ZF 9速自动变速箱「zf自动挡变速箱」

时间：2023-04-01 08:16:20来源：

之前小星介绍AT变速箱原理和通用HydraMatic 9AT变速箱。多家车企坚持开发9AT的车型，特别是SUV原因就是9AT变速箱有着省油与加速快的优势。今天小星基于ZF 9HP 9AT来聊聊9AT变速箱的优势及设计难点。

SUV车型本身车身重油耗偏高，面临降低油耗的压力更大。因此9AT提供更多的档位使得发动机始终处在经济转速区。同时9AT的1档普遍齿比大，有助于提升重型SUV的加速性能。

↑ZF的9速自动变速箱9HP拆解图

限制9AT发展的因素：

复杂性

尺寸

成本

第一款搭载9AT的横置发动机SUV车型Jeep自由光，其搭载来自德国ZF的9速自动变速箱9HP48。为了应对如上提到的尺寸限制因素，ZF采用特有的技术将9AT横置变速箱的尺寸控制在于传统6AT相当的水平。如下图，9HP28与9HP48的长度均在367mm左右。

↑ZF的9速自动变速箱9HP系列尺寸图

1. 齿比分布

如下图所示ZF9HP共包含6个换挡机构。其实现的9个档位中，有多达4个的超速档（输出轴车轮侧转速高于输入轴发动机侧）。分别为0.80、0.70、0.58、0.48。齿比跨度达到了9.8：1（4.70：0.48=9.8）。第九档使用如此低的齿比导致最高的第九档使用频率较低。

↑ZF9HP换挡机构和齿比分布

2. 引入Dog Clutch犬牙离合器缩减尺寸

如上提到的复杂性一直制约9AT变速箱的发展。ZF 9HP变速箱为了降低尺寸，使用了Dog Clutch犬牙离合器。进一步增加了换挡机构的复杂度。

↑ZF9HP换挡机构

如上为ZF9HP变速箱具体结构，包括液力耦合器Torque Converter，差速器Differential，4个行星齿轮组GearSet 1to4和6个换挡执行器（犬牙离合器DogClutch A/F，旋转离合器Clutch B/E和静止离合器Brake C/D）。

↑ZF9HP换挡机构原理图

提到DogClutch犬牙离合器大家是否觉得有些陌生，完全无法想象是什么样的结构？但相信我，开车的人基本都接触过该结构。因为学车时使用的手动变速箱普遍使用了犬牙离合器。如下为手动变速箱的换挡机构。由左侧换挡拨叉决定套筒与对应齿轮结合实现硬连接。右侧套筒中紫色部分即为犬牙离合器。其通过长短齿相互啮合，形似犬牙因此得名。由于是硬连接，因此需要如下同步器的帮助进行转速同步（套筒中黄色结构）。

↑手动变速箱的犬牙离合器机构

将犬牙离合器应用到AT自动变速箱绝对是ZF的独创，目前来看业界也仅此一家量产了该技术。由于犬牙离合器不属于摩擦传递动力而是硬连接，其本身结合过程转速差控制要求就很高。所有转速同步工作都交由电控完成。大家想必都经历过学车初期的手动挡换挡打齿或者顿挫的体验。因此这里对电控性能以及可靠性是非常大的挑战。

↑ZF9HP换挡机构的犬牙离合器A

ZF 9HP包含两组犬牙离合器。如上提到的犬牙离合器A负责控制第二排行星齿轮组的太阳轮与输入轴动力的结合和脱开。需要通过液压控制犬牙离合器在输入轴上做轴向移动。这也是业界首次。之前AT自动变速箱输入轴上从没有部件能轴向移动。同时也没有位置传感器直接传感是否移动到位。上图A中液压压力由输入轴一端向右输送（红色箭头）推动犬牙离合器向右移动（蓝色箭头）。从而如图B所示完成输入轴与太阳轮结合。图C中液压压力由输入轴另一侧向左输送（红色箭头）推动犬牙离合器向左移动（蓝色箭头）。从而如图D所示完成输入轴与太阳轮脱开。

↑ZF9HP换挡机构的犬牙离合器F

ZF 9HP中的另一组犬牙离合器称为犬牙离合器F。其控制第三四排行星齿轮组太阳轮锁住或旋转。如下图所示上半部为包含犬牙离合器F的输出齿轮支架（其最终固定在变速箱箱体上）。图中黄色标示A即为犬牙离合器F激活Active液压管路。黄色标示R即为犬牙离合器F释放Release液压管路。图中下半部分第三四排行星齿轮组太阳轮。