李喜鵬

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

一種牽引車匹配液力緩速器的研討

李喜鵬

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車輛輔助制動(dòng)系統(tǒng)迅速發(fā)展，液力緩速器就是其中一種，液力緩速器作為重型汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置將是發(fā)展趨勢。

液力緩速器；重型車輛

Abstrac：hydraulic retarder is one of various vehicle auxiliary braking system、hydraulic retarder as heavy car standard will be the trend of development

Kedword：hydraulic retarder；heavy vehicle

CLC NO.:U463.5Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-57-03

引言

隨著物流業(yè)的發(fā)展和道路條件的改善，重型汽車的行駛速度和運(yùn)營里程有很大的提高，而傳統(tǒng)的摩擦片式制動(dòng)裝置越來越不能適應(yīng)長時(shí)間、高強(qiáng)度的工作需要。而且頻繁或長時(shí)間地使用行車制動(dòng)器，出現(xiàn)摩擦片過熱而出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制動(dòng)失效，威脅到行車安全。車輛也因?yàn)轭l繁更換制動(dòng)蹄片和輪胎導(dǎo)致運(yùn)輸成本的增加。為了解決這一問題，應(yīng)運(yùn)而生的各種車輛輔助制動(dòng)系統(tǒng)迅速發(fā)展，液力緩速器就是其中一種，隨著新GB 7258的標(biāo)準(zhǔn)將要實(shí)行，液力緩速器作為重型汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置將是發(fā)展趨勢。

1、液力緩速器工作原理

液力緩速器工作時(shí)，壓縮空氣經(jīng)電磁閥進(jìn)入儲油箱，將儲油箱內(nèi)的變速器油經(jīng)油路壓進(jìn)緩速器內(nèi)，緩速器開始工作。轉(zhuǎn)子帶動(dòng)油液繞軸線旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，油液沿葉片方向運(yùn)動(dòng)，甩向定子。定子葉片對油液產(chǎn)生反作用，油液流出定子再轉(zhuǎn)回來沖擊轉(zhuǎn)子，這樣就形成對轉(zhuǎn)子的阻力矩，阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對車輛的減速作用。工作液在運(yùn)動(dòng)過程中使進(jìn)出口形成壓力差，油液循環(huán)流動(dòng)，通過熱交換器時(shí)，熱量被來自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻水帶走。液力緩速器的工作原理圖如下圖所示：

2、緩速器制動(dòng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

（1）緩速器的制動(dòng)力力矩

液力緩速器的制動(dòng)力矩基本計(jì)算形式：

其中式中：D—轉(zhuǎn)子有效循環(huán)直徑，m；n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；λ—制動(dòng)力矩系數(shù)（與葉輪外形有關(guān)）； ρ—流體介質(zhì)的密度；g—重力加速度。

當(dāng)緩速器放在變速器后端輸出時(shí)，液力緩速器制動(dòng)力矩

其中 式中：va—汽車車速，km/h；ig—變速器傳動(dòng)比；i0—主減速器傳動(dòng)比；r—車輪半徑；iz—增速裝置傳動(dòng)比。通過上面公式可知，并聯(lián)液力緩速器的制動(dòng)力矩除與轉(zhuǎn)子有效循環(huán)直徑D、制動(dòng)力矩系數(shù)λ等本身性能參數(shù)有關(guān)外，還與整車的車速、后橋速比和輪胎半徑等參數(shù)有關(guān)。

(2) 適用于長時(shí)間連續(xù)制動(dòng)，提高汽車行駛安全性

液力緩速器能長時(shí)間連續(xù)為車輛提供制動(dòng)力，尤其是當(dāng)車輛在長下坡到下行時(shí)，液力緩速器可承擔(dān)制動(dòng)系統(tǒng)30%-80%的負(fù)荷，可以使車輛主制動(dòng)次數(shù)顯著減少，可以避免制動(dòng)器熱衰退而引發(fā)的安全事故，這一優(yōu)點(diǎn)特別適用于長期山區(qū)行駛的重型商用車和城市公共汽車。

