[第1実施形態]
図1から図4を参照して、本発明の自動変速機の第1実施形態を説明する。この第1実施形態の自動変速機は、変速機ケース1内に回転自在に軸支した、図外の内燃機関(エンジン)等の駆動源ENGが出力する駆動力がねじりダンパDA及び乾式摩擦係合型の発進クラッチC0を介して伝達される入力軸2と、入力軸2と同心に配置された出力ギアからなる出力部材3とを備えている。出力部材3の回転は、カウンター軸CS及びデファレンシャルギアDFを介して車両の左右の駆動輪に伝達される。尚、発進クラッチC0に代えて、トルクコンバータを設けてもよい。又、デファレンシャルギアDFに代えてプロペラシャフトを設けてもよい。
又、変速機ケース1内には、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜4が入力軸2と同心に配置されている。
第1遊星歯車機構PGS1は、サンギアSaと、リングギアRaと、サンギアSaとリングギアRaとに噛合するピニオンPaを自転及び公転自在に軸支するキャリアCaとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構(キャリアを固定した場合、サンギアとリングギアが互いに異なる方向に回転するため、マイナス遊星歯車機構又はネガティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギアを固定した場合には、サンギアとキャリアとが同一方向に回転する。)で構成されている。
第2遊星歯車機構PGS2も、サンギアSbと、リングギアRbと、サンギアSb及びリングギアRbに噛合するピニオンPbを自転及び公転自在に軸支するキャリアCbとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。
第1実施形態では、第1遊星歯車機構PGS1と第2遊星歯車機構PGS2とで、本発明の出力側変速部を構成する。
第1遊星歯車機構PGS1及び第2遊星歯車機構PGS2は、第1遊星歯車機構PGS1のサンギア、リングギア及びキャリアからなる3つの要素のうちの何れか2つを、第2遊星歯車機構PGS2のサンギア、リングギア及びキャリアからなる3つの要素のうちの何れか2つに夫々連結することにより、4つの出力側回転要素を構成する。図2の下段に示す第1遊星歯車機構PGS1及び第2遊星歯車機構PGS2の共線図を参照して、各出力側回転要素を左から順に、第1出力側回転要素Y1、第2出力側回転要素Y2、第3出力側回転要素Y3、第4出力側回転要素Y4とすると、第1出力側回転要素Y1は第1遊星歯車機構PGS1のサンギアSaと第2遊星歯車機構PGS2のサンギアSbとを連結したもの、第2出力側回転要素Y2は第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCa、第3出力側回転要素Y3は第1遊星歯車機構PGS1のリングギアRaと第2遊星歯機構PGS2のキャリアCbとを連結したもの、第4出力側回転要素Y4は第2遊星歯車機構PGS2のリングギアRbとなる。
第1遊星歯車機構PGS1のギア比(リングギアの歯数/サンギアの歯数)をh、第2遊星歯車機構PGS2のギア比をiとすると、第1〜第4の各出力側回転要素間Y1〜Y4の間隔は、h:1:(h+1)/iの割り合いとなっている。
尚、第1遊星歯車機構PGS1及び第2遊星歯車機構PGS2の共線図において、下方の横線は回転速度が「0」であることを示し、上方の横線は回転速度が入力軸の回転速度を「1」として、これと同一である「1」であることを示している。
第3遊星歯車機構PGS3も、サンギアScと、リングギアRcと、サンギアSc及びリングギアRcに噛合するピニオンPcを自転及び公転自在に軸支するキャリアCcとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。
又、第4遊星歯車機構PGS4も、サンギアSdと、リングギアRdと、サンギアSd及びリングギアRdに噛合するピニオンPdを自転及び公転自在に軸支するキャリアCdとから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。
第1実施形態では、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とで、本発明の入力側変速部を構成する。
第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4は、第3遊星歯車機構PGS3のサンギア、リングギア及びキャリアからなる3つの要素のうちの何れか2つを、第4遊星歯車機構PGS4のサンギア、リングギア及びキャリアからなる3つの要素のうちの何れか2つに夫々連結することにより、4つの入力側回転要素を構成する。図2の上段に示す第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4の共線図を参照して、各入力側回転要素を左から順に、第1入力側回転要素X1、第2入力側回転要素X2、第3入力側回転要素X3、第4入力側回転要素X4とすると、第1入力側回転要素X1は第4遊星歯車機構PGS4のサンギアSd、第2入力側回転要素X2は第3遊星歯車機構PGS3のリングギアRc、第3入力側回転要素X3は第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCcと第4遊星歯機構PGS4のキャリアCdとを連結したもの、第4入力側回転要素X4は第3遊星歯車機構PGS3のサンギアScと第4遊星歯車機構PGS4のリングギアRdとを連結したものとなる。
第3遊星歯車機構PGS3のギア比をj、第4遊星歯車機構PGS4のギア比をkとすると、第1〜第4の各入力側回転要素X1〜X4間の間隔は、jk−1:1:jの割り合いとなっている。
