ZF 8AT技術(shù)詳解：變速器的“巔峰之作”是否名副其實(shí)？

文字：二哥頭

編輯：魚魚魚

作為當(dāng)前世界上最重要的汽車傳動(dòng)系統(tǒng)制造商，采埃孚的變速器供應(yīng)過全球大部分的汽車品牌，在變速器領(lǐng)域積累著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。其中，采埃孚的8AT變速器更是享譽(yù)全球，被譽(yù)為變速器中的標(biāo)桿產(chǎn)品。

那么采埃孚這款8AT的研發(fā)背景是什么、目前搭載在哪些車型上、技術(shù)上有何優(yōu)勢(shì)亦或是弊端、相比其他8AT又如何？

下面開始。

一、ZF 8AT推出背景以及現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第幾代？

1．1、推出背景

2007年，采埃孚推出了第一代8AT變速器（縱置），并于兩年后正式量產(chǎn)，當(dāng)時(shí)的背景是世界經(jīng)濟(jì)仍處于低谷，同時(shí)人們對(duì)于排放問題的更加重視，汽車行業(yè)更加關(guān)注燃油經(jīng)濟(jì)性。

所以采埃孚推出8AT更多的緣由，可以歸結(jié)到降低油耗、減少排放上面來，通過開發(fā)更加密集的齒比、更高效的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、重量更小、同時(shí)換擋性能更加優(yōu)秀的自動(dòng)變速箱，讓整車的油耗表現(xiàn)更加優(yōu)異。

當(dāng)然，也有技術(shù)上的一些原因，當(dāng)時(shí)愛信的6AT風(fēng)頭正盛，穩(wěn)壓ZF 6AT一頭，因此采埃孚需要需要一個(gè)更先進(jìn)、性能更優(yōu)秀的變速器來確定其行業(yè)領(lǐng)先地位。

而開發(fā)7AT的投入與產(chǎn)出不成正比（性能提升太小），開發(fā)9、10速變速器成本（需增加更多的換擋元件和行星齒輪組）以及技術(shù)難度又更大，基于以上的原因， ZF選擇了深入8擋自動(dòng)變速器的研發(fā)。

1．2、采埃孚8AT目前發(fā)展到第幾代了？

從2009年正式量產(chǎn)，目前采埃孚的8AT已經(jīng)發(fā)展到了第三代（2011年、2018年各換代一次），而第四代的ZF 8AT也即將在2022年正式“上車”。

2011年， ZF 8AT迎來了首個(gè)換代，第二代的 ZF 8AT具有以下的亮點(diǎn)：新的齒輪設(shè)計(jì)，四個(gè)行星齒輪組，只有五個(gè)換擋元件盡量減少阻力損失和提高傳輸效率；并聯(lián)式混合動(dòng)力概念，混合系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)基本的傳輸與交換；對(duì)該變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不影響輸出扭矩和動(dòng)力性的前提下可以滿足日益嚴(yán)苛的二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)；換裝了新的高精度電磁閥，如果有車廠愿意出高價(jià)的話，ZF就會(huì)提供換擋速度可達(dá)0．2s的8AT（第一代ZF 8AT 換擋時(shí)間為0．4s）。

此外，第二代ZF 8AT通過新的多盤分離實(shí)現(xiàn)了變速器內(nèi)部損失的降低，具體而言是將額外的彈簧嵌入換擋元件的多盤部件便可以確保摩擦換擋元件幾乎完全打開，降低所引起的拖曳轉(zhuǎn)矩。和第一代ZF 8AT系列相比，新一代產(chǎn)品降低了超過三分之二的能量損失。

