JP4748412B2 - 自動変速機の6速パワートレイン - Google Patents
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Description
変速機の変速段が多いほど、より適切な変速比の設計が可能であり、動力性能及び燃費の優れた車両にすることができるので、より多くの変速段を有する自動変速機が長年研究の対象となっていた。
また、同じ変速段を有する変速機の中でも、遊星ギアセットの組み合わせ方法によって、パワートレインの耐久性、動力伝達効率、大きさなどが異なるため、動力損失がなく、よりコンパクトなパワートレインの構成を開発する努力が続けられている。
従って、4速及び5速パワートレインに関する様々な研究が進められ、最近は前進6速及び後進1速を実現する自動変速機パワートレインが提供されている。
図16は前記米国特許のパワートレインを示し、図17にその作動表を示す。
図16の米国特許の6速パワートレイン構造では、一つのダブルピニオン遊星ギアセットPG1と、2つのシングルピニオン遊星ギアセットPG2、PG3とを組み合わせ、第1遊星キャリア4が入力軸2に固定連結され、第2遊星キャリア22が常に出力要素として作用する。
また、固定連結された第2、3サンギア12、10を停止できるように第1ブレーキB1を備え、第3遊星キャリア14を停止できるように第2ブレーキB2を備え、第1、3リングギア6、8を停止できるように第3ブレーキB3を備え、第1サンギア18を停止できるように第4ブレーキB4を備える。
図17は、米国特許のパワートレインの作動表を示し、図18(a)乃至図22は、図17の作動表に基づいて米国特許のパワートレインを動作させた場合の作動状態を図表化したものである。
(1)前進3速で、第1サンギア18が入力軸の回転速度に比べて2倍以上の速度で回転する(図19を参照)のはもちろん、非作動摩擦要素である第4ブレーキB4にも、同じ速度でスリップが発生する(図20を参照)。
通常、4速が1:1の変速比となる6速自動変速機の3速は、追越加速のときに頻繁に使用するため、高速回転要素が常に存在すると、自動変速機の耐久性が低下する。
特に、前進6速D6では、摩擦要素のスリップ速度の合計が大きすぎるため、耐久性の問題点は、前進6速でさらに大きいことが分かる。
(3)図22を参照して、動力の伝達に関与して負荷を担当する遊星ギアセットの個数を考えると、米国特許のパワートレインは、前進5、6速で二つ以上の遊星ギアセットが動力の伝達に関与することによって、動力伝達効率が低下するため、より高い動力伝達効率を提供する自動変速機のパワートレインを提供する必要がある。
前記第1サンギアは、前記第2サンギアに固定連結され、
前記第2遊星キャリアは、第3リングギアに固定連結され、
前記第3サンギアは、前記入力軸に固定連結されることによって常に入力要素として作用し、
前記第3遊星キャリア及び前記第1リングギアのうちのいずれか一つ以上の作動要素は、前記一つ以上の出力ギアに固定連結されることによって常に出力要素として作用し、
固定連結された前記第1、2サンギアは、第1クラッチを介して前記入力軸に可変連結され、
前記第1遊星キャリアは、第2クラッチを介して前記入力軸に可変連結され、
前記第1遊星キャリアは、第1ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されることによって可変停止し、
固定連結された前記第1、2サンギアは、第2ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されることによって可変停止し、
前記第2リングギアは、第3ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されることによって可変停止することを特徴とする。
また、前記入力軸に平行に配置される出力軸をさらに含み、前記第1出力ギア及び第2出力ギアは、前記出力軸に各々ギア結合することとすることができる。
また、シングルピニオン遊星ギアセットを最大限活用することによって、動力伝達による損失を最小に止める。
さらに、2つの経路を通じて出力軸に回転力を伝達するため、出力トルクの分散が可能である。したがって、遊星ギアの作動要素の担当トルク分散が少なくなることによって、高容量の負荷に適する。
図1に示すように、本発明の実施例による自動変速機の6速パワートレインは、第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3の3つの遊星ギアセットから構成される。
第1遊星ギアセットPG1はシングルピニオン遊星ギアセットであって、作動要素として第1サンギアS1、第1遊星キャリアPC1、そして第1リングギアR1を含む。第1遊星キャリアPC1には、第1リングギアR1と第1サンギアS1にギア結合する第1ピニオンギアP1が連結されている。
