通用汽车GF9变速器新技术特性（上）

保定/商爱鹏

2013年4月，通用和福特宣布联合研发9速和10速自动变速器。与之前联合开发6速自动变速器一样，依旧是联合开发，但各自制造（通用命名为6T××，福特命名为6F××）。2017年，在美国本土，10速自动变速器已搭载在福特猛禽上。10速自动变速器是基于后驱平台开发，将来会应用于福特野马、雪佛兰科尔维特和科迈罗、凯迪拉克凯雷德等大扭矩性能车型上。而9速自动变速器则是基于前驱平台开发，主要用于中型车。截至目前，在国内只有从2014年起销售的路虎极光2.0T发动机和吉普自由光2.4L发动机匹配了德国ZF公司的前驱9速自动变速器9HP45。通用汽车紧随其后，从2017年3月上市的雪佛兰探界2.0T发动机车型（1.5T发动机匹配GF6自动变速器）和2017年6月上市的别克新君威1.5T和2.0T发动机车型均匹配了GF9自动变速器。将前驱9AT这一只有豪华品牌才配置的箱型普及到中档车上，服务更广泛的消费者。下面以雪佛兰2.0T发动机匹配的9T50E为例介绍这款9速自动变速器的技术特点。

GF9变速器是在GF6变速器的基础上开发，因此命名规则相同。GF9是“Global Forward-Wheel Drive 9-speed Automatic Transmission”（全球前轮驱动9速自动变速器）的缩写。9T50变速器的主要参数如表1所示，其中9个前进挡，T表示变速器横置，50是产品序列号，与变速器传递的扭矩有关。GF9变速器的主要技术特点为：采用3组行星齿轮组、6组多片式离合器，对挡位的切换进行控制，实现9个前进挡和1个倒挡。在变速器润滑油路压力侧增加了一个滤清器，提高油液的过滤效果。此外，还增加了主动油位控制功能，能够更加准确地对变速器油液面高度进行控制。GF9变速器的主要结构如图1所示。

表1 参数

图1 变速器剖面图

由图可知，其主体结构与GF6类似，均为单轴式。采用链条和链轮输出动力至主减速器和差速器。油泵偏置于变速器轴心。变速器内部有3组行星齿轮，分别为输出行星齿轮组、反作用行星齿轮组和输入行星齿轮组。6组离合器分别为CB-123456、CB-29、CB-38、C-4、C-57R、C-6789。液力变矩器的作用是将发动机的动力传递给变速器输入轴，并在起步和加速过程中起到降速和增扭的作用。液力变矩器的主要部件有泵轮、涡轮、导轮、单向离合器和锁止离合器。其可能存在的主要故障有：

◆导轮单向离合器锁死导致高速加速不良

◆导轮单向离合器打滑导致低速加速不良

◆锁止离合器不能接合导致油耗高，动力不足

◆锁止离合器不能分离致踩制动踏板熄火

GF9变速器采用的油泵类型与GF6第三代相同，即采用了双作用泵（如图2所示），旋转一周可以实现两次吸排。其中一路出油口可以通过滑阀控制其出油量。油泵安装位置偏置于变速器轴心，通过链条传动，减少纵向长度。在变速器需求油量不高时，可以将旁通油路打开，出油口2与回油路相通（如图3所示），减小油泵排量，降低运行阻力，提高燃油经济性。GF9变速器设置有两个变速器油泵滤芯，分别位于（如图4所示）油泵入口（低压）和润滑油（高压）路中。

图2 油泵

图3 油泵工作原理图

图4 滤清器

图5 SOWC

除变速器大修外，两个滤清器都不需要保养更换。GF9变速器中使用的可选择型单向离合器（SOWC）,用于控制反作用行星架单向运转或双向锁止。其总成内部有一组机械式单向离合器和一组可控式单向离合器。当执行器工作时，可以将其控制件双向锁止（如图5所示），起到制动作用。从而取消了原有的低倒挡摩擦离合器，不仅简化了结构，还能降低黏滞损失，提高燃油经济性。GF9变速器通过控制阀体上的电磁阀对变速器控制阀体和齿轮箱侧的油位进行控制。当油温较高时，液位控制阀关闭，阀体侧的液面经导流管上方流回齿轮箱侧，保证阀体侧的液位高于齿轮箱侧，加速阀体的冷却；当油温较低时，液位控制阀打开，阀体侧的液面经阀体上的油路直接流回齿轮箱侧，两侧液位相同（如图6所示）。变速器控制模块通过变速器油温等信号对电磁阀进行主动控制。对液位电磁阀供电后，电磁阀将油压输送到油位控制阀，油位控制阀打开，连通阀体侧与齿轮箱侧油路，阀体侧油位下降。反之，液位控制阀将关闭，阀体侧液位升高，保障阀体散热需求（如图7所示）。

