JP5300746B2 - 自動レンジトランスミッション - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念の特徴にもとづく自動レンジトランスミッションに関する。

複数変速段式の主変速機と、駆動系統に関して主変速機の前に接続されたフロントマウントグループと、駆動系統に関して主変速機の後に接続されたレンジチェンジグループとを備えたレンジトランスミッションは、随分前から知られており、有利には、商用車に使用されている。スプリッタグループとも呼ぶことができる少なくとも二変速段式で実現された、変速比の変化率の小さいフロントマウントグループによって、主変速機のギヤ段の間の変速比の変化率をほぼ半分にして、それにより全体として提供可能なギヤ段の数を二倍にしている。通常二変速段式のレンジチェンジグループによって、トランスミッション全体の変速比の範囲を大きく広げるとともに、全体として提供可能なギヤ段の数を更に二倍にしている。その結果、（三つの前進変速段と一つの後進変速段を備えた）三変速段式の主変速機に関して、（全体として十二の前進変速段と最大四つの後進変速段を備えた）十二変速段式のレンジトランスミッションが得られ、（四つの前進変速段と一つの後進変速段を備えた）四変速段式の主変速機に関して、（全体として十六の前進変速段と最大四つの後進変速段を備えた）十六変速段式のレンジトランスミッションが得られる。

そのようなレンジトランスミッションは、それと匹敵する数の変速段と同様の段差及び変化率の変速比を有する単独のトランスミッションと比べて、明らかにサイズがコンパクトになるとともに、重量が軽くなる。レンジトランスミッションでの多くの切換と複数のトランスミッション構成部分でのギヤ段の切換が必要であり、そのため手順が比較的複雑となるので、周知のレンジトランスミッションの大部分は、半自動方式又は全自動方式により切換可能な形で構成されている。

本出願人の自動レンジトランスミッションの概要は、非特許文献１に開示されている。ＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃファミリーと呼ばれる製品シリーズの自動トランスミッションの中で、中量級の商用車用に設計されたＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ中量級製品シリーズのトランスミッションと重量級の商用車用に設計されたＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ製品シリーズのトランスミッションは、それぞれ複数変速段式の、即ち、三又は四つの前進変速段を有する主変速機と、主変速機の前に接続された二変速段式のスプリッタグループと、主変速機の後に接続された二変速段式のレンジチェンジグループとを備えたレンジトランスミッションとして構成されている。

この主変速機は、それぞれカウンタシャフト構造形式で実現されるとともに、非同期方式の噛合クラッチを備えており、ＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ中量級製品シリーズの場合、単一のカウンタシャフトを備えている。ＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ製品シリーズのトランスミッションでは、重量と構造スペースを最適化するとの理由から、二つのカウンタシャフトが有る。両方の製品シリーズにおいて、主変速機は、任意選択により、ダイレクトドライブ構成（ｉ_HG＿_min ＝１）又はオーバードライブ構成（ｉ_HG＿_min ＜１）で提供することが可能である。

このスプリッタグループは、それぞれ主変速機に対する入力定数を二通りに切り換えることが可能なカウンタシャフト式変速機として構成されている。このレンジチェンジグループは、それぞれ切換可能なダイレクト接続形態（ｉ_BG＝１）とそれに代わる切換可能な高い変速比（ｉ_BG≫１）を有する二変速段式の遊星歯車式変速機として構成されている。

それぞれ主変速機と、フロントマウントグループと、後続のレンジチェンジグループとを備えたレンジトランスミッションの別の実施形態は、例えば、特許文献１により周知である。

ＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ製品シリーズとＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ中量級製品シリーズのレンジトランスミッションでは、従来通りそれぞれ共通のシフトクラスタに統合された、スプリッタグループとレンジチェンジグループのスイッチクラッチが、それぞれ同期方式で構成されており、それに対して、主変速機は、噛合クラッチ方式で、即ち、非同期に切換可能な形で構成されている。しかし、当該の同期方式のスイッチクラッチは、複雑な構造のために高価であり、比較的大きな構造スペースを必要とし、磨耗のためにレンジトランスミッション全体の耐用年数が制限されるので、そのようなレンジトランスミッションの将来的な実施形態のために、主変速機の他に、レンジチェンジグループも噛合クラッチ方式で構成することを検討すべきである。

