JP4806830B2 - 車両用自動変速機の7速パワートレイン - Google Patents

車両用自動変速機の7速パワートレイン Download PDF

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Description

本発明は車両用自動変速機の7速パワートレインに関する。
車両用自動変速機のパワートレインは、各自動車メーカーによって異なる形式で開発されて適用されているが、現在一般的に使用されている自動変速機は、4速及び5速変速機が主流をなしている。そして、最近は、6速自動変速機が開発されて一部の車両に適用される一方で、7速自動変速機の開発が活発に行われているのが実情である。
その一例として、図5のように、一つのシングルピニオン遊星ギヤセットとラヴィニュータイプの複合遊星ギヤセットとを3個のクラッチ及び3個のブレーキを通じて組み合わせて7速変速を可能に構成したものがある。
より具体的には、入力側から複合遊星ギヤセット202、シングルピニオン遊星ギヤセット200の順に配置し、シングルピニオン遊星ギヤセット200の第1遊星キャリア(PC1)を常に入力要素として作動するように入力軸204と直接的に連結した。そして、シングルピニオン遊星ギヤセット200の第1リングギヤ(R1)を第1クラッチ(C1)を介在して複合遊星ギヤセット202の第3サンギヤ(S3)と連結すると同時に、第2クラッチ(C2)を介在して複合遊星ギヤセット202の第2サンギヤ(S2)に可変的に連結した。
また、複合遊星ギヤセット202の第3遊星キャリア(PC3)を選択的に入力要素として作動するように第3クラッチ(C3)を介在して入力軸204と連結すると同時に、反対側の第2遊星キャリア(PC2)を選択的に反力要素として作動するように第1ブレーキ(B1)を介在して変速機ケース206に可変的に連結した。そして、複合遊星ギヤセット202の第3リングギヤ(R3)を出力要素として作動するように出力ギヤ208と連結した。
また、複合遊星ギヤセット202の第2遊星キャリア(PC2)は、変速機ケース206との間に、ワンウェイクラッチ(OWC)を介在して連結し、逆回転を防止することができるようにし、第2クラッチ(C2)と複合遊星ギヤセット202の第2サンギヤ(S2)との間は、第2ブレーキ(B2)を介在して変速機ケース206と連結し、複合遊星ギヤセット202の第2サンギヤ(S2)が選択的に反力要素として作動するようにした。そして、シングルピニオン遊星ギヤセット200の第1サンギヤ(S1)は、第3ブレーキ(B3)を介在して変速機ケース206と連結し、シングルピニオン遊星ギヤセット200の第1サンギヤ(S1)が選択的に反力要素として作動するように構成した。
前記構成のパワートレインは、図6のように、第1速では第1クラッチ(C1)及び第1、3ブレーキ(B1、B3)が作動して変速が行われ、第2速では第1速の状態で第1ブレーキ(B1)の作動が解除されながら第2ブレーキ(B2)が作動して変速が行われる。
第3速では第2速の状態で第2ブレーキ(B2)の作動が解除されながら第2クラッチ(C2)が作動して変速が行われ、第4速では第3速の状態で第2クラッチ(C2)の作動が解除されながら第3クラッチ(C3)が作動して変速が行われる。
第5速では第4速の状態で第3ブレーキ(B3)の作動が解除されながら第2クラッチ(C2)が作動して変速が行われ、第6速では第5速の状態で第1クラッチ(C1)の作動が解除されながら第3ブレーキ(B3)が作動して変速が行われる。
第7速では第6速の状態で第2クラッチ(C2)の作動が解除されながら第2ブレーキ(B2)が作動して変速が行われ、後進変速段では第2クラッチ(C2)及び第1、3ブレーキ(B1、B3)が作動して変速が行われる。
特開2005−042790号公報 特開2004−168295号公報
このようなパワートレインは、前進7速及び後進1速を実現することはできるが、第3ブレーキの配置位置が実際のレイアウト設計時に第1、2クラッチに作動圧を供給する流路を妨害するため、実用化には問題点がある。
また、半径方向にサイズが大きいラヴィニュータイプの複合遊星ギヤセットを適用するため、ドラッグトルクに不利であり、作動要素が多くて制御が難しく、遊星ギヤの耐久力が劣るため、生産性及び設計自由度の確保に不利であるという問題点がある。
従って、本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、従来の6速パワートレインの3個のシングルピニオン遊星ギヤセットの組み合わせに1個のクラッチを追加するだけで7速自動変速機のパワートレインを実現し、これによってギヤ比及び段間比の構造に有利であって、変速時の作動要素を減少させて変速感が向上した前進7段化を簡単に実現することができる7速自動変速機を提供することにある。
