文/北京 薛庆文

自2001年德国采埃孚(ZF)公司成功推出全球首款型号为6HP-XX 6速自动变速器以来，该变速器便迅速被一些高端车型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、福特等系列车型均使用了这款6HP-XX系列变速器。

一、6HP-XX变速器的特点

6HP-XX系列变速器最大特点是：利用极少的换挡执行元件(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)，实现6前1倒的变速功能，同时真正实现机、电、液一体化控制功能(电子液压模块集成在一起)。该系列变速器机械结构见图1。

多年来，根据市场上反馈的信息，采埃孚从结构与控制(软件与硬件)上对该系列变速器进行了一次重大更新。因此，在后市场维修中大家从2006年开始划分界限，即2006年前的6HP-XX被大家视为老款型，2006年后的为新款型。无论是新款还是老款，我们发现在6HP-XX变速器的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？这是大家当前想要了解的问题。因此，本文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。

二、“D”制动器元件的作用

我们先来认识一下“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挡制动器，该制动器在P-RN-D1挡位置参与工作(见图2、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挡的动力传递功能。

在电子控制中，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，也就是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，可以补偿换挡执行元件摩擦系数的变化，并抑制冲击和坐车现象的出现，最终电脑通过学习存储一个最佳值。具体来讲，当变速器未处于动力挡(P/N挡位置)时，发动机刚刚启动后车辆处于静止状态(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，这点微妙的变化就会瞬间被电脑识别到。因此，这时电脑就进行了初期的“D”制动器的自适应过程，而真正的所谓的“打滑自学习”是发生在挂动力挡车辆未起步前。这也是我们经常所了解的“N-D”和“N-R”的入挡品质自学习，由于在没有挂动力挡之前“D”制动器早早就接合了，挂前进挡时“A”离合器通过调节来接合，挂倒挡时“B”离合器通过调节来接合。为了使每一次的挂挡感觉都能舒适地完成，在6HP系列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，并通过不断地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℃-100℃之间、踩下制动器并由N挂入D挡、车辆停止(识别出无车速的时间必须超过6s)，利用同样的方法来完成倒挡位置的“D”制动器的自适应过程。为使打滑自适应学习值能被精确、快速地计算出来，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。

三、充油压力自适应功能

另外6HP-XX系列变速器还具有换挡过程中的充油压力自适应功能(换挡点自适应功能)。除了“D”制动器没有此项功能外，其他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挡传动比改变时，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改变。这样电脑在完成换挡品质控制功能的基础上也完成了参与的换挡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。这一功能的实现完全是借助于该变速器对终端换挡执行元件的控制，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。设计关系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挡自适应功能，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”制动器打滑量是由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。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)，也能使打滑量与电磁阀EDS-4控制电流之间形成一个较完美的比例关系。自动变速器在行驶过程中，除了换挡点自适应外还会进行换挡元件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挡动力传递功能，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；那么电脑则采用分段记忆、挡位激活的法则工作(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。

四、新式离合器中“D”制动器的原理

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)。要注意这个“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，最终目的是改善换挡质量(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)。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)。

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。

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活塞的内侧，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，才能实现前进一挡和倒挡功能。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，最终该行星排中的行星架得以平稳刹住，这在变速器进行2-1挡时，起到了换挡品顺的效果。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挡位的切换，因此在“D”制动器进行打滑自适应和2-1挡时，D2都发挥了极其重要的作用。

接下来我们再从液压油路方面看一下“D”制动器在不同挡位下的工作状态。其实目前就6HP-系列变速器来讲，液压油路方面有4个版本(大体是两个版本的新款和老款)：老款即电子选挡杆和非电子选挡杆，新款也是电子选挡杆和非电子选挡杆。最关键的并不是带不带电子挂挡杆而在于新款和老款的五个换挡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。其他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的。

五、老式变速器中“D”制动器的原理

在老款6HP系列变速器中并没有对“D”制动器的D1和D2有过多的描述。无论从“D”制动器的机械结构还是从其液压油路中分析，都要比新型6HP系列(D是独立控制)中“D”制动器的控制策略差很多。所以说“D”制动器的D1和D2更容易在新型6HP当中显现出其设计机理。这样我们就分别从“D”制动器的老款与新款油路中来探索其设计上的真正用意。首先我们来看早期6HP的“D”制动器油路的接合与释放过程，从换挡执行元件工作分配表得知“D”制动器是在P、R、N、D1位置工作的(见图9、图10)，而在其他挡位均是分离状态，同时也并没有对“D”制动器的D1和D2有任何说明。我们具体来了解一下“D”制动器在不同挡位的状态，在P/N启动发动机时，“D”制动器瞬间接合，由于无其他元件参与，所以无动力传递过程不必考虑其因压力的高低或与接合速度的关系而引起车身的振动。但由于“D”制动器的工作加之车辆输出部分是处于静止状态，也会给输入部分的涡轮一个很小的扭矩扰动，所以电脑也会对“D”制动器的接合有一个压力调节的自适应过程。