第3遊星ギアセットPG3はシングルピニオン遊星ギアセットであって、作動要素として第3サンギアS3、第3遊星キャリアPC3、そして第3リングギアR3を含む。第3遊星キャリアPC3には、第3リングギアR3と第3サンギアS3にギア結合する第3ピニオンギアP3が連結されている。
第1サンギアS1は、第2サンギアS2に固定連結される。
第2遊星キャリアPC2は、第3リングギアR3に固定連結される。
第3サンギアS3は、入力軸100に固定連結されることによって常に入力要素として作用する。
第3遊星キャリアPC3は、第2出力ギア220に固定連結されることによって常に出力要素として作用する。
固定連結された第1、2サンギアS1、S2は、第1クラッチC1を介して入力軸100に可変連結される。
第1遊星キャリアPC1は、第2クラッチC2を介して入力軸100に可変連結される。
第1遊星キャリアPC1は、第1ブレーキB1を介して変速機ケース300に連結されることによって可変停止する。
第2リングギアR2は、第3ブレーキB3を介して変速機ケース300に連結されることによって可変停止する。
また、本発明の実施例による自動変速機の6速パワートレインは、入力軸100に平行に配置される出力軸400をさらに含み、第1出力ギア210及び第2出力ギア220は、出力軸400に各々ギア結合する。
したがって、第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3を経由した回転力は、第1出力ギア210及び第2出力ギア220の二つの経路を通じて出力軸400に伝達される。
第1、2クラッチC1、C2は、第1遊星ギアセットPG1に対して、第2遊星ギアセットPG2とは反対側に配置される。
そして、第2ブレーキB2は、第1遊星ギアセットPG1と第2遊星ギアセットPGと2の間に配置される。
図2は、本発明の実施例による自動変速機の6速パワートレインを作動させるための作動表である。
図2に示すように、本発明の実施例による自動変速機の6速パワートレインは、前進1速D1では第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を、前進2速D2では第2ブレーキB2及び第3ブレーキB3を、前進3速D3では第1クラッチC1及び第3ブレーキB3を、前進4速D4では第2クラッチC2及び第3ブレーキB3を、前進5速D5では第1クラッチC1及び第2クラッチC2を、そして前進6速D6では第2クラッチC2及び第2ブレーキB2を各々作動させる。
図2に示す各変速段の変速比は、二つの出力要素である第3遊星キャリアPC3及び第1リングギアR1のうち、第1リングギアR1を基準として計算された。
図2に示す各変速段の変速比は、第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3のリングギア/サンギアのギア比が図11(a)と同一であり、第3遊星キャリアPC3の出力回転数が第1リングギアR1の出力回転数に比べて0.824倍になる場合に得られる値である。
第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3のリングギア/サンギアのギア比が図11(a)と異なる場合であっても、本発明の詳細な説明から、そのリングギア/サンギアのギア比に関する各変速段の変速比を当業者は容易に計算することができる。
図3に示すように、第1遊星ギアセットPG1の第1リングギアR1、第1遊星キャリアPC1、そして第1サンギアS1は、レバー線図上に3つの順次作動ノードN3、N5、N7を形成する。
第2遊星ギアセットPG2の第2リングギアR2、第2遊星キャリアPC2、そして第2サンギアS2は、レバー線図上に3つの順次作動ノードN4、N6、N7を形成する。
第3遊星ギアセットPG3の第3サンギアS3、第3遊星キャリアPC3、そして第3リングギアR3は、レバー線図上に3つの順次作動ノードN1、N2、N6を形成する。
そして、第1遊星キャリアPC1は、第1ブレーキB1を介して変速機ケース300に可変連結される。したがって、第1遊星キャリアPC1が形成する第5ノードN5は、第1ブレーキB1によって可変停止する。
第2リングギアR2は、第3ブレーキB3を介して変速機ケース300に可変連結される。したがって、第2リングギアR2が形成する第4ノードN4は、第3ブレーキB3によって可変停止する。
図4乃至図10で、L1は第1遊星ギアセットPG1のレバー線を、L2は第2遊星ギアセットPG2のレバー線を、そしてL3は第3遊星ギアセットPG3のレバー線を各々示す。
第1サンギアS1と第2サンギアS2が固定連結されているので、第1遊星ギアセットPG1のレバー線L1と第2遊星ギアセットPG2のレバー線L2とは第7ノードN7で交わる。
