文/北京 薛慶文

自2001年德國采埃孚(ZF)公司成功推出全球首款型號為6HP-XX 6速自動變速器以來，該變速器便迅速被一些高端車型列為標(biāo)準(zhǔn)配置產(chǎn)品之一，如寶馬、捷豹、路虎、勞斯萊斯、奧迪、大眾、通用、福特等系列車型均使用了這款6HP-XX系列變速器。

一、6HP-XX變速器的特點

6HP-XX系列變速器最大特點是：利用極少的換擋執(zhí)行元件(5個)來控制一套所謂的“萊配萊捷式”行星齒輪組(實為一套拉維納與一個單級單排齒輪組組成)，實現(xiàn)6前1倒的變速功能，同時真正實現(xiàn)機、電、液一體化控制功能(電子液壓模塊集成在一起)。該系列變速器機械結(jié)構(gòu)見圖1。

多年來，根據(jù)市場上反饋的信息，采埃孚從結(jié)構(gòu)與控制(軟件與硬件)上對該系列變速器進行了一次重大更新。因此，在后市場維修中大家從2006年開始劃分界限，即2006年前的6HP-XX被大家視為老款型，2006年后的為新款型。無論是新款還是老款，我們發(fā)現(xiàn)在6HP-XX變速器的5個元件當(dāng)中唯獨“D”制動器在設(shè)計中出現(xiàn)了D1、D2兩個制動器油缸，而且D1、D2兩個制動器都設(shè)計了制動器控制閥和保持閥(相當(dāng)于一個元件由4個閥門來控制)。那么這兩個制動器(D1、D2)是基于什么設(shè)計理念？變速器在運行時D1、D2又是如何工作的？這是大家當(dāng)前想要了解的問題。因此，本文通過從該元件的作用、結(jié)構(gòu)以及電子控制等幾個方面，充分解析“D”制動器的設(shè)計原理。

二、“D”制動器元件的作用

我們先來認(rèn)識一下“D”制動器這個元件在該變速器中的作用。在6HP-XX系列自動變速器中的“D”制動器，也稱1/R擋制動器，該制動器在P-RN-D1擋位置參與工作(見圖2、圖3)；它負(fù)責(zé)后排那維拉行星齒輪機構(gòu)行星架的制動與釋放過程，當(dāng)“D”制動參與工作行星架被制動時，即可實現(xiàn)D1/R擋的動力傳遞功能。

在電子控制中，6HP-XX系列變速器均具有打滑自適應(yīng)功能，而這一功能的實現(xiàn)恰恰又是借助于“D”制動器來完成的。在車輛停止而發(fā)動機怠速運行時，會進行充油壓力的自適應(yīng)，即電腦慢慢降低離合器(或制動器)控制壓力，直至識別出一定的打滑量，也就是使變扭器的輸出扭矩剛能“拉轉(zhuǎn)”離合器或制動器為基準(zhǔn)；通過壓力的自適應(yīng)適配，可以補償換擋執(zhí)行元件摩擦系數(shù)的變化，并抑制沖擊和坐車現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終電腦通過學(xué)習(xí)存儲一個最佳值。具體來講，當(dāng)變速器未處于動力擋(P/N擋位置)時，發(fā)動機剛剛啟動后車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)(此時一定是制動停車狀態(tài))，由于“D”制動器的工作會給輸入軸(變扭器渦輪)一個輕微扭矩的擾動，這點微妙的變化就會瞬間被電腦識別到。因此，這時電腦就進行了初期的“D”制動器的自適應(yīng)過程，而真正的所謂的“打滑自學(xué)習(xí)”是發(fā)生在掛動力擋車輛未起步前。這也是我們經(jīng)常所了解的“N-D”和“N-R”的入擋品質(zhì)自學(xué)習(xí)，由于在沒有掛動力擋之前“D”制動器早早就接合了，掛前進擋時“A”離合器通過調(diào)節(jié)來接合，掛倒擋時“B”離合器通過調(diào)節(jié)來接合。為了使每一次的掛擋感覺都能舒適地完成，在6HP系列變速器當(dāng)中出于技術(shù)原因，“D”制動器就是借助打滑自適應(yīng)來完成其最佳工作狀態(tài)的學(xué)習(xí)過程，并通過不斷地調(diào)節(jié)來滿足自適應(yīng)條件；當(dāng)制動器D打開到一定打滑量出現(xiàn)程度時就會再閉合上。打滑自適應(yīng)條件是：故障存儲器內(nèi)無故障存儲、發(fā)動機怠速、ATF溫度在75℃-100℃之間、踩下制動器并由N掛入D擋、車輛停止(識別出無車速的時間必須超過6s)，利用同樣的方法來完成倒擋位置的“D”制動器的自適應(yīng)過程。為使打滑自適應(yīng)學(xué)習(xí)值能被精確、快速地計算出來，并在一定界限范圍內(nèi)得到快速的補償修正；6HP-XX系列自動變速器的“D”制動器在設(shè)計中采用了D1、D2兩個控制油缸，D1工作容積大、對壓力反映較慢；而D2工作容積小、對壓力反映較快；D1、D2在EDS-4電磁閥控制下同步工作，可使D制動器迅速完成打滑自適應(yīng)過程，這一過程也體現(xiàn)在2-1、停車制動時，是引發(fā)1-2、2-1、停車時沖擊的根本原因之一。具體的工作過程在后面我們會繼續(xù)學(xué)習(xí)。

