ZF-9HP自動變速器傳動系統研究

鄭勁，高馨

(蘭州石化職業技術學院，甘肅蘭州 730060)

s

0 引言

當大多數汽車還在向著“8AT”的時代邁進時，ZF(采埃孚)已經敲開了“9AT”的大門。相比傳統6速自動變速器，9HP的節油率可以達到10%以上，由于其超速擋的齒比范圍更加寬泛，因此在高速行駛條件下的經濟性優勢更加明顯。而且，9HP 9速自動變速器與同級別的6速自動變速器相比，尺寸幾乎相當，在質量上也更加輕盈，所以完全能夠適應現有車輛的發動機艙。以下對其傳動系統進行分析。

1 9HP自動變速器機械傳動系統的結構

如圖1所示，9HP自動變速器的傳動輪系是辛普森輪系與一個嵌套式行星輪系組合構成的復合輪系，其中P1為辛普森輪系，P2、P3兩個單行星排嵌套構成組合式行星輪系，在9HP的復合行星輪系中，P1輪系中的齒圈2與P2、P3輪系中的行星架是一個構件，P2輪系中的齒圈與P3輪系中的太陽輪同為一個構件。復合輪系有6個換擋元件，包括3個離合器和3個制動器，這6個換擋元件的功能見表1。通過不同換擋元件的工作組合，實現9個前進擋和1個倒擋的變速傳動系統。

9HP自動變速器的換擋執行元件的工作情況見表2。

9HP自動變速器的各擋傳動比見表3。

圖1 9HP變速器傳動系統的結構與機構運動簡圖

表1 換擋執行元件的功能

表2 各擋位時換擋執行元件的工作情況表

表3 9HP變速箱各擋傳動比

傳動比小于1為超速擋，即輸入轉速低于輸出轉速，為經濟性擋位，適用于高速行駛。9HP的9個擋位中，有4個擋位是超速擋。

2 9HP主要擋位傳動工作情況研究

2.1 1擋動力傳動

如圖2所示，1擋傳動時，在行星輪系P3中，離合器F接合連接輸入軸驅動齒圈與大太陽輪組件6，制動器D制動齒圈7(這時P3行星輪系起傳動作用)，從而降低轉速增大扭矩將動力經由齒圈與后行星架組件2傳遞到辛普森輪系P1的齒圈與后行星架組件2。辛普森輪系P1的太陽輪組件 1由制動器A制動鎖止，動力由齒圈與后行星架組件2輸入，行星架4最低擋動力輸出。

圖2 9HP 1擋傳動系統結構圖

2.2 3擋動力傳動

如圖3所示，3擋傳動時，在行星輪系P2中，離合器B與離合器F接合連接輸入軸分別驅動太陽輪5和齒圈與大太陽輪組件6，這時齒圈與后行星架組件2以輸入軸的轉速將動力傳遞到辛普森輪系P1。辛普森輪系P1的太陽輪1由制動器A制動鎖止，動力由齒圈與后行星架組件2輸入，行星架4以3擋動力輸出。

圖3 9HP 3擋傳動系統結構圖

2.3 5擋動力傳動

如圖4所示，在行星輪系P2中，離合器B與離合器F接合連接輸入軸分別驅動太陽輪5和齒圈與大太陽輪組件6，這時齒圈與后行星架組件2以輸入軸的轉速將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，離合器E接合連接輸入軸驅動齒圈與前行星架組件件3，有兩路輸入軸轉速驅動P1輪系中的2個傳動元件，使行星架4以輸入軸轉速動力輸出。

圖4 9HP 5擋傳動系統結構圖

2.4 6擋動力傳動

如圖5所示，在行星輪系P2中，離合器F接合驅動齒圈與大太陽輪組件6，制動器C鎖止太陽輪5，以降低轉速增大扭矩的方式，齒圈與后行星架組件2將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，離合器E連接輸入軸驅動齒圈與前行星架組件3，這時有兩路動力驅動P1輪系，使行星架4以增速減矩的方式動力輸出。

圖5 9HP 6擋傳動系統結構圖

2.5 7擋動力傳動

如圖6所示，在行星輪系P3中，離合器F接合驅動齒圈與大太陽輪組件6，制動器D鎖止齒圈7，使齒圈與后行星架組件2以低于輸入軸的轉速將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，離合器E接合以輸入軸的轉速驅動齒圈與前行星架組件3，有兩路輸入軸轉速驅動P1輪系，行星架4以大于輸入軸的轉速動力輸出。

圖6 9HP 7擋傳動系統結構圖

2.6 9擋動力傳動

如圖7所示，在行星輪系P2與P3中，離合器B接合驅動P2輪系的太陽輪5，制動器D鎖止P3輪系的齒圈7，使齒圈與后行星架組件2以低于輸入軸的轉速反向將動力傳遞到辛普森輪系P1的齒圈與后行星架組件2。在辛普森輪系P1中，離合器E接合以輸入軸的轉速驅動齒圈與前行星架組件3，有兩路驅動輸入動力驅動P1輪系的相關部件，行星架4以最高9擋動力輸出。

圖7 9HP 9擋傳動系統結構圖

2.7 R擋動力傳動

如圖8所示，在行星輪系P2與P3中，離合器B接合驅動P2輪系的太陽輪5，制動器D鎖止P3輪系的齒圈7，使齒圈與后行星架組件2以低于輸入軸的轉速反向將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，制動器A鎖止太陽輪組件1，由于齒圈與后行星架組件2的驅動轉速與輸入軸反向，通過P1輪系減速增距后經行星架4倒擋動力輸出。

圖8 9HP R擋傳動系統結構圖

9HP利用嵌套的行星齒輪來縮短變速箱體的長度，通過優化變速箱體結構使整體質量得到了控制。9HP換擋執行元件的工作組合邏輯非常巧妙，無論是隔擋換擋還是順序換擋，都只需要2個換擋元件動作，這就保證9HP擁有很快的響應速度。文中研究了9速自動變速器機械傳動系統的結構，繪制了其運動簡圖，并研究了一些擋位的傳動工作情況，為9速自動變速器傳動系統設計及故障診斷提供了技術支持。