第1遊星歯車機構PGS1のキャリアCaからなる第2出力側回転要素Y2は、出力ギアたる出力部材3に連結されている。又、第4出力側回転要素Y4と第3入力側回転要素X3とが連結されて、第1連結体Y4−X3が構成されている。
第3出力側回転要素Y3には、電動機MGが連結されている。電動機MGは、変速機ケース1に固定されるステータMGaと、ステータMGaの径方向内方に配置されるロータMGbとで構成される。尚、電動機MGは、ステータMGaの径方向内方にロータMGbを備えるインナータイプに限らず、ステータMGaの径方向外方にロータMGbを備えるアウタータイプで構成してもよい。
又、第1実施形態の自動変速機は、係合機構として、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3と、第1から第3の3つのブレーキB1〜B3とを備える。
第1クラッチC1は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第3出力側回転要素Y3と入力軸2とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
第2クラッチC2は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第4遊星歯車機構PGS4のサンギアSdからなる第1入力側回転要素X1と入力軸2とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
第3クラッチC3は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第4入力側回転要素X4と入力軸2とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
第1ブレーキB1は、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構からなる噛合機構であり、第1出力側回転要素Y1を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第2ブレーキB2は、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第3遊星歯車機構PGS3のリングギアRcからなる第2入力側回転要素X2を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第3ブレーキB3は、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第4遊星歯車機構PGS4のサンギアSdからなる第1入力側回転要素X1を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
各クラッチC1〜C3及び各ブレーキB1〜B3は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットにより、車両の走行速度等の車両情報に基づいて、状態が切り換えられる。
入力軸2上には、駆動源ENG及び発進クラッチC0側から、第1クラッチC1、出力ギアからなる出力部材3、第1ブレーキB1、第1遊星歯車機構PGS1、第2遊星歯車機構PGS2、第3クラッチC3、第4遊星歯車機構PGS4、第3ブレーキB3、第2クラッチC2の順番で配置されている。
第3遊星歯車機構PGS3は、第4遊星歯車機構PGS4の径方向外方に配置されている。そして、第3遊星歯車機構PGS3のサンギアScと第4遊星歯車機構PGS4のリングギアRdとを一体に連結して第4入力側回転要素X4を構成している。このように、第3遊星歯車機構PGS3を第4遊星歯車機構PGS4の径方向外方に配置することにより、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とが径方向で重なり合うため、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。
尚、第3遊星歯車機構PGS3と第4遊星歯車機構PGS4とは、径方向で少なくとも一部が重なり合っていればよく、これによって軸長の短縮化を図ることができるが、両者が完全に径方向で重なり合っていれば、最も軸長を短くすることができ、車両(特にFF式車両)への搭載性を向上させることができる。
又、第2ブレーキB2は第3遊星歯車機構PGS3の径方向外方に配置されている。これにより、自動変速機の軸長を更に短くすることができる。
変速機ケース1には、出力部材3と第1クラッチC1との間に位置させて、径方向内方に延びる側壁1aが設けられている。この側壁1aには、出力部材3の径方向内方に向かって延びる筒状部1bが設けられている。出力部材3は、この筒状部1bにベアリングを介して軸支されている。このように構成することにより、変速機ケース1に連なる機械的強度の高い筒状部1bで出力部材3をしっかりと軸支させることができる。尚、第1ブレーキB1は出力部材3と第1遊星歯車機構PGS1との間に配置したが、筒状部1bの径方向内方に配置してもよく、これによれば、筒状部1bの径方向内方のスペースを有効活用して出力部材3と第1ブレーキとが径方向で重なり合うため、更なる軸長の短縮化を図ることができる。
次に、図2及び図3を参照して、車両が駆動源ENGで走行するときにおいて、第1実施形態の自動変速機で各変速段を確立させる場合を説明する。尚、車両が駆動源ENGの駆動力を用いて走行するときには、発進クラッチC0は連結状態とされている。
1速段を確立させる場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2を固定状態とする。第3クラッチC3を連結状態とすることで、第4入力側回転要素X4の回転速度が入力軸2の回転速度と同一速度の「1」となる。又、第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「1st」になり、1速段が確立される。
