オートマチックトランスミッションのはどのように自動変速しているのですか？

Question

オートマチックトランスミッションのはどのように自動変速しているのですか？LSI等によるマイコン制御が搭載される前の、古い時代（フォードは1908年ごろにセミオートマのT型フォードを量産していますし、GMもハイドラマチックという名称で1940年ごろに世に送り出してます。）はどのように、あの遊星ギアを取り巻くバンドグラッチを動かしていたのでしょうか？この辺、歴史を調べても、構造を調べても出てきません。（遊星ギアを動かすことによって、ギア比を変えることは分かりました）

仮にですが・・・（エンジンまたは、トルコンなど、回転する機構を使って油圧パイプを伸ばし・・）

Dレンチに入れます。
Dの1速から、アクセルを踏み、例えば3000回転になったとき、油圧がある一定の力になってバンドブレーキを解除し、遊星ギアを動かし２速になる。
Dの２速から、また3000回転位になったとき、今度は、別の箇所のクラッチをつなぐために、油圧がクラッチを蹴飛ばして、遊星ギアを動かし3速になる。

減速に関してはバネの反発力を使い、ある一定の回転数になったとき（パイプライン内が負圧になったとき）バネが戻り、３速が２速に、２速が１速なる。

ギアの定位置（ローのままにしたい場合は、どれだけ油圧がかかっても、別のブロックにバンドをロックさせ、ギアを勝手にスライドさせないようする）

など、私の勝手な想像で書いてしまいましたが、マイコン制御以前の制御がどのようにされているのかを教えてください。

また、遊星ギアは構造が単純だと思うので、マニュアルトランスミッションに応用できそうですが、マニュアル車に使われないのはなぜですか？

yotani0425 · Accepted Answer

No5です。補足欄、拝見いたしました。山海堂のものでも電子制御が入ってしまうのですね？
私は１９７３年からGMディーラー・８０年からは〇菱ディーラーで整備を担当しATのOHもしていましたが、当然、当時のAT（ターボハイドラ・〇菱F３AシリーズやアイシンのFR用）は電子制御は全く用いられていませんでした。
まだ車のエンジンやAT制御にコンピューターというものが搭載される前の時代です。

No3で回答（簡略ですが）さしあげたように、エンジン回転数はATのオイルポンプ油圧（ポンプ油圧）、アクセルペダルの踏み込み度合いはスロットルケーブル（スロットル油圧）、車の速度はアウトプットシャフトに付いていた遠心ガバナ（ガバナ油圧）、それぞれの油圧の変化をエンジン回転数・スロットル開度・車速の情報とし、個々のバルブの位置（油道）が変わることにより、１速・２速・３速シフト用の油圧バルブに変速用油圧を断続して変速していました。
ここで当然シフトショックが起こるのでショック吸収用アキュムレーターが油圧ラインに介入するとか・・・。

資料をお探しとのこと、７０年代前半のGMのサービスショップマニュアルや８０年代初頭の〇菱のAT整備解説書やアイシンワーナーのAT整備解説書をヤフオクなどで探して手に入れる方法しか私には考え付きません。
この辺の年代であれば、ATのシフト制御に電子制御は全く使われておりませんでしたので一度お試しください。

＊昭和天皇のニッサンプリンスロイヤルはGMのスーパータービン、６０年代後半からのロールスロイス・シルバーシャドーシリーズはGMのターボハイドラ４００を搭載していましたよ。

yotani0425 · Answer

No3です。
グーグルやヤフオクなどで「オートマチックトランスミッション　整備解説書」で検索すると、メーカーの整備解説書の中古が出てくるはずです。
その中には各変速段（PやRもふくめ）におけるバルブボディーの作動やブレーキバンドやクラッチへの油圧の流れ方などが図示されていますので参考になると思いますよ。
また、一般向けではグランプリ出版や山海堂（今は無くなりましたが）が出版していたオートマチックトランスミッションの構造・作動に関する書籍は結構詳しいはずです。

loftybridge · Answer

細かい機構は、とても文章では述べ切れません。ボルグ・ワーナー型ATの書籍や整備士の教科書を読みましょう。
　っというワケで断片的な回答ですが。

＞フォードは1908年ごろにセミオートマのT型フォードを量産して・・・

T型フォードは、クラッチ操作も変速も全てドライバの操作によるもので、ここでいうATには当たりません。ただ操作が連動していて、見かけ上セミオートマに見えるだけであり、自動制御の要素はありません。（例えば、クラッチペダルを半クラッチにすると1速に入り、クラッチペダルを完全に離すと2速にシフトアップする、というような連動機構です。）