図３ａと３ｂには、例えば、ＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ製品シリーズの二つの周知のレンジトランスミッションの模式的な構造が図示されている。主変速機ＨＧは、カウンタシャフト構造形式のダイレクトドライブ式変速機として実現されており、一つのメインシャフトＷ２と二つのカウンタシャフトＷ３ａ，Ｗ３ｂを備えている。図３ａの実施構成では、主変速機ＨＧは、前進走行用の四つのギヤ段Ｇ１〜Ｇ４と後進走行用の一つのギヤ段Ｒの四変速段式で構成されている。図３ｂの実施構成では、主変速機ＨＧは、前進走行用の三つのギヤ段Ｇ１〜Ｇ３と後進走行用の一つのギヤ段Ｒの三変速段式で構成されている。

ギヤ段Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｒ又はＧ１，Ｇ２，Ｒのフローティングギヤは、それぞれメインシャフトＷ２上に回転可能な形で軸支されており、それらに対応する噛合クラッチを介して切り換えることが可能である。それらに対応する固定ギヤは、カウンタシャフトＷ３ａ又はＷ３ｂ上に回転しない形で配置されている。それぞれダイレクトドライブ変速段として構成された最も高いギヤ段Ｇ４又はＧ３は、ダイレクトスイッチクラッチを介して切り換えることが可能である。可能であれば、それぞれ二つのスイッチクラッチが、共通のシフトクラスタＳ１／２，Ｓ３／４又はＳ１／Ｒ，Ｓ２／３に統合される。図３ａの実施構成では、シフトクラスタＳＲは、後進走行用のギヤ段Ｒのスイッチクラッチだけを有する。

フロントマウントグループＶＧは、二変速段式で構成されるとともに、同じくカウンタシャフト構造形式で実現されており、二つのギヤ段Ｋ１とＫ２が、主変速機ＨＧの切換可能な二つの入力定数を決めている。二つのギヤ段Ｋ１，Ｋ２の変速比の差を小さくすることによって、フロントマウントグループＶＧは、スプリッタグループとして構成されている。第一のギヤ段Ｋ１のフローティングギヤは、図３ａ又は図３ｂの図面の外で制御可能なカットアウトクラッチを介して、燃焼エンジンとして構成された駆動エンジンと接続されたインプットシャフトＷ１上に回転可能な形で軸支されている。第二のギヤ段Ｋ２のフローティングギヤは、メインシャフトＷ２上に回転可能な形で軸支されている。二つのギヤ段Ｋ１，Ｋ２の固定ギヤは、それぞれ長く延びたカウンタシャフトＷ３ａ，Ｗ３ｂの入力側に回転しない形で配置されている。フロントマウントグループＶＧの同期方式で構成されたスイッチクラッチは、共通のシフトクラスタＳＶに統合されている。

駆動系統に関して後に接続されたレンジチェンジグループＢＧは、同じく二変速段式で構成されているが、簡単な遊星歯車セットの遊星歯車構造形式で実現されている。この場合、サンギヤＰＳは、長く延びたメインシャフトＷ２の出力側と回転しない形で接続されている。プラネタリキャリアＰＴは、レンジトランスミッションのアウトプットシャフトＷ４と回転しない形で接続されている。リングギヤＰＨは、二つのスイッチクラッチを備えたシフトクラスタＳＢと接続されており、そのシフトクラスタを用いて、レンジチェンジグループＢＧは、リングギヤＰＨを固定された筐体部分と接続することによって低速走行段Ｌに切り換えるか、リングギヤＰＨをプラネタリキャリアＰＴと接続することによって高速走行段Ｓに切り換えるかを選択することが可能である。ＡＳ−Ｔｒｏｎｉｃ型トランスミッションの従来の実施構成と異なり、シフトクラスタＳＢのスイッチクラッチは、ここでは非同期方式で構成されている。

そのようなレンジトランスミッションでは、レンジチェンジグループＢＧの非同期方式の構成のために、それとほぼ同じ構成であるが、同期方式のレンジチェンジグループＢＧを備えたレンジトランスミッションのシフトチェンジ手順と大きく異なる特別なシフトチェンジ手順が必要である。非同期方式のレンジチェンジグループＢＧを備えたレンジトランスミッションの好適なシフトチェンジ制御方法は、例えば、特許文献２により周知である。その方法では、基本的に、レンジを切り換える場合、先ずは動力伝達系を切り離すために、フロントマウントグループＶＧとレンジチェンジグループＢＧをそれぞれニュートラル位置に切り換えて、次にセンタブレーキによって主変速機ＨＧを制動し、駆動エンジンの回転数を目標変速段の同期回転数に誘導することを開始するものと規定している。主変速機ＨＧの切換後、フロントマウントグループＶＧをその目標変速比に同期して切り換える。そして、駆動エンジンが同期回転数に達したら、レンジチェンジグループＢＧの目標変速比に投入している。