2018年，采埃孚推出了第三代 ZF 8AT變速器，通過重新設(shè)計(jì)了機(jī)電一體化系統(tǒng)，并進(jìn)一步開發(fā)了扭力阻尼器，再次提高了最大傳動(dòng)比范圍，因此在體積幾乎沒有變化的前提下，第三代ZF 8AT可以提供更好的動(dòng)力性以及換擋平順性。而且由于使用了創(chuàng)新的齒輪組，內(nèi)部損耗進(jìn)一步降低，相較第二代8速自動(dòng)變速器，油耗進(jìn)一步降低了2．5％，同時(shí)二氧化碳排放量也減少了。

而目前，采埃孚已經(jīng)亮相了第四代ZF 8AT，這款變速器相比此前幾代實(shí)現(xiàn)了更加高度的模塊化，并將整套電力電子裝置集成在變速器殼體里。

基于這種模塊化的設(shè)計(jì)，第四代的ZF 8AT液壓控制單元所需的安裝空間僅僅需要1．8L，相比上一代的3．1升有了十足的進(jìn)步，也因此四代ZF 8AT可以給電子電力設(shè)備騰出足夠大的空間。

另外，與第3代8AT相比，新款永磁同步電機(jī)的最高功率從90 kW提高到160 kW，最大扭矩從240 N·m提高到450 N·m，電氣化能力更進(jìn)一步。

配合不同機(jī)電模塊，第四代8速自動(dòng)變速器可匹配PHEV （插電式混合動(dòng)力汽車） 、MHEV （油電混合動(dòng)力汽車），及其他混合動(dòng)力方案。

這張圖片可以看出ZF 8AT從第一代到最新一代的所做的改變。

這里提一下當(dāng)前主流的混動(dòng)布局，其根據(jù)電機(jī)位置可以分為P0、P1、P2、P3、P4結(jié)構(gòu)，如下圖：

第一代ZF 8AT就通過BSG電機(jī)實(shí)現(xiàn)了P0的弱混，到了第二代已經(jīng)支持P1的混動(dòng)，現(xiàn)在最新的一代已經(jīng)是支持P0＋P2結(jié)構(gòu)，通過在不同位置添加電機(jī)，ZF 8AT可以實(shí)現(xiàn)不同的混動(dòng)效果。

比如代號(hào)為8HP60MH的ZF 8AT采用48V電氣系統(tǒng)，根據(jù)電機(jī)位置不同，包括P1和P2兩種構(gòu)型，P1構(gòu)型為電機(jī)至于液力變矩器之前，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間通過扭矩減震器連接。P2構(gòu)型在電機(jī)和液力變矩器之間增加K0離合器，這在第三代產(chǎn)品中是沒有的；代號(hào)為8HP80PH PHEV的8AT采用P2構(gòu)型，電動(dòng)機(jī)的峰值功率最大可以達(dá)到160kW，最大扭矩為450N．m。

二、ZF 8AT有幾代，分別有哪些版本？

ZF 8AT每一代都細(xì)分出了不同的版本，第一代ZF 8AT系列變速器包括：8HP30、8HP45、8HP70、8HP90四種型號(hào)，其最大傳動(dòng)比4．696，最小傳動(dòng)比0．667，速比范圍達(dá)到7．07：1，分別能承受最大扭力依次為300N．m、500N．m、700N．m和1000N．m，

第二代ZF 8AT主要包括8HP50、8HP75、8HP95，采埃孚通過優(yōu)化齒輪組設(shè)計(jì)使得該變速箱的速比范圍從7．07：1增大到7．8：1，這一措施將所有齒輪的速度平均降低50轉(zhuǎn)／分鐘并將油耗降低百分之一，燃油經(jīng)濟(jì)性更好。

第三代ZF 8AT主要包括8HP55、8HP51、8HP76，相比上一代產(chǎn)品，第三代改進(jìn)了液力變矩器的扭轉(zhuǎn)減震器，使得變速箱的最大傳動(dòng)比達(dá)到8．6，同時(shí)油耗也降低了2．5％。

第四代ZF 8AT的傳統(tǒng)版本提供8HP60和8HP80兩個(gè)型號(hào)，扭矩容量分別為600N．m和800N．m，在第三代的500N．m和750N．m基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一定提升，速比范圍沒有改變，依舊是8．6：1。

