JP6380352B2 - 車両用自動変速機 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用自動変速機にかかり、特に、その車両用自動変速機の出力軸から出力されるトルク変動を抑制する技術に関するものである。
複数個の遊星歯車装置および複数個の係合装置から構成され、係合装置の係合状態が切り替えられることで、複数の変速段に変速される車両用自動変速機がよく知られている。上記車両用自動変速機において、エンジンのトルク変動が、車両用自動変速機の出力軸に出力されることを抑制する技術が提案されている。例えば、特許文献1では、自動変速機内の回転体近傍にイナーシャ部材を配置し、回転体とイナーシャ部材とは磁力によって係合可能に構成されている。従って、回転体とイナーシャ部材とを係合することで、自動変速機のイナーシャを変更することができる。これより、エンジンのトルク変動に対して自動変速機のイナーシャを増加することで、エンジンのトルク変動を自動変速機内で減衰することができる。
特開2006−283955号公報 特開2015−64099号公報
上記特許文献1のように車両用自動変速機内のイナーシャを変更可能に構成することでも、車両用自動変速機の出力軸から出力されるトルク変動は抑制されるが、イナーシャ部材を別個に設けることで自動変速機の質量増加に繋がり、自動変速機の伝達効率も低下する。また、イナーシャ部材と回転体とを係合する装置も必要となるため、製造コストも増加する。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、複数個の遊星歯車装置および複数個の係合装置を備えて構成される車両用自動変速機において、部品を大幅に追加することなく車両用自動変速機から出力されるトルク変動を抑制できる構造を提供することにある。
第1発明の要旨とするところは、(a)複数個の遊星歯車装置と複数個の係合装置とを備え、各遊星歯車装置の各回転要素は、前記遊星歯車装置の他の回転要素または非回転部材に直接または前記係合装置を介して連結され、前記係合装置の係合の組み合わせによって複数の変速段を形成可能に構成されている車両用自動変速機において、(b)前記遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素に形成されたスプライン歯と、その遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の回転要素に形成されたスプライン歯とが互いにスプライン嵌合されることで、互いのスプライン歯の間に形成されるガタの範囲で、これらの回転要素を相対回転可能に連結するスプライン嵌合部が形成されており、(c)前記複数の変速段のうち所定の変速段は、前記スプライン嵌合部を含んで構成され、エンジンと駆動輪との間の動力伝達に関与せず、動力伝達される回転要素によって連れ回される回転体を含んで形成されることを特徴とする。
また、第2発明の要旨とするところは、第1発明の車両用自動変速機において、(a)前記遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素と、その遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の一部とが、径方向から見て重なっており、且つ、(b)前記スプライン嵌合部と異なる部位において、前記遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素と、その遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の一部との、両方に接するようにトレランスリングが配置されていることを特徴とする。
第1発明の車両用自動変速機によれば、所定の変速段が成立すると、前記回転体は、トルク伝達されないものの他の回転要素によって連れ回される。このとき、前記回転体は、スプライン嵌合部を有するため、スプライン嵌合部に形成される回転方向のガタの間で衝突しつつ回転するが、エンジン回転速度の低い領域では、エンジンのトルク変動によるスプライン嵌合部の変動変位が大きいため、スプライン嵌合部の間で衝突が繰り返される。この衝突によってエンジンのトルク変動によるイナーシャのエネルギが消費されることとなり、自動変速機の出力軸から出力されるトルク変動を抑制することができる。また、トルク変動を抑制するに際して、そのトルク変動を抑制するためのイナーシャ部材など新たな部品を追加する必要も生じない。
また、第2発明の車両用自動変速機によれば、エンジンの回転速度が上昇するに従って、スプライン嵌合部での変動変位が小さくなり、スプライン嵌合部において衝突しにくくなるため、衝突によるトルク変動を打ち消す効果が低減する。これに対して、遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素と、その遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の一部との間に、トレランスリングが設けられることで、スプライン嵌合部のガタが実質的にゼロとなる。従って、動力伝達経路上に形成されるガタは、スプライン嵌合部以外のギヤの噛合部などで形成されるガタだけになるため、ガタが十分に小さくなる。これより、エンジン回転速度が上昇してもガタの間で衝突する頻度が増加し、衝突によるイナーシャのエネルギの消費によって、トルク変動を抑制することができる。
本発明が適用された車両用駆動装置の骨子図である。 図1の車両用自動変速機の係合作動表である。 図1の車両用自動変速機の断面図である。 図3の断面図において一点鎖線で囲まれた部位の部分拡大図である。 第8変速段が成立した際にトルク伝達されない回転体を示す図である。 エンジンからトルク変動が入力されたときの、自動変速機に形成されるガタを考慮した車両用駆動装置の振動モデルである。 図6の第1ガタおよび第2ガタをイメージで示した図である。 図6の第2ガタにおける位相角変位と時間との関係を示している。 エンジン回転速度と出力軸トルク変動との関係を示している。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図1は、本発明が適用された車両用駆動装置10の骨子図である。車両用駆動装置は、エンジン12と、トルクコンバータ14と、自動変速機16とを含んで構成されている。なお、トルクコンバータ14や自動変速機16は中心線(軸線RC)に対して略対称的に構成されており、図1ではその中心線の下半分が省略されている。また、図1中の軸線RCは、エンジン12、トルクコンバータ14、自動変速機16の回転軸心である。