本発明の他の目的は、シングルピニオン遊星ギヤセットだけを組み合わせて遊星ギヤの耐久力を向上させることによって、生産性及び設計自由度を確保し、前進4、5、6、7変速段で3段以内のスキップシフト(skip shift)を可能にし、応答性を向上させることによって、自動変速機の性能を向上させることができるようにした車両用7速自動変速機を提供することにある。
前記目的を実現するために、本発明による車両用自動変速機の7速パワートレインは、第1サンギヤ、第1リングギヤ、第1遊星キャリアをその作動部材として含む第1シングルピニオン遊星ギヤセットと、第2サンギヤ、第2リングギヤ、第2遊星キャリアをその作動部材として含む第2シングルピニオン遊星ギヤセットと、第3サンギヤ、第3リングギヤ、第3遊星キャリアをその作動部材として含む第3シングルピニオン遊星ギヤセットとを含み、前記第1、2、3シングルピニオン遊星ギヤセットが入力軸上に配置され、第1、2、3ブレーキ及び第1、2、3クラッチを含む複数の摩擦要素が組み合わされて構成される車両用自動変速機の7速パワートレインにおいて、前記第1リングギヤは前記第2遊星キャリアの1側に固定的に連結され、前記第2リングギヤは前記第3遊星キャリアの1側に固定的に連結され、前記第3リングギヤの1側は前記第1遊星キャリアに固定的に連結され、前記第2遊星キャリアは、他側で入力軸との間に、第4速、第6速、及び第7速で作動する前記第1クラッチを介在して選択的に連結されるようにし、前記第1サンギヤは、入力軸と変速機ケースとの間に、各々第5、6速で作動する前記第2クラッチと第1速乃至第4速で作動する前記第1ブレーキとを介在して選択的に連結及び固定されるようにし、前記第2サンギヤは、常に入力要素として作動するように入力軸に固定的に連結し、前記第3遊星キャリアは、他側で後進時に作動する前記第2ブレーキと第1速で作動するワンウェイクラッチとを介在して変速機ケースに選択的に固定及び連結されるようにし、前記第3サンギヤは、入力軸と前記変速機ケースとの間に、各々第3速及び後進時に作動する前記第3クラッチと第2速、第5速、及び第7速で作動する前記第3ブレーキとを介在して選択的に連結及び固定されるようにし、第3リングギヤは、他側で出力ギヤと連結されて構成され、前記第3クラッチ及び第2、3ブレーキは変速機ケース内の前側に配置され、第1、第2クラッチ及び第1ブレーキは変速機ケース内の後側に配置され、前記ワンウェイクラッチは、前記第2ブレーキと共に変速機ケース内に並列に配置されて第3遊星キャリアに連結され、前記各摩擦要素は、第1速では前記第1ブレーキ及び前記ワンウェイクラッチが作動し、第2速では前記第1ブレーキ及び前記第3ブレーキが作動し、第3速では前記第1ブレーキ及び前記第3クラッチが作動し、第4速では前記第1ブレーキ及び前記第1クラッチが作動し、第5速では前記第2クラッチ及び前記第3ブレーキが作動し、第6速では前記第1クラッチ及び前記第2クラッチが作動し、第7速では前記第1クラッチ及び前記第3ブレーキが作動し、後進変速段では前記第3クラッチ及び第2ブレーキが作動し、前記パワートレインは、前記各摩擦要素の作動制御によって、前進4、5、6、7変速段では任意の変速段間のスキップシフトが可能であることを特徴とする。
本発明の実施形態によるパワートレインは、体積及び重量の面で有利な従来の6速パワートレインの3個のシングルピニオン遊星ギヤセットの組み合わせに1個のクラッチを追加するだけで、ギヤ比及び段間比の構造に有利で、運転性が向上し、変速時の作動要素を減少させて、簡単に前進7段化を実現することができる。
また、シングルピニオン遊星ギヤセットだけを組み合わせて遊星ギヤの耐久力を向上させ、生産性及び設計自由度を確保し、また、前進4、5、6、7変速段で3段以内のスキップシフトを可能にし、応答性を向上させることによって、自動変速機の性能を向上させることができる。
さらに、第3ブレーキの位置を前側に配置して、実際のレイアウト設計時に第1、2クラッチに作動圧を供給する流路を妨害する従来の問題点を解消することができる等の効果がある。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照してさらに詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態によるパワートレインの構成図であって、本発明の実施形態によるパワートレインは、トルクコンバーターを通してエンジンの出力側に連結される入力軸2上に第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3が後側から前側に組合わせて配置される。
ここで、前側は入力側に近い方を、後側は入力側から遠い方を示す。
第1遊星ギヤセットPG1は第1サンギヤS1、第1リングギヤR1、及びこれら第1サンギヤS1と第1リングギヤR1との間に噛合う第1遊星ギヤP1を回転可能に支持する第1遊星キャリアPC1をその作動部材として含むシングルピニオン遊星ギヤセットからなる。