此外，第四代ZF 8AT根據(jù)混動(dòng)行駛還分為了MH（輕混）和PH（插電混）兩種版本，可以匹配15Kw、40kW、90kW以及100kW四種電機(jī)功率。

三、ZF 8AT目前搭載在哪些車型上？以及各型號(hào)間的區(qū)別是什么？

前文提到，ZF 8AT是縱置變速器，因此幾乎世界范圍內(nèi)主流的縱置平臺(tái)車型都采用了ZF 8AT（少部分自研變速器的車企除外）。

目前裝備ZF 8AT系列變速器有多個(gè)品牌，其中BMW集團(tuán)包括：寶馬3系、寶馬5系、寶馬4系、寶馬7系、寶馬8系寶馬Z4；寶馬X7、寶馬X6、寶馬X5、寶馬X4、寶馬X3、寶馬X1（2．0T頂配車型）、寶馬X2（2．0T頂配車型）、寶馬6系GT、寶馬3系GT、寶馬M部門車型全系、勞斯萊斯全系車型。

大眾集團(tuán)旗下多個(gè)汽車牌子的頂級(jí)高端轎車和豪華SUV，都在使用采埃孚8AT，其中大眾品牌有途銳；奧迪品牌包括奧迪Q7、奧迪Q8、奧迪A8、奧迪S4、奧迪S5、奧迪S6、奧迪S7、奧迪S8、奧迪SQ5、奧迪RS4、奧迪RS5、奧迪RS6、奧迪RS7、奧迪 RS Q8；保時(shí)捷品牌有卡宴；賓利品牌賓利添越；蘭博基尼品牌有Urus。

塔塔集團(tuán)包括捷豹以及路虎也均有車型在使用ZF 8AT，具體而言，捷豹品牌包括捷豹XFL、捷豹捷豹XEL、捷豹F－PACE、捷豹F－TYPE；路虎品牌包括路虎攬勝、路虎衛(wèi)士、路虎攬勝星脈、路虎攬勝運(yùn)動(dòng)版、路虎發(fā)現(xiàn)。

Stellantis集團(tuán)包括JEEP、阿爾法羅密歐、道奇、克萊斯勒、依維柯、藍(lán)旗亞、瑪莎拉蒂等品牌在使用采埃孚8AT，具體而言，JEEP品牌包括大切諾基、牧馬人；阿爾法羅密歐品牌包括阿爾法·羅密歐Giulia、阿爾法·羅密歐Stelvio；道奇品牌包括挑戰(zhàn)者SRT、Charger SRT、瑪莎拉蒂品牌包括瑪莎拉蒂Ghibli、瑪莎拉蒂Levante、瑪莎拉蒂總裁；依維柯品牌有依維柯歐勝。

其它使用采埃孚8AT變速器的一些國(guó)產(chǎn)車型還包括弗H9、坦克300、長(zhǎng)城炮（部分車型）、福田大將軍、馭勝S350、上汽大通部分車型等…

如果按照代ZF 8AT代別來區(qū)分，如下：

ZF 8AT各個(gè)型號(hào)后綴帶有不同的意義，以ZF 8HP50XHIS為例，8HP代表8speed，也就是8速；50代表最大承受扭矩500N．m；X代表四驅(qū)，HIS代表液壓蓄能器。

我們重點(diǎn)說下HIS這項(xiàng)技術(shù)

它的工作原理如上圖所示：在在汽車行駛時(shí)充滿油從而拉緊彈簧，這個(gè)“儲(chǔ)備”有大約100厘升的容量，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)被彈簧以閃電般的速度反饋到液壓系統(tǒng)中，以向變速箱中的換檔元件供油，以便離開。這意味著汽車在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后僅350毫秒就準(zhǔn)備好離開。如果沒有液壓脈沖儲(chǔ)油系統(tǒng)創(chuàng)建的橋接，這將需要大約800毫秒，因此這意味著駕駛動(dòng)力的明顯損失，此技術(shù)可使車輛在頻繁停止／起動(dòng)工況下減少油耗（達(dá)20％），同時(shí)還能降低CO2排放和噪聲。