三、充油壓力自適應(yīng)功能

另外6HP-XX系列變速器還具有換擋過程中的充油壓力自適應(yīng)功能(換擋點自適應(yīng)功能)。除了“D”制動器沒有此項功能外，其他4個元件(A、B、C、E)均具備充油壓力的自適應(yīng)功能，也是通過渦輪轉(zhuǎn)速曲線，即所謂的咬入點與轉(zhuǎn)速梯度來確定自適應(yīng)壓力值。這是因為當(dāng)變速器換擋傳動比改變時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速都會有微量的變化，繼而對輸入軸(渦輪)轉(zhuǎn)速也形成轉(zhuǎn)速上的改變。這樣電腦在完成換擋品質(zhì)控制功能的基礎(chǔ)上也完成了參與的換擋執(zhí)行元件本身的自適應(yīng)，而在6HP-XX系列自動變速器5個元件中的“C”制動器還具備最明顯的快速自適應(yīng)元件。這一功能的實現(xiàn)完全是借助于該變速器對終端換擋執(zhí)行元件的控制，采用一對一功能來實現(xiàn)的(老款僅有EDS4電磁閥既控制“D”制動器還要控制“E”離合器)結(jié)果，其實就是在6HP-XX系列變速器中的各離合器或制動器控制壓力與各個對應(yīng)電磁閥的控制電流之間的關(guān)系。設(shè)計關(guān)系是由電磁閥工作特性曲線和隨動液壓滑閥來確定的，這些特性曲線取決于某些部件的實際公差，并隨使用程度而不斷變化并適時得以修正。

總而言之，無論是打滑自適應(yīng)功能還是換擋自適應(yīng)功能，電腦總是要學(xué)習(xí)電磁閥電流與閥門彈簧硬度以及終端元件所確定的壓力之間的對應(yīng)關(guān)系?！癉”制動器打滑量是由TCM根據(jù)輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器G182信號通過精確計算渦輪轉(zhuǎn)速獲得，并由TCM控制電磁閥EDS-4的控制電流。就算完成了之前我們所講的打滑自適應(yīng)學(xué)習(xí)過程(在維修時可觀察相應(yīng)的數(shù)據(jù)流組驗證)，也能使打滑量與電磁閥EDS-4控制電流之間形成一個較完美的比例關(guān)系。自動變速器在行駛過程中，除了換擋點自適應(yīng)外還會進行換擋元件A、B、C和E的脈動自適應(yīng)，也就是說各換擋元件根據(jù)實際控制需要，將被以脈動形式(即有節(jié)奏地)激活工作。由于“E”離合器負(fù)責(zé)輸入軸與后排那維拉行星齒輪機構(gòu)行星架的連接與釋放，“E”離合器接合時方可實現(xiàn)4/5/6擋動力傳遞功能，與“D”制動器沒有條件沖突，因此老款6HP-變速器的“D”制動器可與“E”離合器公用電磁閥EDS-4控制；那么電腦則采用分段記憶、擋位激活的法則工作(通過該變速器油路圖即可得知)。接下來我們通過“D”制動器的實物結(jié)合其工作油路再次進行學(xué)習(xí)總結(jié)。