2速段を確立させる場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態とする。第3クラッチC3を連結状態とすることで、第4入力側回転要素X4の回転速度が入力軸2の回転速度と同一速度の「1」となる。又、第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1入力側回転要素X1の回転速度が「0」になる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「2nd」になり、2速段が確立される。
3速段を確立させる場合には、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1を固定状態とする。第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とすることにより、第1から第4の4つの入力側回転要素X1〜X4が相対回転不能なロック状態となり、各入力側回転要素X1〜X4の回転速度が「1」となる。従って、第1連結体Y4−X3に含まれる第4出力側回転要素Y4の回転速度も「1」となる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「3rd」になり、3速段が確立される。
4速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1を固定状態とする。第1クラッチC1を連結状態とすることにより、第3出力側回転要素Y3の回転速度が「1」となる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「4th」になり、4速段が確立される。
尚、4速段を確立させるためには、必ずしも第3クラッチC3を連結状態とする必要はないが、連結状態とすれば第3クラッチC3でのフリクションロスを抑えることができる。又、第3クラッチC3は3速段で連結状態とされると共に後述する5速段でも連結状態とされる。このため、4速段においても連結状態としておけば、アップシフト又はダウンシフトのときに変速をスムーズに行うことができる。
5速段を確立させる場合には、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3の全てを連結状態とする。第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とすることにより、第1から第4の4つの入力側回転要素X1〜X4が相対回転不能なロック状態となり、各入力側回転要素X1〜X4の回転速度が「1」となる。従って、第1連結体Y4−X3に含まれる第4出力側回転要素Y4の回転速度も「1」となる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることにより、第3出力側回転要素Y3の回転速度が「1」となる。
これにより、第3出力側回転要素Y3と第4出力側回転要素Y4が同一速度の「1」で回転することとなり、第1から第4の4つの出力側回転要素Y1〜Y4も相対回転不能なロック状態となり、各出力側回転要素Y1〜Y4の回転速度が「1」となる。従って、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が「1」である「5th」になり、5速段が確立される。
6速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態とし、第3ブレーキB3を固定状態とする。第3クラッチC3を連結状態とすることで、第4入力側回転要素X4の回転速度が入力軸2の回転速度と同一速度の「1」となる。又、第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1入力側回転要素X1の回転速度が「0」になる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることにより、第3出力側回転要素Y3の回転速度が「1」となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「6th」になり、6速段が確立される。
7速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態とし、第2ブレーキB2を固定状態とする。第3クラッチC3を連結状態とすることで、第4入力側回転要素X4の回転速度が入力軸2の回転速度と同一速度の「1」となる。又、第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることにより、第3出力側回転要素Y3の回転速度が「1」となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「7th」になり、7速段が確立される。
8速段を確立させる場合には、第1クラッチC1を連結状態とし、第2ブレーキB2及び第3ブレーキB3を固定状態とする。第2ブレーキB2及び第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1から第4の4つの入力側回転要素X1〜X4が相対回転不能なロック状態となり、各入力側回転要素X1〜X4の回転速度が「0」になる。従って、第1連結体Y4−X3に含まれる第4出力側回転要素Y4の回転速度も「0」になる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることにより、第3出力側回転要素Y3の回転速度が「1」となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「8th」になり、8速段が確立される。