值得注意的是，HIS這項(xiàng)技術(shù)更多的是用在了追求性能的車輛變速器上，比如瑪莎拉蒂、蘭博基尼、捷豹F－TYPE等等，而強(qiáng)調(diào)平順舒適的車型則沒有，比如勞斯萊斯幻影、古思特等。

四、為什么采埃孚被更多的歐系品牌所采購(gòu)？

回顧以上搭載的車型可以發(fā)現(xiàn)， ZF 8AT更多的是與德系的發(fā)動(dòng)機(jī)配合，寶馬更是幾乎全系都是搭載的ZF 8AT，也因此有不少網(wǎng)友將ZF 8AT稱為寶馬的御用變速器。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因我們認(rèn)為和不同品牌車型所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)，以德系品牌為例，它們的發(fā)動(dòng)機(jī)都是具有低轉(zhuǎn)高功特色的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出曲線比較跳躍，高扭來得早，ZF的高性能8AT與它們配合更加相得益彰。

而日系品牌由于本土有包括AISIN、JATCO、本田自研等變速器品牌，同時(shí)日系縱置平臺(tái)車型也少，ZF 8AT不能立刻上馬，因此這些年幾乎看不到日系品牌使用ZF 8AT，但有一個(gè)例外，那就是與寶馬Z4同平臺(tái)開發(fā)的豐田Supra，是采用的ZF 8AT。

另外，寶馬如此熱衷于ZF 8AT的原因還在于ZF 8AT是ZF、BMW集團(tuán)、奧迪三家聯(lián)合開發(fā)的，BMW是股東、也是應(yīng)用ZF 8AT最多的汽車品牌。所以我們猜想BMW能夠拿到ZF 8AT的更多數(shù)據(jù)，然后與自家發(fā)動(dòng)機(jī)做更深層次的匹配。

五、與ZF 6AT與GM 6AT相比，ZF 8AT性能有多大提升？

ZF 8AT相比自家的6AT變速器，由于增加了兩個(gè)擋位，所以速比范圍也從6．04提升到了7．07，而且由于1－2擋之間的速比差由由1．78降至1．5，齒比更加綿密，因此在換擋平順性上更優(yōu)。

相比GM 6AT（因?yàn)閷汃R之前是ZF 6AT和 GM 6AT混用的）6．0：1的齒比范圍，ZF 8AT同樣是做到了較大提升。

值得一提的是，盡管采埃孚的8AT相較于自家6AT增加了兩個(gè)擋位，但得益于合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及技術(shù)創(chuàng)新（比如取消自由輪，采用線控?fù)Q擋；引入軸向平行鏈條式機(jī)油泵），采埃孚8AT變速器的體積與傳統(tǒng)的6AT相當(dāng)。

而從實(shí)際的節(jié)油效果來看，采埃孚官方的說法是：配合自動(dòng)啟停系統(tǒng)之后，可以比6AT系列變速箱降低油耗11％；如果匹配混合動(dòng)力系統(tǒng)，這臺(tái)變速箱能夠降低最多25％的燃油消耗。

另外，這款變速器還是采用業(yè)內(nèi)經(jīng)常聽到的的模塊化設(shè)計(jì)，可以很輕松地與混合動(dòng)力系統(tǒng)和四驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行匹配，因此在安裝時(shí)對(duì)基礎(chǔ)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不需作任何更改。

六、ZF 8AT運(yùn)用了哪些先進(jìn)技術(shù)

