肖殿東

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牽引車(chē)輔助制動(dòng)研究

肖殿東

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)小速比后橋已成為牽引車(chē)動(dòng)力總成發(fā)展的趨勢(shì)，后橋速比變小要求輔助制動(dòng)力矩有較大提升，液力緩速器+發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)可以同時(shí)滿(mǎn)足車(chē)輛在低、中、高速時(shí)的輔助制動(dòng)需求，是牽引車(chē)輔助制動(dòng)的最佳選擇。

輔助制動(dòng)；液力緩速器；發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)

引言

隨著汽車(chē)行業(yè)對(duì)道路安全的重視和國(guó)家法律法規(guī)的實(shí)施，行車(chē)輔助制動(dòng)越來(lái)越受到重視，科技的進(jìn)步讓輔助制動(dòng)更有效，更智能，在行車(chē)制動(dòng)中承擔(dān)著越來(lái)越多的制動(dòng)任務(wù)。牽引車(chē)作為主要的公路運(yùn)輸車(chē)型，有其自身的發(fā)展特點(diǎn)，匹配輔助制動(dòng)也是大勢(shì)所趨。輔助制動(dòng)大致分以下幾種：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)，電渦流緩速器制動(dòng)，液力緩速器制動(dòng)等。

1 牽引車(chē)動(dòng)力總成自身發(fā)展特點(diǎn)

受制于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的瓶頸，2010年以前，國(guó)內(nèi)通用牽引車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排量不超過(guò)10升，功率不超過(guò)375 HP，最大輸出扭矩不超過(guò)2000Nm。典型的如濰柴WP10 336、WP10 375、玉柴YC6M 330、東風(fēng)康明斯ILSe340、錫柴CA6DL2-35E3F 350等，發(fā)動(dòng)機(jī)排量7-10升，功率330-375HP，輸出扭矩1500-2000Nm。隨著科技的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展日新月異，大排量大扭矩大功率發(fā)動(dòng)機(jī)層出不窮，排量由7升增加到10升、11升、12升、13升，正在向15升發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)功率也是一路增大，從330HP增加到350HP、375HP、385HP、400HP、420HP、430HP、480HP、500HP，2017年濰柴推出WP13 550發(fā)動(dòng)機(jī)，功率550HP。輸出扭矩也一直在增加，范圍從1500Nm-2600Nm。徹底改點(diǎn)了“小馬拉大車(chē)”的局面。

2018年，GB1589-2004《道路車(chē)輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》與七部委聯(lián)合發(fā)布的公路運(yùn)輸法治超辦法統(tǒng)一，結(jié)束了55噸和49噸之爭(zhēng)，整車(chē)總質(zhì)量不超過(guò)49噸。

整車(chē)總質(zhì)量不變或略有降低，輪胎所需的驅(qū)動(dòng)力就不變或略有降低，由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率及輸出扭矩增大，由輪胎＝發(fā)動(dòng)機(jī)×變速器×橋速比可知，驅(qū)動(dòng)橋的速比就會(huì)越來(lái)越小。牽引車(chē)驅(qū)動(dòng)橋速比已由2010年前通用的5.962、4.11降低至現(xiàn)在的3.737、3.364、3.083，現(xiàn)在已有2.864、2.678的橋速比匹配。

大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)+小速比后橋已成為牽引車(chē)動(dòng)力總成的趨勢(shì)，即“大馬拉小車(chē)”。由于橋速比變小，相同車(chē)速時(shí)，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速更低。輔助制動(dòng)通常是作用在傳動(dòng)軸上的，由輪胎制動(dòng)力＝傳動(dòng)軸制動(dòng)力×橋速比可知，輔助制動(dòng)所需最大制動(dòng)力矩增大，且在傳動(dòng)軸低轉(zhuǎn)速時(shí)需能達(dá)到較大的制動(dòng)力矩。

