La salonul internațional de motoare IAA din 2011, compania ZF Friedrichshafen AG a prezentat o nouă transmisie automată, codificată 9HP, disponibilă în producție de serie pentru automobilele cu motoare dispuse transversal. Conceptul transmisiei fusese prezentat încă din 2009.
Transmisia automată ZF 9HP (Sursă: ZF)
La baza proiectării transmisiei automate ZF9HP au stat următoarele criterii tehnice:
- scăderea consumului de combustibil al automobilului prin îmbunătățirea randamentului global al transmisiei și prin utilizarea mai eficientă a cuplului motor
- creșterea performanţelor dinamice ale automobilului prin reducerea timpilor de schimbare a treptelor
- îmbunătățirea confortului la bordul automobilului prin efectuarea fără șoc a schimbărilor de trepte
Tabel comparativ între diferite cutii de viteze ZF:
Reducerea consumului de combustibil se poate face prin utilizarea unor transmisii cu gamă de variație a rapoartelor mai largă.
De asemenea, dacă saltul între trepte este mai redus, confortul în timpul schimbării treptelor se îmbunătățește, deoarece diferența de turație a arborelui de ieșire din cutie, între două trepte adiacente, se reduce.
Comparație rapoarte de transmitere: 6HP (6 trepte), 8HP (8 trepte) și 9HP (9 trepte)– Sursă: ZF
Transmisiile automate precedente cu 7 (Mercedes Benz 7Gtronic) sau 8 (ZF8HP) trepte sunt destinate exclusiv automobilelor cu tracțiune pe puntea din spate sau integrală, fiind dispuse longitudinal.
Comparația saltului între trepte: 6HP (6 trepte), 8HP (8 trepte) și 9HP (9 trepte) – Sursă: ZF
ZF9HP este prima transmisie automată cu 9 trepte destinată automobilelor cu tracțiune pe puntea din
față, cu motor dispus transversal. Există, de asemenea, o versiune de transmisie automată ZF9HP și pentru automobile
Mecanismul cu roți dințate planetare al transmisiei automate ZF9HP – Sursă: ZF
Montarea transmisiei automate pe puntea din față limitează dimensiunile exterioare ale acesteia, mai ales în ceea ce privește lungimea. Din acest motiv pentru ZF9HP s-a optat pentru utilizarea a două mecanisme planetare simple și a unui mecanism planetar dublu (format din două mecanisme planetare simple suprapuse), care permit reducerea lungimii totale în detrimentul înălţimii. Cutia de viteze 9HP utilizează în total 4 mecanisme planetare simple și 6 mecanisme de cuplare: 2 mecanisme cu craboți, 2 ambreiaje multidisc și 2 frâne multidisc. Gama de variație a rapoartelor este de 9.79, ceea ce permite optimizarea punctului de funcționare al motorului termic pentru reducerea consumului de combustibil. Randamentul
transmisiei este de 97%, în fiecare treaptă.
Dimensiunile transmisiei automate 9HP48 – Sursă: ZF
Transmisia automată ZF9HP – componente – Sursă: ZF
2.hidrotransformator (convertizor de cuplu)
3.carcasă
4.frână multidisc D
5.frână multidisc C
6.ambreiaj multidisc B
7.cuplaj cu craboți A
8.cuplaj cu craboți F
9.ambreiaj multidisc E
10.Diferențial
Construcția transmisiei automate 9HP este modulară. ZF comercializează două variante: 9HP48 ce transmite un cuplu maxim de 480 Nm și 9HP28 cu un cuplu maxim de intrare de 280 Nm. De asemenea, transmisia poate fi utilizată și pe automobilele cu tracțiune integrală, distribuția cuplului între puntea față și spate realizându-se la ieșirea din transmisie.
Pentru utilizarea pe automobile cu sisteme Stop & Start transmisia 9HP nu are nevoie de sisteme adiționale de menținere a presiunii hidraulice (ex. HÂŞ) deoarece pentru cuplarea treptei 1 se acționează un singur element de frecare, mecanismele cu craboți fiind cuplate în timpul opririi/pornirii motorului termic.
Transmisia automată 9HP – schemă cinematică – Sursă: ZF
A, F – cuplaje cu craboți
C, D – frâne multidisc
B, E – ambreiaje multidisc
RSx – mecanisme planetare
AWD – tracțiune integrală
FWD – tracțiune față
Mecanismele de cuplare cu craboți au avantajul unui randament mai bun, comparabil cu ambreiajele și frânele multidisc, deoarece nu are pierderi prin frecare (drag torque) atunci când nu sunt acționate. Pe de altă parte cuplare mecanismelor cu craboți implică un anumit șoc în transmisie și din acest motiv confortul poate fi afectat. Soluția constă în cuplarea acestora doar pentru schimbări de treaptă statice (neutru -> treapta 1) și apoi doar decuplarea pentru treptele superioare, la schimbarea de jos în sus.
Transmisia automată 9HP – schimbările de trepte de viteză posibile – Sursă: ZF
De exemplu pentru obținerea treptei 1 se cuplează ambele mecanisme cu craboți (A, F) și ambreiajul multidisc D. Până la treapta 5 cele două mecanisme cu craboți rămân cuplate iar realizarea treptelor se face cu ajutorul ambreiajelor și frânelor multidisc. Din punct de vedere al confortului treptele care implică decuplarea unui ambreiaj/frână multidisc și cuplare unui mecanism cu craboți sunt mai dificile deoarece mecanismele cu craboți nu permit controlul eficient al diferenței de turație (alunecarea) dintre elementele pe care le cuplează. Aceste schimbări de treaptă sunt: 9 – 7, 8 – 7 și 5 – 4. Totodată, prin controlul precis al cuplului motor în timpul schimbării treptelor de viteză, chiar dacă sunt utilizate mecanisme cu craboți, schimbarea treptei se poate face fără șocuri și fără să fie sesizată de conducătorul auto.
Automobilele echipate cu transmisia automată ZF9HP, varianta cu cuplu maxim de 480 Nm, sunt: Range Rover Evoque și Jeep Cherokee.
Comparativ cu transmisia automată cu 6 rapoarte ZF6HP, consumul de combustibil pentru un automobil echipat cu ZF9HP este cu 16% mai redus. Un alt avantaj îl reprezintă gama de variație foarte largă a rapoartelor (9.79), ceea ce permite rularea, în ultima treaptă, la viteze ridicate dar la turații reduse ale motorului termic. Această caracteristică permite obținerea unui consum redus de combustibil în mediul extra-urban, la viteze ridicate, cu un confort ridicat în habitaclu datorită zgomotului redus al motorului.