レンジを切り換える場合、主変速機ＨＧをレンジチェンジグループＢＧと逆に切り換えているので、即ち、レンジチェンジグループＢＧを低速走行段Ｌから高速走行段Ｓに高い方に切り換える場合、主変速機ＨＧを高いギヤ段、例えば、Ｇ４又はＧ３から低いギヤ段、例えば、Ｇ１又はＧ２に切り換えているので、ギヤ段が通常昇順又は降順の順番で配置された従来の主変速機ＨＧでは、それぞれ二つのシフトゲート間及びそれに対応するシフトクラスタ間の切換が必要である。そのような関係は、図３ａと図３ｂのレンジトランスミッションに関して、変速段の異なる変化段数に関する図４ａと図４ｂの表に要約されている。シフトゲートの自動的な切換は、それぞれ対応するアクチュエータの駆動及び停止、第一のシフトクラスタがニュートラル位置に有ることの検知、二つのゲート又はシフトクラスタ間の切換並びに第二のシフトクラスタの目標切換位置に関するアクチュエータの制御及び検知を含むので、シフトゲートの切換は、全体的な切換手順を遅らせるように作用することが不利である。

ドイツ特許公開第１０１４３９９４号明細書 ドイツ特許公開第１０１５２８５７号明細書

ＡＴＺ２００４年９月号の７７２〜７８３頁

以上の背景に鑑みて、本発明の課題は、レンジの切換が従来実現可能な切換よりも速い冒頭に述べた種類の自動レンジトランスミッションを提供することである。

本課題の解決策は、レンジトランスミッションに関して、請求項１の特徴から明らかとなる。それによると、本発明は、複数変速段式の主変速機と、主変速機の前に接続されたスプリッタグループと、主変速機の後に接続された二変速段式のレンジチェンジグループとを備えた自動レンジトランスミッションであって、スプリッタグループが、制御可能なカットアウトクラッチを介して、燃焼エンジンとして構成された駆動エンジンと接続されており、主変速機とレンジチェンジグループが同期方式又は非同期方式で構成されており、これらのトランスミッション構成部分の中の少なくとも一つでは、それぞれ二つのギヤ段のスイッチクラッチが、それぞれ二つのシフト位置と一つのニュートラル位置を有する共通のシフトクラスタ内に統合されている自動レンジトランスミッションに関する。更に、そのようなトランスミッションでは、主変速機において、最も小さいギヤ段と最も大きいギヤ段に対応するスイッチクラッチを共通のシフトクラスタに統合するものと規定する。

そうすることによって、最も小さいギヤ段と最も大きいギヤ段が、それぞれシフト技術に関して同じシフトゲートに割り振られることとなる。その有利な結果として、主変速機において最も小さいギヤ段と最も大きいギヤ段間の切換のための全てのレンジ切換が、本発明では同じシフトゲート内において当該のシフトクラスタを一方のシフト位置から他方のシフト位置に簡単に切り換えることによって行われる。従って、従来通りの歯車セットの配置構成とシフトクラスタの割り振りの場合に一般的であった二つのシフトゲート間又は二つのシフトクラスタ間の切換が防止され、それによってレンジ切換の全体的な切換時間とそのためレンジ切換中に牽引力が喪失するフェーズが短縮されることとなる。レンジチェンジグループＢＧを切り換えないで、レンジトランスミッションを切り換える場合、ゲートの切換が主変速機の同期中に行われるので、時間的な遅れが発生しない。

レンジトランスミッションの一つの実施形態では、スプリッタグループのインプットシャフトをメインシャフトと接続するために、軸方向に対して入力側に配置されたダイレクトスイッチクラッチを配備するものと規定する。本発明の別の特徴では、レンジトランスミッションは、互いに平行に配置された二つのカウンタシャフトを有する。

本発明を明らかにするために、本明細書に実施例の図面を添付している。

四変速段式の主変速機を備えた本発明によるレンジトランスミッションの模式的な構成図 三変速段式の主変速機を備えた本発明によるレンジトランスミッションの模式的な構成図 図１ａのレンジトランスミッションのレンジ切換の一覧表 図１ｂのレンジトランスミッションのレンジ切換の一覧表 四変速段式の主変速機を備えた周知のレンジトランスミッションの模式的な構成図 三変速段式の主変速機を備えた周知のレンジトランスミッションの模式的な構成図 図３ａのレンジトランスミッションのレンジ切換の一覧表 図３ｂのレンジトランスミッションのレンジ切換の一覧表

