9HP48自動變速器動力傳遞(上)

◆文/河北　曹利民

9HP48自動變速器動力傳遞(上)

◆文/河北曹利民

一、9HP48自動變速器特點

ZF 9HP48自動變速器是由ZF制造的9速電子控制單元，已配套多個廠家的多款車型，本文對其動力傳遞路線作以介紹。ZF 9HP48自動變速器外觀如圖1所示。

圖1　ZF 9HP48 自動變速器相外觀

1.ZF 9HP48變速器功能特點

ZF 9HP48 變速器具有下列功能特點：

● 免維護設計；

● 變速器機油不用更換；

● 變矩器利用電子調整鎖止控制1～9擋來提供打滑控制功能；

● 配備9個前進擋、1個倒擋；

● 4個行星齒輪傳動裝置和6個換擋元件；

● 寬變速器傳動比范圍，小傳動比例級差；

● 首個在乘客車輛自動變速器中采用互鎖爪形離合器；

● TCM控制的換擋程序；

● TCM提供適配功能，確保變速器在整個使用壽命期間都具有有效的換擋質量；

● 可從TCM通過高速CAN動力總成系統總線執行診斷。

2.ZF 9HP48 自動變速器內部剖面

ZF 9HP48自動變速器內部剖面如圖2所示，它包括如下主要部件：

● 液力變矩器(帶鎖止離合器)；

● 油泵單元；

● 2個多片式制動器；

● 2個多片式離合器；

● 2個爪形離合器；

● 4套行星齒輪組；

● 差速器動力輸出軸；

● 內部閥體及電磁閥；

● 外部變速器控制模塊(TCM)。

圖2　ZF 9HP48 自動變速器剖面圖

3.ZF9HP48變速器所用的行星齒輪傳動機構

ZF9HP48變速器所用的行星齒輪傳動機構如圖3所示，包括四個行星齒輪組：GS1、GS2、GS3和GS4。發動機扭矩通過多片式離合器、多片制動器和兩個爪形離合器的單一或組合操作傳輸到四個行星齒輪傳動機構中，產生9個前進擋和1個倒車擋。換擋執行元件用于約束行星齒輪機構的運動狀態，本自動變速器共有6個換擋執行元件，包括2個多片式制動器、2個多片式離合器和2個爪形離合器。

圖3　行星齒輪機構

二、動力傳遞路線分析

動力傳遞路線如圖4所示，由圖可知，齒輪組GS2的太陽齒輪S2有一個額外的內部傳動裝置，同時隨著齒輪組GS1的環形齒輪R1一同操作。環形齒輪R3連接到行星架PC1和PC2，因此按行星架相同的方向和速度旋轉。齒輪組GS3和GS4作為一個Simpson行星齒輪組，兩個太陽齒輪S3和S4相連。環形齒輪R4連接到行星架PC3，因此按行星架相同的方向和速度旋轉。來自變速器的最終動力通過齒輪組GS4行星架輸出，并通過一個直齒輪輸入差速器。