第2遊星ギヤセットPG2は第2サンギヤS2、第2リングギヤR2、及びこれら第2サンギヤS2と第2リングギヤR2との間に噛合う第2遊星ギヤP2を回転可能に支持する第2遊星キャリアPC2をその作動部材として含むシングルピニオン遊星ギヤセットからなる。
第3遊星ギヤセットPG3は第3サンギヤS3、第3リングギヤR3、及びこれら第3サンギヤS3と第3リングギヤR3との間に噛合う第3遊星ギヤP3を回転可能に支持する第3遊星キャリアPC3をその作動部材として含むシングルピニオン遊星ギヤセットからなる。
第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の配列は、変速機の後側から前側に第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の順に配置される。
第1リングギヤR1及び第2遊星キャリアPC2、第2リングギヤR2及び第3遊星キャリアPC3、第1遊星キャリアPC1及び第3リングギヤR3は各々固定的に連結される。
そして、入力軸2には第2サンギヤS2が固定的に連結されて常時入力要素として作動する。
第1サンギヤS1、第3サンギヤS3、及び第1リングギヤR1は入力軸2に各々第2クラッチC2、第3クラッチC3、第1クラッチC1を介在して連結されることによって、選択的に入力要素として作動する。
ここで、第1サンギヤS1及び第3サンギヤS3は、変速機ケース4に各々第1ブレーキB1及び第3ブレーキB3を介在して連結されることによって、選択的に固定要素として作動する。
また、第3遊星キャリアPC3は、変速機ケース4に並列配置される第2ブレーキB2及びワンウェイクラッチOWCを介在して連結されることによって、可変的に固定要素として作動する。
第3リングギヤR3には出力ギヤ6が装着されて、常に出力要素として作動する。
前記構成によって、第1、2クラッチC1、C2及び第1ブレーキB1は変速機ケース内の後側に配置され、第3クラッチC3及び第2、3ブレーキB2、B3は変速機ケース内の前側に配置される。
前記のように構成されるパワートレインは、図2の作動表のように作動することによって、前進7速及び後進1速の変速段を実現する。
すなわち、前進1速では第1ブレーキB1及びワンウェイクラッチOWC、前進2速では第1、3ブレーキB1、B3、前進3速では第3クラッチC3及び第1ブレーキB1が作動する。
前進4速では第1クラッチC1及び第1ブレーキB1、前進5速では第2クラッチC2及び第3ブレーキB3、前進6速では第1、2クラッチC1、C2、前進7速では第1クラッチC1及び第3ブレーキB3が作動する。
後進変速段では第3クラッチC3及び第2ブレーキB2が作動する。
このような本発明の実施形態によるパワートレインは、3個のシングルピニオン遊星ギヤセットを組み合わせるが、第1リングギヤR1と第2遊星キャリアPC2、第2リングギヤR2と第3遊星キャリアPC3、第3リングギヤR3と第1遊星キャリアPC1が各々固定的に連結され、図3のように6個のノードで示される。
そのため、第1ノードN1は第2サンギヤS2、第2ノードN2は第3サンギヤS3、第3ノードN3は第1リングギヤR1及び第2遊星キャリアPC2、第4ノードN4は第2リングギヤR2及び第3遊星キャリアPC3、第5ノードN5は第1遊星キャリアPC1及び第3リングギヤR3、第6ノードN6は第1サンギヤS1で設定される。
以下、本発明の実施形態によるパワートレインの動作を図3及び図4を参照して詳細に説明する。
図3及び図4は本発明の実施形態によるパワートレインの変速過程をレバー解釈法によって可視的に示したものである。
前進1速では、第1ブレーキB1及びワンウェイクラッチOWCが作動する。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1を通して入力が行われる状態で、第4ノードN4及び第6ノードN6が固定要素として作動する。従って、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用によって、図3の第1速のような速度線を形成し、出力要素である第5ノードN5を通してD1だけ出力が行われながら、前進1速の変速が行われる。
前進2速では、第1速の状態で第3ブレーキB3が作動制御される。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1を通して入力が行われる状態で、第2ノードN2及び第6ノードN6が固定要素として作動する。従って、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用によって、図3の第2速のような速度線を形成し、出力要素である第5ノードN5を通してD2だけ出力が行われながら、前進2速の変速が行われる。
