2019年款路虎星脉8HP70自动变速器结构原理图解

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8HP70变速器概述

ZF 8HP70 变速器是一个电控液动的八速自动变速器。

变速器内有一个被称为机电一体控制阀体的单元。 机电一体控制阀体包含以下控制部件：

• 液压控制元件
• 电子控制元件
• 变速器控制模块 (TCM)。

ZF 8HP70 变速器具有下列功能：

• 免维护设计。
• 自动变速器油 (ATF)“一次加注，终生保用”。
• 变矩器具有带电子调节锁止控制的控制滑动功能，能平稳转换至完全锁定状态。
• 由 TCM 控制的换档程序。
• 自适应换档策略 (ASIS) 提供持续的换档自适应，以适应驾驶员的驾驶风格（从运动型到经济型等各种驾驶风格）。
• 通过 FlexRay 系统总线连接到动力传动系统控制模块 (PCM) 进行通信。
• 如果发生严重故障，则进入默认模式。
• 通过 Flexray 系统总线从 TCM 进行诊断。

变速器的档位选择通过使用地板控制台内的旋转式变速器换档开关 (TCS) 进行。

对于配备启动/停止系统的车辆，8HP70 自动变速器配备了一个液压脉冲存储 (HIS) 设备。 HIS 设备用于确保在发动机启动时尽快向换档元件提供加压的 ATF。

变速器剖面图

剖面图

图示说明：

1 变速器壳

2 齿轮组 1

3 齿轮组 2

4 齿轮组 3

5 齿轮组 4

6 输出轴

7 放油塞

8 离合器 D

9 离合器 C

10 离合器 E

11 机电一体控制阀体

12 制动器 B

13 制动器 A

14 油液滤清器

15 油底壳

16 自动变速器油 (ATF) 油泵

17 变矩器

18 输入轴

变矩器

变矩器是发动机和变速器之间的耦合部件，位于变矩器壳体内、变速器的发动机侧。发动机曲轴提供的驱动力通过变矩器以液压和机械的方式传送至变速器。

变矩器通过连接到曲轴后方的传动板连接到发动机。

变矩器由扭转减振器、叶轮、定子和涡轮组成。变矩器是一个密封单元，所有部件都位于变矩器壳盖和叶轮之间。两个部件焊接在一起，形成一个充满液压油的密封箱体。由于叶轮是钎焊在变矩器壳盖上的，因此也是由发动机曲轴转速驱动。

8HP70变速器中使用了离心摆式减振器变矩器。

离心摆式减振器实现了更直接的发动机连接，可在启动和换档时高效地传输动力。内部弹簧组直接与变速器相连，而外部弹簧组通过锁止离合器响应来自发动机的扭矩。当应用锁止离合器时，液压电路被旁通，扭矩被直接传送至变速器输入轴。与传统变矩器相比，扭转减振器能更早应用锁止离合器。因而可改善低发动机转速下的驾驶舒适性，并且使发动机可在更低的每分钟转数(RPM)级别下运转以提高燃油效率。

当未应用变矩器锁止离合器时，扭矩通过液压传输。来自发动机的动力通过泵和涡轮传输至变速器输入轴。当应用变矩器锁止离合器时，液压电路被旁通，并通过锁止离合器和双弹簧组直接传输扭矩。涡轮惯性在2个弹簧组之间被抵消，这改善了机械脱离的情况，帮助减少了变速器磨损，并改善噪音隔离。

变矩器壳体传动板上有4个螺纹凸台，用于连接发动机传动板。螺纹凸台还用于定位专用工具，将变矩器从变矩器壳体拆下时需要用到这些工具。

锁止离合器

变矩器锁止离合器由电子调压电磁阀(EPRS)进行液压控制，而该电磁阀由变速器控制模块(TCM)控制。这让变矩器拥有以下3种运行状态：

完全接合

受控可变滑动接合

完全分离

变矩器压力阀减小系统压力，确保变矩器所需要的压力。同时，它也限制最大变矩器压力，藉以防止变矩器膨胀。

EPRS由来自TCM的脉宽调制(PWM)信号操控，以使变矩器完全锁止、部分锁止或不锁止。

锁止离合器是一种液压机械设备，可消除变矩器打滑，改善油耗。TCM控制着啮合与分离，以实现特定量的控制打滑。这允许叶轮和涡轮在旋转速度上存在细微差别，提高了换档质量。锁止离合器包含一个活塞以及一个由摩擦片和钢片组成的离合器。

