JP2012241894A - 自動変速機の変速衝撃低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、変速時に発生する衝撃を減少させ、クラッチの接合特性を緩やかにする自動変速機の変速衝撃低減装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、制御圧力により作動するピストン、前記ピストンの作動により接合作動するクラッチで構成され、前記ピストンと前記クラッチとの間に、前記ピストンの作動位置に応じて段階的にスプリング弾性力を増加させるクッションスプリングが設けられ、前記クラッチ接合による変速衝撃が緩和されることを特徴とし、前記クッションスプリングは、前記クラッチの作動方向に屈曲した複数の曲面スプリングが互いに連結され、少なくとも屈曲高さの異なる２種類以上の曲面スプリングからなることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動変速機の変速衝撃低減装置に係り、より詳しくは、ピストンの作動位置に応じて反発力が段階的に変化するクッションスプリングを用い、変速時に発生する衝撃を減少させ、クラッチの接合特性を緩やかにする自動変速機の変速衝撃低減装置に関する。

一般に、自動変速機は、車両の走行状態に応じて適切な変速段に自動変速する装置であって、自動変速を具現するために、サンギア（ｓｕｎ ｇｅａｒ）、リングギア（ｒｉｎｇ ｇｅａｒ）、そして遊星キャリア（ｐｌａｎｅｔ ｃａｒｒｉｅｒ）をその作動部材として含む遊星ギアセットを少なくとも一つ以上含み、このような作動部材の動作を制御するために、クラッチとブレーキのような摩擦要素が複数備えられる。

自動変速機には、このような摩擦要素を油圧制御するために、油圧制御システムが備えられ、各変速段に応じて定められたクラッチとブレーキが油圧制御システムにより結合または解除するように制御されることにより、各変速段が具現される。
摩擦要素のうち、クラッチは、遊星ギアセットの作動部材にエンジンの動力を伝達するか、または作動部材間の動力伝達を媒介する役割をする。
このようなクラッチは、クラッチハブとクラッチドラムとの間に複数のクラッチディスクと摩擦材が交互に挟まれて構成され、ピストンに油圧を加えて動力伝達を制御する。

例えば、ギア変速時に、クラッチハブに形成された油穴を介してピストンとクラッチドラムとの間の空間へオイルが流入すれば、オイルの油圧により、ピストンが摩擦材とクラッチディスクを密着させることによりクラッチが作動する。
しかし、このような従来の自動変速機は、変速過程で発生する過度トルク（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｔｏｒｑｕｅ）と駆動系に存在するバックラッシュとを根本的に除去するのは難しいため、作動時に瞬間的に高い油圧がピストンにかかることによって急激な変化が発生し、変速衝撃及びクランク（ｃｌｕｎｋ）騷音などのような解決し難い問題を有する。

従来、自動変速機に発生する変速問題の殆どは、クラッチの接合（あるいはクラッチディスクと摩擦材の密着）時点で発生する変速衝撃が最も大きな要因として知られており、この時に発生した衝撃トルクは、駆動系のバックラッシュにより増幅され、伝達系を介して運転者に伝達される。
このような従来の自動変速機の変速衝撃を低減するために、変速時間を増大したが、これは、変速応答性を減少させる問題をもたらした。
即ち、自動変速機の変速時間を短縮すれば、変速衝撃が増大し、変速時間を延長すれば、変速遅延が感じられる問題がある。

特開平０６−００８７５３号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ピストンの作動位置に応じて反発力が段階的に変化するクッションスプリングを用い、変速時に発生する衝撃を減少させ、クラッチの接合特性を緩やかにする自動変速機の変速衝撃低減装置を提供することにその目的がある。

上記目的を達成するために、本発明は、制御圧力により作動するピストン、前記ピストンの作動により接合作動するクラッチで構成され、前記ピストンと前記クラッチとの間に、前記ピストンの作動位置に応じて段階的にスプリング弾性力を増加させるクッションスプリングが設けられ、前記クラッチ接合による変速衝撃が緩和されることを特徴とする。