前進3速では、第2速の状態で第3ブレーキB3の作動が解除されて、第3クラッチC3が作動制御される。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1及び第3サンギヤS3である第2ノードN2を通して同時に入力が行われる状態で、第6ノードN6が固定要素として作動しながら、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用によって、図3の第3速のような速度線を形成し、出力要素である第5ノードN5を通してD3だけ出力が行われながら、前進3の変速が行われる。
前進4速では、第3速の状態で第3クラッチC3の作動が解除されて、第1クラッチC1が作動制御される。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1及び第2遊星キャリアPC2である第3ノードN3を通して同時に入力が行われて第2遊星ギヤセットPG2が一体に回転し、第6ノードN6は固定要素として作動するが、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用によって、図3の第4速のような速度線を形成し、出力要素である第5ノードN5を通してD4だけ出力が行われながら、前進4速の変速が行われる。
前進5速では、第4速の状態で第1クラッチC1及び第1ブレーキB1の作動が同時に解除されて、第2クラッチC2及び第3ブレーキB3が作動制御される。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1及び第1サンギヤS1である第6ノードN6)を通して同時に入力が行われ、第2ノードN6は固定要素として作動する。従って、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用によって、図4の第5速のように出力要素である第5ノード(N5)を通してD5だけ出力が行われながら、前進5速の変速が行われる。
前進6速では、第5速の状態で第3ブレーキB3の作動が解除されて、第1クラッチC1が作動制御される。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1、第2遊星キャリアPC2である第3ノードN3、及び第1サンギヤS1である第6ノードN6を通して入力が行われ、固定要素は存在しないが、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の全てが直結状態になり、図4の第6速のように、出力要素である第5ノードN5を通して入力と同一なD6だけ出力が行われながら、前進6速の変速が行われる。
前進7速では、第6速の状態で第2クラッチC2の作動が解除されて、第3ブレーキB3が作動制御される。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1及び第2遊星キャリアPC2である第3ノードN3を通して同時に入力が行われて第2遊星ギヤセットPG2が一体に回転し、第3サンギヤS3である第2ノードN2が固定要素として作動して、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用により、図4の第7速のような速度線を形成し、出力要素である第5ノードN5を通してD7だけ出力が行われながら、前進7速の変速が行われる。
そして、後進変速段では、第3クラッチC3及び第2ブレーキB2を作動制御する。
そうすると、第2サンギヤS2である第1ノードN1及び第3サンギヤS3である第2ノードN2を通して入力が行われる状態で、第4ノードN4が固定要素として作動し、第1、2、3遊星ギヤセットPG1、PG2、PG3の相互補完作用によって、図4の後進変速のような速度線を形成するようになり、出力要素である第5ノードN5を通してRだけ出力が行われながら、後進変速が行われる。
前記で、各遊星ギヤセットに対する速度線については、当業者なら十分に求めることができる公知の部分であるので、詳細な説明は省略する。
前記のように変速が行われる本発明の実施形態によるパワートレインは、前進1速では4.947、前進2速では2.924、前進3速では1.908、前進4速では1.391、前進5速では1.223、前進6速では1.000、前進7速では0.792に設定でき、各変速段の段間比を最適化することができる。
そして、図3のように、3段以内でのスキップ変速が、一つの作動要素を作動解除して一つの作動要素を作動制御するか、または2つの作動要素を作動解除して2つの作動要素を作動制御する方法で行えるので、自動変速機の変速性能を向上させることができる。
より具体的に、4→2スキップ変速は、4速の状態で第1クラッチC1の作動を解除して第3ブレーキB3を作動させればよく、5→2スキップ変速は、5速の状態で第2クラッチC2の作動を解除して第1ブレーキB1を作動させればよく、6→4スキップ変速は、6速の状態で第2クラッチC2の作動を解除して第1ブレーキB1を作動させればよい。