在解除锁定的状态下，供向活塞室的机油压力会降低。涡轮室中的压力可以推动活塞返回。在这种情况下将松开离合器片，变矩器可以滑转。

在锁闭状态下，锁止离合器滑阀由EPRS操作。加压的自动变速器油(ATF)被导入锁止离合器活塞。活塞在压力作用下移动，将离合器片推压在一起。随着压力升高，离合器片之间的摩擦增大，最终导致离合器片完全锁止。在该情况下，发动机曲轴将直接机械驱动变速器行星齿轮传动机构。

变速器怠速控制可在车辆处于静止状态时使变速器断开驱动力。当断开驱动力时，即使存在少量的剩余负荷，仍可减少车辆的燃油油耗和向前爬行。变速器使用离合器B以断开驱动力。断开的时间与负荷和输出速度相关。

自动变速器油油泵

自动变速器油 (ATF) 油泵是变速器的组成部分。ATF 泵用于供应控制阀和离合器工作所需的液压。ATF 泵还会使 ATF 流经变速器冷却器和变速器，以润滑齿轮和轴。

ZF 8HP70 ATF 泵是一个两冲程叶片泵，位于变速器输入轴下面。此泵由位于变矩器上的链轮通过链传动机构来驱动。该泵的供油量为每转 50 立方厘米。驱动链轮由发动机通过变矩器壳体中的花键连接来驱动。

自动变速器油油泵位置：

自动变速器油泵位置图说明：

1 叶片泵

2 来自变矩器盖板的链条驱动

自动变速器油油泵示意图：

自动变速器油油泵示意图说明：

1 系统压力阀

2 自动变速器油 (ATF) 油泵

3 进气管

4 油底壳

5 压力管

6 富余液体的再循环

自动变速器油 (ATF) 油泵由以下部件组成：

• 一个链轮
• 一个带轴承的后盖
• 一个带轴承的前盖
• 一个汽缸
• 一个转子轴和一个带叶片的转子。

泄压阀(PRV)装在油泵的压力出口流道内，但不是泵本身的一个组成部分。

键轮位于变速器输入轴上。变矩器头端上的花键和链轮可确保有效的传动。单工链条通过安装在转子轴上的另一个链轮将变矩器壳体的旋转传导为泵转子轴的旋转。2个链轮的齿轮机构使ATF泵的转子轴以略高于变矩器壳体的每分钟转数(RPM)旋转。变矩器通过连接到曲轴后方的传动板连接到发动机。

ATF泵含有7个叶片，这些叶片连接在转子并在偏心油缸内旋转。当叶片旋转时，汽缸中心孔的偏心度会使叶片之间的空隙增大。这会使叶片间产生负压。真空使得油液通过连接到油底壳的吸入孔流入叶片之间的空隙。油液在被吸入ATF泵之前，先流经油盘滤清器。

随着转子轴进一步旋转，吸入油液的进口被叶片封闭，从而使油液留存在叶片间。汽缸中的偏心孔使得叶片间的空隙减小，从而压缩留存在叶片间的油液，使油液压力升高。

转子轴的进一步旋转会使叶片朝向出口移动。随着叶片通过出口，加压油液从叶片间的空隙进入通向泄压阀的压力通道。

由于ATF泵是两冲程叶片泵，所以转子轴每旋转一圈，这个序列重复两次。

PRV控制传输到变速器阀体、变矩器和其他部件的ATF压力和流量。压力由泄压阀控制，此阀将最大系统压力控制在32巴（464磅/平方英寸）以内。无论变矩器输入轴的转速如何，压力控制保持ATF的恒定压力。计量孔随泵输出压力而变。如果此孔口中的压力达到预定水平，则流量控制阀中的一个由弹簧支撑的球会从其底座升起，从而允许加压的油液在泵内进行再循环。

