ZF-9HP自动变速器传动系统研究

郑劲，高馨

(兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060)

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0 引言

当大多数汽车还在向着“8AT”的时代迈进时，ZF(采埃孚)已经敲开了“9AT”的大门。相比传统6速自动变速器，9HP的节油率可以达到10%以上，由于其超速挡的齿比范围更加宽泛，因此在高速行驶条件下的经济性优势更加明显。而且，9HP 9速自动变速器与同级别的6速自动变速器相比，尺寸几乎相当，在质量上也更加轻盈，所以完全能够适应现有车辆的发动机舱。以下对其传动系统进行分析。

1 9HP自动变速器机械传动系统的结构

如图1所示，9HP自动变速器的传动轮系是辛普森轮系与一个嵌套式行星轮系组合构成的复合轮系，其中P1为辛普森轮系，P2、P3两个单行星排嵌套构成组合式行星轮系，在9HP的复合行星轮系中，P1轮系中的齿圈2与P2、P3轮系中的行星架是一个构件，P2轮系中的齿圈与P3轮系中的太阳轮同为一个构件。复合轮系有6个换挡元件，包括3个离合器和3个制动器，这6个换挡元件的功能见表1。通过不同换挡元件的工作组合，实现9个前进挡和1个倒挡的变速传动系统。

9HP自动变速器的换挡执行元件的工作情况见表2。

9HP自动变速器的各挡传动比见表3。

图1 9HP变速器传动系统的结构与机构运动简图

表1 换挡执行元件的功能

表2 各挡位时换挡执行元件的工作情况表

表3 9HP变速箱各挡传动比

传动比小于1为超速挡，即输入转速低于输出转速，为经济性挡位，适用于高速行驶。9HP的9个挡位中，有4个挡位是超速挡。

2 9HP主要挡位传动工作情况研究

2.1 1挡动力传动

如图2所示，1挡传动时，在行星轮系P3中，离合器F接合连接输入轴驱动齿圈与大太阳轮组件6，制动器D制动齿圈7(这时P3行星轮系起传动作用)，从而降低转速增大扭矩将动力经由齿圈与后行星架组件2传递到辛普森轮系P1的齿圈与后行星架组件2。辛普森轮系P1的太阳轮组件 1由制动器A制动锁止，动力由齿圈与后行星架组件2输入，行星架4最低挡动力输出。

图2 9HP 1挡传动系统结构图

2.2 3挡动力传动

如图3所示，3挡传动时，在行星轮系P2中，离合器B与离合器F接合连接输入轴分别驱动太阳轮5和齿圈与大太阳轮组件6，这时齿圈与后行星架组件2以输入轴的转速将动力传递到辛普森轮系P1。辛普森轮系P1的太阳轮1由制动器A制动锁止，动力由齿圈与后行星架组件2输入，行星架4以3挡动力输出。

图3 9HP 3挡传动系统结构图

2.3 5挡动力传动

如图4所示，在行星轮系P2中，离合器B与离合器F接合连接输入轴分别驱动太阳轮5和齿圈与大太阳轮组件6，这时齿圈与后行星架组件2以输入轴的转速将动力传递到辛普森轮系P1。在辛普森轮系P1中，离合器E接合连接输入轴驱动齿圈与前行星架组件件3，有两路输入轴转速驱动P1轮系中的2个传动元件，使行星架4以输入轴转速动力输出。

图4 9HP 5挡传动系统结构图

2.4 6挡动力传动

如图5所示，在行星轮系P2中，离合器F接合驱动齿圈与大太阳轮组件6，制动器C锁止太阳轮5，以降低转速增大扭矩的方式，齿圈与后行星架组件2将动力传递到辛普森轮系P1。在辛普森轮系P1中，离合器E连接输入轴驱动齿圈与前行星架组件3，这时有两路动力驱动P1轮系，使行星架4以增速减矩的方式动力输出。

图5 9HP 6挡传动系统结构图

2.5 7挡动力传动

如图6所示，在行星轮系P3中，离合器F接合驱动齿圈与大太阳轮组件6，制动器D锁止齿圈7，使齿圈与后行星架组件2以低于输入轴的转速将动力传递到辛普森轮系P1。在辛普森轮系P1中，离合器E接合以输入轴的转速驱动齿圈与前行星架组件3，有两路输入轴转速驱动P1轮系，行星架4以大于输入轴的转速动力输出。

图6 9HP 7挡传动系统结构图

2.6 9挡动力传动

如图7所示，在行星轮系P2与P3中，离合器B接合驱动P2轮系的太阳轮5，制动器D锁止P3轮系的齿圈7，使齿圈与后行星架组件2以低于输入轴的转速反向将动力传递到辛普森轮系P1的齿圈与后行星架组件2。在辛普森轮系P1中，离合器E接合以输入轴的转速驱动齿圈与前行星架组件3，有两路驱动输入动力驱动P1轮系的相关部件，行星架4以最高9挡动力输出。

图7 9HP 9挡传动系统结构图

2.7 R挡动力传动

如图8所示，在行星轮系P2与P3中，离合器B接合驱动P2轮系的太阳轮5，制动器D锁止P3轮系的齿圈7，使齿圈与后行星架组件2以低于输入轴的转速反向将动力传递到辛普森轮系P1。在辛普森轮系P1中，制动器A锁止太阳轮组件1，由于齿圈与后行星架组件2的驱动转速与输入轴反向，通过P1轮系减速增距后经行星架4倒挡动力输出。

图8 9HP R挡传动系统结构图

9HP利用嵌套的行星齿轮来缩短变速箱体的长度，通过优化变速箱体结构使整体质量得到了控制。9HP换挡执行元件的工作组合逻辑非常巧妙，无论是隔挡换挡还是顺序换挡，都只需要2个换挡元件动作，这就保证9HP拥有很快的响应速度。文中研究了9速自动变速器机械传动系统的结构，绘制了其运动简图，并研究了一些挡位的传动工作情况，为9速自动变速器传动系统设计及故障诊断提供了技术支持。