(3) 減少機(jī)械制動(dòng)器磨損，提高經(jīng)濟(jì)性

液力緩速器在工作時(shí)機(jī)械磨損小，其壽命之長遠(yuǎn)比非液壓制動(dòng)器和摩擦制動(dòng)器可比，可提供車輛高速行駛時(shí)80%的制動(dòng)力矩，可減少行駛制動(dòng)的磨損，為客戶節(jié)約維修費(fèi)用，提高運(yùn)輸效率。

(4) 提高車輛的舒適性

汽車下長坡時(shí)，不需要頻繁變換變速器檔位，可以減輕駕駛員的強(qiáng)度，液力緩速器工作平穩(wěn)，能夠提供平滑、漸進(jìn)、安靜的減速制動(dòng)力，可以緩和制動(dòng)所造成沖擊和噪音，可以提高車輛在制動(dòng)過程中乘坐舒適性。

(5) 提高汽車的環(huán)保性能

液力緩速器是非接觸式制動(dòng)，沒有摩擦材料的磨損和制動(dòng)噪音，可以減小制動(dòng)器的粉塵50%以上，因此可以減少對環(huán)境的污染。

3、緩速器與整車匹配

隨著新的國標(biāo)GB12676將要實(shí)施，新國標(biāo)對長途運(yùn)輸車制動(dòng)性能有很高的要求，從歐洲的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)來看，長途運(yùn)輸車輛匹配緩速器是最好的選擇，為了適應(yīng)未來技術(shù)發(fā)展趨勢，和做好提前技術(shù)儲備和預(yù)應(yīng)，在HFC4250K5R1LT_Y4T40車型上匹配某型并聯(lián)液力緩速器，下面是此車型匹配該型液力緩速器的匹配計(jì)算流程；HFC4250K5R1LT車型的主配置參數(shù)列表如下：

表1 整車配置參數(shù)

整車匹配液力緩速器主要考慮兩大方面，第一是緩速器與整車匹配，整車主要參數(shù)能否（如后橋速比等）能否使緩速器在最優(yōu)情況下工作。第二是對緩速器冷卻的考慮，整車在下長坡時(shí)，產(chǎn)生非常大熱量，這些熱量需要通過整車的冷卻系統(tǒng)散發(fā)出去，所以整車匹配緩速器時(shí)冷卻系統(tǒng)是需要充分考慮的。

表2 緩速器的性能參數(shù)

（1）緩速器的匹配（緩速器外特性曲線圖）

當(dāng)車輛利用液力緩速器滑行下坡時(shí)，車輛所受到的力分析可以表達(dá)為：

其中Fh，F(xiàn)g，F(xiàn)k，F(xiàn)p，F(xiàn)f，分別代表緩速器制動(dòng)力，車輛慣性力、車輛空氣阻力，車輛的坡道力和車輛的滾動(dòng)阻力。

HFC4250K5R1LT車型匹配的緩速器的型號已經(jīng)確定，最大制動(dòng)力矩等參數(shù)一定，緩速器制動(dòng)力矩最終通過后橋放大，作用在輪胎上，轉(zhuǎn)化為整車的制動(dòng)力，整車制動(dòng)力的公式為：

整車的空氣阻力根據(jù)汽車?yán)碚摰挠?jì)算公式為：

(Cd為風(fēng)阻系數(shù)為，A為迎風(fēng)面積為)

整車的滾動(dòng)阻力根據(jù)汽車?yán)碚摰挠?jì)算公式為：

（f為滾動(dòng)阻力系數(shù),α為坡度）

整車的慣性力根據(jù)汽車?yán)碚摰挠?jì)算公式為：

（δ汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）

車輛的坡道下滑力計(jì)算表達(dá)式為：

所以公式3-1可以表達(dá)為：

當(dāng)整車在恒速下坡時(shí)，車輛的慣性力等于零，這上面公式3-2可以改寫為

代入整車參數(shù)m=55000kg，Cd=0.8，A=7，f=0.012，α=6%,將以上數(shù)據(jù)代入公式3-4，公式可以得到車速與整車質(zhì)量的關(guān)系式：

液力緩速器能夠恒速的車速范圍為25km/h～80 km/h，代入公式3-5可以當(dāng)整車能夠恒定最高v=80 km/h時(shí)，這時(shí)可以計(jì)算出整車最高質(zhì)量為m=33800kg。通過以上匹配計(jì)算，液力緩速器能夠制動(dòng)最大整車質(zhì)量為m=33800kg。