9速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第2クラッチC2を連結状態とし、第2ブレーキB2を固定状態とする。第2クラッチC2を連結状態とすることにより、第1入力側回転要素X1の回転速度が「1」になる。又、第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることにより、第3出力側回転要素Y3の回転速度が「1」となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す「9th」になり、9速段が確立される。
後進段を確立させる場合には、第2クラッチC2を連結状態とし、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2を固定状態とする。第2クラッチC2を連結状態とすることにより、第1入力側回転要素X1の回転速度が「1」になる。又、第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図2に示す逆転(車両が後進する方向の回転)の「Rvs」になり、後進段が確立される。
図3は、上述した各変速段におけるクラッチC1〜C3、ブレーキB1〜B3の状態を纏めて表示した図であり、クラッチC1〜C3及びブレーキB1〜B3の列の「○」は連結状態又は固定状態を示し、空欄は開放状態を示している。
又、図3には、第1遊星歯車機構PGS1のギア比hを2.800、第2遊星歯車機構PGS2のギア比iを2.800、第3遊星歯車機構PGS3のギア比jを1.500、第4遊星歯車機構PGS4のギア比kを1.800とした場合における各変速段の変速比(入力軸2の回転速度/出力部材3の回転速度)を示している。これによれば、図3に示すように、公比(各変速段間のギアレシオの比)が適切になると共に、減速比(1速段のギアレシオ/9速段のギアレシオ)も「9.99」と適切になる。
第1実施形態の自動変速機によれば、前進9段の変速を行うことができる。又、各変速段において、湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数が3つ以下となり、フリクションロスを抑制して、駆動力の伝達効率を向上させることができる。
又、第1実施形態の自動変速機で、電動機MGの駆動力のみを用いて走行するEV走行を行う場合には、第1ブレーキB1を固定状態として第1出力側回転要素Y1の回転速度を「0」とすれば、第2出力側回転要素Y2に出力部材3が連結され、第3出力側回転要素Y3に電動機MGが連結されているため、第1遊星歯車機構PGS1を減速機として用いることができる。従って、第1ブレーキB1を固定状態とすれば、電動機MGの回転速度を減速させて第2出力側回転要素Y2から出力させることができ、出力側変速部としての第1遊星歯車機構PGS1が減速機の役割を果たし、別途電動機専用の減速機を設ける必要がなく、自動変速機の小型化を図ることができる。
又、第3出力側回転要素Y3は全ての変速段で入力軸2の回転速度である「1」以下で回転する。このため、電動機MGの過回転を防止することができる。
又、車両が電動機MGの駆動力のみで走行するEV走行中においては、第1ブレーキB1を固定状態とする必要があるが、第1実施形態の自動変速機においては、第1ブレーキB1を噛合機構で構成しているため、油圧式摩擦係合型のブレーキと異なり、第1ブレーキB1の固定状態を維持するための油圧が不要であるため、エネルギーの消費量を抑えてエネルギー効率を向上させることができる。
ところで、EV走行中においては、電動機MGにより回転される第3出力側回転要素Y3の回転速度を駆動源ENGにより回転される入力軸2の回転速度と同一の「1」とした場合、図2の速度線から明らかなように4速段で走行している状態であることがわかる。又、EV走行から駆動源ENGの動力で走行するENG走行に移行する場合には、駆動源ENGを始動させる必要がある。又、駆動源ENGを始動させるためには最低限必要な回転数(図4のNi)がある。
ここで、比較例として、電動機MGと駆動源ENGとが直結されているものの場合、電動機MGで駆動源ENGを始動させる場合には、4速段でEV走行中の場合、電動機MGの回転数が小さいため、車速がある程度上昇して電動機MGの回転数がNi(図4)に達するまで、駆動源ENGを電動機MGで始動させることができない。駆動源ENGをいつでも始動できるように、EV走行中であってもENG走行と同様に図4のAの領域で変速させることも考えられるが、これでは変速ショックが生じてしまう。
これに対し、第1実施形態の自動変速機では、電動機MGは出力側変速部に含まれる第3出力側回転要素Y3に連結され、EV走行中は、第1ブレーキB1が固定状態とするだけで走行可能である。又、1速段から4速段までは、全て第1ブレーキB1が固定状態とされるため、駆動源ENGを始動させて1速段から3速段でENG走行する場合には、第1ブレーキB1は固定状態のままで他の何れか2つの係合機構を連結状態又は固定状態とすればよい。
このとき、電動機MGは、出力側変速部に含まれる第3出力側回転要素Y3に連結されているため、電動機MGにより回転する第3出力側回転要素Y3の回転速度が、入力側変速部たる第3及び第4の2つの遊星歯車機構PGS3,PGS4を介して増速されて、駆動源ENGに伝達される。例えば、図4に示すように、電動機MGの回転数が小さい場合(t)であっても、電動機MGの回転を増速させて駆動源ENGを始動させ、2速段でENG走行することができる。
従って、第1実施形態の自動変速機によれば、低速走行中であっても、電動機MGで駆動源ENGをスムーズに始動させて、EV走行からENG走行に切り換えることができる。尚、図4において、実線は電動機MGの回転数を示し、一点鎖線は駆動源ENGの回転数を示している。