圖4　動力傳遞路線

各擋位工作元件表見表1，各換擋執行元件的作用如下。

(1)爪形離合器A接合時，將動力傳遞給GS2太陽輪S2/ GS1內齒圈R1。

(2)離合器B接合時，把輸入軸動力傳遞給GS1太陽輪S1。

(3)離合器C接合時，把GS1太陽輪S1與變速器殼體連接，將其固定。

(4)離合器D接合時，把GS2內齒圈R2與變速器殼體連接，將其固定。

(5)離合器E接合時，把輸入軸動力傳遞給GS3行星架PC3和GS4內齒圈R4。

(6)離合器F合時，把GS3太陽輪S3/ GS4太陽輪S4與變速器殼體連接，將其固定。

表1　工作元件表

1.1擋動力傳遞路線

1擋動力傳遞路線如圖5所示，矢量圖如圖6所示。

(1)行星齒輪組GS2： 1擋時，離合器A接合，驅動行星齒輪組GS2太陽輪S2。制動器

D接合，固定行星齒輪組GS2齒圈R2。則行星齒輪組GS2行星架C2同向減速旋轉。

(2)行星齒輪組GS3：行星齒輪組GS2的行星架C2和行星齒輪組GS3的齒圈R3是一體(C2/R3)。則在行星齒輪組GS3中，齒圈R3是動力輸入端。制動器F接合，固定行星齒輪組GS3和GS4共用太陽輪S3/S4。則行星齒輪組GS3行星架C3在C2/R3的基礎上再做同向減速旋轉。

(3)行星齒輪組GS4：行星齒輪組GS3的行星架C2和行星齒輪組GS4的齒圈R4是一體(C3/R4)。則在行星齒輪組GS4中，齒圈R4是動力輸入端。制動器F接合，固定行星齒輪組GS3和GS4共用太陽輪S3/S4。行星齒輪組GS4行星架C4是動力輸出端，它在C3/R4的基礎上再做同向減速旋轉。由以上分析可知，在1擋時，GS2、GS3、GS4同時參與動力傳遞且都是減速運動，則最終輸出是同向減速。

圖5　1擋動力傳遞路線

圖6　1擋矢量圖

2.2擋動力傳遞路線

2擋動力傳遞路線如圖7所示，矢量圖如圖8所示。

(1)行星齒輪組GS1：2擋時，離合器A接合，驅動行星齒輪組GS1齒圈R1。制動器C接合，固定行星齒輪組GS1太陽輪S1。則行星齒輪組GS1行星架C1同向減速旋轉。

(2)行星齒輪組GS3和GS4：行星齒輪組GS1和GS2共用行星架C1/C2，C1/C2與R3相連，是行星齒輪組GS3的動力輸入端，GS3和GS4運動狀態同1擋。1擋GS2的輸入部件是太陽輪S2，固定部件是齒圈R2。2擋GS1的輸入部件是齒圈R1，固定部件是太陽輪S1。因齒圈的齒數大于太陽輪，所以2擋時共用行星架C2/C1的轉速比1擋要快。2擋時，行星齒輪組GS3和GS4做與1擋同樣的減速運動，但是輸入速度變快，故總的輸出速度加快。

圖7　2擋動力傳遞路線

圖8　2擋矢量圖

3.3擋動力傳遞路線

3擋動力傳遞路線如圖9所示，矢量圖如圖10所示。

(1)行星齒輪組GS1和GS2：3擋時，離合器A接合，驅動行星齒輪組GS1齒圈R1。離合器B接合，驅動行星齒輪組GS1太陽輪S1。行星齒輪組GS1有2個部件被同時驅動，則整個行星齒輪機構以一個整體旋轉，即行星架C1也以輸入軸速度旋轉。同理，行星齒輪組GS2也以一個整體旋轉。

(2)行星齒輪組GS3和GS4：行星齒輪組GS3齒圈R3行星齒輪組GS1行星架C1/C2相連，轉速與輸入軸相同，是行星齒輪組GS3的動力輸入端，GS3和GS4運動狀態同1擋。與2擋相比，行星齒輪組GS3和GS4做與2擋同樣的減速運動，但3擋時GS3的動力輸入端R3由2擋時的減速運動變為與轉入軸轉速相同的等速運動，故總的輸出速度加快。

圖9　3擋動力傳遞路線

圖10　3擋矢量圖

4.4擋動力傳遞路線

4擋動力傳遞路線如圖11所示，矢量圖如圖12所示。4擋時，離合器E接合，驅動行星齒輪組GS4齒圈R4，制動器F接合，固定行星齒輪組GS4太陽輪S4。行星齒輪組GS4行星架C4做同向減速旋轉。與1、2、3擋相比，4擋時，只有星齒輪組GS4在做減速運動，故障輸出速度加快。

圖11　4擋動力傳遞路線

圖12　4擋矢量圖

(未完待續)