オートマチックトランスミッションで車を運転したことがあるなら、オートマチックトランスミッションとマニュアルトランスミッションには2つの大きな違いがあることをご存知でしょう。
オートマチックトランスミッション（およびそのトルクコンバーター）とマニュアルトランスミッション（クラッチ付き）はどちらもまったく同じことを実現しますが、まったく異なる方法でそれを行います。オートマチックトランスミッションのやり方は絶対に素晴らしいことがわかりました！
この記事では、オートマチックトランスミッションについて説明します。まず、システム全体の鍵となる遊星歯車セットから始めます。次に、トランスミッションがどのように組み立てられているかを確認し、コントロールがどのように機能するかを学び、トランスミッションの制御に関連するいくつかの複雑さについて説明します。
コンテンツ
マニュアルトランスミッションと同じように、オートマチックトランスミッションの主な仕事は、エンジンを狭い範囲の速度で動作させながら、広い範囲の出力速度を提供することです。
トランスミッションがない場合、車は1つのギア比に制限され、その比は、車が希望の最高速度で走行できるように選択する必要があります。最高速度80mphが必要な場合、ギア比はほとんどのマニュアルトランスミッション車の3速ギアと同様になります。
おそらく、3速のみを使用してマニュアルトランスミッション車を運転しようとしたことはありません。そうすると、始動時にほとんど加速がなく、高速ではエンジンが赤線の近くで叫んでいることがすぐにわかります。このような車はすぐに摩耗し、ほとんど運転できなくなります。
そのため、トランスミッションはギアを使用してエンジンのトルクをより効果的に利用し、エンジンを適切な速度で動作させ続けます。重い物をけん引したり運搬したりすると、車両のトランスミッションが熱くなり、トランスミッション液が燃え尽きる可能性があります。トランスミッションを深刻な損傷から保護するために、けん引するドライバーはトランスミッションクーラーを装備した車両を購入する必要があります。
マニュアルトランスミッションとオートマチックトランスミッションの主な違いは、マニュアルトランスミッションは出力シャフトにさまざまなギアセットをロックおよびロック解除してさまざまなギア比を実現するのに対し、オートマチックトランスミッションでは同じギアセットがすべての異なるギアを生成することです。比率。遊星歯車装置は、オートマチックトランスミッションでこれを可能にする装置です。
遊星歯車装置がどのように機能するかを見てみましょう。
分解してオートマチックトランスミッションの内部を見ると、かなり狭いスペースに膨大な数の部品があります。特に、次のように表示されます：
注目の的は遊星歯車セットです。 。マスクメロンのサイズについて、この1つのパーツは、トランスミッションが生成できるさまざまなギア比のすべてを作成します。トランスミッションの他のすべては、遊星ギアセットがそのことをするのを助けるためにそこにあります。この驚くべきギアリングは、以前ハウスタッフワークスに登場しました。電動ドライバーの記事からわかるかもしれません。オートマチックトランスミッションには、2つの完全な遊星ギアセットが1つのコンポーネントに折りたたまれています。遊星歯車セットの概要については、歯車比のしくみを参照してください。
遊星歯車セットには、次の3つの主要コンポーネントがあります。
これらの3つのコンポーネントはそれぞれ、入力、出力、または静止状態に保つことができます。どのピースがどの役割を演じるかを選択することで、ギアセットのギア比が決まります。単一の遊星歯車セットを見てみましょう。
私たちのトランスミッションの遊星歯車セットの1つには、72歯のリング歯車と30歯の太陽歯車があります。このギアセットからさまざまなギア比を得ることができます。
また、3つのコンポーネントのいずれか2つを一緒にロックすると、デバイス全体が1：1のギア減速でロックされます。上記の最初のギア比は減速であることに注意してください -出力速度が入力速度よりも遅い。 2つ目はオーバードライブです -出力速度は入力速度よりも高速です。最後は再び縮小ですが、出力方向が逆になります。この遊星歯車セットから得ることができる他のいくつかの比率がありますが、これらは私たちのオートマチックトランスミッションに関連するものです。以下のアニメーションでこれらを試すことができます：
オートマチックトランスミッションに関連するさまざまなギア比のアニメーション
上の表の左側にあるボタンをクリックしてください。