前記クッションスプリングは、前記クラッチの作動方向に屈曲した複数の曲面スプリングが互いに連結され、少なくとも屈曲高さの異なる２種類以上の曲面スプリングからなることを特徴とする。

本発明による自動変速機の変速衝撃低減装置によれば、変速時に、ピストンの変位に応じてクッションスプリングの反発力が段階的に変化し、クラッチ接合時点で発生する変速衝撃及び異音発生を緩和することができる。

本発明による自動変速機の変速衝撃低減装置を示す概略図である。 （ａ）は、本発明の一実施例によるクッションスプリングを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のクッションスプリングの屈曲高さの説明図と平面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施例によるクッションスプリングを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のクッションスプリングの屈曲高さの説明図と平面図である。 変速時に油圧駆動されるピストンの速度変化を比較して示す図である。 変速時に油圧駆動されるピストンの位置に応じて発生するクッションスプリングの反発力を既存のものと比較して示す図である。 変速時に油圧駆動されるピストンの位置に応じて発生するクッションスプリングの多段階の反発力を示す図である。 実車検証のために、独自の８速変速機に１段クッションスプリングを適用して試験した結果を、既存の独自の８速変速機を搭載した車両と比較して示す図である。

本発明は、クラッチの接合時に発生する衝撃トルクに対する大きな耐性を確保するための自動変速機の変速衝撃低減装置に関するものであって、変速時にピストンの作動に応じた反発力を多段化したクッションスプリングを用い、変速感及び変速応答性が向上できる。
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
本発明は、クラッチの接合時に発生する変速衝撃を低減させるために、図１に示す通り、自動変速機のクラッチ１０とピストン２０との間に多段構造で屈曲形成されるクッションスプリング３０を有する。

クッションスプリング３０は、クラッチ１０の一側に連結され、摩擦材１１の一面に摩擦力により面接触し、ピストン２０とは一定間隔をおいて配置される。
クッションスプリング３０は、ギア変速に応じてピストン２０と直接接触して加圧され、ピストン２０の圧力をクラッチ１０に伝達する。
クラッチ１０は、周知のように、クラッチドラムとクラッチハブとの間の複数の摩擦材１１とクラッチディスク１２が交互に配置され、制御圧力（油圧または空圧）により駆動されるピストン２０により、クッションスプリング３０を介して摩擦材１１とクラッチディスク１２とが密着するようになっている。
また、ピストン２０は、リターンスプリング２１の弾性力を受けるよう配置されている。

図２の（ａ）は、本発明のクッションスプリングを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のクッションスプリングの屈曲高さの説明図と平面図である。
図２に示す通り、クッションスプリング３０−１は、ピストン２０の作動位置に応じて段階的にスプリングの反発力を増加するために、ベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）構造を有する複数の曲面スプリング３１、３２が交互に連結されている。
即ち、クラッチ１０とピストン２０との間に設けられるクッションスプリング３０−１は、クラッチ１０の作動方向（摩擦材とクラッチディスクが相互接合のために移動する方向）に屈曲した曲面スプリング３１、３２が円形に連結されている。

クッションスプリング３０は、クラッチ１０の作動方向に屈曲して凹凸を形成するｎ個の曲面スプリング３１、３２からなる。図２の（ａ）に示す通り、クラッチ１０の作動方向に屈曲して凹凸部を形成する第１曲面スプリング３１と第２曲面スプリング３２とがそれぞれ複数設けられ、交互に連結されている。
図２（ｂ）のクッションスプリングの屈曲高さの説明図に示す通り、第１曲面スプリング３１と第２曲面スプリング３２とは、各々異なる屈曲高さＨ１、Ｈ２を有し交互に連結されて波状をなすように形成される。
屈曲高さＨ１、Ｈ２は、第１曲面スプリング３１と第２曲面スプリング３２が形成する波形の各々の波高を示す。