机电一体控制阀体

机电一体控制阀体位于变速器底部，其上覆盖有油底壳。阀体中包括以下部件：

• 变速器控制模块 (TCM) 驻车联锁装置
• 7 个电子压力调节电磁阀 (EPRS)
• 2 个驻车锁电磁阀
• 21 个液压滑阀
• 温度传感器
• 涡轮转速传感器
• 输出轴速度传感器
• 液压脉冲存储设备 (HIS)（如已配备）。

上图图示说明：

1 电子调压电磁阀 (EPRS) A - A 制动器阀

2 EPRS D - D 离合器阀

3 EPRS B - B 制动器阀

4 EPRS E - E 离合器阀

5 驻车联锁电磁阀 - 用于电子驻车联锁（保持在驻车档外）

6 换档控制电磁阀

7 EPRS SYS - 系统压力阀

8 EPRS WK - 变矩器锁止离合器阀

9 EPRS C - C 离合器阀

10 变速器输出轴转速传感器

11 液压脉冲存储设备 (HIS)（如已配备）

12 电气接头

13 变速器控制模块 (TCM) - 隐藏

电子压力调节器电磁阀

在阀体中有7个电子调压电磁阀(EPRS)。EPRS由来自变速器控制模块(TCM)的脉宽调制(PWM)信号控制。EPRS将电信号转换为与信号成比例的液压控制压力，藉以启动滑阀来实施精确的变速器操作。

当占空比增大时，EPRSA、B、D、E和WK提供更高的控制压力，可通过橙色接头盖来辨识。TCM使用PWM信号操作电磁阀。TCM监测发动机负载和离合器打滑，藉以变更电磁阀占空比。EPRS的工作电压为12伏，压力范围为0-4.7巴（0-68磅/平方英寸）。

当占空比增大时，EPRSC和SYS提供更低的控制压力，可通过灰色接头盖来辨识。TCM监测发动机负载和离合器打滑，藉以变更电磁阀占空比。电磁阀的工作电压为12伏，压力范围为4.7-0巴（68-0磅/平方英寸）。

换档控制电磁阀

换档控制电磁阀1位于阀块内。该换档控制电磁阀由变速器控制模块(TCM)控制，用于将电气信号转换为液压控制信号，以控制离合器的应用。

换档控制电磁阀是一种开/闭型电磁阀，由TCM操作进行开启/关闭，TCM控制电磁阀的接地路径。TCM还可向该电磁阀供电。TCM按照编程设置的顺序给电磁

阀通电，以启动离合器应用程序，实现传动比变更和换档控制。

驻车联锁电磁阀

上图图示说明：

A 处于锁定（加电）状态的电磁阀 - 驻车联锁释放

B 处于解锁（断电）状态的电磁阀 - 驻车联锁接合

1 电磁阀

2 棘爪 - 锁定

3 活塞

4 棘爪 - 松开

驻车联锁电磁阀位于阀块内。 该电磁阀由变速器控制模块 (TCM) 控制，用于将电气信号转换为液压控制信号，以控制电子驻车联锁功能。

驻车联锁电磁阀是一种由 TCM 操作进行开启/关闭的电磁阀，TCM 控制电磁阀的接地路径。

在取消选择驻车档 (P) 后，驻车联锁电磁阀将机电一体控制阀体内的驻车联锁阀复位。 为了执行此操作，TCM 形成了驻车联锁电磁阀的完整接地电路。 此操作为电磁阀通电并释放驻车联锁的棘爪。 主自动变速器油 (ATF) 压力作用于驻车锁止活塞上并向后推动活塞，从而松开锁止装置。