又、全ての遊星歯車機構PGS1〜PGS4が所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されているため、所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成されるものに比し、駆動力の伝達経路上におけるギアの噛合回数を減少させることができ、伝達効率を向上させることができる。尚、所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構は、サンギアと、リングギアと、互いに噛合すると共に一方がサンギアに噛合し他方がリングギアに噛合する一対のピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとで構成される。又、所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構は、キャリアを固定した場合、サンギアとリングギアが同一方向に回転するため、プラス遊星歯車機構又はポジティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギアを固定した場合、サンギアとキャリアが互いに異なる方向に回転する。
[第2実施形態]
次に、図5から図7を参照して、本発明の自動変速機の第2実施形態について説明する。第2実施形態の自動変速機は、変速機ケース1内に回転自在に軸支した、図外の内燃機関(エンジン)等の駆動源ENGが出力する駆動力がねじりダンパDA及び乾式摩擦係合型の発進クラッチC0を介して伝達される入力軸2と、入力軸2と同一軸線上に配置された出力軸からなる出力部材3とを備えている。出力部材3の回転は、図外のプロペラシャフトを介して車両の左右の駆動輪に伝達される。尚、発進クラッチC0に代えて、トルクコンバータを設けてもよい。又、プロペラシャフトに代えて、出力部材3に出力ギア設け、この出力ギアを介してデファレンシャルギアに駆動力が伝達されるように構成してもよい。
又、変速機ケース1内には、第1〜第4の4つの遊星歯車機構PGS1〜4が入力軸2と同心に配置されている。4つの遊星歯車機構PGS1〜PGS4は、第1実施形態と同様に何れも所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されている。
第2実施形態では、第1遊星歯車機構PGS1が本発明の出力側変速部に該当する。
図5の下段に示す第1遊星歯車機構PGS1の共線図(サンギア、キャリア、リングギアの3つの要素の相対回転速度の比を直線(速度線)で表すことができる図)を参照して、第1遊星歯車機構PGS1の3つの要素Sa,Ca,Raを、共線図におけるギア比(リングギアの歯数/サンギアの歯数)に対応する間隔での並び順に左側から夫々第1出力側回転要素、第2出力側回転要素及び第3出力側回転要素とすると、第1出力側回転要素はリングギアRa、第2出力側回転要素はキャリアCa、第3出力側回転要素はサンギアSaになる。
ここで、サンギアSaとキャリアCa間の間隔とキャリアCaとリングギアRa間の間隔との比は、第1遊星歯車機構PG1のギア比をhとして、h:1に設定される。尚、共線図において、下の横線と上の横線は夫々回転速度が「0」と「1」(入力軸2と同じ回転速度)であることを示している。
第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4は、第3遊星歯車機構PGS3のサンギア、リングギア及びキャリアからなる3つの要素のうちの何れか2つを、第4遊星歯車機構PGS4のサンギア、リングギア及びキャリアからなる3つの要素のうちの何れか2つに夫々連結することにより、4つの入力側回転要素を構成する。
図6の上段に示す第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4の共線図を参照して、各入力側回転要素を右から順に、第1入力側回転要素X1、第2入力側回転要素X2、第3入力側回転要素X3、第4入力側回転要素X4とすると、第1入力側回転要素X1は第3遊星歯車機構PGS3のサンギアScと第4遊星歯車機構PGS4のサンギアSdとを連結したもの、第2入力側回転要素X2は第3遊星歯車機構PGS3のキャリアCc、第3入力側回転要素X3は第3遊星歯車機構PGS3のリングギアRcと第4遊星歯機構PGS4のキャリアCdとを連結したもの、第4入力側回転要素X4は第4遊星歯車機構PGS4のリングギアRdとなる。
第3遊星歯車機構PGS3のギア比(リングギアの歯数/サンギアの歯数)をj、第4遊星歯車機構PGS4のギア比をkとすると、第1〜第4の各回転要素間の間隔は、j:1:(j+1)/kの割り合いとなっている。
尚、図6の第3遊星歯車機構PGS3及び第4遊星歯車機構PGS4の共線図において、下方の横線は回転速度が「0」であることを示し、上方の横線は回転速度が入力軸の回転を「1」としてこれと同一である「1」であることを示している。
又、図6の中段に示す第2遊星歯車機構PGS2の共線図を参照して、第2遊星歯車機構PGS2の3つの要素Sb,Cb,Rbを、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第5入力側回転要素X5、第6入力側回転要素X6及び第7入力側回転要素X7とすると、第5入力側回転要素X5はサンギアSb、第6入力側回転要素X6はキャリアCb、第7入力側回転要素X7はリングギアRbになる。サンギアSbとキャリアCb間の間隔とキャリアCbとリングギアRb間の間隔との比は、第2遊星歯車機構PGS2のギア比をiとして、i:1に設定される。
第4入力側回転要素X4は入力軸2に連結されている。又、第2出力側回転要素Y2は出力軸たる出力部材3に連結されている。又、第3入力側回転要素X3と第7入力側回転要素X7とが連結されて第1連結体X3−X7が構成されている。又、第6入力側回転要素X6と第3出力側回転要素Y3とが連結されて第2連結体X6−Y3が構成されている。
