3.4.3 ZF8HP 8速自动变速器

2026年07月26日

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3.4.3 ZF8HP 8速自动变速器

ZF8HP是由德国ZF公司开发的8速自动变速器，采用4个行星齿轮组，有5个换档执行元件，包括3个离合器、两个制动器，每次换档只开/闭其中两个执行元件，装备在宝马车系、奥迪A8/Q7/Q5、克莱斯勒新3000、路虎发现4等车型上。ZF8HP自动变速器如图3-41所示，结构简图如图3-42所示。

图3-41 ZF8HP自动变速器

图3-42 ZF8HP系列自动变速器结构简图

ZF8HP自动变速器各换档工作执行元件的功能见表3-14。

表3-14 ZF8HP自动变速器换档执行元件功能表

各换档执行元件在不同档位的工作情况见表3-15。

表3-15 换档执行元件在不同档位时的工作情况

●表示接合传力

由表中我们不难看出，ZF8HP的5个执行元件中，A、B、D是连续处于接合或分离的状态，在1～8档仅会发生一次释放和接合的过程，而离合器C、E配合其他3个执行元件反复接合和释放，因此故障发生率会较高。另外ZF8HP系列变速器的换档控制由3个执行元件组合进行，换档时两个执行元件固定不变，而仅切换其中一个，因此ZF8HP系列变速器的换档时间可以控制到非常短（仅在200ms以内）。从理论上来分析，可以得出可能的档位切换模式，如图3-43所示。

以上仅是根据档位执行元件表推算出来的理论上可实施的档位切换模式，但是实际上控制程序会根据发动机负荷、输出转矩、车速等一系列的条件，进行合适的升降档、跳跃式换档操作，其中跳跃式换档，一般跳跃一个或两个档位，而一次跳跃5个档位的换档情况并不常见，一般也不会在实际驾驶中应用。

图3-43 ZF8HP理论上可实现的档位切换

（1）驻车档/空档当变速器位于驻车档/空档时，制动器A、B工作，固定第1行星排和第2行星排共用太阳轮S1/S2，固定第2行星排齿圈R2。输入轴动力传递给第2排行星排行星架P2，并顺时针旋转，同时带动第2行星排齿圈R2顺时针超速旋转并将动力传递给第3排太阳轮S3。由于离合器C、D、E不工作，所以第3行星排自由转动，动力不会向后传递，变速器处于空档状态，驻车档时，锁止机构会锁止输出。P/N档动力传递路线如图3-44所示。

此时变速器是为了快速进入前进档或倒档而提前接合的两组执行元件，当驾驶人挂入倒档时仅需一个离合器D接合；而挂入前进档时需要一个执行器离合器C或离合器E接合就能快速入档，也就是说驾驶人使用手动模式起步时，仅能以手动模式M1（A+B+C）或M2（A+B+E）档起步，而不能以其他前进档位起步，例如M3（B+C+E）则不是以离合器A+B为前提的。

图3-44 ZF8HP自动变速器P/N档动力传递线路图

（2）一档动力传递分析一档动力传递路线如图3-45所示。当变速器挂入前进一档（包括手动模式M1档），制动器A、B，离合器C工作，将第1行星排太阳轮S1和齿圈R1固定不动，进而第1行星排的行星架P1和第4行星排的齿圈R4固定不动。输入轴动力经离合器C传递给第4行星排太阳轮S4，并顺时针旋转，然后由第4行星排行星架P4减速输出。一档动力仅经过第4行星排单级减速即输出动力。

第2行星排行星架P2连接动力输入轴，太阳轮S2固定，动力会由齿圈传递给第3行星排的太阳轮S3，而第3行星排的行星架P3和齿圈R3自由转动，使第3行星排空转，动力不会向后传递，对第1和第4行星排的动力传递没有产生影响。因此前进一档实际上是由第4行星排进行的减速传动。一档动力传递杠杆原理图如图3-46所示。

图3-45 ZF8HP自动变速器一档动力传递线路图

图3-46 一档各行星排等效杠杆图及转速关系

（3）二档二档动力传递路线如图3-47所示。制动器A、B和离合器E工作。第1和第2行星排运动与一档一致。输入动力经第2行星排行星架、齿圈增速后传递给第3行星排太阳轮。离合器E锁止第三行星排太阳轮和齿圈，使第3行星排各元件等速顺时针传动，动力传递至第4行星排太阳轮，由于齿圈被固定，动力由行星架输出。二档动力经第2行星排增速、第4行星排减速后输出动力，因此获得比一档更快的转速。二档各行星排运动等效杠杆图如图3-48所示。

（4）三档动力传递分析三档动力传递路线如图3-49所示。三档时，制动器A释放，制动器B和离合器C、E工作。

离合器E将第3行星排太阳轮S3和齿圈R3锁止在一起，使第3行星排各元件连同第2行星排齿圈一起按输入转速共同旋转，但由于离合器D没有参与工作，第3行星排无动力输出。同时离合器C将输入轴与第2行星排行星架P2与第3行星排齿圈R2连接在一起按照输入转速共同旋转，所以第2行星排各元件也是同速转动，并将动力等速传递给第4行星排的太阳轮。