ZF 8AT有很多創(chuàng)新，比如它的擋位齒比設(shè)計(jì)就相當(dāng)?shù)挠兄v究，如下圖所示：

相鄰之間的擋位齒比落差很好的控制在了1．2－1．5，一般來說，齒比落差越小，則意味著擁有更好的換擋平順性，比如CVT用帶傳動(dòng)幾乎就是模擬出了無限個(gè)擋位，所以相應(yīng)的平順性更好。

但值得注意的是，齒比落差也不能過于的小，否則影響了齒比范圍，燃油經(jīng)濟(jì)性又得不到保障。

ZF 8AT通過多行星組齒輪密切配合，不僅低速齒輪比夠小，燃油經(jīng)濟(jì)性有保障，而且擋位多、齒比落差不過分大，因此駕駛感也更加平順細(xì)膩。

此外，ZF 8AT采用了創(chuàng)新型的四自由度機(jī)構(gòu)（如下圖），這類機(jī)構(gòu)在此前的AT變速器中從來沒有出現(xiàn)過，在它的結(jié)構(gòu)上根本看不到比如辛普森、CR－CR、威爾遜機(jī)構(gòu)，萊佩萊捷機(jī)構(gòu)幾款經(jīng)典行星機(jī)構(gòu)的影子。

而由于它只有5個(gè)換擋元件（3離合、2制動(dòng)），比豐田、現(xiàn)代的8AT都要少一個(gè)離合器，所以它在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑、油路以及控制邏輯等方面都更精簡(jiǎn)，而且，ZF8AT每個(gè)擋位結(jié)合的操作元件更少（3個(gè)），所以對(duì)于的拖拽功率損失也就更少，傳動(dòng)效率更高。

七、ZF 8AT市場(chǎng)口碑

市場(chǎng)上對(duì)ZF 8AT變速器更多的是稱贊：聰明、能極快的反應(yīng)駕駛員的駕駛意圖；承受力矩范圍廣，上至超跑下至買菜車，基本都可以滿足駕駛需求。

但凡事都有雙面性，工業(yè)時(shí)代幾乎不可能造出一個(gè)100％完美的產(chǎn)品，所以我們也收集了有關(guān)采埃孚8AT的一些詬病，其中說得最多的便是變速器跳擋、漏油問題。

對(duì)于前者，首先我們得區(qū)分ZF 8AT設(shè)定的跳擋邏輯和這里被投訴的跳擋的區(qū)別，比如寶馬現(xiàn)在的8速變速器就可以實(shí)現(xiàn)跳擋操作，電腦可以根據(jù)駕駛者的意愿直接跳到合適的擋位，甚至極端情況下，可以從8擋直接跳到2擋。

但消費(fèi)者詬病的跳擋則是從前進(jìn)擋跳入了N空擋，并非是在前進(jìn)擋中的升降擋。而在行車過程中跳擋的危害不言而喻，等于直接在馬路上失去動(dòng)力。

ZF 8AT的另一個(gè)問題就是漏油，大部分的寶馬車主都曾遇到過這個(gè)問題，甚至前幾年還有網(wǎng)友調(diào)侃：寶馬的養(yǎng)車成本可能比奔馳車還要高，原因就是寶馬家常便飯似的漏油，官方給出的理由是由于磨合不利，變矩器／變速箱輸入端上的徑向密封環(huán) （RWDR） 可能導(dǎo)致不密封。

八、市售8AT橫評(píng)

8．1 、目前市面上有8AT，所搭載的車型有哪些？

目前市場(chǎng)上縱置8AT主要有ZF的8AT系列、愛信8AT系列（縱置）、GM的8L系列和現(xiàn)代的縱置8AT。

ZF 8AT所搭載的車型前文已經(jīng)列舉，這里就不贅述，目前愛信最新的縱置8AT型號(hào)為AA81E ，主要應(yīng)用于雷克薩斯ES（2．5L自吸版本）、雷克薩斯NX（2．5L自吸版本）、豐田皇冠日版majesta、豐田皇冠2．0t。