又、第2実施形態の自動変速機は、係合機構として、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3と、第1から第4の4つのブレーキB1〜B4とを備える。
第1クラッチC1は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第4入力側回転要素X4と第2連結体X6−Y3とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
第2クラッチC2は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第5入力側回転要素X5と第2連結体X6−Y3とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
第3クラッチC3は、第5入力側回転要素X5と第1出力側回転要素Y1とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。
第1ブレーキB1は、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構からなる噛合機構であり、第1出力側回転要素Y1を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第2ブレーキB2は、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第2入力側回転要素X2を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第3ブレーキB3は、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第1入力側回転要素X1を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
第4ブレーキB4は、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第2連結体X6−Y3を変速機ケース1に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。
各クラッチC1〜C3及び各ブレーキB1〜B4は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットにより、車両の走行速度等の車両情報に基づいて、状態が切り換えられる。
入力軸2の軸線上には、駆動源ENG及び発進クラッチC0側(図5の左側)から、第3ブレーキB3、第3遊星歯車機構PGS3、第4遊星歯車機構PGS4、第1クラッチC1、第1遊星歯車機構PGS1、第2遊星歯車機構PGS2、第2クラッチC2、第3クラッチC3の順番で配置されている。
第4ブレーキB4及び第1ブレーキB1は、第2クラッチC2及び第3クラッチC3の径方向外方に配置されている。これにより、第4ブレーキB4及び第1ブレーキB1と、第2クラッチC2及び第3クラッチC3とが径方向で重なり合うため、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。
次に、図5及び図6を参照して、車両が駆動源ENGで走行するときにおいて、第2実施形態の自動変速機で各変速段を確立させる場合を説明する。尚、車両が駆動源ENGの駆動力を用いて走行するときには、発進クラッチC0は連結状態とされている。
1速段を確立させる場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1及び第2ブレーキB2を固定状態とする。第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第5入力側回転要素X5の回転速度が第1出力側回転要素Y1と同一速度の「0」となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す「1st」になり、1速段が確立される。
2速段を確立させる場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態とする。第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1入力側回転要素X1の回転速度が「0」になる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第5入力側回転要素X5の回転速度が第1出力側回転要素Y1と同一速度の「0」となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す「2nd」になり、2速段が確立される。
3速段を確立させる場合には、第2クラッチC2を連結状態とし、第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を固定状態とする。第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1入力側回転要素X1の回転速度が「0」になる。又、第2クラッチC2を連結状態とすることで、第5入力側回転要素X5と第2連結体X6−Y3とが同一速度で回転し、第2遊星歯車機構PGS2の第5から第7の3つの入力側回転要素X5〜X7が相対回転不能なロック状態となる。又、第1ブレーキB1を固定状態とすることで、第1出力側回転要素Y1の回転速度が「0」になる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す「3rd」になり、3速段が確立される。