図1において、トルクコンバータ14は、軸線RC回りに回転するように配設されており、エンジン12に連結されたポンプ翼車14p、および自動変速機16の入力回転部材である変速機入力軸32に連結されたタービン翼車14tを備えている。ポンプ翼車14pには、自動変速機16を変速制御したり、自動変速機16の動力伝達経路の各部に潤滑油を供給したりする為の作動油圧を発生させる機械式のオイルポンプ34が連結されている。また、トルクコンバータ14には、ポンプ翼車14pとタービン翼車14tとを直結するためのロックアップクラッチ15が設けられている。
自動変速機16は、エンジン12から図示しない駆動輪までの動力伝達経路の一部を構成し、複数の摩擦係合装置(第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2)およびワンウェイクラッチF1の何れかが選択的に係合されることによりギヤ比(変速比)が異なる複数のギヤ段(変速段)が形成される有段式の自動変速機として機能する遊星歯車式多段変速機である。例えば、公知の車両によく用いられる所謂クラッチツゥクラッチ変速を行う有段変速機である。この自動変速機16は、ダブルピニオン型の第1遊星歯車装置36と、ラビニヨ型に構成されているシングルピニオン型の第2遊星歯車装置38およびダブルピニオン型の第3遊星歯車装置40とを同軸線上(軸線RC上)に有し、変速機入力軸32の回転を変速して変速機出力軸24から出力する。なお、第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、およびワンウェイクラッチF1が、本発明の係合装置に対応している。
第1遊星歯車装置36は、外歯歯車である第1サンギヤS1と、第1サンギヤS1と同心円上に配置される内歯歯車である第1リングギヤR1と、第1サンギヤS1および第1リングギヤR1と噛み合う、一対の歯車対からなる第1ピニオンギヤP1と、その第1ピニオンギヤP1を自転および公転可能に支持する第1キャリヤCA1とを有している。なお、第1サンギヤS1、第1キャリヤCA1、第1リングギヤR1は、本発明の遊星歯車装置の回転要素に対応している。
第2遊星歯車装置38は、外歯歯車である第2サンギヤS2と、第2サンギヤS2と同心円上に配置される内歯歯車である第2リングギヤR2と、第2サンギヤS2および第2リングギヤR2と噛み合う第2ピニオンギヤP2と、その第2ピニオンギヤP2を自転および公転可能に支持する第2キャリヤCA2とを有している。なお、第2サンギヤS2、第2キャリヤCA2、第2リングギヤR2は、本発明の遊星歯車装置の回転要素に対応している。
第3遊星歯車装置40は、外歯歯車である第3サンギヤS3と、第3サンギヤS3と同心円上に配置される内歯歯車である第3リングギヤR3と、その第3サンギヤS3および第3リングギヤR3と噛み合う、一対の歯車対からなる第3ピニオンギヤP3と、その第3ピニオンギヤP3を自転および公転可能に支持する第3キャリヤCA3とを有している。なお、第3サンギヤS3、第3キャリヤCA3、第3リングギヤR3は、本発明の遊星歯車装置の回転要素に対応している。
ここで、第2遊星歯車装置38の第2キャリヤCA2と第3遊星歯車装置40の第3キャリヤCA3とが共通の部材で構成されるとともに、第2遊星歯車装置38の第2リングギヤR2と第3遊星歯車装置40の第3リングギヤR3とが共通の部材で構成されている。さらに、第2遊星歯車装置38の第2ピニオンギヤP2が、第3遊星歯車装置40の第3ピニオンギヤP3を構成する一対の歯車の一方として機能する、所謂ラビニヨ式歯車列として構成されている。以下、第2キャリヤCA2および第3キャリヤCA3を、共通の部材としてのキャリヤRCAと記載し、第2リングギヤR2および第3リングギヤR3を、共通の部材としてのリングギヤRRと記載する。なお、キャリヤRCAおよびリングギヤRRは、本発明の遊星歯車装置の回転要素に対応している。
第1サンギヤS1は、非回転部材であるケース18に連結されている。第1キャリヤCA1は、変速機入力軸32に連結されているとともに、第4クラッチC4を介して第2サンギヤS2に連結される。第1リングギヤR1は、第1クラッチC1を介して第3サンギヤS3に連結されるとともに、第3クラッチC3を介して第2サンギヤS2に連結される。第2サンギヤS2は、第1ブレーキB1を介してケース18に連結される。キャリヤRCAは、第2クラッチC2を介して変速機入力軸32に連結されるとともに、第2ブレーキB2を介してケース18に連結される。また、キャリヤRCAは、第2ブレーキB2に並列に設けられているワンウェイクラッチF1を介してケース18に連結されている。リングギヤRRは、変速機出力軸24に連結されている。
上記第1クラッチC1,第2クラッチC2,第3クラッチC3,第4クラッチC4、および第1ブレーキB1,第2ブレーキB2(以下、特に区別しない場合は単にクラッチC、ブレーキB、或いは係合装置という)は、公知の車両用自動変速機においてよく用いられている油圧式の摩擦係合装置であって、油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型のクラッチやブレーキ、油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成される。このように構成されたクラッチC及びブレーキBは、自動変速機16に備えられた図示しない油圧制御回路によって、それぞれのトルク容量(すなわち係合力)が変化させられて、係合と解放とが切り替えられる。
これらクラッチC及びブレーキBの係合と解放とが制御されることで、図2の係合作動表に示すように、運転者のアクセル操作や車速V等に応じて前進8段、後進1段の各ギヤ段が形成される。図2の「1st」-「8th」は前進ギヤ段としての第1変速段−第8速変速段を意味し、「Rev」は後進ギヤ段としての後進変速段を意味しており、各変速段に対応する自動変速機16のギヤ比γ(=変速機入力軸回転速度Nin/出力軸回転速度Nout)は、第1遊星歯車装置36、第2遊星歯車装置38、及び第3遊星歯車装置40の各歯車比(=サンギヤの歯数/リングギヤの歯数)によって適宜定められる。