四、新式離合器中“D”制動器的原理

我們都知道目前一些新型自動變速器的離合器結(jié)構(gòu)有所變化，那就是通過使用一個俗稱“副活塞”(在6HP里翻譯過來叫擋板)的元件與離合器主活塞間形成動態(tài)離心壓力腔(也叫壓力平衡腔)。要注意這個“副活塞”僅有外部密封圈并沒有內(nèi)部密封圈，由于離合器屬于旋轉(zhuǎn)部件，因此借助于兩個活塞之間的離心壓力來實現(xiàn)元件接合時的緩沖及釋放過程，最終目的是改善換擋質(zhì)量(利用平衡腔內(nèi)的動態(tài)離心油壓為主活塞內(nèi)的油壓實現(xiàn)緩沖)。在6HP-變速器當(dāng)中A、B、E均是帶有壓力平衡腔的離合器(見圖4)，但在制動器上使用兩個活塞在目前還是首例。而在6HP-變速器里“D”制動器就是使用兩個活塞(一大一小，見圖5)。

在“D”制動器未解體之間我們進行該元件的加壓試驗(見圖6)，從整個結(jié)構(gòu)(小活塞D2安裝在大活塞D1里面然后是碟形回位彈簧及卡簧)及壓力試驗后的結(jié)果我們看到主活塞(大活塞)D1工作后的復(fù)位過程是靠碟形彈簧來實現(xiàn)的，而通過D2活塞供油孔給小活塞D2打壓再次釋放后碟形彈簧并不能使D2復(fù)位，必須再次給D1加壓后一起使D1和D2同時回位。

與離合器不同的是D2活塞內(nèi)外均有密封圈(見圖7)，否則其也不會動作，它不像離合器那樣能夠旋轉(zhuǎn)并借助動態(tài)離心壓力來實現(xiàn)緩沖能力。D2活塞的外密封圈被安裝在D1活塞的內(nèi)側(cè)，內(nèi)密封圈被安裝在“D”制動器鼓上。這樣在D1和D2之間就形成一個密封空間，當(dāng)有油壓進入時D2就會在D1上動作。D2動作后并不能使“D”制動器摩擦組件接合產(chǎn)生摩擦力，只有當(dāng)油壓作用到D1活塞室里，“D”制動器摩擦組件才能正式工作產(chǎn)生足夠的摩擦力將行星排中的行星架剎住，才能實現(xiàn)前進一擋和倒擋功能。很明顯假如D2油缸先進油或與D1同時進油，當(dāng)D1動作時D2內(nèi)的平衡壓力就會給D1活塞移動時一個緩沖作用，最終該行星排中的行星架得以平穩(wěn)剎住，這在變速器進行2-1擋時，起到了換擋品順的效果。另外D1單獨工作時，D2也不受影響，同時即便D2始終進油也不影響變速器各擋位的切換，因此在“D”制動器進行打滑自適應(yīng)和2-1擋時，D2都發(fā)揮了極其重要的作用。

接下來我們再從液壓油路方面看一下“D”制動器在不同擋位下的工作狀態(tài)。其實目前就6HP-系列變速器來講，液壓油路方面有4個版本(大體是兩個版本的新款和老款)：老款即電子選擋桿和非電子選擋桿，新款也是電子選擋桿和非電子選擋桿。最關(guān)鍵的并不是帶不帶電子掛擋桿而在于新款和老款的五個換擋執(zhí)行元件與之對應(yīng)控制的高頻率電磁閥上的區(qū)別。那就是在前面我們曾講過的老款6HP中EDS4號電磁閥既控制“D”制動器，同時還控制“E”離合器，而新款6HP當(dāng)中“D”制動器則是由EDS6號電磁閥控制，“E”離合器則仍然是EDS4號電磁閥來控制，所有元件均是采用獨立控制式。其他的我們暫且不去了解，就“D”制動器來說早期的EDS4是一個反比例控制類型的高頻率電磁閥，而新型的EDS6則是一個正比例控制類型的高頻率電磁閥，因此不同時期的“D”制動器的油路控制區(qū)別還是比較大的。