4速段を確立させる場合には、第2クラッチC2及び第3クラッチC3を連結状態とし、第3ブレーキB3を固定状態とする。第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1入力側回転要素X1の回転速度が「0」になる。又、第2クラッチと第3クラッチC3とを連結状態とすることで、第2連結体X6−Y3と第1出力側回転要素X1とが同一速度で回転し、第1遊星歯車機構PGS1の第1から第3の3つの出力側回転要素Y1〜Y3が相対回転不能なロック状態となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す「4th」になり、4速段が確立される。
5速段を確立させる場合には、第1から第3の3つのクラッチC1〜C3の全てを連結状態とする。第1クラッチC1を連結状態とすることで、第2連結体X6−Y3が第4入力側回転要素X4と同一速度の「1」で回転する。又、第2クラッチと第3クラッチC3とを連結状態とすることで、第2連結体X6−Y3と第1出力側回転要素X1とが同一速度の「1」で回転し、第1遊星歯車機構PGS1の第1から第3の3つの出力側回転要素Y1〜Y3が相対回転不能なロック状態となる。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が「1」である「5th」になり、5速段が確立される。
6速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態とし、第3ブレーキB3を固定状態とする。第3ブレーキB3を固定状態とすることで、第1入力側回転要素X1の回転速度が「0」になる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることで、第2連結体X6−Y3が第4入力側回転要素X4と同一速度の「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第5入力側回転要素X5と第1出力側回転要素Y1とが同一速度で回転する。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す「6th」になり、6速段が確立される。
7速段を確立させる場合には、第1クラッチC1及び第3クラッチC3を連結状態とし、第2ブレーキB2を固定状態とする。第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第1クラッチC1を連結状態とすることで、第2連結体X6−Y3が第4入力側回転要素X4と同一速度の「1」で回転する。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第5入力側回転要素X5と第1出力側回転要素Y1とが同一速度で回転する。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す「7th」になり、7速段が確立される。
後進段を確立させる場合には、第3クラッチC3を連結状態とし、第2ブレーキB2及び第4ブレーキB4を固定状態とする。第2ブレーキB2を固定状態とすることで、第2入力側回転要素X2の回転速度が「0」になる。又、第4ブレーキB4を固定状態とすることで、第2連結体X6−Y3の回転速度が「0」になる。又、第3クラッチC3を連結状態とすることで、第5入力側回転要素X5と第1出力側回転要素Y1とが同一速度で回転する。そして、出力部材3が連結された第2出力側回転要素Y2の回転速度が図6に示す逆転(車両が後進する方向の回転)の「Rvs」になり、後進段が確立される。
図7は、上述した各変速段におけるクラッチC1〜C3、ブレーキB1〜B3の状態を纏めて表示した図であり、クラッチC1〜C3及びブレーキB1〜B3の列の「○」は連結状態又は固定状態を示し、空欄は開放状態を示している。
第2実施形態の自動変速機によれば、前進7段の変速を行うことができる。又、各変速段において、湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数が3つ以下となり、フリクションロスを抑制して、駆動力の伝達効率を向上させることができる。
又、第2実施形態の自動変速機でも、電動機MGの駆動力のみを用いて走行するEV走行を行う場合には、第1ブレーキB1を固定状態として第1出力側回転要素Y1の回転速度を「0」とすれば、第2出力側回転要素Y2に出力部材3が連結され、第3出力側回転要素Y3に電動機MGが連結されているため、第1遊星歯車機構PGS1を減速機として用いることができる。従って、第1ブレーキB1を固定状態とすれば、電動機MGの回転速度を減速させて第2出力側回転要素Y2から出力させることができ、出力側変速部としての第1遊星歯車機構PGS1が減速機の役割を果たし、別途電動機専用の減速機を設ける必要がなく、自動変速機の小型化を図ることができる。
又、第3出力側回転要素Y3は全ての変速段で入力軸2の回転速度である「1」以下で回転する。このため、電動機MGの過回転を防止することができる。
又、車両が電動機MGの駆動力のみで走行するEV走行中においては、第1ブレーキB1を固定状態とする必要があるが、第2実施形態の自動変速機においても、第1ブレーキB1を噛合機構で構成しているため、油圧式摩擦係合型のブレーキと異なり、第1ブレーキB1の固定状態を維持するための油圧が不要であるため、エネルギーの消費量を抑えてエネルギー効率を向上させることができる。
又、第2実施形態の自動変速機においても、第1実施形態のものと同様に、低速走行中であっても、電動機MGで駆動源ENGをスムーズに始動させて、EV走行からENG走行に切り換えることができる。
又、全ての遊星歯車機構PGS1〜PGS4が所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されているため、所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成されるものに比し、駆動力の伝達経路上におけるギアの噛合回数を減少させることができ、伝達効率を向上させることができる。