したがって、この1セットのギアは、他のギアを噛み合わせたり外したりすることなく、これらのさまざまなギア比をすべて生成できます。これらのギアセットを2つ続けて使用すると、トランスミッションに必要な4つの前進ギアと1つの後進ギアを得ることができます。次のセクションでは、2つの歯車セットを組み合わせます。
このオートマチックトランスミッションは、複合遊星歯車セットと呼ばれる歯車のセットを使用します。 、これは単一の遊星歯車セットのように見えますが、実際には2つの遊星歯車セットを組み合わせたように動作します。常にトランスミッションの出力である1つのリングギアがありますが、2つのサンギアと2つの惑星のセットがあります。
いくつかの部分を見てみましょう：
下の図は、惑星キャリア内の惑星を示しています。右側の惑星が左側の惑星よりも低い位置にあることに注目してください。右側の惑星はリングギアと噛み合っていません—他の惑星と噛み合っています。左側の惑星だけがリングギアに噛み合っています。
次に、惑星キャリアの内部を見ることができます。短いギアは、小さいサンギアによってのみ噛み合います。より長い惑星は、より大きな太陽の歯車とより小さな惑星に従事しています。
以下のアニメーションは、すべての部品がトランスミッションにどのように接続されているかを示しています。
シフトレバーを動かして、トランスミッションを介して動力がどのように伝達されるかを確認します。
1速では、小さい方のサンギアがトルクコンバーターのタービンによって時計回りに駆動されます。遊星キャリアは反時計回りに回転しようとしますが、ワンウェイクラッチ（時計回りの方向にのみ回転が可能）によって静止状態に保たれ、リングギアが出力を回転させます。小さい歯車には30の歯があり、リング歯車には72の歯があるため、歯車の比率は次のようになります。
比率=-R / S =--72 / 30 =-2.4：1
したがって、回転は負の2.4：1になります。これは、出力方向が反対になることを意味します。 入力方向。しかし、出力方向は実際には同じです。 入力方向として-これは、2セットの惑星のトリックが入る場所です。最初のセットの惑星は2番目のセットと噛み合い、2番目のセットはリングギアを回転させます。この組み合わせは方向を逆にします。これにより、より大きな太陽歯車も回転することがわかります。しかし、そのクラッチが解放されるため、大きい方の太陽歯車はタービンの反対方向（反時計回り）に自由に回転します。
シフトレバーを動かして、トランスミッションを介して動力がどのように伝達されるかを確認します。
このトランスミッションは、2速に必要なレシオを得るために本当にすてきなことをします。これは、共通の遊星キャリアで相互に接続された2つの遊星ギアセットのように機能します。
プラネットキャリアの最初のステージでは、実際には大きな太陽歯車をリング歯車として使用しています。したがって、最初のステージは、太陽（小さい太陽歯車）、惑星キャリア、およびリング（大きい太陽歯車）で構成されます。
入力は小さな太陽歯車です。リングギア（大型サンギア）はバンドによって静止状態に保たれ、出力はプラネットキャリアです。この段階では、太陽を入力、遊星キャリアを出力、リングギアを固定すると、式は次のようになります。
1 + R / S =1 + 36/30 =2.2：1
遊星キャリアは、小さな太陽歯車が1回転するごとに2.2回回転します。第2段階では、遊星歯車が第2遊星歯車セットの入力として機能し、大きい方の太陽歯車（静止状態に保たれている）が太陽として機能し、リング歯車が出力として機能するため、歯車比は次のようになります。
1 /（1 + S / R）=1 /（1 + 36/72）=0.67：1
2速の全体的な減速を取得するには、最初のステージに2番目の2.2 x 0.67を掛けて、1.47：1の減速を取得します。これは奇妙に聞こえるかもしれませんが、ビデオを見ると、それがどのように機能するかがわかります。
シフトレバーを動かして、トランスミッションを介して動力がどのように伝達されるかを確認します。
ほとんどのオートマチックトランスミッションは、3速で1：1の比率になっています。前のセクションから、1：1の出力を得るために必要なのは、遊星歯車の3つの部分のうちの任意の2つを一緒にロックすることだけであることを思い出してください。このギアセットの配置により、さらに簡単になります。必要なのは、各サンギアをタービンにロックするクラッチを接続することだけです。
両方の太陽歯車が同じ方向に回転すると、反対方向にしか回転できないため、遊星歯車はロックアップします。これにより、リングギアが惑星にロックされ、すべてが1つのユニットとして回転し、1：1の比率になります。