>また、遊星ギアは構造が単純だと思うので、マニュアルトランスミッションに応用できそうですが、

プラネタリの多段ミッションというと、ウイルソン社の『プリセレクタ』が有名です。（フォートT型もプラネタリですが、常時かみ合い式が発明されてなくヘタな変速操作で変速機が壊れまくった当時、大衆車としての耐久性を考えるとプラネタリ以外には選択の余地が無かったと思われます。要するに『仕方なくプラネタリ』だったということで、フォードTではステアリングギヤボックスにもプラネタリが使われています。）

このプリセレクタ、戦前のスーパーカー／スポーツカーやレーシングカーで使われ、大きなレースで優勝するなど一定の成果と評価を得ました。（最も有名なのは、戦前の名レーシングマシンMG-K3マグネットでしょう）
　このトランスミッションも変速方法自体はセミオートマに見えますが、変速もクラッチも全てドライバが操作する機構で、構造的にはMTです。
　マニュアルトランスミッションにシンクロメッシュ（同調機構）が無かった当時、後のAT同様バンドブレーキを持ち回転の同調操作が不要なプリセレクタは、変速が容易で非常に評判のよい変速機だったのですが（当時のノンシンクロのＭＴでは、シフトダウンだけでなくアップ時にもアクセルをふかして回転を合わせる必要があり、現代のMTなどとは比較にならないほど難しい操作が要求されました）・・・しかしすぐに廃れました。
　結局プラネタリで多段だと直列に並べるしか無く、プリセレクタ自体は4段だったのですが更に多段化するとケース全長が際限なく伸びてしまうのと、ボルグ・ワーナーのコーンリング型やポルシェのサーボ型等の信頼性の高いシンクロメッシュが市販車レベルで実用化され、それこそ『オンナ・コドモでも変速できる』ほどMTの操作が易しくなり、妙なセミオートマ（？）が不要になったということもあるでしょう。

今後プラネタリのMTが開発される可能性があるかどうか？というと・・・現在ではシンクロがトリプルコーンにまで達し、変速操作はますます『免許取り立てのコゾウでもスイスイ出来る』レベルになりましたし、そもそもアクセルが『スロットル・バイ・ワイヤ』となってドライバがナニもしなくても勝手にエンジン側が回転数を合わせてくれるのが当たり前なので（レーシングカーでは『ブリッパー』と呼ばれるスロットル制御のことですが、現代のセミオートマを成立させる為に必須の技術です）、プラネタリをMTに使うことはまず無いでしょう。（プラネタリでは、MTのシンクロ相当のバンドブレーキを作動させる為に油圧回路が必要になり、変速機全体で見ると『遊星ギアは構造が単純』とはなりません。）

yotani0425 · Answer

No2ですが再度失礼いたします。追伸です。
シフトタイミングの件ですが、Dレンジでは基本的にガバナ油圧（車速）とポンプ圧（AT入力回転数＝エンジン回転数）によってシフトアップ・ダウンをしていました。
サブとしてスロットルケーブルの情報（スロットルバルブの開度情報）とキャブレターバキューム情報（スロットルを開けたorスロットル一定or戻し気味などのバキューム変化を検出）で、加速中にアクセルを緩めると早めに２や３速にアップシフトしたり、アクセルを強く踏み込むとそのギヤの上限（ガバナ圧で検出）まで引っ張ったり、３速・４速で一定速走行からアクセルを強く踏み込むとキックダウン（スロットルケーブル位置やキックダウンスイッチなど）したりしていました。

ガバナバルブやポンプバルブ・スロットルコントロールバルブやバキュームバルブなどの位置は各バルブに掛かる油圧とバルブに組み込まれているリターンスプリングの張力によってスリーブ内を移動し、１速・２速・３速のシフトバルブへ油圧（情報）を伝え、各シフトバルブがクラッチやバンドへ作動油圧を送って変速することになっていました。
またバルブボディー内の油道のいたるところにスプリング付きのチェックボールもあって、油圧を管理していました。
このメーカーが設定したバルブスプリングの張力やチェックボールのスプリング張力が変速タイミングの基準を決めていたようなものでしたね。
スプリングがへたってくると早めに変速するようになってきてしまったり、油圧が下がってきてしまったり、バルブがスティックするとアップシフトが出来なくなってしまったりしました。