通用8AT目前只搭載于凱迪拉克CT4全系，算是其中應(yīng)用得最少的8AT變速器；

現(xiàn)代的縱置8AT目前搭載的車型主要集中在現(xiàn)代集團(tuán)旗下的高端子品牌捷尼賽思上，包括捷尼賽思G70、捷尼賽思G80、捷尼賽思GV80

8．2、四款變速器參數(shù)橫向?qū)Ρ?/p>

在通用9AT那篇文章中我們說到過，衡量一款變速器性能，一個(gè)比較關(guān)鍵的指標(biāo)就是傳動(dòng)比范圍。

傳動(dòng)比范圍越大，意味著變速器在低速時(shí)能提供較好的加速性能，在高速巡航時(shí)也盡可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以此降低油耗，我們將以上幾款變速器做了對(duì)比，如下：

ZF 8AT的齒比范圍在7．07：1，愛信8AT的齒比范圍在6．71：1，通用的8AT齒比范圍在7．7：1，現(xiàn)代8AT速比范圍在7．01：1。

所以細(xì)分來講，ZF的8AT齒比范圍在7．07：1，且每個(gè)擋位的齒比落差都在1．2－1．5之間，所以相應(yīng)的它的換擋平順性更好，而且由于ZF 8AT有跳擋機(jī)制，所以也能滿足部分的激烈駕駛需求；但缺點(diǎn)就是最高齒比不夠大，因此相比通用8AT在高速巡時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性并不是那么出色。

愛信8AT優(yōu)點(diǎn)在于齒比范圍較小，相鄰檔位齒比落差小，換擋的平順性理論上是以上四款變速器中最好的，另外相較于上一代8AT（AA80E）， AA81E剛性提高了30％，而重量更輕。最大可承受扭矩提高了22％，達(dá)到500N．M，可以匹配更加暴力的發(fā)動(dòng)機(jī)。但缺點(diǎn)也很明顯，齒比范圍小，理論上燃油經(jīng)濟(jì)性在四款變速器中最弱。

通用的8AT是基于自家6AT開發(fā)，不過相比自家的6AT，通用這款8AT使用了體積更小的主減速齒輪，齒比范圍達(dá)到了7．7：1，也就是說，高擋位行駛下，這款變速箱將會(huì)有更經(jīng)濟(jì)的油耗表現(xiàn)，同時(shí)也能兼顧對(duì)于動(dòng)力有需求的車主，可以說在性能與燃油經(jīng)濟(jì)性之間達(dá)到了較完美的平衡。缺點(diǎn)同樣是齒比范圍不夠綿密，換擋頓挫依舊存在。

現(xiàn)代8AT齒比范圍在7．01：1，與采埃孚的8AT相似，但由于一檔齒比只有3．964，所以理論上能提供的加速能力比不上前面三款，但由于超比擋齒比夠小，所以燃油經(jīng)濟(jì)性上能做得比較出色。

寫在最后：

總的來說，雖然采埃孚并非是首個(gè)推出8AT變速器的品牌（愛信第一個(gè)推出8AT），但由于采埃孚在變速箱領(lǐng)域積累的深厚技術(shù)以及創(chuàng)新型的使用了四自由度機(jī)構(gòu)，使得ZF 8AT后來者居上，成為變速器領(lǐng)域的經(jīng)典作品，再次奠定了采埃孚領(lǐng)先的行業(yè)地位。

當(dāng)下，整個(gè)行業(yè)變速器檔位還在往上提升，多個(gè)品牌推出包括9AT，10AT等多檔位變速器，作為全球領(lǐng)先的變速器制造商，采埃孚也不甘落后，現(xiàn)在已經(jīng)能查詢得到ZF 11AT的相關(guān)專利，其中包括五自由度的專利以及四自由度的專利，而展望未來，當(dāng)檔位數(shù)已經(jīng)足夠的時(shí)候，最主要的問題就是如何提升傳動(dòng)比范圍，而如何提高以及需要面臨什么困難，就是工程師們亟待解決的問題。