第2行星排将输入轴动力等速传递给第1行星排的太阳轮S1，由于制动器B固定住了第1行星排齿圈R1，所以动力由第1行星排的行星架P1减速后向后传递给第4行星排的齿圈R4。

图3-47 ZF8HP自动变速器二档动力传递线路图

图3-48 二档等效杠杆图

图3-49 ZF8HP自动变速器三档动力传递线路图

对于第4行星排，太阳轮S4动力由第2行星排等速传递，齿圈R4由第1行星排减速传递，所以行星架P4会减速输出动力。三档动力传递等效杠杆图如图3-50所示。

图3-50 三档动力传递等效杠杆图

（5）四档动力传递分析四档动力传递路线如图3-51所示。四档时，相比三档离合器C分离，离合器D接合，将第3、第4行星排的行星架P3、P4锁止在一起共同旋转，离合器E将第3行星排的齿圈R3与太阳轮S3锁止在一起，使第3行星排各元件同速旋转。由于第3行星排的齿圈R3连接着第4行星排的太阳轮S4，所以第3和第4行星排各元件都以相同的转速转动。

图3-51 ZF8HP自动变速器四档动力传递线路图

对于第1、第2行星排，制动器B固定第1行星排齿圈R1，动力由第2行星排的行星架P2输入。第1行星排行星架P1与第4行星排齿圈R2相连，第2行星排齿圈R2与第3行星排太阳轮S3相连，使得第1行星排行星架P1与第2行星排齿圈R2转速相同。绘制第1、第2行星排的动力传递杠杆图如图3-52所示。P2为输入，R2为输出，可见为减速传动。

（6）五档动力传递分析五档动力传递路线如图3-53所示。五档时，相比四档，离合器E分离，离合器C接合，将输入轴与第2行星排齿圈、第3行星排齿圈与第4行星排太阳轮连接在一起共同旋转。制动器B工作将第1行星排齿圈固定。绘制各行星排的动力传递杠杆图如图3-54所示，动力输入为1，可以看出，输出为减速传动。(https://www.daowen.com)

图3-52 四档第1、第2行星排元件运动杠杆图

图3-53 ZF8HP自动变速器五档动力传递线路图

图3-54 五档动力传递杠杆原理图

（7）六档动力传递分析六档动力传递路线如图3-55所示，相比五档，制动器B退出工作状态，离合器E接合，将第3行星排太阳轮、齿圈锁止在一起，第3行星排各元件等速旋转，直接传动。离合器C将输入轴与第3行星排齿圈、第4行星排太阳轮锁止在一起以输入转速同速旋转，离合器D将第3、第4行星排的行星架锁止在一起共同旋转，所以第4行星排各元件也是同速旋转，直接传动，且转速与输入转速相同。所以对于输出轴来说，整个变速器为直接传动，传动比为1。

图3-55 ZF8HP自动变速器六档动力传递线路图

第2行星排齿圈与第3行星排太阳轮以输入同速旋转，行星架与输入轴相连也以输入转速旋转，所以第2行星排各元件也以输入转速同速旋转。同理可知第1行星排各元件也以输入转速同速旋转。

六档时4个行星排都以输入转速同速旋转，直接档传动。

（8）七档动力传递分析七档动力传递路线如图3-56所示，相比六档，离合器E退出接合状态，制动器A进入工作状态，将第1、第2行星排共用太阳轮固定。绘制七档动力传递的杠杆图如图3-57所示。可以看出从第2行星排行星架P2和第3行星排齿圈、第4行星排太阳轮输入的转速小于第3行星排行星架P3和第4行星排行星架P4输出的转速，因此七档为超速档传动。

图3-56 ZF8HP自动变速器七档动力传递线路图

（9）八档动力传递分析八档动力传递路线如图3-58所示，相比七档，离合器C退出接合状态，离合器E进入接合状态，使第3行星排各元件等速旋转。同时第4行星排各元件也以与第3行星排各元件相同的速度旋转。

制动器A固定第1、第2排共用太阳轮，第2行星排中动力经行星架P2输入，齿圈R2会增速输出。由于第1行星排行星架P2、第2行星排齿圈R2转速与第3、第4行星排转速相同，所以整个变速器整体动力输出为增速传动。八档动力传递杠杆原理如图3-59所示。

（10）R档动力传递分析倒档动力传递路线如图3-60所示，制动器A工作固定第1、第2共用太阳轮S1/S2，制动器B工作固定第1行星排齿圈R1，因此第1排行星架P1也被固定，与P1相连的第4行星排齿圈R4也固定。离合器D接合连接第3、第4行星排行星架P3、P4。第2行星排行星架P2为输入，经齿圈R2增速传递至第3行星排太阳轮S3。对于第3、第4行星排：

令：n³₁为第3行星排太阳轮转速，n³₂为第3行星排齿圈转速，n³₃为第3行星排行星架转速，α³为第3行星排齿圈与太阳轮齿数比。