シフトレバーを動かして、トランスミッションを介して動力がどのように伝達されるかを確認します。
定義上、オーバードライブの出力速度は入力速度よりも速くなります。これは速度の増加です—減少の反対です。このトランスミッションでは、オーバードライブを作動させると、2つのことが同時に達成されます。トルクコンバータのしくみを読むと、ロックアップトルクコンバータについて学びました。効率を上げるために、エンジンの出力がトランスミッションに直接送られるようにトルクコンバーターをロックするメカニズムを備えた車もあります。
このトランスミッションでは、オーバードライブが作動すると、トルクコンバーターのハウジングに取り付けられているシャフト（エンジンのフライホイールにボルトで固定されている）がクラッチによってプラネットキャリアに接続されます。小さなサンギアはフリーホイールで、大きなサンギアはオーバードライブバンドによって保持されています。タービンには何も接続されていません。唯一の入力はコンバーターハウジングから来ます。もう一度チャートに戻りましょう。今回は、入力用の遊星キャリア、固定された太陽歯車、出力用のリング歯車を使用します。
比率=1 /（1 + S / R）=1 /（1 + 36/72）=0.67：1
したがって、出力はエンジンの回転の3分の2ごとに1回回転します。エンジンが毎分2000回転（RPM）で回転している場合、出力速度は3000RPMです。これにより、エンジン速度を良好かつ低速に保ちながら、車を高速道路の速度で運転することができます。
シフトレバーを動かして、トランスミッションを介して動力がどのように伝達されるかを確認します。
リバースはファーストギアと非常に似ていますが、小さなサンギアがトルクコンバータタービンによって駆動される代わりに、大きなサンギアが駆動され、小さなサンギアが反対方向にフリーホイールする点が異なります。プラネットキャリアは、ハウジングへのリバースバンドによって保持されます。したがって、最後のページの方程式によれば、次のようになります。
したがって、リバースの比率は、このトランスミッションの1速より少し小さくなります。
このトランスミッションには、4つの前進ギアと1つの後進ギアがあります。ギア比、入力、出力をまとめてみましょう：
これらのセクションを読んだ後、さまざまな入力がどのように接続および切断されるのか疑問に思われるかもしれません。これは、トランスミッション内の一連のクラッチとバンドによって行われます。次のセクションでは、これらがどのように機能するかを見ていきます。
前のセクションでは、各ギア比がトランスミッションによってどのように作成されるかについて説明しました。たとえば、オーバードライブについて話し合ったとき、次のように述べました。
このトランスミッションでは、オーバードライブが作動すると、トルクコンバーターのハウジングに取り付けられているシャフト（エンジンのフライホイールにボルトで固定されている）がクラッチによってプラネットキャリアに接続されます。小さなサンギアはフリーホイールで、大きなサンギアはオーバードライブバンドによって保持されています。タービンには何も接続されていません。唯一の入力はコンバーターハウジングから来ます。
トランスミッションをオーバードライブにするには、クラッチとバンドで多くのものを接続および切断する必要があります。プラネットキャリアは、クラッチによってトルクコンバータハウジングに接続されます。小さな太陽はクラッチによってタービンから切り離され、フリーホイールできるようになります。大きな太陽歯車は、回転できないようにバンドでハウジングに固定されています。各ギアシフトは、これらのような一連のイベントをトリガーし、さまざまなクラッチとバンドが接続および切断されます。バンドを見てみましょう。
この送信には2つのバンドがあります。トランスミッションのバンドは、文字通り、ギアトレインのセクションを包み込み、ハウジングに接続するスチールバンドです。それらは、トランスミッションのケース内の油圧シリンダーによって作動します。
上の図では、トランスミッションのハウジングにあるバンドの1つを見ることができます。歯車列が削除されます。金属棒はピストンに接続されており、ピストンがバンドを作動させます。
上には、バンドを作動させる2つのピストンがあります。一連のバルブによってシリンダーに送られる油圧により、ピストンがバンドを押し、ギアトレインのその部分をハウジングにロックします。