図１ａと１ｂには、本発明による二つのレンジトランスミッションの模式的な構成例が図示されている。主変速機ＨＧは、カウンタシャフト構造形式で実現されており、一つのメインシャフトＷ２と二つのカウンタシャフトＷ３ａ，Ｗ３ｂを有する。図１ａの実施構成において、主変速機ＨＧは、前進走行用の四つのギヤ段Ｇ１〜Ｇ４と後進走行用の一つのギヤ段Ｒの四変速段式で構成されている。図１ｂの実施構成において、主変速機ＨＧは、前進走行用の三つのギヤ段Ｇ１〜Ｇ３と後進走行用の一つのギヤ段Ｒの三変速段式で構成されている。

ギヤ段Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｒ又はＧ１，Ｇ２，Ｒのフローティングギヤは、それぞれメインシャフトＷ２上に回転可能な形で軸支されており、それらに対応する噛合クラッチを介して切り換えることが可能である。それらに対応する固定ギヤは、二つのカウンタシャフトＷ３ａ又はＷ３ｂ上に回転しない形で配置されている。それぞれダイレクトドライブ変速段として構成された最も高いギヤ段Ｇ４又はＧ３は、ダイレクトスイッチクラッチを介して切り換えることが可能である。

冒頭に述べた図３ａと図３ｂによる周知の実施構成のレンジトランスミッションと異なり、本発明による主変速機ＨＧでは、最も小さいギヤ段Ｇ１の歯車セットが、ここでは入力側のダイレクトドライブ変速段Ｇ４又はＧ３のダイレクトスイッチクラッチＳＶの近傍に配置されており、第一のギヤ段Ｇ１とダイレクトドライブ変速段Ｇ４又はＧ３のスイッチクラッチは、それぞれ共通のシフトクラスタＳ１／４又はＳ１／３に統合されている。それに対応して、残るギヤ段のスイッチクラッチは、Ｓ２／３，ＳＲ又はＳ２／Ｒに統合されている。

フロントマウントグループＶＧは、二変速段式で構成されるとともに、同じくカウンタシャフト構造形式で構成されており、二つのギヤ段Ｋ１とＫ２は、主変速機ＨＧの切換可能な二つの入力定数を決めている。二つのギヤ段Ｋ１，Ｋ２の変速比の差を小さくすることによって、フロントマウントグループＶＧをスプリッタグループとして構成している。第一のギヤ段Ｋ１のフローティングギヤは、インプットシャフトＷ１上に回転可能な形で軸支されており、そのインプットシャフトは、図１ａ又は図１ｂの図面の外で制御可能なカットアウトクラッチを介して、燃焼エンジンとして構成された駆動エンジンと接続されている。第二のギヤ段Ｋ２のフローティングギヤは、メインシャフトＷ２上に軸支されている。二つのギヤ段Ｋ１とＫ２の固定ギヤは、それぞれ長く延びたカウンタシャフトＷ３ａ又はＷ３ｂの入力側に回転しない形で配置されている。フロントマウントグループＶＧの同期方式で構成されたスイッチクラッチは、共通のシフトクラスタＳＶに統合されている。

駆動系統に関して主変速機ＨＧの後に接続されたレンジチェンジグループＢＧは、同じく二変速段式で構成されているが、簡単な遊星歯車セットの遊星歯車構造形式で実現されている。しかし、レンジチェンジグループＢＧをカウンタシャフト構造形式で構成することもできる。この場合、サンギヤＰＳは、長く延びたメインシャフトＷ２の出力側と回転しない形で接続されている。プラネタリキャリアＰＴは、レンジトランスミッションのアウトプットシャフトＷ４と回転しない形で連結されている。リングギヤＰＨは、二つのスイッチクラッチを備えたシフトクラスタＳＢと接続されており、このシフトクラスタによって、レンジチェンジグループＢＧは、リングギヤＰＨを固定された筐体部分と接続することによって低速走行段Ｌに切り換えるか、リングギヤＰＨをメインシャフトＷ２又はサンギヤＰＳと接続することによって高速走行段Ｓに切り換えるかを選択することが可能である。それに代わって、図示されていない高速走行段Ｓにおいて、リングギヤＰＨをプラネタリキャリアＰＴと切り換えて接続することも可能である。シフトクラスタＳＢのスイッチクラッチは、費用を節約して非同期方式で構成されている。

