JP6286687B2 - 自動変速機 - Google Patents

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

一般に、クラッチはブレーキに比べてレイアウト自由度が低い。特許文献１は、クラッチを４つ有するため、自動変速機の大型化や製造コストの上昇を招くという問題があった。

本発明の目的とするところは、クラッチの数を抑制しつつ前進１０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、７つの係合要素と、を備え、前記７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１０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３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のリングギヤと前記第３のキャリヤとは連結して第２の回転メンバを構成しており、前記第２のサンギヤと前記第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２のキャリヤと前記第４のリング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７つの係合要素は、前記第１のキャリヤと前記第４のサン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のキャリヤと前記第４のキャリヤとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、前記第２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１の回転メンバ又は前記第３の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第４の係合要素と、前記第４の回転メンバ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２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、前記第３のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第７の係合要素と、から構成され、前記入力軸は前記第４のサンギヤと常時接続されており、前記出力軸は前記第２の回転メンバに常時接続されており、前記７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１０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、係合要素内のクラッチの数を抑制しつつ多段化でき、自動変速機の大型化や製造コストの上昇を回避した前進１０速段後進１速段を達成可能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。 実施例１の自動変速機の回転数と負荷の関係を表す図である。

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３サンギヤＳ３とは第１回転メンバＭ１により連結されている。第１リングギヤＲ１と第３キャリヤＰＣ３とは第２回転メンバＭ２により連結されている。第３サンギヤＳ３と第２サンギヤＳ２とは第３回転メンバＭ３により連結されている。第２キャリヤＰＣ２と第４リングギヤＲ４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４サンギヤＳ４と常時接続されている。出力軸Ｏｕｔｐｕｔは、第２回転メンバＭ２と連結された第１リングギヤＲ１と常時接続されている。尚、出力軸Ｏｕｔｐｕｔは、第２回転メンバＭ２又は第３キャリヤＰＣ３と常時接続してもよい。

自動変速機には、３つのクラッチである第１，第２，第３係合要素Ａ，Ｂ，Ｃと、４つのブレーキである第４，第５，第６，第７係合要素Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇと、が設けられている。第１係合要素Ａは、第１キャリヤＰＣ１と第４サンギヤＳ４との間を選択的に連結する。第２係合要素Ｂは、第１キャリヤＰＣ１と第４キャリヤＰＣ４との間を選択的に連結する。第３係合要素Ｃは、第２リングギヤＲ２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３回転メンバＭ３を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。尚、第３回転メンバＭ３は第３サンギヤＳ３を介して第１回転メンバＭ１と連結されているため、第２サンギヤＳ２，第３サンギヤ，第１回転メンバＭ１及び第１サンギヤＳ１のいずれかを変速機ケースＨＳに選択的に固定してもよい。第５係合要素Ｅは、第２キャリヤＰＣ２を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。尚、第２キャリヤＰＣ２は第４回転メンバＭ４と連結されているため、第４回転メンバＭ４又は第４リングギヤＲ４を変速機ケースＨＳに選択的に固定してもよい。第６係合要素Ｆは、第２リングギヤＲ２を変速機ケースＨＳに選択的に固定する。第７係合要素Ｇは、第３リングギヤＲ３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等に塞がれておらず、ＦＲ車両に適用可能とされている。

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３係合要素Ｃと第５係合要素Ｅと第７係合要素Ｇの締結により達成する。１速は、第２係合要素Ｂと第５係合要素Ｅと第７係合要素Ｇの締結により達成する。２速は、第２係合要素Ｂと第６係合要素Ｆと第７係合要素Ｇの締結により達成する。３速は、第２係合要素Ｂ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。４速は、第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃと第６係合要素Ｆの締結により達成する。５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。６速は、第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃと第４係合要素Ｄの締結により達成する。７速は、第１係合要素Ａと第２係合要素Ｂと第３係合要素Ｃ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４係合要素Ｄの締結により達成する。９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。１０速は、第１係合要素Ａと第３係合要素Ｃと第６係合要素Ｆの締結により達成する。

