素と、
前記第１のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第５の係合要素と、
前記第４のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第６の係合要素と、
から構成され、
前記入力軸は前記第２のキャリヤに常時接続されており、
前記出力軸は前記第４のキャリヤに常時接続されており、
前記６つの係合要素のうち三つの同時締結の組み合わせにより少なくとも前進８変速段及び後退１変速段を達成することを特徴とする自動変速機。
請求項１に記載の自動変速機において、
前記少なくとも前進８変速段を達成する６つの係合要素のうちの三つの同時締結の組み合わせとは、前記第４の係合要素と前記第５の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第２の係合要素と前記第４の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第４の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第２の係合要素と前記第６の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第２の係合要素と前記第４の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第２の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第４の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結、前記第１の係合要素と前記第３の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結、の組み合わせであり、後退速を達成する三つの同時締結の組み合わせとは、前記第２の係合要素と前記第３の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結であることを特徴とする自動変速機。