図2の係合作動表に示すように、第1クラッチC1および第2ブレーキB2を係合することで、第1変速段「1st」が成立する。第1クラッチC1および第1ブレーキB1を係合することで、第2変速段「2nd」が成立する。第1クラッチC1および第3クラッチC3を係合することで、第3変速段「3rd」が成立する。第1クラッチC1および第4クラッチC4を係合することで、第4変速段「4th」が成立する。第1クラッチC1および第2クラッチC2を係合することで、第5変速段「5th」が成立する。第2クラッチC2および第4クラッチC4を係合することで、第6変速段「6th」が成立する。第2クラッチC2および第3クラッチC3を係合することで、第7変速段「7th」が成立する。第2クラッチC2および第1ブレーキB1を係合することで、第8変速段「8th」が成立する。また、第3クラッチC3および第2ブレーキB2を係合することで、後進変速段「Rev」が成立する。
図3は、図1の自動変速機16の断面図である。自動変速機16は、非回転部材であるケース18内において、変速機入力軸32と、変速機出力軸24と、第1遊星歯車装置36と、第2遊星歯車装置38と、第3遊星歯車装置40と、第1クラッチC1〜第4クラッチC4と、第1ブレーキB1〜第2ブレーキB2とを、含んで構成されている。なお、変速機入力軸32、第1遊星歯車装置36〜第3遊星歯車装置40、第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1〜第2ブレーキB2は、軸線RCに対して略対照的に構成されているため、図3では、その軸線RCから下半分が省略されている。
変速機入力軸32は、軸線RCまわりに回転可能に配置されている。変速機入力軸32は、軸線RC方向でトルクコンバータ14側に配置される第1回転軸32aと、軸線RC方向の一端部が第1回転軸32aにスプライン嵌合されることで第1回転軸32aと一体的に回転させられる第2回転軸32bとから構成されている。第1回転軸32aの軸線RC方向においてトルクコンバータ14側の端部は、トルクコンバータ14のタービン翼車14tに動力伝達可能に連結されている。
軸線RC方向のトルクコンバータ14側(図3において右側)から順番に、第1遊星歯車装置36、変速機出力軸24、第2遊星歯車装置38、および第3遊星歯車装置40が配置されている。
第1遊星歯車装置36は、ダブルピニオン型の遊星歯車装置から構成されている。第1遊星歯車装置36の第1サンギヤS1は、第1回転軸32aの外周に配置されている中間部材42に連結されている。中間部材42は、非回転部材であるケース18に連結されている。従って、第1サンギヤS1は、回転不能に保持されている。第1キャリヤCA1は、第4クラッチC4に連結されている。第1リングギヤR1は、円環状に形成されており、その外周部に、第1クラッチC1の摩擦係合要素62および第3クラッチC3の摩擦係合要素56が設けられている。
第4クラッチC4は、クラッチドラム46と、クラッチドラム46と第1キャリヤCA1との間に設けられている摩擦係合要素48と、摩擦係合要素48を押圧するピストン50と、ピストン50を軸線RC方向で摩擦係合要素48から遠ざかる側に付勢する図示しないスプリングとを、含んで構成されている。
クラッチドラム46は、二重有底円筒状に形成され、軸線RCまわりに回転可能に配置されている。クラッチドラム46の外周側の円筒部と第1キャリヤCA1に連結された円筒部材52との間に、複数枚の摩擦プレートから構成される摩擦係合要素48が設けられている。ピストン50は、軸線RC方向で摩擦係合要素48と隣り合う位置に押圧部が形成されており、ピストン50が軸線RC方向で摩擦係合要素48側に移動することで、ピストン50によって摩擦係合要素48が押圧され、第4クラッチC4が係合またはスリップ係合させられる。第4クラッチC4が係合されると、第1キャリヤCA1とクラッチドラム46とが連結される。なお、ピストン50は、そのピストン50とクラッチドラム46とによって囲まれることで形成される、油密な空間である油圧室53に供給される油圧によって制御される。
第3クラッチC3は、クラッチドラム54と、第1リングギヤR1の外周面とクラッチドラム54の内周面との間に設けられている摩擦係合要素56と、摩擦係合要素56を押圧するピストン58と、ピストン58を軸線RC方向で摩擦係合要素56から遠ざかる側に付勢する図示しないスプリングとを、含んで構成されている。
クラッチドラム54は、有底円筒状に形成され、軸線RCまわりに回転可能に配置されている。クラッチドラム54の円筒部の内周面と第1リングギヤR1の外周面との間に、複数枚の摩擦プレートから構成される摩擦係合要素56が設けられている。ピストン58は、軸線RC方向で摩擦係合要素56と隣り合う位置に押圧部が形成されており、ピストン58が軸線RC方向で摩擦係合要素56側に移動することで、ピストン58によって摩擦係合要素56が押圧され、第3クラッチC3が係合またはスリップ係合させられる。第3クラッチC3が係合されると、第1リングギヤR1とクラッチドラム54とが連結される。なお、ピストン58は、そのピストン58とクラッチドラム54とによって囲まれて形成される、油密な空間である油圧室59に供給される油圧によって制御される。
第1クラッチC1は、クラッチドラム60と、クラッチドラム60と第1リングギヤR1との間に設けられている摩擦係合要素62と、摩擦係合要素62を押圧するピストン64と、ピストン64を軸線RC方向で摩擦係合要素62から遠ざかる方向に付勢するスプリング65とを、含んで構成されている。
クラッチドラム60は、小径部60aおよび大径部60bが形成された円筒状の部材で形成され、軸線RCまわりに回転可能に配置されている。クラッチドラム60の大径部60bの内周面と第1リングギヤR1の外周面との間に、複数枚の摩擦プレートから構成される摩擦係合要素62が設けられている。ピストン64は、軸線RC方向で摩擦係合要素62と隣り合う位置に押圧部が形成されており、ピストン64が軸線RC方向で摩擦係合要素62側に移動することで、ピストン64によって摩擦係合要素62が押圧され、第1クラッチC1が係合またはスリップ係合させられる。第1クラッチC1が係合すると、クラッチドラム60と第1リングギヤR1とが連結される。なお、ピストン58は、ピストン64とクラッチドラム60とによって囲まれて形成される、油密な空間である油圧室67に供給される油圧によって制御される。