特にスロットルケーブルの位置設定如何で各ギヤ引っ張り気味の設定になったり、早め早めのアップシフトになったり、キックダウンも敏感になったり鈍感になったりで、ある程度はメーカーの標準設定から外れてお客さんの好みにATのシフトタイミング設定が出来たものです。

yotani0425 · Answer

その昔、GMのターボハイドラ３５０や４００（３速）や某国産メーカーのFF用AT（３速、４速）などをOHしたり、メカニックへの講習会を開催したりしていました元整備士です。（今はもう現役引退後１０年ほど経っていますが・・）

記憶の限りですがGMのターボハイドラ３速ATですと、
前進用のフォーワードクラッチ、１速（Lレンジ専用）及びリバース用のロー・リバースクラッチ、２速用キックダウンブレーキバンド、遊星ギヤセットのキャリヤにつながっているダイレクトクラッチやピニオンギヤにつながっているクラッチなどがAT内にあり、それぞれのクラッチやブレーキバンドを断続する油圧はバルブボディー内の多数のシフトバルブがコントロールしていました。
中には遊星ギヤセットのピニオンが２セット（ロングピニオンとショートピニオン）組み込まれたタイプもありました。
この複雑な油道と多数のバルブが組み込まれているバルブボディーと内部のバルブ類が全てのシフト（P・R・D・N・２・L）や変速タイミングをコントロールしていました。

各シフトバルブを動かすタイミングを検知する仕組み（今で言うセンサーでしょうか）は、車速はアウトプットシャフト（プロペラシャフト側出力）の回転数によって動く遠心式ガバナー（ガバナー油圧・バルブ）、アクセルペダルの踏み具合はキャブレターからバルボディーにつながっているスロットルケーブル（スロットル油圧・バルブ）、シフトレバーからつながっているシフトコントロールケーブル（マニュアルバルブ＝P・R・D・N・２・Lの位置検出）などがあり、ミッション前部のATオイルポンプで作られる油圧（エンジン回転数で変化する油圧とアキュムレーターで調圧する作動油圧＝一定の油圧）などがありました。そのほかキャブレターのバキュームを検出したり、急加速時にアクセルペダル踏み込み量（キックダウン）を検出するキックダウンスイッチ（電気スイッチ）でバルブボディー内の電磁バルブを操作させて強制的に２速にシフトさせる仕組みもありました。
上記の各センサー情報（アクセル開度、車速、シフトレバー位置、エンジン回転数＝オイルポンプ油圧などの情報（油圧ですが）を元に変速をしていましたね。
またシフト（変速）時のショックを緩和するために、各シフト（変速）バルブ回路にはアキュムレーター（一種のダンパーです）も付いていたはずです。

詳しい仕組みはATの教本などを読んでいただかないと、ここだけで説明は難しいと思います。
国産車のFF４AT（３速＋オーバードライブクラッチ付き）のロジック解説書（と、分解整備解説書）だけでも結構な読み物になるはずです。
＊現役時代、自作のカットモデルやOHPを用いた学科だけでも一日では足りないくらいでしたね。

なお、プラネタリーギヤセットをマニュアル車に使った例はたしかにT型フォードだけだったと思いますが、上記にも書いたようにバンドを締め付けたり、キャリアを固定したり、遊星ギヤを回したりと、それぞれのバンドやクラッチを断続操作しなければならないことになり、変速ギヤが一列に並んでいて隣通しのギヤを断続するだけでよい現在のマニュアルミッションより操作する仕組みが複雑になるからではないでしょうか。（これはあくまでも私見ですが・・）
６０年代のアストンマーチンやフェラーリの一部のモデルで４速ミッションに追加でレイコック・ド・ノーマンヴィル社製のオーバードライブ（OD）を付けていたことがあったのですが、これは電磁式でして、アウトプット側に追加したプラネタリーギヤを電磁作動させることで増速させていたはずです。そのため３速と４速の両方で作動させることも可能でした。

記憶の限りですが、少しでもご参考になれば幸いです。

rgm79quel · Answer

今も昔も変わらないですよ。
２級整備士の講習教材を見るとよくわかりますよ。

オートマチックトランスミッションのはどのように自動変速しているのですか？

No5です。

No3です。

細かい機構は、とても文章では述べ切れません。

No2ですが再度失礼いたします。

その昔、GMのターボハイドラ３５０や４００（３速）や某国産メーカーのFF用AT（３速、４速）などをOHしたり、メカニックへの講習会を開催したりしていました元整備士です。

今も昔も変わらないですよ。

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