德国采埃孚9HP自动变速器结构及动力传递路线分析

◆文/河北 罗新闻

当7AT、8AT变速器还没有完全普及的时候，拥有变速器最大市场份额的德国采埃孚集团公司(ZF)已经研发出9HP自动变速器。9HP自动变速器专为横置发动机开发，在尺寸和质量上与传统6AT相当。目前9HP自动变速器有9HP28和9HP48两个型号，分别重78kg和86kg，最大可承受扭矩为280Nm和480Nm。从这两个型号分析，输入扭矩280Nm以下的9HP28主要匹配1.4T、1.6T至2.0T之间的中小排量增压发动机或者3.0L排量以下的自然吸气发动机，而9HP48则用来与2.0T及以上的涡轮增压发动机、3.0L以上排量更大的自然吸气发动机组成搭挡。

9HP自动变速器的核心结构是4组行星齿轮和6个换挡元件(3个离合器和3个制动器)，其结构如图1、图2所示，各换挡元件的作用如表1所示。9HP自动变速器比8HP多了一个换挡元件，通过换挡元件来控制行星齿轮的不同组合实现9个前进挡、1个倒挡的设定。9HP自动变速器利用嵌套的行星齿轮来缩短变速器的长度，通过优化变速器结构以及在满足强度的基础上使用轻质的零部件材料使整体质量得到控制。

表1 各换挡原件的作用

9HP自动变速器的9个挡位中，有4个挡位是超速挡，其平顺性、经济性与6AT、8AT变速器相比更胜一筹，可以通过表2中的传动比得到印证。另外，9HP自动变速器离合器采用了两个爪型离合器，爪型离合器工作原理如图3所示。

9HP自动变速器的液压控制单元(即滑阀箱)位于变速器侧面(图4)，高精度的电磁阀是响应速度和换挡质量的保证，9HP自动变速器的TCU控制单元则安装在变速器箱体的顶部(图5)。9HP自动变速器的TCU控制单元在运算性能上与ZF纵置的8AT变速器相当，并且还有提高速度的潜力。

表2 9AT与8AT、6AT传动比比较

9HP自动变速器的控制元件组合逻辑也非常巧妙，无论是隔挡换挡还是顺序换挡，都只需要两个换挡元件的动作(见表3)，这就保证9HP在这两种执行方式下都能拥有很快的响应速度，其0～100km/h的加速时间相比6AT最多能够提高约2s。下面分析9HP各挡动力传递路线。

一、一挡动力传递路线分析

图6为一挡动力传递路线示意图，一挡时爪型离合器A、制动器D和爪型制动器F工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排3在一挡时，爪型离合器A接合，连接输入轴与行星排3的太阳轮，制动器D工作，固定行星排3内齿圈，则行星排3、4的共用行星架同向减速旋转。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，同向减速输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排2的行星架第二次同向减速输出。

3.行星排1的内齿圈与行星排2的行星架接合，第二次同向减速输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排1的行星架第三次同向减速输出，即为变速器输出。

表3 9HP各换挡元件工作表

二、二挡动力传递路线分析

图7为二挡动力传递路线示意图，二挡时爪型离合器A、制动器C和爪型制动器F工作，各排的工作情况分析如下：

1.行星排4在二挡时，爪型离合器A接合，连接输入轴与行星排4的内齿圈，制动器C工作，固定行星排3的太阳轮，则行星排3、4的共用行星架同向减速旋转，此转速高于一挡的速度。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，同向减速输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排2的行星架第二次同向减速输出。

3.行星排1的内齿圈与行星排2的行星架接合，第二次同向减速输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排1的行星架第三次同向减速输出，即为变速器输出。

三、三挡动力传递路线分析

图8为三挡动力传递路线示意图，三挡时爪型离合器A、离合器B和爪型制动器F工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排4在三挡时，爪型离合器A接合，连接输入轴与行星排4的内齿圈，离合器B工作，连接输入轴和行星排4的太阳轮，则行星排4以一个整体旋转，则行星排3、4的共用行星架同向等速旋转，此转速与输入轴相同。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，相当于以输入轴的速度输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排2的行星架第一次同向减速输出。

3.行星排1的内齿圈与行星排2的行星架接合，第二次同向减速输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排1的行星架第二次同向减速输出，即为变速器输出。