第1ブレーキB1は、クラッチドラム54に連結されている連結ドラム66と、ケース18と連結ドラム66との間に設けられている摩擦係合要素68と、摩擦係合要素68を押圧するピストン70と、ピストン70を軸線RC方向で摩擦係合要素68から遠ざかる方向に付勢する図示しないスプリングとを、含んで構成されている。
連結ドラム66は、小径部66aおよび大径部66bが形成された円筒状の部材で構成され、軸線RCまわりに回転可能に配置されている。連結ドラム66の大径部66bの外周面とケース18の内壁面との間に、複数枚の摩擦プレートで構成される摩擦係合要素68が設けられている。ピストン70は、軸線RC方向で摩擦係合要素68と隣り合う位置に押圧部が形成されており、ピストン70が軸線RC方向で摩擦係合要素68側に移動することで、ピストン70によって摩擦係合要素68が押圧され、第1ブレーキB1が係合またはスリップ係合させられる。第1ブレーキB1が係合すると、連結ドラム66とケース18とが連結され、連結ドラム66が回転停止させられる。なお、ピストン70は、ケース18とピストン70とによって囲まれて形成される、油密な空間である油圧室71に供給される油圧によって制御される。
第2遊星歯車装置38の第2サンギヤS2は、連結ドラム66の円筒状に形成された小径部66aの端部にスプライン嵌合されている。第3遊星歯車装置40の第3サンギヤS3は、略円筒状に形成されており、軸線RC方向のトルクコンバータ14側の端部が、クラッチドラム60の小径部60aにスプライン嵌合されている。
第2遊星歯車装置38および第3遊星歯車装置40の共通のキャリヤRCAは、第2ピニオンギヤP2および第3ピニオンギヤP3を自転および公転可能に支持している。キャリヤRCAの外周部に、後述する第2クラッチC2の摩擦係合要素74および第2ブレーキB2の摩擦係合要素78が設けられている。なお、図3にあっては、第2クラッチC2の摩擦係合要素74の内周側に、キャリヤRCAが記載されていないが、周方向の別の位相においてキャリヤRCAが配置されている。第2遊星歯車装置38および第3遊星歯車装置40の共通のリングギヤRRは、円環状に形成されており、その内周部が変速機出力軸24にスプライン嵌合されている。
第2クラッチC2は、クラッチドラム72と、クラッチドラム72とキャリヤRCAとの間に設けられている摩擦係合要素74と、摩擦係合要素74を押圧するピストン76と、ピストン76を軸線RC方向で摩擦係合要素74から遠ざかる方向に付勢するスプリング77とを、含んで構成されている。
クラッチドラム72は、有底円筒状に形成された部材であり、軸線RCまわりに回転可能に配置されている。クラッチドラム72の内周面とキャリヤRCAの外周面(図3では図示されず)との間に摩擦係合要素74が設けられている。ピストン76は、軸線RC方向で摩擦係合要素74と隣り合う位置に押圧部が形成されており、ピストン76が軸線RC方向で摩擦係合要素74側に移動することで、摩擦係合要素74がピストン76によって押圧され、第2クラッチC2が係合またはスリップ係合させられる。第2クラッチC2が係合すると、クラッチドラム72とキャリヤRCAとが連結される。なお、ピストン76は、そのピストン76とクラッチドラム72とによって囲まれて形成される、油密な空間である油圧室79に供給される油圧によって制御される。
第2ブレーキB2は、キャリヤRCAの外周面とケース18の内壁面との間に設けられている摩擦係合要素78と、摩擦係合要素78を押圧するピストン80と、ピストン80を軸線RC方向で摩擦係合要素78から遠ざかる側に付勢する図示しないスプリングとを含んで構成されている。
摩擦係合要素78は、複数枚の摩擦プレートから構成され、キャリヤRCAの外周面とケース18の内壁面との間に設けられている。ピストン80は、ピストン本体80aとエクステンション80bとから構成されている。エクステンション80bの軸線RC方向で摩擦係合要素78と隣り合う位置に押圧部が形成されており、ピストン80が軸線RC方向で摩擦係合要素78側に移動することで、摩擦係合要素78がピストン80によって押圧され、第2ブレーキB2が係合またはスリップ係合させられる。第2ブレーキB2が係合すると、キャリヤRCAとケース18とが接続され、キャリヤRCAが回転停止させられる。なお、ピストン80は、そのピストン80とケース18とによって囲まれて形成される、油密な空間である油圧室81に供給される油圧によって制御される。
図4は、図3において一点鎖線で囲まれた部位の部分拡大図である。図4に示すように、軸線RCを中心にして変速機入力軸32が配置され、その変速機入力軸32の外周側に第3遊星歯車装置40の第3サンギヤS3が配置されている。第3サンギヤS3の外周側には、第1クラッチC1を構成するクラッチドラム60が配置されている。
第3サンギヤS3の軸線RC方向においてトルクコンバータ14側(図において右側)の外周面にスプライン歯83が形成されている。また、クラッチドラム60の径方向からみて第3サンギヤS3のスプライン歯83と重なる部位の内周面にスプライン歯85が形成されている。第3サンギヤS3のスプライン歯83とクラッチドラム60のスプライン歯85とが互いにスプライン嵌合されることで、第3サンギヤS3とクラッチドラム60とを相対回転不能(但し、ガタ分の相対回転は生じる)、且つ、軸線RC方向への相対移動可能に連結するスプライン嵌合部82が形成されている。
スプライン嵌合部82を構成するスプライン歯83とスプライン歯85との噛合位置に対して軸線RC方向で隣り合う位置(すなわちスプライン嵌合部82と異なる部位)であって、径方向から見て、第3サンギヤS3とクラッチドラム60とが重なる部位の間に、トレランスリング84が、これら第3サンギヤS3とクラッチドラム60との両方に接するようにして配置されている。クラッチドラム60の内周面には、環状溝86が形成されており、この環状溝86によって形成される環状空間に、トレランスリング84が配置されている。
