宝马530变速箱维修：换挡冲击

6HP变速器“D”制动器的设计原理

关键词：6HP “D”制动器 副活塞 变速箱 平衡油压 宝马变速箱维修

自2001年德国采埃孚（ZF）公司成功推出全球首款型号为6HP-xx6速自动变速器以来，迅速被一些高端车型厂家列为标准配置产品之一。如宝马、捷豹、路虎、劳斯莱斯、奥迪、大众、通用、福特等系列车型均在使用这款6HP-系列变速器。

6HP-系列变速器最大特点就是：利用极少的换档执行元件（5个）来控制一套所谓的“莱配莱捷式”行星齿轮组（实为一套拉维纳与一个单级单排齿轮组组成）就能够实现出6前1倒的变速功能，同时该变速器也真正实现了机电液一体化控制功能（电子液压模块集成在一起）见图1。

图1采埃孚6HP变速器机械结构图

多年来随着市场使用中信息反馈的变化，采埃孚从结构与控制中（软件与硬件）也经历了一次重大更新。因此在后市场维修中大家从2006年开始划分界限，也就是06年前的6HP-为老款型06年后为新款型。无论是新款还是老款我们发现在6HP-变速器5个元件当中唯独“D”制动器在设计中出现了D1、D2两个制动器油缸，而且D1、D2两个制动器都设计了制动器控制阀和保持阀（相当于一个元件由4个阀门来控制），那么这两个制动器（D1、D2）是基于什么设计理念，变速器在运行时D1、D2又是如何工作的，这是大家当前想要得到的问题。因此接下来我们通过从该元件的作用、结构以及电子控制等几个方面充分解析“D”制动器的设计原理。

首先我们来认识一下“D”制动器这个元件在该变速器中的作用，在6HP-XX系列自动变速器中的“D”制动器，也称1/R档制动器，该制动器在P-R-N-D1档位置参与工作（见图2和图3）；它负责后排那维拉行星齿轮机构行星架的制动与释放过程，当“D”制动参与工作行星架被制动时，即可实现D1/R档的动力传递功能。

图2一档动力传递简图

图3倒档动力传递简图

在电子控制当中6HP-XX系列变速器均具有打滑自适应功能，而这一功能的实现恰恰又是借助于“D”制动器来完成的。在车辆停止而发动机怠速运行时，会进行充油压力的自适应，即电脑慢慢降低离合器（或制动器）控制压力，直至识别出一定的打滑量，即使变扭器的输出扭矩，刚能“拉转”离合器或制动器为基准；通过压力的自适应适配，可以补偿换档执行元件摩擦系数的变化，并抑制冲击和坐车现象的出现，最终电脑通过学习并存储一个最佳值。具体来讲当变速器未处于动力档（P/N档位置）时发动机刚刚启动后车辆静止状态（此时一定是制动停车状态），由于“D”制动器的工作会给输入轴（变扭器涡轮）一个轻微扭矩的扰动，这一点微妙的变化瞬间就会被电脑识别到，因此这时电脑就进行了初期时的“D”制动器的自适应过程，而真正的所谓的“打滑自学习”是发生在挂动力档车辆未起步前。这也是我们经常所了解的“N-D”和“N-R”的入档品质自学习，由于在没有挂动力档之前“D”制动器早早就接合了，挂前进档时“A”离合器通过调节来接合，挂倒档时“B”离合器通过调节来接合。为了使每一次的挂档感觉都能舒适的完成，在6HP-系类变速器当中出于技术原因，“D”制动器就是借助打滑自适应来完成其最佳工作状态的学习过程，并通过不断的调节来满足自适应条件；当制动器D打开到一定打滑量出现程度时就会再闭合上。打滑自适应条件是：故障存储器内无故障存储、发动机怠速、ATF温度在75°C-100°C之间、踩下制动器并由N挂入D档、车辆停止（识别出无车速的时间必须超过6秒），利用同样的方法来完成倒档位置的“D”制动器的自适应过程。为使打滑自适应学习值能被精确、快速计算出来，并在一定界限范围内得到快速的补偿修正；6HP-XX系列自动变速器的“D”制动器在设计中采用了D1、D2两个控制油缸，D1工作容积大、对压力反映较慢；而D2工作容积小、对压力反映较快；D1、D2在EDS-4电磁阀控制下同步工作，可使D制动器迅速完成打滑自适应过程。这一过程也体现在2-1、停车制动时，是引发1-2、2-1、停车时冲击的根本原因之一。具体的工作过程在后面我们会继续学习。

另外6HP-XX系列变速器还具有换档过程中的充油压力自适应功能（换档点自适应功能），除了“D”制动器没有此项功能外其它4个元件（A、B、C、E）均具备充油压力的自适应功能，也是通过涡轮转速曲线，即所谓的咬入点与转速梯度，来确定自适应压力值，这是因为当变速器换档传动比改变时发动机转速都会有微量的变化，继而对输入轴（涡轮）转速也形成转速上的变化，这样电脑在完成换档品质控制功能的基础上也完成了参与的换档执行元件本身的自适应，而在6HP-XX系列自动变速器5个元件中的“C”制动器还具备最明显的快速自适应元件。那么这一功能的实现完全是借助于该变速器对终端换档执行元件的控制采用一对一功能来实现的（老款仅有EDS4电磁阀既控制“D”制动器还要控制“E”离合器）结果。其实就是在6HP-XX系列变速器中的各离合器或制动器控制压力与各个对应电磁阀的控制电流之间的关系，在设计关系上是由电磁阀工作特性曲线和随动液压滑阀来确定的，这些特性曲线取决于某些部件的实际公差，并随使用程度而不断变化并适时得以修正。