そして、7→5スキップ変速は、7速の状態で第1クラッチC1の作動を解除して第2クラッチC2を作動させればよく、7→4スキップ変速は、7速の状態で第3ブレーキB3の作動を解除して第1ブレーキB1を作動させればよい。このように、一つの作動要素を解除して一つの作動要素を作動制御すれば、スキップ変速が可能になる。
また、5→3スキップ変速は、5速の状態で第2クラッチC2及び第3ブレーキB3の作動を解除して第3クラッチC3及び第1ブレーキB1を作動させればよい。6→3スキップ変速は、6速の状態で第1クラッチC1及び第2クラッチC2の作動を解除して第3クラッチC3及び第1ブレーキB1を作動させればよい。このように、2つの作動要素を解除して2つの作動要素を作動制御すれば、スキップ変速が可能になる。
本発明の実施形態によるパワートレインの構成図である。 本発明の実施形態によるパワートレインの変速過程での摩擦要素作動表である。 本発明の実施形態によるパワートレインの第1速乃至第4速までの変速過程を可視的に示したレバー解釈法の速度線図である。 本発明の実施形態によるパワートレインの第5速乃至第7速及び後進時の変速過程を可視的に示したレバー解釈法の速度線図である。 従来の7速パワートレインの一実施形態を示した構成図である。 図5の変速のための摩擦要素の作動表である。
符号の説明
2 入力軸
6 出力ギヤ
200 シングルピニオン遊星ギヤセット
202 複合遊星ギヤセット
204 入力軸
206 変速機ケース
208 出力ギヤ
B1、B2、B3 第1、2、3ブレーキ
C1、C2、C3 第1、2、3クラッチ
P1、P2、P3 第1、2、3遊星ギヤ
R1、R2、R3 第1、2、3リングギヤ
S1、S2、S3 第1、2、3サンギヤ
PC1、PC2、PC3 第1、2、3遊星キャリア
PG1、PG2、PG3 第1、2、3遊星ギヤセット
N1、N2、N3、N4、N5、N6 第1、2、3、4、5、6ノード

Claims (1)

  1. 第1サンギヤ、第1リングギヤ、第1遊星キャリアをその作動部材として含む第1シングルピニオン遊星ギヤセットと、第2サンギヤ、第2リングギヤ、第2遊星キャリアをその作動部材として含む第2シングルピニオン遊星ギヤセットと、第3サンギヤ、第3リングギヤ、第3遊星キャリアをその作動部材として含む第3シングルピニオン遊星ギヤセットとを含み、
    前記第1、2、3シングルピニオン遊星ギヤセットが入力軸上に配置され、第1、2、3ブレーキ及び第1、2、3クラッチを含む複数の摩擦要素が組み合わされて構成される車両用自動変速機の7速パワートレインにおいて、
    前記第1リングギヤは前記第2遊星キャリアの1側に固定的に連結され、前記第2リングギヤは前記第3遊星キャリアの1側に固定的に連結され、前記第3リングギヤの1側は前記第1遊星キャリアに固定的に連結され、
    前記第2遊星キャリアは、他側で入力軸との間に、第4速、第6速、及び第7速で作動する前記第1クラッチを介在して選択的に連結されるようにし、
    前記第1サンギヤは、入力軸と変速機ケースとの間に、各々第5、6速で作動する前記第2クラッチと第1速乃至第4速で作動する前記第1ブレーキとを介在して選択的に連結及び固定されるようにし、
    前記第2サンギヤは、常に入力要素として作動するように入力軸に固定的に連結し、
    前記第3遊星キャリアは、他側で後進時に作動する前記第2ブレーキと第1速で作動するワンウェイクラッチとを介在して変速機ケースに選択的に固定及び連結されるようにし、
    前記第3サンギヤは、入力軸と前記変速機ケースとの間に、各々第3速及び後進時に作動する前記第3クラッチと第2速、第5速、及び第7速で作動する前記第3ブレーキとを介在して選択的に連結及び固定されるようにし、
    第3リングギヤは、他側で出力ギヤと連結されて構成され、
    前記第3クラッチ及び第2、3ブレーキは変速機ケース内の前側に配置され、
    第1、第2クラッチ及び第1ブレーキは変速機ケース内の後側に配置され、
    前記ワンウェイクラッチは、前記第2ブレーキと共に変速機ケース内に並列に配置されて第3遊星キャリアに連結され、
    前記各摩擦要素は、
    第1速では前記第1ブレーキ及び前記ワンウェイクラッチが作動し、
    第2速では前記第1ブレーキ及び前記第3ブレーキが作動し、
    第3速では前記第1ブレーキ及び前記第3クラッチが作動し、
    第4速では前記第1ブレーキ及び前記第1クラッチが作動し、
    第5速では前記第2クラッチ及び前記第3ブレーキが作動し、
    第6速では前記第1クラッチ及び前記第2クラッチが作動し、
    第7速では前記第1クラッチ及び前記第3ブレーキが作動し、
    後進変速段では前記第3クラッチ及び第2ブレーキが作動し、
    前記パワートレインは、前記各摩擦要素の作動制御によって、前進4、5、6、7変速段では任意の変速段間のスキップシフトが可能であることを特徴とする車両用自動変速機の7速パワートレイン。
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