トレランスリング84は、リング状の円環部84aと、円環部84aから径方向内側に向かって***する複数個の突起部84bとを、有して構成されている。トレランスリング84は、円環部84aがクラッチドラム60に当接するとともに、突起部84bが第3サンギヤS3に当接し、第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間で摺動抵抗を発生させている。すなわち、トレランスリング84は、第3サンギヤS3のスプライン歯83とクラッチドラム60のスプライン歯85との間に形成される回転方向のガタの範囲で許容される、相対回転を規制している。言い換えれば、スプライン嵌合部82の間で相対回転が規制されるため、第3サンギヤS3のスプライン歯83とクラッチドラム60のスプライン歯85との間に形成される、スプライン嵌合部82の回転方向のガタが見かけ上ゼロとなる。
上記のように構成される自動変速機16において、所定の変速段(例えば第8変速段8th)が成立した際に、前記スプライン嵌合部82を含み、且つ、動力伝達に関与しない、すなわちトルク伝達されずに連れ回される回転体が形成される。この回転体は、トルク伝達されないが、ギヤの噛合によって連れ回される。例えば、第8変速段8thが成立すると、第2クラッチC2および第1ブレーキB1が係合され、他の摩擦係合装置は解放される。
このとき、図5に示す自動変速機16の断面図において網掛けが施された部位は、トルク伝達することなく連れ回される。この網掛けが施されている部位が、第8変速段8thにおいてトルク伝達されることなく連れ回される回転体88に対応している。回転体88は、第3サンギヤS3および第1クラッチC1を構成する回転部材(クラッチドラム60、摩擦係合要素62、ピストン64、スプリング65等)から構成されている。また、回転体88は、第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間に介挿されているスプライン嵌合部82を含んで構成されている。
第3サンギヤS3と第3ピニオンギヤP3とが互いに噛み合うため、第3ピニオンギヤP3の回転に伴って第3サンギヤS3が連れ回される。また、第3サンギヤS3とスプライン嵌合する第1クラッチC1のクラッチドラム60、並びに第1クラッチC1を構成する網掛けが施されている回転部材(ピストン64等)についても連れ回されることとなる。なお、第8変速段8thでは、第1クラッチC1が解放されているため、第1クラッチC1の摩擦係合要素62では、クラッチドラム60にスプライン嵌合された摩擦プレートが、クラッチドラム60とともに連れ回される。
自動変速機16において、例えば第8変速段8thなど所定の変速段が成立した際に、トルク伝達されることなく連れ回される回転体88が形成されることによる効果を説明する。図6は、エンジン12からトルク変動が入力されたときの、自動変速機16に形成されるガタを考慮した車両用駆動装置10の振動モデルである。
図6において、符号90は、エンジン12に対応する慣性体(以下、慣性体90)を示し、符号92は、自動変速機16に対応する慣性体(以下、慣性体92)を示し、符号94は、変速機出力軸24から図示しない駆動輪までの動力伝達経路を構成する慣性体(以下、慣性体94)を示している。慣性体90は、エンジン12の回転部材の慣性質量を有し、慣性体92は、自動変速機16の回転部材の慣性質量を有し、慣性体94は、変速機出力軸24から図示しない駆動輪までの動力伝達経路を形成する回転部材の各慣性質量の合算値を有している。慣性体90と慣性体92との間には、振動モデルとしてのスプリング96が介挿され、慣性体92と慣性体94との間には、振動モデルとしてのスプリング98が介挿されている。
自動変速機16には、各種ギヤとの噛合部やスプライン嵌合部などにおいてガタが形成されている。これをモデル化すると、図6に示すように、慣性体92が、第1慣性体92a、第2慣性体92b、および第3慣性体92cの3つの慣性体に分割される。第1慣性体92aおよび第2慣性体92bは、第8変速段8thなど所定の変速段が成立した際にトルク伝達される慣性体である。また、第3慣性体92cは、所定の変速段が成立した際にトルク伝達されない慣性体である。なお、第1慣性体92aおよび第2慣性体92bは、第8変速段8thが成立した場合にあっては、図5において網掛けが施されていない回転部材(ケース18等を除く)に相当する。また、第3回転体92cは、第8変速段8thが成立した場合にあっては、図5において網掛けが施されている回転部材(すなわち回転体88)に相当する。
第1慣性体92aと第2慣性体92bとの間に、第1ガタ100が設定されている。第1ガタ100は、所定の変速段が成立した際にトルク伝達される動力伝達経路上に形成される全てのガタを、1つのガタとしてモデル化したものである。また、第2慣性体92bと第3慣性体92cとの間に、第2ガタ102が設定される。第2ガタ102は、所定の変速段が成立した際にトルク伝達されずに連れ回される回転部材の間に形成される全てのガタを、1つのガタとしてモデル化したものである。
図7(a)は、図6の第1ガタ100をイメージで示しており、図7(b)は、図6の第2ガタ102をイメージで示している。図7(a)左側が、1慣性体92aと第2慣性体92bとの間に形成されるガタをイメージで示している。図7(a)右側が、エンジン12からトルク変動が伝達されたときの、第1ガタ100での回転変位量(回転変動変位)と時間との関係を示している。図7(a)左側においてハッチングが施されている部位が第1慣性体92aに対応し、二股状に形成されている部位が第2慣性体92bに対応している。この二股状に形成される部位の間に形成されている間隙が、第1慣性体92aと第2慣性体92bとの間に形成されるガタ幅、言い換えれば、所定の変速段が成立した場合においてトルク伝達される回転部材の間で形成されるガタ(合算値)に相当する。第1慣性体92aは、このガタの間に相対移動可能に介挿されている。
図7(a)にあっては、第1慣性体92aと第2慣性体92bの間でトルクが伝達されるため、第1ガタ100の間にもトルクが伝達される。従って、図7(a)に示すように、第1慣性体92aが、第2慣性体92bの二股形状の一方(駆動側)に押し付けられた状態となる。すなわち、第1慣性体92aと第2慣性体92bとの間で、ガタが駆動側に詰められた状態となっている。