挂前进挡或挂倒挡后，如果变速器未满足打滑自适应要求，“D”制动器处于一个保持状态，其工作压力处于满足前进一挡或倒挡的起步扭矩就足够了；如果在满足变速器打滑自适应要求(油温、怠速、从“N”位开始信息、制动时间保持信息、故障存储器状态等等)执行该项目操作时，电脑会逐渐提高EDS4电磁阀的控制电流以降低“D”制动器控制压力，一直到其有滑转(微量打滑在5-20r/min)，然后逐渐降低EDS4电磁阀的控制电流使“D”制动器再接合(这个信息的监控是通过输入轴转速传感器G182精确计算到的)。通过反复的接合与分离过程，电脑最终确定并得到一个最佳精准自适应匹配值，同时也完成了“D”制动器打滑自适应的过程。

当变速器离开倒挡和前进一挡进入2、3、4、5、6挡后，“D”制动器一直是处于分离状态(见图11)，也就是D1压力腔和D2压力腔均没有油压保持。

从“D”制动器的接合及分离状态来看似乎并没有看出该制动器使用D1和D2两个油腔的真实用意。其实并不是这样，我们刚才只是看了“D”制动器的初期接合过程和其他挡位的释放过程，但并没有去学习它的再次重新启动过程，那就是当变速器执行2-1挡时，和前面已经讲过的原地打滑自适应过程(见图12)。当变速器执行2-1挡时，“D”制动器首先要完成其预充油过程，这个过程是变速器即将要切换到1挡前来完成的。此时，“D”制动器的D1油路完成基础油压(预充油)，该压力还不足以使D1活塞动作恰好处于要动作的临界点。这时由于电脑对EDS4电磁阀的电流控制的大小关系D2油腔也充入了一点压力油，在切换1挡的瞬间电脑要通过EDS4完成“D”制动器的快速充油时间。此时由于D2油腔有预存油压力，该压力便给D1内的系统工作压力实现一个缓冲，“D”制动器完成平稳接合过程，这样就避免了2-1挡时的冲击。当我们进行该变速器的打滑自适应学习功能时(N-D或N-R)，电脑也是通过不断改变EDS4电磁阀电流大小来实现这一过程的。那么在改变电磁阀电流大小过程中，就会使“D”制动器D2腔进油，因此当“D”制动器每一次重新接合时，D2腔的平衡压力也会给D1压力腔的油压一个缓冲。同时，由于反作用力的原因也加快了“D”制动器的打滑自适应过程，让“D”制动器尽快完成自学习(注意：在2-1挡及打滑自适应方面的缓冲控制并不理想，这是因为D2腔并没有提前的预充油过程)。

综上所述我们便基本掌握了老款6HP系列变速器在“D”制动器中使用D1和D2两个压力腔的设计原理。大体来讲D1是工作腔而D2是平衡腔，因此其真正目的是：尽快完成“D”制动器的打滑自适应功能，还要保证变速器2-1挡时的换挡品质。但由于设计上的问题，电脑对EDS4不能采用分段记忆控制功能，换句话讲就是不能让一个EDS4分别控制E和D两个元件，这样大家便会知道早期车辆常犯的2-1挡冲击故障原因了。

六、新款变速器对“D”制动器的控制

最后我们再来看一下新款6HP系列变速器对“D”制动器的控制，根据其换挡执行元件工作表便可知道“D”制动器D1和D2两个油压腔在不同挡位时的状态(见图13)。

很显然在新款6HP系列变速器中，对“D”制动器的D1和D2有了详细的说明。与老款6HP系列变速器相同的是：当变速器处于P、R、D位一挡时，油压仅是通过D1油压腔进入使其工作(见图14)，而不同的是当变速器执行在其他前进挡位以及挂挡杆处于“N”位置时，D2腔内是有预存油压的，同时独立控制“D”制动器的EDS6是一个正比例控制类型的电磁阀以及控制油路也有所不同。

当变速器离开前进一挡切换进入到2、3、4、5、6挡后虽然“D”制动器是分离状态(D1压力腔无工作油压)，但D2腔内仍然建立着预存油压力(见图15)。这样当变速器再次启动2-1挡时，“D”制动的接合一定会是相当平顺的以提高变速器的2-1挡感觉。

当变速器挂挡杆处于“N”位置时，电脑驱动EDS6电磁阀又是一个范围内的控制电流，此时系统油压即可进入“D”制动器的D1油压腔内，同时也进入到D2油压腔内(见图16)。这种设计恰恰是为了尽快满足该变速器对“D”制动器的打滑自适应，也刚好弥补了老款变速器在这方面的不足。

新款6HP系类变速器的“D”制动器采用D1和D2两个油压腔的设计，既保证了自动变速器2-1挡的平顺性同时也真正满足了该变速器的打滑自适应要求。因此在维修中大家就会发现2-1挡冲击的故障在新款6HP里不见了，并且大修变速器或更换变速器主要部件后的自适应很快就完成了。

从老款到新款6HP变速器中，大家不难看出“D”制动器采用D1和D2两个油压腔的设计机理在新款中表现更为突出。在新型自动变速器的新技术及设计理念中或许还有更多的东西需要我们去学习，艺无止境，技艺追求任重而道远。