德國采埃孚9HP自動變速器結構及動力傳遞路線分析

◆文/河北 羅新聞

當7AT、8AT變速器還沒有完全普及的時候，擁有變速器最大市場份額的德國采埃孚集團公司(ZF)已經(jīng)研發(fā)出9HP自動變速器。9HP自動變速器專為橫置發(fā)動機開發(fā)，在尺寸和質量上與傳統(tǒng)6AT相當。目前9HP自動變速器有9HP28和9HP48兩個型號，分別重78kg和86kg，最大可承受扭矩為280Nm和480Nm。從這兩個型號分析，輸入扭矩280Nm以下的9HP28主要匹配1.4T、1.6T至2.0T之間的中小排量增壓發(fā)動機或者3.0L排量以下的自然吸氣發(fā)動機，而9HP48則用來與2.0T及以上的渦輪增壓發(fā)動機、3.0L以上排量更大的自然吸氣發(fā)動機組成搭擋。

9HP自動變速器的核心結構是4組行星齒輪和6個換擋元件(3個離合器和3個制動器)，其結構如圖1、圖2所示，各換擋元件的作用如表1所示。9HP自動變速器比8HP多了一個換擋元件，通過換擋元件來控制行星齒輪的不同組合實現(xiàn)9個前進擋、1個倒擋的設定。9HP自動變速器利用嵌套的行星齒輪來縮短變速器的長度，通過優(yōu)化變速器結構以及在滿足強度的基礎上使用輕質的零部件材料使整體質量得到控制。

表1 各換擋原件的作用

9HP自動變速器的9個擋位中，有4個擋位是超速擋，其平順性、經(jīng)濟性與6AT、8AT變速器相比更勝一籌，可以通過表2中的傳動比得到印證。另外，9HP自動變速器離合器采用了兩個爪型離合器，爪型離合器工作原理如圖3所示。

9HP自動變速器的液壓控制單元(即滑閥箱)位于變速器側面(圖4)，高精度的電磁閥是響應速度和換擋質量的保證，9HP自動變速器的TCU控制單元則安裝在變速器箱體的頂部(圖5)。9HP自動變速器的TCU控制單元在運算性能上與ZF縱置的8AT變速器相當，并且還有提高速度的潛力。

表2 9AT與8AT、6AT傳動比比較

9HP自動變速器的控制元件組合邏輯也非常巧妙，無論是隔擋換擋還是順序換擋，都只需要兩個換擋元件的動作(見表3)，這就保證9HP在這兩種執(zhí)行方式下都能擁有很快的響應速度，其0～100km/h的加速時間相比6AT最多能夠提高約2s。下面分析9HP各擋動力傳遞路線。

一、一擋動力傳遞路線分析

圖6為一擋動力傳遞路線示意圖，一擋時爪型離合器A、制動器D和爪型制動器F工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排3在一擋時，爪型離合器A接合，連接輸入軸與行星排3的太陽輪，制動器D工作，固定行星排3內(nèi)齒圈，則行星排3、4的共用行星架同向減速旋轉。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，同向減速輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排2的行星架第二次同向減速輸出。

3.行星排1的內(nèi)齒圈與行星排2的行星架接合，第二次同向減速輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排1的行星架第三次同向減速輸出，即為變速器輸出。

表3 9HP各換擋元件工作表

二、二擋動力傳遞路線分析

圖7為二擋動力傳遞路線示意圖，二擋時爪型離合器A、制動器C和爪型制動器F工作，各排的工作情況分析如下：

1.行星排4在二擋時，爪型離合器A接合，連接輸入軸與行星排4的內(nèi)齒圈，制動器C工作，固定行星排3的太陽輪，則行星排3、4的共用行星架同向減速旋轉，此轉速高于一擋的速度。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，同向減速輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排2的行星架第二次同向減速輸出。

3.行星排1的內(nèi)齒圈與行星排2的行星架接合，第二次同向減速輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排1的行星架第三次同向減速輸出，即為變速器輸出。

三、三擋動力傳遞路線分析

圖8為三擋動力傳遞路線示意圖，三擋時爪型離合器A、離合器B和爪型制動器F工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排4在三擋時，爪型離合器A接合，連接輸入軸與行星排4的內(nèi)齒圈，離合器B工作，連接輸入軸和行星排4的太陽輪，則行星排4以一個整體旋轉，則行星排3、4的共用行星架同向等速旋轉，此轉速與輸入軸相同。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，相當于以輸入軸的速度輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排2的行星架第一次同向減速輸出。

3.行星排1的內(nèi)齒圈與行星排2的行星架接合，第二次同向減速輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排1的行星架第二次同向減速輸出，即為變速器輸出。