図7(a)右側に示す図は、エンジン12のトルク変動が伝達されたときの第1ガタ100での回転変位量と時間の関係を示している。なお、縦軸の回転変位量は、エンジン12のトルク変動による回転変位量(回転変動量)のみを抽出したものである。図7(a)右側において一番上の波線および一番下の波線が、図7(a)左側に示す二股状に形成される第2慣性体92bのそれぞれの回転変位量を示している。図7(a)に示すように、第2慣性体92bは、エンジン12のトルク変動によって時間経過とともに上下に変動している。また、ハッチングの施されている部位が、図7(a)左側に示す第1慣性体92aを示しており、第2慣性体92bの上側(駆動側)の壁面に押し付けられている。このように、第1ガタ100にあっては、トルク伝達されることで、第1慣性体92aが、第2慣性体92bの上側(駆動側)の壁面に常時押し付けられ、第2慣性体92bのガタ幅の間を相対移動しない。
次いで、図7(b)について説明する。図7(b)左側が、第2慣性体92bと第3慣性体92cとの間に形成されるガタをイメージで示している。図7(b)右側が、エンジン12からトルク変動が伝達されたときの、第2ガタ102での回転変位量(回転変動量)と時間との関係を示している。図7(b)左側において、ハッチングが施されている部位が第3慣性体92cに対応し、二股状に形成されている部位が第2慣性体92bに対応している。この第2慣性体92bの二股状に形成されている部位の間に形成される間隙が、第2慣性体92bと第3慣性体92cとの間に形成されるガタ幅、言い換えれば、所定の変速段においてトルク伝達されない回転部材の間で形成されるガタ(合算値)に対応している。第3慣性体92cは、このガタ幅の間に相対回転可能に介挿されている。
図7(b)にあっては、第2慣性体92bと第3慣性体92cとの間でトルク伝達されないため、第3慣性体92cは、第2慣性体92bのガタ幅の間を自由に移動(遊転)することができる。従って、図7(b)左側に示すように、第3慣性体92cは、第2慣性体92bのガタ幅の間を相対移動(遊転)する。
図7(b)右側に示す図は、エンジン12のトルク変動が伝達されたときの第2ガタ102での回転変位量(回転変動量)と時間との関係を示している。なお、縦軸の回転変位量は、エンジン12のトルク変動による回転変位量(回転変動量)のみを抽出したものである。図7(b)右側に示す図において、一番上の波線および一番下の波線が、図7(b)左側に示す二股状に形成される第2慣性体92bのそれぞれの回転変位量を示している。図7(b)に示すように、第2慣性体92bは、エンジン12のトルク変動によって時間経過とともに上下に変動している。また、ハッチングの施されている部位が、図7(b)左側に示す第3慣性体92cを示している。図7(b)右側に示すように、第3慣性体92cは、時間経過とともに第2慣性体92bの上下の壁面に衝突しつつガタ幅の間を移動(遊転)している。
図8は、エンジン12のトルク変動が伝達されたときの第2ガタ102の回転変位量と時間との関係を示している。図8(a)がエンジン低回転速度領域での状態を示し、図8(b)がエンジン高回転領域での状態を示している。図8(a)、(b)に示す2本の波線は、図7(b)に示す二股状の第2慣性体92bの回転変位量をそれぞれ示しており、2本の波線の間の間隙は、ガタ(ガタ幅)を示している。なお、図8の回転変位量は、エンジン12のトルク変動による変位成分のみを取り出したものであり、回転変位量がゼロは、トルク変動が伝達されないときの変位に相当する。図8に示すように、第2慣性体92bの回転変位量は、エンジン12のトルク変動によって時間経過とともに上下(波状)に変動している。
また、2本の波線の間(第2慣性体92bのガタ幅の間)に描かれている折れ線が、第3慣性体92cの回転変位量を示している。図8(a)に示すように、時間経過とともに第2慣性体92に衝突しつつガタ幅の間を移動(遊転)している。これを、図5の自動変速機16で表現すると、第8変速段8thが成立した場合において、網掛けが施されているトルク伝達されない回転体88(第3慣性体92cに相当)は、回転体88の間に形成されるガタ、具体的には、第3サンギヤS3と第3ピニオンギヤP3との間に形成されるギヤガタおよびスプライン嵌合部82の間に形成されるスプラインガタの間で衝突しつつ連れ回される。
上記のように、自動変速機16で第8変速段8thが成立した場合において、回転体88が、第3サンギヤS3と第3ピニオンギヤP3との間に形成されるギヤガタおよびスプライン嵌合部82の間に形成されるスプラインガタの間で衝突しつつ連れ回されることによる効果を説明する。図9は、エンジン回転速度[rpm]と出力軸トルク変動[dB]との関係を示している。ここで、出力軸トルク変動は、エンジン12のトルク変動が伝達されたときの、自動変速機16の変速機出力軸24から出力されるトルク変動の大きさを示している。また、破線で示すガタ打ち減衰ラインは、回転体88が、第3サンギヤS3と第3ピニオンギヤP3との間に形成されるギヤガタおよびスプライン嵌合部82の間に形成されるスプラインガタの間で衝突しつつ連れ回された場合の出力軸トルク変動の大きさを示している。一点鎖線で示す慣性抜け無しラインは、回転体88が、トルク伝達される回転部材とともに一体的に回転した場合の出力軸トルク変動の大きさを示している。すなわち、トルク伝達される回転部材の慣性質量に加えて、回転体88の慣性質量が付加されたときの出力軸トルク変動の大きさを示している。二点鎖線で示す慣性抜けラインは、回転体88が、第3サンギヤS3と第3ピニオンギヤP3との間に形成されるギヤガタおよびスプライン嵌合部82の間に形成されるスプラインガタの間で衝突することなく連れ回された場合の出力軸トルク変動の大きさを示している。すなわち、トルク伝達される回転部材に回転体88の慣性質量が全く付加されない場合の出力軸トルク変動の大きさを示している。これら、ガタ打ち低減ライン、慣性抜け無しライン、および慣性抜けラインは、何れも解析的に求められている。
