9HP48是ZF在2012年推出了世界上首台横置前驱9AT，并于2013年首先搭载于路虎揽胜极光，之后这款9AT还被广泛应用在讴歌TLX和Jeep自由光等车型上。本次小编有机会对一台克莱斯勒产的9HP变速箱进行了拆解。

图1 ZF 9HP横置前驱自动变速箱

2015年，由于连续出现变速器故障问题，加速拖挡、意外降挡、低挡位时前轴抖动甚至变速器失灵的问题时有发生，路虎揽胜极光9AT变速器被央视315晚会曝光；捷豹路虎的不作为更是将ZF 9AT变速器的设计缺陷进一步放大。同样的，ZF 9AT变速器的问题也是一个全球化的问题，北美市场曾在2016启动了召回工作，单就菲亚特克莱斯勒汽车公司、本田美国公司以及路虎北美分部三个品牌在北美地区就召回了总计50.5万辆搭载某批次ZF 9AT的各类车型。

图2 世界上搭载首款横置9AT的路虎揽胜极光

之后，ZF通过诸如软件升级等方法，对这款变速箱做了很多持续改进工作。尤其是在第二代9HP变速箱的硬件设计上上，不仅通过硬件设计的优化提高了变速箱的可靠性，并且通过零部件强化，将9HP的最高扭矩从480Nm提升到500Nm，而重量仅为90kg。

图3 ZF 官网 9HP自动变速箱介绍

9HP系列变速箱在市场上的使用非常广泛，其中主要搭载在欧美系和日系车辆上。其中9HP28主要匹配1.4T、1.6T乃至2.0T之类的中小排量增压发动机或者3.0升排量以下的自然吸气发动机。9HP48和9HP50则用来与2.0T及以上的涡轮增压发动机、3.0升以上排量更大的自然吸气发动机组成搭档。

图4 9HP变速箱搭载的欧美系车型

图5 9HP变速箱搭载的日系车型

从9HP的结构图和上显示，这款变速箱由四个行星，4组多片式离合器以及2个犬齿离合器（Dog clutch）组成。9HP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。如果是在德国这类高速不限速的地方，确实可以实现9挡巡航。但是对于国内大部分高速实行120km/h限速的情况来看，就很难了。而且这样的齿比设定，对于大排量、动力好的车型，上9挡还算比较容易。要是用在动力排量较少、动力稍弱的车型上，上9挡就更加困难，很多时候9挡就成为摆设。因此，无法升上9挡也是这宽变速箱在国内被诟病最多的地方。

图6 9HP的结构简图和换挡逻辑图及速比信息

通过结构图可以发现，9HP的第一、第二行星排采用传统的连接方式，第三、四行星排采用嵌套式设计，减少了变速箱的轴向长度，但不可避免的导致离合器布置上的困难。因此为了在有限的空间内放入所有控制元件，ZF采用了两套犬牙离合器替代传统的多片式离合器，解决了空间和重量方面的限制。由于犬牙离合器基本没有多片式离合器的拖曳损失存在，所以9HP的传动效率相比传统AT变速箱的结构有很大的优势。

图7 9HP的行星排和减速机构

根据换挡逻辑图，牙离合器F在1到4挡以及R挡时工作，犬牙离合器A在1到7挡之间工作。同时，根据不同换挡元件之间的组合工作，这款9AT自动变速箱还支持跳挡操作，分别可以支持相邻奇数挡和偶数挡之间的跳挡，例如从3挡切换到1挡，或从8挡切换到6挡。

9HP变速箱的结构见图和不同挡位时的动力流图如下

图8 9HP变速箱的结构简图

图9 9HP变速箱的结构简图

图10 9HP变速箱的1挡动力流

图11 9HP变速箱的2挡动力流

图12 9HP变速箱的3挡动力流

图13 9HP变速箱的4挡动力流

图14 9HP变速箱的5挡动力流

图15 9HP变速箱的6挡动力流

图16 9HP变速箱的7挡动力流

图17 9HP变速箱的8挡动力流

图18 9HP变速箱的9挡动力流

图19 9HP变速箱的9挡动力流

9HP是第一款使用犬牙离合器的量产AT自动变速箱。由于犬牙离合器是硬连接的离合结构，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需要由电控完成，因此是9HP变速箱的最大挑战之一，这套系统也是第一代9HP自动变速箱在市场上出现很多问题的原因之一。通过下面的实物图可以看出，犬牙离合器A和F都是受变速箱液压系统控制，通过通油方向的变化来实现离合器的轴向运动和运动方向的变化。