以下、本発明のクッションスプリング３０−１の変速時の作動状態について説明する。
油圧制御システムによりピストン２０が駆動され、複数のクラッチディスク１２が摩擦材１１に密着加圧されると、クッションスプリング３０−１のうち屈曲高さが高い第１曲面スプリング３１の波の山Ｐ２が、制御油圧により駆動されるピストン２０と最初に接して加圧され、１次的に変速衝撃を吸収する。ピストン２０が次第に移動して次の屈曲高さを有する第２曲面スプリング３２の波の山Ｐ２と接し、その後、第１及び第２曲面スプリング３１、３２の山が同時に加圧されることによってスプリングの反発力が増加し、クラッチ１０の接合による変速衝撃を緩やかに吸収するようになる。

添付した図３の（ａ）は、本発明の他の実施例によるクッションスプリングの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のクッションスプリングの屈曲高さの説明図と平面図である。
図３に示す通り、本発明の他の実施例によるクッションスプリング３０−２は、クラッチ１０の作動方向に屈曲して凹凸部を形成する本発明の他の実施例の第１、第２、第３曲面スプリング３３、３４、３５がそれぞれ一つ以上連結されて円を形成する。
図３の（ｂ）に示すように、本発明の他の実施例の第１、第２、第３曲面スプリング３３、３４、３５は、互いに連結されて波状をなし、異なる屈曲高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３を有する。

以下、本発明の他の実施例によるクッションスプリング３０−２の作動状況を説明する。
ピストン２０をクラッチ１０側に押し付ける制御油圧により、ピストン２０がリターンスプリング２１を圧縮し、複数のクラッチディスク１２が摩擦材１１を密着加圧する。加圧段階において、まず、クッションスプリング３０−２のうち屈曲高さが最も高い本発明の他の実施例の第１曲面スプリング３３の波の山Ｐ２が、制御油圧により駆動されるピストン２０と最初に接して加圧されて変速衝撃を吸収する。その後、ピストン２０が次第に移動しながら次の屈曲高さを有する本発明の他の実施例の第２曲面スプリング３４の波の山Ｐ２と接し、第１及び第２曲面スプリング３３、３４が同時に加圧されることによってスプリングの反発力が増加してクラッチ１０の接合による変速衝撃を２次的に吸収する。
さらに、クッションスプリング３０−２のうち屈曲高さが最も低い本発明の他の実施例の第３曲面スプリング３５の波の山Ｐ２が、ピストン２０により加圧されることにより、第１〜第３曲面スプリング３３、３４、３５が同時に加圧され、クッションスプリング３０−２の３段階の反発力が順次作用し、クラッチ１０の接合衝撃を段階的に吸収して緩和する。
即ち、油圧制御システムにより駆動されるピストン２０は、リターンスプリング２１の低反発力とクッションスプリング３０−２の多段反発力を順次相殺しながらクラッチ１０に接合し、接合衝撃を緩和する。

上記の通り、本発明は、自動変速機の変速衝撃を低減するために、屈曲高さが互いに異なる本発明の一実施例の２種類以上の曲面スプリング３１、３２または本発明の他の実施例の曲面スプリング３３、３４、３５を連結してクラッチ１０とピストン２０との間に配置したクッションスプリング３０により、変速衝撃を効果的に吸収するものである。
このように、多段階の反発力を有するクッションスプリング３０を、ピストン２０とクラッチ１０との間に設けることにより、ギア変速時には、先ずリターンスプリングの初期低反発力でクラッチ接合による急激な変速衝撃を緩和する。
続いて、ピストン２０の変位に応じた反発力多段化により、反発力を徐々に増加させ、クラッチ１０の接合時に発生する変速衝撃を緩和することができる。