二点鎖線で示す慣性抜けラインでは、エンジン回転速度が比較的高い領域で出力軸トルク変動のピークが発生し、エンジン回転速度が高くなるに従って出力軸トルク変動の大きさが小さくなっている。エンジン回転速度が高くほど出力軸トルク変動が小さくなるのは、エンジン回転速度が高くなるほどエンジン12のトルク変動が小さくなるためである。一点鎖線で示す慣性抜け無しラインでは、慣性抜けラインよりもエンジン回転速度の低い領域で出力軸トルク変動のピークが発生し、エンジン回転速度が高くなるに従って出力軸トルク変動の大きさが小さくなっている。これより、エンジン回転速度が比較的高い領域では、慣性抜け無しラインの方が、慣性抜けラインに比べて出力軸トルク変動が小さくなる。これは、慣性抜け無しラインでは、回転体88のイナーシャが付加されることに起因している。
破線で示すガタ打ち減衰ラインは、慣性抜け無しラインよりもさらにエンジン低回転速度領域で出力軸トルク変動のピークが発生し、エンジン回転速度が高くなるに従って出力軸トルク変動の大きさが小さくなっている。これより、ガタ打ち減衰ラインは、エンジン回転速度が所定値(例えば車両走行中の回転速度領域の下限値)以上になると、慣性抜け無しラインよりも出力軸トルク変動が小さくなっている。
図9に示す実線が、本実施例の出力軸トルク変動の大きさを示している。エンジン12の低回転速度領域においては、エンジン12のトルク変動が大きいので、ガタ打ち減衰ラインに沿って移動する。すなわち、回転体88がガタ(ギヤガタおよびスプラインガタ)の間で衝突しつつ連れ回される。
このように、第3サンギヤS3と第3ピニオンギヤP3との間に形成されるギヤガタおよびスプライン嵌合部82の間に形成されるスプラインガタにおいて衝突が繰り返されつつ図5の網掛けの施されている部位が連れ回されることで、実質的には、網掛けの施されていない回転部材に、網掛けの施されている部位が接続された状態と見ることができる。すなわち、網掛けの施されている回転部材の慣性質量が付加されたものとみなすことができる。言い換えれば、図9の慣性抜け無しラインとみなすことができる。さらに、前記ギヤガタおよびスプラインガタの間で衝突しつつ連れ回されるため、この衝突によってトルク変動によるイナーシャエネルギの一部が消費されることになり、出力軸トルク変動が一層低減される。従って、図9に示すように、慣性抜け無しラインに比べてガタ打ち減衰ラインの方が出力軸トルク変動がさらに小さくなる。このように、例えば第8変速段8thのように、トルク伝達に寄与しない回転体88が、ガタ(ギヤガタおよびスプラインガタ)の間で衝突しつつ揺動することで、出力軸トルク変動を低減することができる。これに関連して、図9に示す予め設定されているNV目標値(騒音・振動目標値)以下となるエンジン回転速度を、慣性抜け無しラインと比べても低下させることができる。
ここで、NV目標値以下のエンジン回転速度範囲においてロックアップクラッチ15を係合させる設定とした場合を想定する。ロックアップクラッチ15を係合させると、エンジン出力を直接駆動輪に伝達できるので燃費が向上する。一方で、エンジン12のトルク変動などNV性能を悪化させるものについても直接伝達されるため、NV性能が悪化しやすい。これに対して、本実施例では、出力軸24に伝達されるトルク変動が小さくなるため、従来よりも低回転速度からロックアップクラッチ15が係合されても、従来と同程度のNV性能を得ることができる。従って、ロックアップクラッチ15の作動領域の下限値を、回転速度Ne1(従来)から回転速度Ne2(本実施例)に低下させることができ、結果として、ロックアップクラッチ15を係合して走行できる領域が広がるため、燃費を向上させることもできる。
また、図9に示すように、エンジン回転速度が高くなると、ガタ打ち減衰ラインから慣性抜けラインに遷移している。これは、エンジン回転速度が上昇するとトルク変動が小さくなり、ガタの間で衝突しなくなるためである。すなわち、図8(b)に示すように、エンジン回転速度が高くなるとエンジンのトルク変動が小さくなるに従い、回転変位量も小さくなる。これに関連して、図5の網掛けが施されているトルク伝達に寄与しない回転体88は、ガタの間で衝突しにくくなる。従って、エンジン回転速度が上昇すると、図9の破線で示すガタ打ち減衰ラインから二点鎖線で示す慣性抜けラインに遷移する。
上述したように、エンジン回転速度の上昇に伴って、エンジン12のトルク変動が小さくなるため、トルク伝達に寄与しない回転体88に形成されるガタ(ギヤガタおよびスプラインガタ)の間での衝突の回数(頻度)が少なくなり、エンジンの高回転領域では衝突が殆ど見られなくなる。すなわち、慣性抜けラインに移動する。ここで、図9において、ガタ打ち減衰ラインから慣性抜けラインへの遷移が、エンジン12の低回転速度で行われるとと、破線で示すようにNV目標値を超える出力軸トルク変動の大きい領域で遷移してしまう可能性がある。このような場合には、ガタ打ち減衰ラインで得られる出力軸トルク変動の減衰効果が殆ど得られなくなり、出力軸トルク変動が大きくなってしまう。
これを解消するため、エンジンの所定の回転速度領域までガタ打ち減衰ラインで機能するように、スプライン嵌合部82においてトレランスリング84が追加されている。第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間にトレランスリング84が介挿されると、第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間のガタが実質的にゼロとなる。従って、動力伝達経路上に形成されるガタ(合算値)が、第2ガタ102のギヤガタ分だけとなる。ここで、第1ガタ100は、ギヤ同士の噛合間に形成されるものであるため、図6の第2ガタ102と比べても十分に小さい。従って、動力伝達経路上のガタが、第2ガタ102のギヤガタで形成されるガタのみと見ることができるので、ガタが見かけ上小さくなる。このように、ガタが小さくなることから、トレランスリング84が設けられていない場合と比較して前記ガタの間で発生する衝突の頻度が高くなる。結果として、ガタ打ち減衰ラインから慣性抜けラインへ遷移するエンジン回転速度を高回転速度側に移動させることができる。このように、トレランスリング84を設けることで、前記ガタで発生する衝突が促進される。従って、ガタ打ち減衰ラインから慣性抜けラインへ遷移するエンジン回転速度が高くなり、出力軸トルク変動がNV目標値以下となるエンジン回転速度を低回転速度側に移動させることができる。よって、ロックアップクラッチの作動領域をエンジンの低回転速度側に移動することができ、燃費の向上が可能となる。なお、エンジン12の低回転速度域において、トレランスリング84が設けられていてもガタ打ち減衰ラインに沿って移動するのは、エンジン12の低回転速度領域では、エンジン12のトルク変動が大きいために、トレランスリング84で滑りが生じるためである。