图20 嵌套在涡轮轴上的犬牙离合器A的工作方式

图21 犬牙离合器A实物

图22 犬牙离合器F实物

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。图20中犬牙离合器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。

犬牙离合器F控制第三四排行星齿轮组太阳轮锁住或旋转。如图22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）。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。下半部分第三四排行星齿轮组太阳轮。

在第一代9HP的犬牙离合器的控制上，由于缺乏有效的反馈控制，无法准确的判断离合器是否运动到位，进而可能会导致换挡失败，以及无法诊断出是犬牙离合器未接合到位还是其它离合器存在打滑等问题。在9HP的第二代设计中，ZF增加了一个位置传感器，可以准确的监控犬牙离合器的驱动活塞的工作位置，实现了液压执行系统的更加稳健的闭环控制，大大降低了故障发生和误诊断的概率。

图23 第二代9HP上增加了犬牙离合器的位置传感器

9HP的剖切结构如下图所示。其中变速箱主体采用两段式设计，由于液压油路设计复杂，在主箱体后侧有一块配油板。控制TCU采用外置方式，固定于变速箱的壳体上。变速箱液压控制模块采用侧面布置方式，液压控制模块和齿轴系统共用变速箱油。变速箱的侧盖采用PA66材质，可以降低变速箱的重量。

图24 9HP变速箱的结构（第一代）

图25 9HP变速箱壳体拆解

图26 PA66材质的变速箱侧盖

图27 9HP的行星排系统

液压模块设计高度集成，采用了2块式设计，包含了一块中间隔板。液压模块中使用了6个 PCV电磁阀和3 个开关电磁阀以及压力传感器，同侧布置。液压模块的连接线束高度集成，且使用了一个包含了所有电磁阀所需要的接插件集成器，可以提高装配速度和降低成本，但可能会带来维修成本的上升。线束上还同时集成了挡位传感器和输入输出速度传感器。其中有一个比较有意思的设计，速度传感器上没有采用传统的接插件设计，而是直接使用了钳压工艺，可以看到ZF为了降成本，也是不遗余力的。

图28 9HP液压模块实物

图29 9HP液压模块分解图

图30 9HP液压模块线束上的速度传感器

图31 9HP的TCU模块及液压模块和线束在变速箱上的位置

9HP的的油泵采用了偏置设计，可以减少变速箱的轴向长度。油泵支撑采用铝合金材质，可以降低零部件的重量，这种设计在AT自动变速箱上比较常见，可能是考虑到铝合金的强度，9HP并没有在油泵支撑上设计额外的主油压控制阀等零件，而是将所有的控制工作都交给变速箱侧面的液压控制模块来实现。油泵采用链轮驱动的方式，与其它AT变速箱相同；使用叶片泵，可以为系统提供更高的压力和提高效率。同时将油滤系统集成在油泵支撑上，单没有在变速箱上发现第二个过滤系统。

图32 集成了偏置片也泵和吸滤系统的油泵支撑总成

ZF 9HP 作为世界上第一款横置前驱9AT自动变速箱，将乘用车市场带入了9速时代，之后市场上陆续出现通用的横置前驱9AT以及本田的横置前驱10AT，为客户带来更多的驾驶体验和乐趣。在第二代9HP变速器上，ZF进行了很多适应性的优化和改进，具体包括：

承载扭矩提升到500Nm

进一步改善燃油经济型

支持MHEV和PHEV功能拓展

改善换挡动态换挡质量

采购改进后的TCU处理芯片提供更快的计算速度和更高的计算能力

增加位置传感器

目前这款第二代9AT产品已经在多款车型上应用，例如在新一代QX60上，替代了上一个车型年中使用的CVT变速器，与3.0 V6发动机配合使用。