図１ａと１ｂのレンジトランスミッションの本発明による構成、特に、主変速機ＨＧにおけるギヤ段Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｒ又はＧ１，Ｇ２，Ｒの歯車セットの配置構成とシフトクラスタＳ１／４又はＳ１／３の割り振りのために、大部分のレンジ切換は、ここでは、シフトゲート又はシフトクラスタを切り換える必要が無く、そのためギヤ段が標準的に昇順又は降順の順番で配置された周知のレンジトランスミッションと比べて明らかにより速く実施することが可能である。そのような関係は、図１ａと図１ｂのレンジトランスミッションに関して、変速段の異なる変化段数に関する図２ａと図２ｂの表に要約されている。

ＢＧ レンジチェンジグループ
Ｇ１ （ＨＧの）（第一の）ギヤ段
Ｇ２ （ＨＧの）（第二の）ギヤ段
Ｇ３ （ＨＧの）（第三の）ギヤ段
Ｇ４ （ＨＧの）（第四の）ギヤ段
ＨＧ 主変速機
ｉ_BG ＢＧの変速比
ｉ_HG ＨＧの変速比
ｉ_HG＿_min ＨＧの最も小さい変速比
Ｋ１ （ＶＧの）（第一の）ギヤ段
Ｋ１ （ＶＧの）（第二の）ギヤ段
Ｌ （ＢＧの）低速走行段
ＰＨ （ＢＧの）リングギヤ
ＰＳ （ＢＧの）サンギヤ
ＰＴ （ＢＧの）プラネタリキャリア
Ｒ （ＨＧの）後進用ギヤ段
Ｓ （ＢＧの）高速走行段
ＳＢ （ＢＧの）シフトクラスタ
ＳＲ （ＨＧの）シフトクラスタ
ＳＶ （ＶＧの）シフトクラスタ、ダイレクトスイッチクラッチ
Ｓ１／２ （ＨＧの）シフトクラスタ
Ｓ１／３ （ＨＧの）シフトクラスタ
Ｓ１／４ （ＨＧの）シフトクラスタ
Ｓ１／Ｒ （ＨＧの）シフトクラスタ
Ｓ２／３ （ＨＧの）シフトクラスタ
Ｓ２／Ｒ （ＨＧの）シフトクラスタ
Ｓ３／４ （ＨＧの）シフトクラスタ
ＶＧ フロントマウントグループ、スプリッタグループ
Ｗ１ インプットシャフト
Ｗ２ メインシャフト
Ｗ３ａ カウンタシャフト
Ｗ３ｂ カウンタシャフト
Ｗ４ アウトプットシャフト

Claims (3)

1. 三又は四つの前進変速段を有する複数変速段式の主変速機（ＨＧ）と、主変速機（ＨＧ）の前に接続されたスプリッタグループ（ＶＧ）と、主変速機（ＨＧ）の後に接続された二変速段式のレンジチェンジグループ（ＢＧ）とを備えた自動レンジトランスミッションであって、スプリッタグループ（ＶＧ）が、制御可能なカットアウトクラッチを介して、燃焼エンジンとして構成された駆動エンジンと接続されており、主変速機（ＨＧ）とレンジチェンジグループ（ＢＧ）が、同期方式又は非同期方式で構成されており、これらのトランスミッション構成部分（ＶＧ，ＨＧ，ＢＧ）の中の少なくとも一つで、それぞれ二つのギヤ段のスイッチクラッチが、それぞれ二つのシフト位置と一つのニュートラル位置を有する共通のシフトクラスタに統合されている自動レンジトランスミッションにおいて、 主変速機（ＨＧ）では、最も小さいギヤ段（Ｇ１）と最も大きいギヤ段（Ｇ４又はＧ３）に対応するスイッチクラッチが、共通のシフトクラスタ（Ｓ１／４又はＳ１／３）に統合されていることを特徴とする自動レンジトランスミッション。
   
2. スプリッタグループ（ＶＧ）のインプットシャフト（Ｗ１）をメインシャフト（Ｗ２）と接続するために、軸方向に対して入力側に配置されたダイレクトスイッチクラッチ（ＳＶ）が配備されていることを特徴とする請求項１に記載の自動レンジトランスミッション。
3. 本自動レンジトランスミッションが、二つのカウンタシャフト（Ｗ３ａ，Ｗ３ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動レンジトランスミッション。

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