なお、自動変速機16において第8変速段8thが成立した場合を一例にして説明したが、他の変速段においても同様の効果を得ることができる。他の変速段が成立した場合も同様に、トルク伝達されない回転体が形成されるためである。
上述のように、本実施例によれば、自動変速機16において例えば第8変速段8thが成立すると、回転体88は、トルク伝達されないもののトルク伝達される回転部材によって連れ回される。このとき、回転体88は、スプライン嵌合部82を有するため、スプライン嵌合部82に形成される回転方向のスプラインガタの間で衝突しつつ回転するが、エンジン回転速度の低い領域では、エンジン12のトルク変動によるスプライン嵌合部の変動変位が大きいため、スプライン嵌合部82の間で衝突が繰り返される。この衝突によってエンジン12のトルク変動によるイナーシャのエネルギが消費されることとなり、自動変速機16の変速機出力軸24から出力されるトルク変動を抑制することができる。また、トルク変動を抑制するに際して、そのトルク変動を抑制するためのイナーシャ部材など新たな部品を追加する必要も生じない。
また、本実施例によれば、エンジン12の回転速度が上昇するに従って、スプライン嵌合部82での変動変位が小さくなり、スプライン嵌合部82において衝突しにくくなる。従って、衝突によるトルク変動を打ち消す効果が低減する。これに対して、トレランスリング84が設けられることで、スプライン嵌合部82でのガタが実質的にゼロとなる。従って、動力伝達経路上に形成されるガタは、ギヤの噛合部などで形成されるガタのみとなるため、ガタが十分に小さくなる。これより、エンジン回転速度が上昇してもガタの間で衝突する頻度が増加し、衝突によるイナーシャのエネルギの消費によって、トルク変動を抑制することができる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例では、第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間にトレランスリング84が介挿されているが、例えばOリングなど第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間で摺動抵抗を発生させるものであればトレランスリング84に限定されない
また、前述の実施例の自動変速機16は、前進8段の多段変速が可能であったが、自動変速機の連結構成は、本実施例に限定されない。本発明は、所定の変速段においてトルク伝達されない回転体が形成される構成であれば、適宜適用することができる。
また、前述の実施例では、スプライン嵌合部82は、第3サンギヤS3と第1クラッチC1のクラッチドラム60との間に設けられていたが、必ずしも第3サンギヤS3とクラッチドラム60との間に限定されず、遊星歯車装置を構成する回転要素と他の遊星歯車装置を構成する回転要素との間などに設けられていても構わない。すなわち、所定の変速段においてトルク伝達されない回転体の間であれば、適宜スプライン嵌合部を設けることができる。
また、前述の実施例では、クラッチドラム60側に環状溝を形成してトレランスリング84が設けられているが、第3サンギヤS3側にトレランスリング84を設けて実施しても構わない。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
16:自動変速機(車両用自動変速機)
18:ケース(非回転部材)
36:第1遊星歯車装置(遊星歯車装置)
38:第2遊星歯車装置(遊星歯車装置)
40:第3遊星歯車装置(遊星歯車装置)
82:スプライン嵌合部
84:トレランスリング
88:回転体(トルク伝達されない回転体)
B1、B2:第1ブレーキ、第2ブレーキ(係合装置)
C1〜C4:第1クラッチ〜第4クラッチ(係合装置)
S1〜S3:第1サンギヤ〜第3サンギヤ(遊星歯車装置の回転要素)
CA1〜CA3:第1キャリヤ〜第3キャリヤ(遊星歯車装置の回転要素)
R1〜R3:第1リングギヤ〜第3リングギヤ(遊星歯車装置の回転要素)
RCA:キャリヤ(遊星歯車装置の回転要素)
RR:リングギヤ(遊星歯車装置の回転要素)

Claims (2)

  1. 複数個の遊星歯車装置と複数個の係合装置とを備え、各遊星歯車装置の各回転要素は、前記遊星歯車装置の他の回転要素または非回転部材に直接または前記係合装置の何れかを介して連結され、前記係合装置の係合の組み合わせによって複数の変速段を形成可能に構成されている車両用自動変速機において、
    前記遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素に形成されたスプライン歯と、該遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の回転要素に形成されたスプライン歯とが、互いにスプライン嵌合されることで、互いの該スプライン歯の間に形成されるガタの範囲で、これら該回転要素を相対回転可能に連結するスプライン嵌合部が形成されており、
    前記複数の変速段のうち所定の変速段は、前記スプライン嵌合部を含んで構成され、エンジンと駆動輪との間の動力伝達に関与せず、動力伝達される回転要素によって連れ回される回転体を含んで形成される
    ことを特徴とする車両用自動変速機。
  2. 前記遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素と、該遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の一部とが、径方向から見て重なっており、且つ、
    前記スプライン嵌合部と異なる部位において、前記遊星歯車装置の少なくとも1つの回転要素と、該遊星歯車装置と異なる遊星歯車装置の回転要素または前記係合装置の一部との、両方に接するようにトレランスリングが配置されている
    ことを特徴とする請求項1の車両用自動変速機。
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