HFC4250K5R1LT車型設(shè)計(jì)最大總質(zhì)量為55000kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出理論計(jì)算液力緩速器能夠制動(dòng)的最大總質(zhì)量，通過以上匹配設(shè)計(jì)，建議整車在質(zhì)量不超過33800kg，如果客戶使用超過該質(zhì)量，液力緩速器制動(dòng)效果較差。

（2）冷卻能力的匹配

緩速器制動(dòng)效果的好壞與緩速器本身性能和整車?yán)鋮s能力密切相關(guān)，即使緩速器的制動(dòng)能力達(dá)到整車制動(dòng)能力的要求，但整車在行駛長下坡，和整車質(zhì)量較重時(shí)，由于需要需要巨大的能量，而整車散熱能力不能夠達(dá)到緩速器的要求，所以緩速器也不能正常工作，所以整車匹配緩速器時(shí)，整車的冷卻能力是必須重點(diǎn)考察點(diǎn)，如果整車?yán)鋮s能力達(dá)不到要求，液力緩速器的制動(dòng)效果將大大降低。

根據(jù)GB12676汽車輔助制動(dòng)性能試驗(yàn)要求，下坡制動(dòng)中車輛所消耗的能量相當(dāng)于在相同時(shí)間內(nèi)車輛以30km/h的平均速度在6%的坡度上，下坡行駛6km所消耗的能量，計(jì)算時(shí)要考慮車輛1%的滾動(dòng)阻力，雖然上面匹配計(jì)算緩速器匹配HFC4250K5R1LT型牽引車的最高總質(zhì)量為33800kg，但根據(jù)國內(nèi)重卡情況，對液力緩速器液能夠充分冷卻的原則，計(jì)算液力緩速器冷卻能力的整車滿載總質(zhì)量按照設(shè)計(jì)總質(zhì)量為55000Kg，所以該車按GB12676試驗(yàn)要求，下坡所需要消耗的能量整車在12分鐘需要消耗的制動(dòng)功率

通過上面當(dāng)量匹配計(jì)算的，HFC4250K5R1LT車型冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不但要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的要求，同時(shí)也要考慮液力緩速器的冷卻要求，通過上面的當(dāng)量計(jì)算方法可知，當(dāng)車輛下長坡時(shí)，緩速器需要消耗的制動(dòng)功率為224kW，也就是冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，冷卻系統(tǒng)的功率要遠(yuǎn)大于224kW。

緩速器制動(dòng)效果的好壞與緩速器本身性能和整車?yán)鋮s能力密切相關(guān)，即使緩速器的制動(dòng)能力達(dá)到整車制動(dòng)能力的要求，但整車在行駛長下坡，和整車質(zhì)量較重時(shí)，由于需要需要巨大的能量，而整車散熱能力不能夠達(dá)到緩速器的要求，所以緩速器也不能正常工作。

4、小結(jié)

根據(jù)國際經(jīng)驗(yàn)，重型車和城市公交車匹配液力緩速器是未來發(fā)展的趨勢，而國內(nèi)匹配液力緩速器只是剛剛起步階段，液力緩速器匹配整車的理論計(jì)算方法等理論指導(dǎo)書籍相對較少，本文主要是研討整車參數(shù)已經(jīng)確定的情況下，理論計(jì)算整車匹配緩速器對整車載重和冷卻系統(tǒng)的影響，通過以上的理論計(jì)算，該車型設(shè)計(jì)載重超出了液力緩速器所能達(dá)到最好的制動(dòng)總質(zhì)量，該車型的總質(zhì)量較大，液力緩速器的制動(dòng)能力將大大降低，如果要使液力緩速器在最優(yōu)狀態(tài)下工作，可以降低整車最大總質(zhì)量。

整車匹配液力緩速器對整車?yán)鋮s系統(tǒng)要求更高，通過本文理論計(jì)算，要使液力緩速器能夠充分工作，冷卻系統(tǒng)的冷卻功率要達(dá)到224kW，該值可以作為冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考。

The study of a tractor matching of hydraulic retarder

Li Xipeng
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Heifei 230601）

U463.5

A

1671-7988(2014)07-57-03

李喜鵬，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。