当选择驻车档 (P) 时，驻车联锁电磁阀断电。 驻车锁止油缸活塞位置处的 ATF 压力被释放，活塞的机械联锁装置打开。 驻车联锁盘的预张紧扭转弹簧拉动活塞进入驻车档 (P) 位置。 在驻车档 (P) 位置时，活塞与控制电磁阀棘爪接合，并锁定在此驻车档 (P) 位置。 车辆安装紧急驻车释放 (EPR) 拉索，在出现电气故障时可使用拉索手动释放驻车锁。

当选择空档 (N) 位置且发动机关闭时，驻车联锁油缸活塞处的 ATF 压力被释放。 驻车联锁电磁阀的供电电流一直保持。 作用于驻车联锁盘上的弹簧力仍然使驻车联锁油缸活塞保持在解锁位置。 这样可防止驻车联锁板与驻车锁止装置接合。 这可在发动机短时未运转的情况下允许车辆移行。 如果启动蓄电池电压下降到将电磁阀保持在通电位置所需的电压以下，驻车联锁将会接合。

传感器

速度传感器

涡轮转速传感器和输出轴转速传感器都是霍尔效应传感器，均位于机电一体控制阀体中，属不可维修件。变速器控制模块(TCM)监测来自各传感器的信号，以确定输入（涡轮机）转速和输出轴转速。

涡轮转速由TCM监视，用于计算变矩器离合器的打滑以及内部离合器打滑。该计算使TCM能够准确地控制换档期间的打滑正时，并调节离合器应用或释放压力以进行叠加换档控制。

TCM监控输出轴的转速。TCM将输出轴信号与通过FlexRay系统总线接收的来自动力传动系统控制模块(PCM)的发动机转速信号进行比较。通过比较2个信号，TCM将计算出变速器滑率，并保持自适应压力控制。

温度传感器

温度传感器也位于机电一体控制阀体中。变速器控制模块(TCM)使用温度传感器信号来确定变速器油的温度。TCM使用这些信号来控制变速器的操作。TCM使用温度信号来加快在寒冷气候条件下的预热过程。TCM根据来自温度传感器的信号管理冷却。如果传感器故障，则TCM将使用默认值，在TCM中将存储故障代码。

液压脉冲存储设备（如已配备）

配备自动停止/启动系统的车辆的液压脉冲存储设备 (HIS) 系统（如已安装）。

上图图示说明：

1 电磁阀

2 磁铁芯

3 固定器

4 滚珠

5 活塞弹簧

6 蓄能器汽缸

7 活塞

8 单向限流器

9 进/出口

10 活塞自动变速器油 (ATF) 容量

11 固定器弹簧

12 电气接头

HIS 系统包括圆柱式蓄能器（含机电锁定单元）、弹簧驱动活塞和单向限流器。蓄能器位于机电一体控制阀体的后部。蓄能器用 3 个螺钉固定到位，并通过一个 O 形密封密封在变速器壳体端口中。

机电锁定单元包括一个低电流电磁阀、一个带磁芯和若干球头的弹簧式固定器。固定器有一个锁销，当发动机运行且 HIS 充注过程中，球头定位于此处。

单向限流器位于蓄能器进口/出口端。限流器向 HIS 提供可控的流量，以便让小量 ATF 流动。限流器允许 HIS 充注约 5 秒钟。当需要释放时（在停止/启动循环

中的“启动”阶段），限流器允许从油缸全流量流出。

HIS 的充注过程包括以下几个步骤：

• 当发动机运行时，ATF 泵产生压力，单向限流器让受控的 ATF 流量作用在活塞上。
• ATF 压力将活塞移动至蓄能器缸筒内。活塞上的锁紧环穿过此时位于固定器锁销中的球头。
• 随着活塞继续移动，固定器中心的弹簧使锁紧筒和磁铁芯向电磁阀绕组移动，进入最终完全充注位置。通电电磁阀支撑磁芯而球头通过固定器运动从锁销处升起。这样将活塞锁定在充注位置。HIS 现已机电锁定，且为发动机停止做好准备。
• 当发动机停止时，ATF 泵也停止，且 ATF 压力消失。作用在活塞上的压力也消失。活塞由钢珠保持在锁定位置。发动机启动过程中液压充注所需的能量现在存储在张紧的活塞弹簧上。电磁阀仍处于通电状态，以固定活塞上的固定器且使球头离开锁销，以锁定活塞。