五、老式變速器中“D”制動器的原理

在老款6HP系列變速器中并沒有對“D”制動器的D1和D2有過多的描述。無論從“D”制動器的機械結(jié)構(gòu)還是從其液壓油路中分析，都要比新型6HP系列(D是獨立控制)中“D”制動器的控制策略差很多。所以說“D”制動器的D1和D2更容易在新型6HP當(dāng)中顯現(xiàn)出其設(shè)計機理。這樣我們就分別從“D”制動器的老款與新款油路中來探索其設(shè)計上的真正用意。首先我們來看早期6HP的“D”制動器油路的接合與釋放過程，從換擋執(zhí)行元件工作分配表得知“D”制動器是在P、R、N、D1位置工作的(見圖9、圖10)，而在其他擋位均是分離狀態(tài)，同時也并沒有對“D”制動器的D1和D2有任何說明。我們具體來了解一下“D”制動器在不同擋位的狀態(tài)，在P/N啟動發(fā)動機時，“D”制動器瞬間接合，由于無其他元件參與，所以無動力傳遞過程不必考慮其因壓力的高低或與接合速度的關(guān)系而引起車身的振動。但由于“D”制動器的工作加之車輛輸出部分是處于靜止?fàn)顟B(tài)，也會給輸入部分的渦輪一個很小的扭矩擾動，所以電腦也會對“D”制動器的接合有一個壓力調(diào)節(jié)的自適應(yīng)過程。

掛前進擋或掛倒擋后，如果變速器未滿足打滑自適應(yīng)要求，“D”制動器處于一個保持狀態(tài)，其工作壓力處于滿足前進一擋或倒擋的起步扭矩就足夠了；如果在滿足變速器打滑自適應(yīng)要求(油溫、怠速、從“N”位開始信息、制動時間保持信息、故障存儲器狀態(tài)等等)執(zhí)行該項目操作時，電腦會逐漸提高EDS4電磁閥的控制電流以降低“D”制動器控制壓力，一直到其有滑轉(zhuǎn)(微量打滑在5-20r/min)，然后逐漸降低EDS4電磁閥的控制電流使“D”制動器再接合(這個信息的監(jiān)控是通過輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器G182精確計算到的)。通過反復(fù)的接合與分離過程，電腦最終確定并得到一個最佳精準(zhǔn)自適應(yīng)匹配值，同時也完成了“D”制動器打滑自適應(yīng)的過程。

當(dāng)變速器離開倒擋和前進一擋進入2、3、4、5、6擋后，“D”制動器一直是處于分離狀態(tài)(見圖11)，也就是D1壓力腔和D2壓力腔均沒有油壓保持。

從“D”制動器的接合及分離狀態(tài)來看似乎并沒有看出該制動器使用D1和D2兩個油腔的真實用意。其實并不是這樣，我們剛才只是看了“D”制動器的初期接合過程和其他擋位的釋放過程，但并沒有去學(xué)習(xí)它的再次重新啟動過程，那就是當(dāng)變速器執(zhí)行2-1擋時，和前面已經(jīng)講過的原地打滑自適應(yīng)過程(見圖12)。當(dāng)變速器執(zhí)行2-1擋時，“D”制動器首先要完成其預(yù)充油過程，這個過程是變速器即將要切換到1擋前來完成的。此時，“D”制動器的D1油路完成基礎(chǔ)油壓(預(yù)充油)，該壓力還不足以使D1活塞動作恰好處于要動作的臨界點。這時由于電腦對EDS4電磁閥的電流控制的大小關(guān)系D2油腔也充入了一點壓力油，在切換1擋的瞬間電腦要通過EDS4完成“D”制動器的快速充油時間。此時由于D2油腔有預(yù)存油壓力，該壓力便給D1內(nèi)的系統(tǒng)工作壓力實現(xiàn)一個緩沖，“D”制動器完成平穩(wěn)接合過程，這樣就避免了2-1擋時的沖擊。當(dāng)我們進行該變速器的打滑自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能時(N-D或N-R)，電腦也是通過不斷改變EDS4電磁閥電流大小來實現(xiàn)這一過程的。那么在改變電磁閥電流大小過程中，就會使“D”制動器D2腔進油，因此當(dāng)“D”制動器每一次重新接合時，D2腔的平衡壓力也會給D1壓力腔的油壓一個緩沖。同時，由于反作用力的原因也加快了“D”制動器的打滑自適應(yīng)過程，讓“D”制動器盡快完成自學(xué)習(xí)(注意：在2-1擋及打滑自適應(yīng)方面的緩沖控制并不理想，這是因為D2腔并沒有提前的預(yù)充油過程)。