四、四挡动力传递路线分析

图9为四挡动力传递路线示意图，四挡时爪型离合器A、离合器E和爪型制动器F工作。行星排1为离合器E工作，连接输入轴和行星排1的内齿圈，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排1的行星架同向减速输出，即为变速器输出。

五、五挡动力传递路线分析

图10为五挡动力传递路线示意图，五档时爪型离合器A、离合器B和离合器E工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排4为五挡时，爪型离合器A接合，连接输入轴与行星排4的内齿圈，离合器B工作，连接输入轴和行星排4的太阳轮，则行星排4以一个整体旋转，则行星排3、4的共用行星架同向等速旋转，此转速与输入轴相同。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，相当于以输入轴的速度输入，离合器E工作，连接输入轴和行星排2的行星架，行星排2以一个整体旋转，则行星排1、2的共用太阳轮同向等速旋转，此转速与输入轴相同。

3.行星排1为离合器E工作，连接输入轴和行星排1的内齿圈，行星排1、2的共用太阳轮也与输入轴等速旋转，行星排1以一个整体旋转，行星排1的行星架同向等速输出，即为变速器输出，相当于直接挡。

六、六挡动力传递路线分析

图11为六挡动力传递路线示意图，六挡时爪型离合器A、制动器C和离合器E工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排4在六挡时，爪型离合器A接合，连接输入轴与行星排4的内齿圈，制动器C工作，制动器C工作，固定行星排3的太阳轮，则行星排3、4的共用行星架同向减速旋转。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，同向减速输入，离合器E工作，连接输入轴和行星排2的行星架，因此行星排2是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输出。

3.行星排1为离合器E工作，连接输入轴和行星排1的内齿圈，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输入，因此行星排1也是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1的行星架同向增速输出，即为变速器输出。

七、七挡动力传递路线分析

图12为七挡动力传递路线示意图，七挡时爪型离合器A、制动器D和离合器E工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排3在七挡时，爪型离合器A接合，连接输入轴与行星排3的太阳轮，制动器D工作，固定行星排3内齿圈，则行星排3、4的共用行星架同向减速旋转。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，同向减速输入，离合器E工作，连接输入轴和行星排2的行星架，因此行星排2是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输出。

3.行星排1为离合器E工作，连接输入轴和行星排1的内齿圈，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输入，因此行星排1也是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1的行星架同向增速输出，即为变速器输出。

八、八挡动力传递路线分析

图13为八挡动力传递路线示意图，八挡时制动器C、制动器D和离合器E工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排3在八挡时，制动器C、D工作，固定行星排3内齿圈和行星排4的太阳轮，则行星排3、4相当于被固定。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，被固定，离合器E工作，连接输入轴和行星排2的行星架，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输出。

3.行星排1为离合器E工作，连接输入轴和行星排1的内齿圈，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输入，因此行星排1也是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1的行星架同向增速输出，即为变速器输出。

九、九挡动力传递路线分析

图14为九挡动力传递路线示意图，九挡时离合器B、制动器D和离合器E工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排3、4在九挡时，离合器B工作，连接输入轴和行星排4的太阳轮，则行星排4的内齿圈反向输出，相当于行星排3的太阳轮反向转动，制动器D工作，固定行星排3内齿圈，则行星排3、4的共用行星架反向减速旋转。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，反向减速输入。离合器E工作，连接输入轴和行星排2的行星架，因此行星排2是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输出。

3.行星排1为离合器E工作，连接输入轴和行星排1的内齿圈，行星排1、2的共用太阳轮同向增速输入，因此行星排1也是两个输入，一个输出的工作情况，行星排1的行星架同向增速输出，即为变速器输出。

十、倒挡动力传递路线分析

图15为倒挡动力传递路线示意图，倒挡时离合器B、制动器D和爪型制动器F工作，各行星排的工作情况分析如下：

1.行星排3、4在九挡时，离合器B工作，连接输入轴和行星排4的太阳轮，则行星排4的内齿圈反向输出，相当于行星排3的太阳轮反向转动，制动器D工作，固定行星排3内齿圈，则行星排3、4的共用行星架反向减速旋转。

2.行星排2的内齿圈与行星排3、4排的共用行星架接合，反向减速输入。爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排2的行星架反向减速输出。

3.行星排1的内齿圈与行星排2的行星架接合，反向减速输入，爪型制动器F接合，固定行星排1、2的共用太阳轮，行星排1的行星架反向减速输出，即为变速器输出，实现倒挡。