トランスミッションのクラッチはもう少し複雑です。このトランスミッションには4つのクラッチがあります。各クラッチは、クラッチ内部のピストンに入る加圧作動油によって作動します。スプリングは、圧力が低下したときにクラッチが解放されることを確認します。下にピストンとクラッチドラムがあります。ピストンのゴム製シールに注意してください。これは、トランスミッションが再構築されたときに交換されるコンポーネントの1つです。
次の図は、クラッチ摩擦材と鋼板の交互の層を示しています。摩擦材は内側にスプラインが付けられており、ギアの1つに固定されます。鋼板は外側がスプライン加工されており、クラッチハウジングに固定されています。これらのクラッチプレートは、トランスミッションの再構築時にも交換されます。
クラッチの圧力は、シャフトの通路から供給されます。油圧システムは、どのクラッチとバンドにいつでも通電するかを制御します。
トランスミッションをロックして回転しないようにするのは簡単なことのように思えるかもしれませんが、実際にはこのメカニズムにはいくつかの複雑な要件があります。まず、車が丘の上にあるとき（車の重量がメカニズムにかかっているとき）にそれを解除できる必要があります。第二に、レバーがギアと一列に並んでいない場合でも、メカニズムをかみ合わせることができなければなりません。第三に、一度係合すると、何かがレバーのポップアップと解放を防ぐ必要があります。
これをすべて行うメカニズムはかなりきちんとしています。最初にいくつかのパーツを見てみましょう。
パーキングブレーキ機構は、出力の歯と噛み合って車を静止させます。これは、ドライブシャフトに接続するトランスミッションのセクションです。したがって、この部分が回転できない場合、車は移動できません。
上には、ギアが配置されているハウジングに駐車機構が突き出ているのが見えます。側面が先細になっていることに注意してください。これは、丘に駐車しているときにパーキングブレーキを解除するのに役立ちます。車の重量による力が、テーパーの角度のためにパーキングメカニズムを所定の位置から押し出すのに役立ちます。
このロッドは、車のシフトレバーで操作されるケーブルに接続されています。
シフトレバーがパークに配置されると、ロッドがスプリングを小さなテーパーブッシングに押し付けます。パークメカニズムが出力ギアセクションのノッチの1つに落ちるように並んでいる場合、テーパーブッシングがメカニズムを押し下げます。メカニズムが出力の高いスポットの1つに並んでいる場合、スプリングはテーパーブッシングを押しますが、車が少し転がり、歯が適切に並ぶまで、レバーは所定の位置にロックされません。これが、駐車してブレーキペダルを放した後、車が少し動くことがある理由です。駐車メカニズムが所定の位置に落ちる位置に歯が揃うように、車を少し回転させる必要があります。
車が安全に駐車できるようになると、ブッシングがレバーを押し下げて、車が丘の上にある場合に車が公園から飛び出さないようにします。
あなたの車のオートマチックトランスミッションは多くの仕事をしなければなりません。あなたはそれがいくつの異なる方法で動作するかを理解していないかもしれません。たとえば、オートマチックトランスミッションの機能の一部を次に示します。
あなたはおそらく以前にこのようなものを見たことがあるでしょう。それは本当にオートマチックトランスミッションの頭脳であり、これらすべての機能などを管理しています。通路は、トランスミッション内のすべての異なるコンポーネントへのルート流体を見ることができます。金属に成形された通路は、流体を送るための効率的な方法です。それらがなければ、トランスミッションのさまざまな部分を接続するために多くのホースが必要になります。まず、油圧システムの主要コンポーネントについて説明します。次に、それらがどのように連携するかを確認します。
オートマチックトランスミッションには、ギアポンプと呼ばれるすっきりとしたポンプがあります 。ポンプは通常、トランスミッションのカバーにあります。トランスミッションの下部にあるサンプから液体を引き出し、油圧システムに供給します。また、トランスミッションクーラーとトルクコンバーターにも供給します。
ポンプの内歯車はトルクコンバーターのハウジングに接続されているため、エンジンと同じ速度で回転します。アウターギアはインナーギアによって回転し、ギアが回転すると、流体は三日月形の片側のサンプから引き上げられ、反対側の油圧システムに押し出されます。
ガバナー は、車の速度をトランスミッションに伝える巧妙なバルブです。これは出力に接続されているため、車の動きが速いほど、ガバナーの回転も速くなります。ガバナの内部には、ガバナの回転速度に比例して開くバネ式バルブがあります。ガバナの回転速度が速いほど、バルブが開きます。ポンプからの流体は、出力シャフトを介してガバナに供給されます。