綜上所述我們便基本掌握了老款6HP系列變速器在“D”制動器中使用D1和D2兩個壓力腔的設(shè)計原理。大體來講D1是工作腔而D2是平衡腔，因此其真正目的是：盡快完成“D”制動器的打滑自適應(yīng)功能，還要保證變速器2-1擋時的換擋品質(zhì)。但由于設(shè)計上的問題，電腦對EDS4不能采用分段記憶控制功能，換句話講就是不能讓一個EDS4分別控制E和D兩個元件，這樣大家便會知道早期車輛常犯的2-1擋沖擊故障原因了。

六、新款變速器對“D”制動器的控制

最后我們再來看一下新款6HP系列變速器對“D”制動器的控制，根據(jù)其換擋執(zhí)行元件工作表便可知道“D”制動器D1和D2兩個油壓腔在不同擋位時的狀態(tài)(見圖13)。

很顯然在新款6HP系列變速器中，對“D”制動器的D1和D2有了詳細的說明。與老款6HP系列變速器相同的是：當(dāng)變速器處于P、R、D位一擋時，油壓僅是通過D1油壓腔進入使其工作(見圖14)，而不同的是當(dāng)變速器執(zhí)行在其他前進擋位以及掛擋桿處于“N”位置時，D2腔內(nèi)是有預(yù)存油壓的，同時獨立控制“D”制動器的EDS6是一個正比例控制類型的電磁閥以及控制油路也有所不同。

當(dāng)變速器離開前進一擋切換進入到2、3、4、5、6擋后雖然“D”制動器是分離狀態(tài)(D1壓力腔無工作油壓)，但D2腔內(nèi)仍然建立著預(yù)存油壓力(見圖15)。這樣當(dāng)變速器再次啟動2-1擋時，“D”制動的接合一定會是相當(dāng)平順的以提高變速器的2-1擋感覺。

當(dāng)變速器掛擋桿處于“N”位置時，電腦驅(qū)動EDS6電磁閥又是一個范圍內(nèi)的控制電流，此時系統(tǒng)油壓即可進入“D”制動器的D1油壓腔內(nèi)，同時也進入到D2油壓腔內(nèi)(見圖16)。這種設(shè)計恰恰是為了盡快滿足該變速器對“D”制動器的打滑自適應(yīng)，也剛好彌補了老款變速器在這方面的不足。

新款6HP系類變速器的“D”制動器采用D1和D2兩個油壓腔的設(shè)計，既保證了自動變速器2-1擋的平順性同時也真正滿足了該變速器的打滑自適應(yīng)要求。因此在維修中大家就會發(fā)現(xiàn)2-1擋沖擊的故障在新款6HP里不見了，并且大修變速器或更換變速器主要部件后的自適應(yīng)很快就完成了。

從老款到新款6HP變速器中，大家不難看出“D”制動器采用D1和D2兩個油壓腔的設(shè)計機理在新款中表現(xiàn)更為突出。在新型自動變速器的新技術(shù)及設(shè)計理念中或許還有更多的東西需要我們?nèi)W(xué)習(xí)，藝無止境，技藝追求任重而道遠。