总而言之无论是打滑自适应功能还是换档自适应功能，电脑总是要学习电磁阀电流与阀门弹簧硬度以及终端元件所确定的压力之间的对应关系。“D”制动器打滑量由TCM根据输入轴转速传感器G182信号，通过精确计算涡轮转速获得，并由TCM控制电磁阀EDS-4的控制电流，使打滑量与电磁阀EDS-4控制电流之间，形成一较完美的比例关系，就算完成了之前我们所讲的打滑自适应学习过程（在维修时可观察相应的数据流组验证）。自动变速器在行驶过程中，除了换档点自适应外还会进行换档元件A、B、C和E的脉动自适应，也就是说各换挡元件根据实际控制需要，将被以脉动形式（即有节奏地）激活工作；由于“E”离合器负责输入轴与后排那维拉行星齿轮机构行星架的连接与释放，“E”离合器接合时方可实现4/5/6档动力传递功能，与“D”制动器没有条件冲突因此老款6HP-变速器的“D”制动器可与“E”离合器公用电磁阀EDS-4控制；那么电脑则采用封段记忆、档位激活的法则工作（通过该变速器油路图即可得知）。接下来我们通过“D”制动器的实物结合其工作油路再次进行学习总结。

我们都知道目前一些新型自动变速器的离合器结构有所变化，那就是通过使用一个俗称“副活塞”（在6HP里翻译过来叫挡板）的元件与离合器主活塞间形成动态离心压力腔（也叫压力平衡腔），注意这个“副活塞”仅有外部密封圈并没有内部密封圈，由于离合器是属于旋转部件因此借助于两个活塞之间的离心压力来实现元件接合时的缓冲及释放过程，最终目的是改善换档质量（利用平衡腔内的动态离心油压为主活塞内的油压实现缓冲）。而在6HP-变速器当中A、B、E均是带有压力平衡腔的离合器（见图4），但在制动器上使用两个活塞在目前还是首例。而在6HP-变速器里“D”制动器就是使用两个活塞（一大一小）见图5。

图4新式离合器的结构原理图（6HP中的E离合器）

图5“D”制动器结构实物图

在“D”制动器未解体之间我们进行该元件的加压试验（见图6），从整个结构（小活塞D2安装在大活塞D1里面然后是碟形回位弹簧及卡簧）及压力试验后的结果我们看到主活塞（大活塞）D1工作后的复位过程是靠碟形弹簧来实现的，而通过D2活塞供油孔给小活塞D2打压再次释放后碟形弹簧并不能使D2复位，必须再次给D1加压后一起使D1和D2同时回位。

图6“D”制动器D1和D2活塞供油孔位置

与离合器不同的是D2活塞内外均有密封圈（见图7）否则其也不会动作，它不像离合器那样能够旋转并借助动态离心压力来实现缓冲能力。D2活塞的外密封圈被安装在D1活塞的内测，内密封圈被安装在“D”制动器鼓上，这样在D1和D2之间就形成一个密封空间，当有油压进入时D2就会在D1上动作。D2动作后并不能使“D”制动器摩擦组件接合产生摩擦力。只有当油压作用到D1活塞室里“D”制动器摩擦组件才能正式工作产生足够的摩擦力将行星排中的行星架刹住，才能实现前进一档和倒档功能。很明显假如D2油缸先进油或与D1同时进油当D1动作时D2内的平衡压力就会给D1活塞移动时一个缓冲作用，最终得以该行星排中的行星架平稳刹住，这在变速器进行2-1档时起到了换档品顺的效果。另外D1单独工作时D2也不受影响，同时即便D2始终进油也不影响变速器各档位的切换，因此在“D”制动器进行打滑自适应和2-1档时D2都发挥了及其重要的作用。

图7“D”制动器D2活塞及供油

图8“D”制动器D1活塞及供油

接下来我们再从液压油路方面还看一下“D”制动器在不同档位下工作状态。其实就6HP-系列变速器目前来讲液压油路方面有4个版本（大体是两个版本新款和老款）：老款两种即电子选档杆和非电子选档杆，新款也是两种也是电子选档杆和非电子选档杆。最为关键的并不是带不带电子挂档杆而是在于新款和老款的五个换档执行元件与之对应控制的高频率电磁阀上的区别，那就是在前面我们曾讲过的老款的6HP中EDS4号电磁阀既控制“D”制动器同时还控制“E”离合器，而新款的6HP当中“D”制动器则是由EDS6号电磁阀控制“E”离合器则仍然是EDS4号电磁阀来控制，所有元件均是采用独立控制式。其它的我们暂且不去了解就“D”制动器来说早期的EDS4是一个反比例控制类型的高频率电磁阀，而新型的EDS6则是一个正比例控制类型的高频率电磁阀，因此不同时期的“D”制动器的油路控制区别还是比较大。