GF9变速器的主要结构如图8所示。机械部分的核心部件为三组行星齿轮。从变速器前端到后端分别是输出行星排、输入行星排和反作用行星排。与行星排配合的是6组多片式离合器和一组可选择型单向离合器，每个离合器的名称代表其工作挡位。输出行星排和GF6的输出行星排较为相似，太阳轮通过CB123456离合器控制（和GF6中的C1234离合器类似），可以与壳体相连或断开。行星架直接连接输出链轮并与反作用行星排的内齿圈制成一体。内齿圈与输入行星架制成一体（如图9所示）。输出行星排之后是输入行星排，与GF6类似，太阳轮通过花键连接在输入轴上；行星架与输出排内齿圈制成一体；内齿圈与反作用行星排制成一体，通过可选择型单向离合器（与GF6相比，可选择型单向离合器取代了机械单向离合器和多片式低倒挡离合器）与壳体相连，还可以通过C6789离合器（类似于GF6中的C456离合器）与输入轴相连（如图10所示）。反作用行星排位于变速器后端，是一个比较特殊的行星排，也是与GF6变速器相比，差别比较大的地方。主要包含4个元件：大太阳轮通过C4离合器连接到反作用行星架上或通过CB29离合器制动；小太阳轮通过C57R离合器连接到输入轴或通过CB38离合器制动（类似于GF6中的把反作用行星排太阳轮通过C35R离合器连接到输入轴或通过CB26离合器制动）；行星架与输入行星排齿圈连接在一起，并通过SOWC连接在壳体上。此外，还可以通过C6789离合器连接到输入轴或通过C4离合器连接到大太阳轮。内齿圈与输出行星架制成一体（如图11所示）。由上可以看出，GF9变速器是在GF6变速器机械结构基础上，使用SOWC取代低倒挡制动离合器和机械单向离合器，并在反作用行星排上加入大太阳轮和C4离合器及CB29离合器，使GF9变速器比GF6多出来2挡、4挡和9挡三个挡位。

图6 主动油位控制

图8 行星齿轮组示意图

在变速器进入D位1挡时，参与工作的离合器有CB123456和可选择型单向离合器（单向锁止）。参与工作的行星排为输入行星排和输出行星排（如图12所示）。动力流向为：输入轴→输入太阳轮→输入行星架输出齿圈→输出行星架→输出轮。

在变速器进入L位1挡时，参与工作的离合器有CB123456和可选择型单向离合器（双向锁止）。参与工作的行星排为输入行星排和输出行星排（如图13所示）。动力流向为：输入轴→输入太阳轮→输入行星架输出齿圈→输出行星架→输出轮。

L位1挡与D位1挡执行元件和动力流相同，由于可选择型单向离合器双向锁止，动力可以逆向传递，实现发动机制动功能。在变速器进入2挡时，参与工作的离合器有CB123456和CB29，参与工作的行星排为输入行星排、输出行星排和反作用行星排。动力流向为：输入轴→输入排太阳轮→输入行星架输出齿圈→输出行星架→输出轮（如图14所示）。2挡与1挡动力流相同，但输出速比不同。因为在1挡时，反作用大太阳轮处于反向转动状态，2挡时则被锁定，迫使反作用行星架顺转，相当于在1挡的动力传递路线上叠加了初始转速，动力传递路线不变，转速增高。

图9 输出行星排

图10 输入行星排

图11 反作用行星排

图12 D位1挡动力流

图13 L位1挡动力流

图14 2挡动力流

图15 3挡动力流

在变速器进入3挡时，参与工作的离合器有CB123456和CB38，参与工作的行星排为输入行星排、输出行星排和反作用行星排。动力流向为：输入轴→输入排太阳轮→输入行星架输出齿圈→输出行星架→输出轮（如图15所示）。3挡与1挡、2挡动力流相同，但输出转速更高。因为在2挡时，锁定的是反作用大太阳轮，而3挡锁定的是反作用小太阳轮，造成反作用行星架的初始转速增加。在与1、2挡动力传递路线相同的情况下，转速进一步增加。

（待续）