第2遊星キャリアPC2と第3リングギアR3が固定連結されているので、第2遊星ギアセットPG2のレバー線L2と第3遊星ギアセットPG3のレバー線L3は第6ノードN6で会うようになる。
そして、第3サンギアS3は入力軸に固定連結されているので、常に入力速度で回転する。
第1速では第3ブレーキB3が作動するので、図4に示すように、第4ノードN4の第2リングギアR2は停止する。また、第1ブレーキB1が作動するので第5ノードN5は停止する。
したがって、このような条件を満たすレバー線L1、L2、L3の配置は、図4に示すようになる。
即ち、第2遊星ギアセットPG2が形成する第4、6、7ノードN4、N6、N7に関しては、第4ノードN4は停止状態、第6、7ノードN6、N7は負の速度で回転する。
また、第3遊星ギアセットPG3のレバー線L3は、図4に示すように、右側下方に傾いて形成される。したがって、第2ノードN2上の出力要素である第3遊星キャリアPC3は、入力軸100の回転速度に比べて非常に低い速度で回転する。
このような第1速では、変速のための動力伝達経路に第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3の全てが関与する。
したがって、第4ノードN4及び第7ノードN7が全て停止するので、第2遊星ギアセットPG2のレバー線L2は停止状態で水平線を描くようになる。これは第2遊星ギアセットPG2の第6ノードN6も停止することを意味する。
第3遊星ギアセットPG3のレバー線L3は、第1速に比べて反時計方向に多少回転した状態となる。そのため、出力要素である第3遊星キャリアPC3は、第1速に比べて高速度で回転する。
このような第2速では、第2遊星ギアセットPG2が停止した状態であるので、変速のための動力伝達経路には第3遊星ギアセットPG3が関与する。
第3速でも第3ブレーキB3が作動するので、図6に示すように、第4ノードN4の第2リングギアR2は停止する。また、第1クラッチC1が作動するので、第7ノードN7もまた、入力軸100と同一の速度で回転する。
したがって、停止した第4ノードN4及び入力速度で回転する第7ノードN7によって、第2遊星ギアセットPG2のレバー線L2が決定される。このような第2遊星ギアセットPG2のレバー線L2上の第6ノードN6によって、第3遊星ギアセットPG3のレバー線L3が決定される。
第2速で、第1リングギアR1の回転速度は、第3遊星キャリアPC3の回転速度の1/0.824倍に形成される。
このような第3速では、動力伝達経路には第2、3遊星ギアセットPG2、PG3が関与する。
第4速でも第3ブレーキB3が作動するので、図7に示すように、第4ノードN4の第2リングギアR2は停止する。また、第2クラッチC2が作動するので、第5ノードN5もまた、入力軸100と同一速度で回転する。
即ち、第2遊星ギアセットPG2のレバー線L2は、第3速に比べて反時計方向に回転した状態となる。同様に、第3遊星ギアセットPG3のレバー線L3もまた、第3速に比べて反時計方向に回転した状態となる。したがって、出力要素である第3遊星キャリアPC3と第1リングギアR1は第3速に比べて高速度で回転する。
このような第4速では、変速のための動力伝達経路に第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3の全てが関与する。
したがって、第1遊星ギアセットPG1のレバー線L1は、入力軸100回転速度の高さで水平に配置されるようになる。これは第1遊星ギアセットPG1が入力速度で一体に回転することを意味する。
したがって、第3ノードN3もまた、入力速度で回転し、したがって、入力速度は変速なしで第1リングギアR1を通じて出力される。
このような第5速では、第1、2、3遊星ギアセットPG1、PG2、PG3のいずれも、変速のための動力伝達経路に関与しない。つまり、第1遊星ギアセットPG1が一体に回転し、速度変化なしで入力速度をそのまま出力する。
第6速では第2クラッチC2が作動するので、図9に示すように、第5ノードN5は入力軸100と同一速度で回転する。ただし、第2ブレーキB2が作動するので、第7ノードN7は停止する。
したがって、停止した第7ノードN7及び入力速度で回転する第5ノードN5によって、第1遊星ギアセットPG1のレバー線L1が決定される。
第1遊星ギアセットPG1のレバー線L1上の第3ノードN3は、入力速度より速い速度で回転する。これは出力要素である第1リングギアR1の出力速度が入力速度に比べて増速された状態であることを意味する。
このような第6速では、変速のための動力伝達経路に第1遊星ギアセットPG1だけが関与する。
第1遊星ギアセットPG1のレバー線L1上の第3ノードN3は、図10に示すように、負の速度で回転、即ち、逆回転する。