車が速く進むほど、ガバナバルブが開き、通過する流体の圧力が高くなります。
適切にシフトするには、オートマチックトランスミッションはエンジンがどれだけ激しく作動しているかを知る必要があります。これを行うには2つの異なる方法があります。一部の車には、スロットルバルブに接続された単純なケーブルリンケージがあります トランスミッションで。アクセルペダルを踏み込むほど、スロットルバルブにかかる圧力が大きくなります。他の車はバキュームモジュレーターを使用しています スロットルバルブに圧力をかけます。モジュレーターはマニフォールド圧力を感知します。マニフォールド圧力は、エンジンに大きな負荷がかかると増加します。
手動バルブ シフトレバーが接続するものです。選択したギアに応じて、手動バルブは特定のギアを禁止する油圧回路に供給します。たとえば、シフトレバーが3速にある場合、オーバードライブがかみ合うのを防ぐ回路にフィードします。
シフトバルブ クラッチとバンドに油圧を供給して、各ギアを接続します。トランスミッションのバルブ本体には、いくつかのシフトバルブが含まれています。シフトバルブは、あるギアから次のギアにいつシフトするかを決定します。たとえば、1〜2シフトバルブは、1速から2速にシフトするタイミングを決定します。シフトバルブは、一方がガバナから、もう一方がスロットルバルブからの液体で加圧されます。ポンプから液体が供給され、その液体を2つの回路のいずれかに送り、車がどのギアで走行するかを制御します。
車が急速に加速している場合、シフトバルブはシフトを遅らせます。車がゆっくり加速すると、シフトは低速で発生します。車がゆっくりと加速するとどうなるかを話し合いましょう。
車の速度が上がると、知事からの圧力が高まります。これにより、1速ギア回路が閉じて2速ギア回路が開くまでシフトバルブが強制的に作動します。車は軽いスロットルで加速しているので、スロットルバルブはシフトバルブにあまり圧力をかけません。
車が急速に加速すると、スロットルバルブはシフトバルブに対してより多くの圧力をかけます。これは、シフトバルブが2速ギアと噛み合うのに十分な距離を移動する前に、ガバナからの圧力を高くする必要があることを意味します（したがって、車速を速くする必要があります）。
各シフトバルブは特定の圧力範囲に反応します。したがって、車が速く進んでいるときは、ガバナからの圧力がそのバルブをトリガーするのに十分高いため、2対3のシフトバルブが引き継ぎます。
一部の新しい車に搭載されている電子制御トランスミッションは、依然として油圧を使用してクラッチとバンドを作動させますが、各油圧回路は電気ソレノイドによって制御されます。これにより、トランスミッションの配管が簡素化され、より高度な制御スキームが可能になります。
前のセクションでは、機械的に制御されたトランスミッションが使用する制御戦略のいくつかを見ました。電子制御トランスミッションには、さらに複雑な制御方式があります。車速とスロットル位置の監視に加えて、トランスミッションコントローラーは、ブレーキペダルが踏まれているかどうか、さらにはアンチロックブレーキシステムでさえ、エンジン速度を監視できます。
この情報とファジー論理に基づく高度な制御戦略（人間型の推論を使用して制御システムをプログラミングする方法）を使用すると、電子制御送信は次のようなことができます。
その最後の機能について話しましょう-曲がりくねった道で曲がり角に入るときのシフトアップを抑制します。上り坂の曲がりくねった山道を運転しているとしましょう。道路の直線部分を走行しているときは、トランスミッションが2速にシフトして、十分な加速と山登り力を発揮します。カーブに到達すると、減速し、アクセルペダルから足を離し、場合によってはブレーキをかけます。あなたがガスから足を離すとき、ほとんどのトランスミッションは３速にシフトアップするか、あるいはオーバードライブさえするでしょう。その後、カーブから外れて加速すると、再びシフトダウンします。しかし、マニュアルトランスミッション車を運転している場合は、おそらく車をずっと同じギアのままにしておくでしょう。高度な制御システムを備えた一部のオートマチックトランスミッションは、いくつかのカーブを回った後にこの状況を検出し、再びシフトアップしないように「学習」することができます。
オートマチックトランスミッションと関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
初版：2000年11月29日