9HP48自动变速器动力传递(上)

◆文/河北　曹利民

9HP48自动变速器动力传递(上)

◆文/河北曹利民

一、9HP48自动变速器特点

ZF 9HP48自动变速器是由ZF制造的9速电子控制单元，已配套多个厂家的多款车型，本文对其动力传递路线作以介绍。ZF 9HP48自动变速器外观如图1所示。

图1　ZF 9HP48 自动变速器相外观

1.ZF 9HP48变速器功能特点

ZF 9HP48 变速器具有下列功能特点：

● 免维护设计；

● 变速器机油不用更换；

● 变矩器利用电子调整锁止控制1～9挡来提供打滑控制功能；

● 配备9个前进挡、1个倒挡；

● 4个行星齿轮传动装置和6个换挡元件；

● 宽变速器传动比范围，小传动比例级差；

● 首个在乘客车辆自动变速器中采用互锁爪形离合器；

● TCM控制的换挡程序；

● TCM提供适配功能，确保变速器在整个使用寿命期间都具有有效的换挡质量；

● 可从TCM通过高速CAN动力总成系统总线执行诊断。

2.ZF 9HP48 自动变速器内部剖面

ZF 9HP48自动变速器内部剖面如图2所示，它包括如下主要部件：

● 液力变矩器(带锁止离合器)；

● 油泵单元；

● 2个多片式制动器；

● 2个多片式离合器；

● 2个爪形离合器；

● 4套行星齿轮组；

● 差速器动力输出轴；

● 内部阀体及电磁阀；

● 外部变速器控制模块(TCM)。

图2　ZF 9HP48 自动变速器剖面图

3.ZF9HP48变速器所用的行星齿轮传动机构

ZF9HP48变速器所用的行星齿轮传动机构如图3所示，包括四个行星齿轮组：GS1、GS2、GS3和GS4。发动机扭矩通过多片式离合器、多片制动器和两个爪形离合器的单一或组合操作传输到四个行星齿轮传动机构中，产生9个前进挡和1个倒车挡。换挡执行元件用于约束行星齿轮机构的运动状态，本自动变速器共有6个换挡执行元件，包括2个多片式制动器、2个多片式离合器和2个爪形离合器。

图3　行星齿轮机构

二、动力传递路线分析

动力传递路线如图4所示，由图可知，齿轮组GS2的太阳齿轮S2有一个额外的内部传动装置，同时随着齿轮组GS1的环形齿轮R1一同操作。环形齿轮R3连接到行星架PC1和PC2，因此按行星架相同的方向和速度旋转。齿轮组GS3和GS4作为一个Simpson行星齿轮组，两个太阳齿轮S3和S4相连。环形齿轮R4连接到行星架PC3，因此按行星架相同的方向和速度旋转。来自变速器的最终动力通过齿轮组GS4行星架输出，并通过一个直齿轮输入差速器。

图4　动力传递路线

各挡位工作元件表见表1，各换挡执行元件的作用如下。

(1)爪形离合器A接合时，将动力传递给GS2太阳轮S2/ GS1内齿圈R1。

(2)离合器B接合时，把输入轴动力传递给GS1太阳轮S1。

(3)离合器C接合时，把GS1太阳轮S1与变速器壳体连接，将其固定。

(4)离合器D接合时，把GS2内齿圈R2与变速器壳体连接，将其固定。

(5)离合器E接合时，把输入轴动力传递给GS3行星架PC3和GS4内齿圈R4。

(6)离合器F合时，把GS3太阳轮S3/ GS4太阳轮S4与变速器壳体连接，将其固定。

表1　工作元件表

1.1挡动力传递路线

1挡动力传递路线如图5所示，矢量图如图6所示。

(1)行星齿轮组GS2： 1挡时，离合器A接合，驱动行星齿轮组GS2太阳轮S2。制动器

D接合，固定行星齿轮组GS2齿圈R2。则行星齿轮组GS2行星架C2同向减速旋转。

(2)行星齿轮组GS3：行星齿轮组GS2的行星架C2和行星齿轮组GS3的齿圈R3是一体(C2/R3)。则在行星齿轮组GS3中，齿圈R3是动力输入端。制动器F接合，固定行星齿轮组GS3和GS4共用太阳轮S3/S4。则行星齿轮组GS3行星架C3在C2/R3的基础上再做同向减速旋转。

(3)行星齿轮组GS4：行星齿轮组GS3的行星架C2和行星齿轮组GS4的齿圈R4是一体(C3/R4)。则在行星齿轮组GS4中，齿圈R4是动力输入端。制动器F接合，固定行星齿轮组GS3和GS4共用太阳轮S3/S4。行星齿轮组GS4行星架C4是动力输出端，它在C3/R4的基础上再做同向减速旋转。由以上分析可知，在1挡时，GS2、GS3、GS4同时参与动力传递且都是减速运动，则最终输出是同向减速。

图5　1挡动力传递路线

图6　1挡矢量图

2.2挡动力传递路线

2挡动力传递路线如图7所示，矢量图如图8所示。

(1)行星齿轮组GS1：2挡时，离合器A接合，驱动行星齿轮组GS1齿圈R1。制动器C接合，固定行星齿轮组GS1太阳轮S1。则行星齿轮组GS1行星架C1同向减速旋转。

(2)行星齿轮组GS3和GS4：行星齿轮组GS1和GS2共用行星架C1/C2，C1/C2与R3相连，是行星齿轮组GS3的动力输入端，GS3和GS4运动状态同1挡。1挡GS2的输入部件是太阳轮S2，固定部件是齿圈R2。2挡GS1的输入部件是齿圈R1，固定部件是太阳轮S1。因齿圈的齿数大于太阳轮，所以2挡时共用行星架C2/C1的转速比1挡要快。2挡时，行星齿轮组GS3和GS4做与1挡同样的减速运动，但是输入速度变快，故总的输出速度加快。

图7　2挡动力传递路线

图8　2挡矢量图

3.3挡动力传递路线

3挡动力传递路线如图9所示，矢量图如图10所示。

(1)行星齿轮组GS1和GS2：3挡时，离合器A接合，驱动行星齿轮组GS1齿圈R1。离合器B接合，驱动行星齿轮组GS1太阳轮S1。行星齿轮组GS1有2个部件被同时驱动，则整个行星齿轮机构以一个整体旋转，即行星架C1也以输入轴速度旋转。同理，行星齿轮组GS2也以一个整体旋转。

(2)行星齿轮组GS3和GS4：行星齿轮组GS3齿圈R3行星齿轮组GS1行星架C1/C2相连，转速与输入轴相同，是行星齿轮组GS3的动力输入端，GS3和GS4运动状态同1挡。与2挡相比，行星齿轮组GS3和GS4做与2挡同样的减速运动，但3挡时GS3的动力输入端R3由2挡时的减速运动变为与转入轴转速相同的等速运动，故总的输出速度加快。

图9　3挡动力传递路线

图10　3挡矢量图

4.4挡动力传递路线

4挡动力传递路线如图11所示，矢量图如图12所示。4挡时，离合器E接合，驱动行星齿轮组GS4齿圈R4，制动器F接合，固定行星齿轮组GS4太阳轮S4。行星齿轮组GS4行星架C4做同向减速旋转。与1、2、3挡相比，4挡时，只有星齿轮组GS4在做减速运动，故障输出速度加快。

图11　4挡动力传递路线

图12　4挡矢量图

(未完待续)