四、四擋動力傳遞路線分析

圖9為四擋動力傳遞路線示意圖，四擋時爪型離合器A、離合器E和爪型制動器F工作。行星排1為離合器E工作，連接輸入軸和行星排1的內(nèi)齒圈，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排1的行星架同向減速輸出，即為變速器輸出。

五、五擋動力傳遞路線分析

圖10為五擋動力傳遞路線示意圖，五檔時爪型離合器A、離合器B和離合器E工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排4為五擋時，爪型離合器A接合，連接輸入軸與行星排4的內(nèi)齒圈，離合器B工作，連接輸入軸和行星排4的太陽輪，則行星排4以一個整體旋轉，則行星排3、4的共用行星架同向等速旋轉，此轉速與輸入軸相同。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，相當于以輸入軸的速度輸入，離合器E工作，連接輸入軸和行星排2的行星架，行星排2以一個整體旋轉，則行星排1、2的共用太陽輪同向等速旋轉，此轉速與輸入軸相同。

3.行星排1為離合器E工作，連接輸入軸和行星排1的內(nèi)齒圈，行星排1、2的共用太陽輪也與輸入軸等速旋轉，行星排1以一個整體旋轉，行星排1的行星架同向等速輸出，即為變速器輸出，相當于直接擋。

六、六擋動力傳遞路線分析

圖11為六擋動力傳遞路線示意圖，六擋時爪型離合器A、制動器C和離合器E工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排4在六擋時，爪型離合器A接合，連接輸入軸與行星排4的內(nèi)齒圈，制動器C工作，制動器C工作，固定行星排3的太陽輪，則行星排3、4的共用行星架同向減速旋轉。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，同向減速輸入，離合器E工作，連接輸入軸和行星排2的行星架，因此行星排2是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸出。

3.行星排1為離合器E工作，連接輸入軸和行星排1的內(nèi)齒圈，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸入，因此行星排1也是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1的行星架同向增速輸出，即為變速器輸出。

七、七擋動力傳遞路線分析

圖12為七擋動力傳遞路線示意圖，七擋時爪型離合器A、制動器D和離合器E工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排3在七擋時，爪型離合器A接合，連接輸入軸與行星排3的太陽輪，制動器D工作，固定行星排3內(nèi)齒圈，則行星排3、4的共用行星架同向減速旋轉。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，同向減速輸入，離合器E工作，連接輸入軸和行星排2的行星架，因此行星排2是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸出。

3.行星排1為離合器E工作，連接輸入軸和行星排1的內(nèi)齒圈，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸入，因此行星排1也是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1的行星架同向增速輸出，即為變速器輸出。

八、八擋動力傳遞路線分析

圖13為八擋動力傳遞路線示意圖，八擋時制動器C、制動器D和離合器E工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排3在八擋時，制動器C、D工作，固定行星排3內(nèi)齒圈和行星排4的太陽輪，則行星排3、4相當于被固定。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，被固定，離合器E工作，連接輸入軸和行星排2的行星架，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸出。

3.行星排1為離合器E工作，連接輸入軸和行星排1的內(nèi)齒圈，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸入，因此行星排1也是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1的行星架同向增速輸出，即為變速器輸出。

九、九擋動力傳遞路線分析

圖14為九擋動力傳遞路線示意圖，九擋時離合器B、制動器D和離合器E工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排3、4在九擋時，離合器B工作，連接輸入軸和行星排4的太陽輪，則行星排4的內(nèi)齒圈反向輸出，相當于行星排3的太陽輪反向轉動，制動器D工作，固定行星排3內(nèi)齒圈，則行星排3、4的共用行星架反向減速旋轉。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，反向減速輸入。離合器E工作，連接輸入軸和行星排2的行星架，因此行星排2是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸出。

3.行星排1為離合器E工作，連接輸入軸和行星排1的內(nèi)齒圈，行星排1、2的共用太陽輪同向增速輸入，因此行星排1也是兩個輸入，一個輸出的工作情況，行星排1的行星架同向增速輸出，即為變速器輸出。

十、倒擋動力傳遞路線分析

圖15為倒擋動力傳遞路線示意圖，倒擋時離合器B、制動器D和爪型制動器F工作，各行星排的工作情況分析如下：

1.行星排3、4在九擋時，離合器B工作，連接輸入軸和行星排4的太陽輪，則行星排4的內(nèi)齒圈反向輸出，相當于行星排3的太陽輪反向轉動，制動器D工作，固定行星排3內(nèi)齒圈，則行星排3、4的共用行星架反向減速旋轉。

2.行星排2的內(nèi)齒圈與行星排3、4排的共用行星架接合，反向減速輸入。爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排2的行星架反向減速輸出。

3.行星排1的內(nèi)齒圈與行星排2的行星架接合，反向減速輸入，爪型制動器F接合，固定行星排1、2的共用太陽輪，行星排1的行星架反向減速輸出，即為變速器輸出，實現(xiàn)倒擋。