充电

已充注

发动机启动过程：

• 当发动机重新启动时，电磁阀关闭，开始解锁过程。
• 松开磁铁芯，固定器在弹簧压力下向活塞移动。 球头进入固定器中的锁销中，松开活塞。
• 活塞在弹簧压力作用下移动，推送出自动变速器油 (ATF) 容量。 单向限流器完全打开，以允许 ATF 从蓄能器汽缸畅通地流至变速器壳体。 该过程在 300 至350 毫秒间完成。
• 当发动机启动时，ATF 泵立即产生流量和压力，提供无缝变速器换档。

泄压

驱动离合器

多片式离合器或制动器 - 典型

上图图示说明：

1 输入轴

2 主压力供给口

3 活塞

4 气缸 - 外板支架

5 离合器盘总成

6 挡板（用于离合器而非制动器）

7 膜片弹簧

8 输出轴

9 轴承

10 动压力均衡室

11 活塞室

12 润滑通道

变速器上使用了 3 个驱动离合器和 2 个制动器。 各离合器包含多个摩擦片，其具体数量依控制输出而定。 典型的离合器包括多个钢制离合器片和表面附着有摩擦材料的离合器片，两类离合器片交替排列。

离合器盘通过隔膜簧实现机械式分离，通过动压力实现液压式分离。 压力来自润滑通道，该通道向轴承和离合器冷却系统提供油液。 油液通过输入轴上的钻孔流入挡板和活塞之间的腔室。 为了防止意外应用离合器，动压均衡室中的液体克服了活塞室中的离心压力。 这使活塞离开离合器盘总成。

在需要接合离合器时，来自自动变速器油 (ATF) 油泵的主压力从供油口作用到活塞室。 主压力将克服动压力均衡室内已有的低油液压力。 活塞逆着隔膜簧施加的压力移动，并压缩离合器盘总成。 当主压力下降时，隔膜簧推动活塞离开离合器盘总成，从而分离离合器。

行星齿轮传动机构

8个前进档和倒车档由4个简单行星齿轮组、3个离合器和2个制动器共同实现。前部2个齿轮组共用一个太阳齿轮。动力总是通过第4个齿轮组的行星托架输出。

5个换档部件（包含3个离合器和2个制动器）负责实施所有8个前进档和倒车档。每次换档时只分离2个换档部件，因而减小阻力扭矩，并提高效率。

行星齿轮组 1、2 和 3

行星齿轮组 1 和 2 包括：

• 太阳轮 - 由两个齿轮组共用
• 每个齿轮组有 4 个行星齿轮
• 每个齿轮组一个行星齿轮架（星形轮）
• 每个齿轮组一个环形齿轮

行星齿轮组 3 包括：

• 太阳齿轮
• 3 个行星齿轮
• 行星齿轮架（星形轮）
• 环形齿轮。

上图图示说明：

1 行星齿轮 - 齿轮组 1

2 齿圈 - 齿轮组 1

3 行星齿轮架（星形轮）

4 行星齿轮 - 齿轮组 2

5 齿圈 - 齿轮组 2

6 行星齿轮 - 齿轮组 3

7 齿圈 - 齿轮组 3

8 太阳轮 - 齿轮组 3

9 太阳轮 - 齿轮组 1 和 2 共用

行星齿轮组 4

• 行星齿轮组 4 包括：
• 太阳齿轮
• 4 个行星齿轮
• 行星齿轮架（星形轮）- 输出轴
• 环形齿轮。

上图图示说明：

1 齿圈

2 行星齿轮

3 输出轴／齿轮架

4 太阳轮

【完】