一方、本発明によるクッションスプリングを車両の自動変速機に適用する際のピストンの移動速度を調査するために、自動変速機のサンプルに、１段クッションスプリング、２段クッションスプリング、３段クッションスプリングをそれぞれ適用し、時間に応じたピストンの速度変化を測定した。
ここで、１段クッションスプリングは、全て同一の屈曲高さを有する曲面スプリングからなるクッションスプリングであり、２段クッションスプリングは、互いに異なる屈曲高さを有する２種類の曲面スプリングからなるクッションスプリングであり、また、３段クッションスプリングは、互いに異なる屈曲高さを有する３種類の曲面スプリングからなるクッションスプリングである。
そして、結果の比較のために、クッションスプリングを適用していない既存の車両の自動変速機のピストン速度変化も測定した。

その結果は、図４に示す通りであり、図４から分かるように、クッションスプリングを適用していない既存の車両の場合は、変速時にクラッチの接合位置でピストンの急激な速度変化が発生したのに対し、１段／２段／３段のクッションスプリングを適用した車両の場合は、いずれも既存のものに比べてピストンの速度変化が緩やかで、特に３段クッションスプリングを適用した車両の場合には、クラッチの接合位置で制御油圧に対するピストンの速度変化が非常に緩やかになっていることが確認できた。

図５及び図６には、ピストン位置に応じて順次作用する１段及び３段クッションスプリングの多段階反発力に対するピストンの変化をに示す。
図に示す通り、既存のものに比べてクラッチの接合位置で制御油圧に対してピストンが緩やかに変化していることが確認できた。特に３段クッションスプリングを適用した車両のピストンは、非常に緩やかに変化していることが確認できた。
図５に示すように、１段クッションスプリングを適用した車両の場合、クラッチの接合位置でピストンが緩やかに変化していることが確認できた。それに対し、既存の車両の場合は、自動変速機に接合衝撃を緩和するクッションスプリングが適用されていないため、ピストンが急激に変化し、これによる変速衝撃及び変速応答性能の低下を確認することができた。

クッションスプリングの反発力を多段化するほどクラッチの接合時の衝撃力が緩やかになり、変速衝撃及び異音発生の緩和されることが判明した。また、衝撃力の変化が穏やかになることにより、駆動系のバックラッシュへの対応の外、ピストン駆動用の変速油圧を速かに制御して変速応答性能の確保も可能となった。
即ち、自動変速機のギアの変速時に、変速応答性及び変速ＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）が確保できるようになった。
また、１段クッションスプリングを独自の８速変速機の摩擦区間（クラッチとピストンとの間）に適用し、これを実車に搭載して試験した結果、図７の結果が得られた。
そして、結果の比較のために、クッションスプリングを適用していない既存の独自の８速変速機を搭載した車両の変速時の衝撃トルクなども測定した。

図７に示すように、１段クッションスプリングを適用した実車での変速時の衝撃トルク（右側のグラフで円で表した部分）は、既存の車両の変速時の衝撃トルク（左側のグラフで円で表した部分）に比べて大幅に減少し、これにより変速衝撃と関連してハードウェアの健全性確保の可能なことも確認できた。

１０ クラッチ
１１ 摩擦材
１２ クラッチディスク
２０ ピストン
２１ リターンスプリング
３０、３０−１、３０−２ クッションスプリング
３１〜３５ 曲面スプリング
Ｐ１ 波低点
Ｐ２ 波高点

Claims (2)

1. 制御圧力により作動するピストン、前記ピストンの作動により接合作動するクラッチで構成され、
   前記ピストンと前記クラッチとの間に、前記ピストンの作動位置に応じて段階的にスプリング弾性力を増加させるクッションスプリングが設けられ、前記クラッチ接合による変速衝撃が緩和されることを特徴とする自動変速機の変速衝撃低減装置。
2. 前記クッションスプリングは、前記クラッチの作動方向に屈曲した複数の曲面スプリングが互いに連結され、少なくとも屈曲高さの異なる２種類以上の曲面スプリングからなることを特徴とする請求項１に記載の自動変速機の変速衝撃低減装置。
   

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