このような後進変速段では、変速のための動力伝達経路に第1遊星ギアセットPG1だけが関与する。
特に図11(a)は、本発明の実施例のパワートレインの細部仕様(つまり、各遊星ギアセットのギア比)を示し、図11(b)は、図18(a)の細部仕様によって本発明の実施例のパワートレインで提供される各変速段の変速比を表示した図表であり、図12は、入力要素の回転速度に対する各作動要素の回転速度を変速段別に整理した図表であり、図13は各変速段別に摩擦要素のスリップ速度を計算した結果表であり、図14は、各作動要素及び各摩擦要素にかかるトルクを変速段別に整理した図表であり、図15は動力伝達に関与して負荷を担当する遊星ギアを各変速段別に整理したものである。
通常、追越加速のときには自動変速機に高負荷の動力が入力される。本発明の実施例による自動変速機の6速パワートレインでは、追越加速のときに頻繁に使用する第2、3速で、入力速度より高速回転する作動要素がない(図12参照)。
したがって、非作動摩擦要素のスリップ速度もまた、入力軸回転速度より低下することが分かる(図13参照)。
一方、変速のための動力伝達経路に関与する遊星ギアセットの個数が多いほど、これによる動力損失が増加する。図15と図22を比較すると、本発明の実施例のパワートレインは複数の変速段で、変速のため動力伝達に関与する遊星ギアセット個数が少なく、動力伝達効率の高いことが分かる。
また、各変速段での遊星ギア作動要素の担当トルクの分散が少なくなることによって、高容量の負荷に適することが分かる。
210、220 第1、2出力ギア
300 変速機ケース
400 出力軸
PG1、PG2、PG3 第1、2、3遊星ギアセット
S1、S2、S3 第1、2、3、4サンギア
PC1、PC2、PC3 第1、2、3、4遊星キャリア
R1、R2、R3 第1、2、3、4リングギア
D1〜D6 前進1速〜前進6速
B1、B2、B3、B4 第1、2、3、4ブレーキ
C1、C2 第1、2クラッチ
N1〜N7 作動ノード
Claims (6)
- 第1サンギア、第1リングギア、第1遊星キャリアを作動要素として備えた第1遊星ギアセット、第2サンギア、第2リングギア、第2遊星キャリアを作動要素として備えた第2遊星ギアセット、第3サンギア、第3リングギア、第3遊星キャリアを作動要素として備えた第3遊星ギアセット、入力軸、一つ以上の出力ギア、そして変速機ケースを含み、
前記第1サンギアは、前記第2サンギアに固定連結され、
前記第2遊星キャリアは、第3リングギアに固定連結され、
前記第3サンギアは、前記入力軸に固定連結されることによって常に入力要素として作用し、
前記第3遊星キャリア及び前記第1リングギアのうちのいずれか一つ以上の作動要素は、前記一つ以上の出力ギアに固定連結されることによって常に出力要素として作用し、
固定連結された前記第1、2サンギアは、第1クラッチを介して前記入力軸に可変連結され、
前記第1遊星キャリアは、第2クラッチを介して前記入力軸に可変連結され、
前記第1遊星キャリアは、第1ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されることによって可変停止し、
固定連結された前記第1、2サンギアは、第2ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されることによって可変停止し、
前記第2リングギアは、第3ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されることによって可変停止することを特徴とする自動変速機の6速パワートレイン。 - 前記一つ以上の出力ギアは、第1出力ギア及び第2出力ギアを含み、
前記第3遊星キャリア及び前記第1リングギアは、前記第1、2出力ギアに各々固定連結されることを特徴とする請求項1に記載の自動変速機の6速パワートレイン。 - 前記入力軸に平行に配置される出力軸をさらに含み、
前記第1出力ギア及び第2出力ギアは、前記出力軸に各々ギア結合することを特徴とする請求項2に記載の自動変速機の6速パワートレイン。 - 前記第1、2、3遊星ギアセットは、前記第3遊星ギアセット、前記第2遊星ギアセット、そして前記第1遊星ギアセットの順序で配置されることを特徴とする請求項1に記載の自動変速機の6速パワートレイン。
- 前記第1、2クラッチは、前記第1遊星ギアセットに対して、前記第2遊星ギアセットの反対側に配置されることを特徴とする請求項4に記載の自動変速機の6速パワートレイン。
- 前記第2ブレーキは、前記第1遊星ギアセットと前記第2遊星ギアセットとの間に配置されることを特徴とする請求項4に記載の自動変速機の6速パワートレイン。
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