〔実施例１の効果〕

・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７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１０速後退１速の自動変速機を実現することができ、自動変速機の多段化及び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１０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、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。

・係合要素数の観点に基づく効果
実施例１での係合要素数は、第４係合要素Ｄと第５係合要素Ｅと第６係合要素Ｆと第７係合要素Ｇがブレーキとされている。一般に、ブレーキは変速機ケースＨＳに設けられるため、ブレーキをリングギヤの外周に配置することができる。そのため、有段式の自動変速機の全長を伸ばすことなく係合要素を配置できる。一方、クラッチをリングギヤの外周に配置する場合、油圧供給の困難性が伴い、遠心キャンセル機構を設ける必要があるため、構造の複雑化や全長の増大を招くおそれがある。実施例１の自動変速機では、クラッチの数を抑制し、多くのブレーキを備えたことで、クラッチ数が多い場合に比べ、シールリング数や遠心キャンセル機構の増加を抑制することが可能となり、燃費を向上しつつ、部品点数や軸方向寸法の増加を抑制することができる。

・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６．６１８、前進１０速の減速比を０．５７５に設定可能であり、１−１０速レーシオカバレッジは１１．５２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。

・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、また、１速から３速までは段間比の変化が大きく、３速から１０速では段間比の変化が緩やかである。よって、運転者に違和感を与えることがない。

・回転要素の回転数と負荷との関係に基づく効果
自動変速機は、複数の回転要素を有し、変速段ごとに各回転要素の回転数が変化する。このとき、入力回転数に対して過剰に回転する回転要素が存在すると、耐久性や音振性能の悪化を招く。よって、入力回転数に対して過剰に回転数が増大する過回転は回避すべきである。ただし、回転数が入力回転数よりも高回転であっても、エンジン回転数がさほど上昇しないと考えられる高変速段側であれば影響は小さく、更に、回転要素の高回転時に、この高回転回転要素に負荷が作用していなければ問題はない。図４は実施例１の自動変速機の回転数と負荷の関係を表す図である。実施例１の自動変速機では、９速と、１０速とで若干過回転となる回転要素が存在する。図４（ａ）は、９速のときの各回転要素の回転数を表す図、図４（ｂ）は１０速のときの各回転要素の回転数を表す図、図４（ｃ）は第３リングギヤＲ３に作用する変速段毎の負荷を表す図である。９速及び１０速では、第３リングギヤＲ３が過回転となる。しかしながら、図４（ｃ）に示すように、９速及び１０速では、第３リングギヤＲ３に負荷が作用していない。よって、９速及び１０速で第３リングギヤＲ３が高回転となっても問題はない。

以上、実施例１では前進１０変速段を達成する構成について説明したが、１０変速段のうちから適宜選択して前進９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
Ｇ 第７係合要素

Claims (2)

1. 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、
   ７つの係合要素と、
   を備え、
   前記７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１０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３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のリングギヤと前記第３のキャリヤとは連結して第２の回転メンバを構成しており、
   前記第２のサンギヤと前記第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２のキャリヤと前記第４のリング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７つの係合要素は、
   前記第１のキャリヤと前記第４のサン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のキャリヤと前記第４のキャリヤとの間を選択的に連結する第２の係合要素と、
   前記第２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１の回転メンバ又は前記第３の回転メンバを変速機ケースに選択的に固定する第４の係合要素と、
   前記第４の回転メンバ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２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、
   前記第３のリングギヤを変速機ケースに選択的に固定する第７の係合要素と、
   から構成され、
   前記入力軸は前記第４のサンギヤと常時接続されており、
   前記出力軸は前記第２の回転メンバに常時接続されており、
   前記７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１０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。
2. 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１０変速段を達成する７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２の係合要素と前記第５の係合要素と前記第７の係合要素の同時締結、前記第２の係合要素と前記第６の係合要素と前記第７の係合要素の同時締結、前記第２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３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３の係合要素と前記第５の係合要素の同時締結、前記第２の係合要素と前記第３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３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４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、前記第１の係合要素と前記第３の係合要素と前記第６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３の係合要素と前記第５の係合要素と前記第７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。

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