2 牽引車(chē)輔助制動(dòng)研究

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)廣泛地應(yīng)用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和氣體發(fā)動(dòng)機(jī)上，牽引車(chē)應(yīng)用廣泛。其工作原理為：在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，通過(guò)該閥的關(guān)閉增加排氣行程的壓力，利用產(chǎn)生的負(fù)壓獲得制動(dòng)力。一般情況下，排氣制動(dòng)蝶閥安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管之上，通過(guò)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道的辦法，使發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在排氣行程時(shí)，受氣體的反向壓力，減緩發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度而產(chǎn)生制動(dòng)作用，從而達(dá)到控制車(chē)速的目的。排氣制動(dòng)力與排氣量關(guān)系密切[1]。近年來(lái)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)排量增大較快，13升發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)功率可達(dá)150-180kW，其制動(dòng)力矩作用在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，制動(dòng)力矩需要通過(guò)變速器增扭和后橋增扭后，才能傳遞到輪胎進(jìn)行制動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速低車(chē)速時(shí)，所需制動(dòng)力矩大，制動(dòng)功率小，由于變速器速比大，其制動(dòng)效果尚可，但在高車(chē)速時(shí)，由于變速器速比小，其制動(dòng)力矩會(huì)不足。綜上，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)本身制動(dòng)力矩小，在低車(chē)速時(shí)制動(dòng)效果較好，在中高車(chē)速時(shí)，其制動(dòng)力矩會(huì)不足。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)主要分為泄氣制動(dòng)和壓縮釋放制動(dòng)。泄氣制動(dòng)是通過(guò)控制排氣門(mén)使壓縮空氣在壓縮過(guò)程中從排氣門(mén)泄漏出去，從而減少了能量輸出，使發(fā)動(dòng)機(jī)減速。壓縮釋放制動(dòng)是當(dāng)前主流的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)，相較于排氣制動(dòng)和泄氣制動(dòng)，制動(dòng)功率和效率也是最高的。壓縮釋放制動(dòng)的原理是：四沖程柴油機(jī)在壓縮沖程終了時(shí)將排氣門(mén)打開(kāi)，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮缸內(nèi)空氣時(shí)所做的功被釋放到排氣系統(tǒng)，膨脹沖程便沒(méi)有能量回壓活塞，從而達(dá)到使柴油機(jī)減速的目的。壓縮釋放制動(dòng)雖然比目前HPD(高功率制動(dòng))制動(dòng)功率稍低，但相比較排氣制動(dòng)、泄氣制動(dòng)，輸出的制動(dòng)功率已經(jīng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)[2][3]。目前較流行的皆可博（Jack Brake）和濰柴的尤順制動(dòng)都屬于壓縮釋放制動(dòng)，其制動(dòng)功率可高達(dá)300kW。由于其制動(dòng)也要經(jīng)過(guò)變速器和后橋增扭后作用到輪胎上，在中低車(chē)速發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下，效果較好，但在高車(chē)速時(shí)，由于變速器速比小，其制動(dòng)力矩略顯不足。

2.3 電渦流緩速器制動(dòng)

電渦流緩速器利用電磁學(xué)原理把汽車(chē)行駛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉，從而實(shí)現(xiàn)減速和制動(dòng)作用。電渦流緩速器部件總成包括：定子、轉(zhuǎn)子、控制器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器以及線束等。定子由非磁性材料組成，并相對(duì)車(chē)架固定，在它的周邊上均勻分布著多個(gè)鐵芯，鐵芯上繞有線圈，形成多個(gè)電磁鐵。在電磁鐵的外側(cè)安裝轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子用磁性材料制成，當(dāng)緩速器工作時(shí)線圈通入電流，在線圈的周?chē)纬纱艌?chǎng)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割磁力線，在轉(zhuǎn)子中形成渦電流。磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生阻力，起到制動(dòng)作用[4][5]。電渦流緩速器缺點(diǎn)明顯：自身重量大，制動(dòng)力矩小，且長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)熱量無(wú)法散發(fā)工作溫度高，對(duì)鄰近部件有隱患，且存在嚴(yán)重的熱衰退，工作時(shí)電流大，影響整車(chē)其他電子元件等。電渦流緩速器很少匹配在牽引車(chē)上，目前只在客車(chē)上有使用，歐洲已基本淘汰電渦流緩速器。

2.4 液力緩速器

液力緩速器是以油液為工作介質(zhì)，通過(guò)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)油液作用到定子上，由于油液的沖擊和阻尼作用產(chǎn)生制動(dòng)力矩，汽車(chē)的動(dòng)能也因油液的阻尼作用轉(zhuǎn)換為熱能，并由整車(chē)散熱系統(tǒng)將熱能散發(fā)。液力緩速器有以下特點(diǎn)：（1）可長(zhǎng)時(shí)間、大功率制動(dòng)，無(wú)熱衰退，瞬間制動(dòng)功率可達(dá)600kW，持續(xù)制動(dòng)功率300kW以上；（2）制動(dòng)扭矩大，單位質(zhì)量制動(dòng)扭矩大；（3）制動(dòng)柔和、平穩(wěn)、無(wú)沖擊，整車(chē)舒適性好；（4）恒速模式制動(dòng)力自動(dòng)調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)下坡定速巡航；（5）工作溫度低，對(duì)整車(chē)無(wú)潛在安全隱患，表面最高溫度小于150℃；（6）輕量化設(shè)計(jì)，體積小、質(zhì)量輕，與變速器安裝于一體，不需額外增加輔助支撐；（7）控制電流小，對(duì)整車(chē)電氣系統(tǒng)無(wú)干擾；（8）軸向尺寸短，便于安裝拆卸；（9）支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、故障診斷，產(chǎn)品智能化；（10）中高速制動(dòng)效果好。

液力緩速器以其優(yōu)越的制動(dòng)性能逐漸被市場(chǎng)認(rèn)可，牽引車(chē)匹配液力緩速器是大勢(shì)所趨。但液力緩速器也存在以下問(wèn)題：（1）由于后橋速比變小，液力緩速器最大制動(dòng)力需提升；（2）液力緩速器低轉(zhuǎn)速時(shí)制動(dòng)力不足，需提升低轉(zhuǎn)速時(shí)其本身的制動(dòng)力。

目前主流液力緩速器最大制動(dòng)扭矩已由3200Nm提升至3800-4000Nm，如Voith 115 CT最大制動(dòng)扭矩為3800Nm，法士特FHB400最大制動(dòng)扭矩為4000Nm。低轉(zhuǎn)速時(shí)制動(dòng)力小的問(wèn)題可以通過(guò)以下途徑解決：（1）設(shè)計(jì)更大的定、轉(zhuǎn)子直徑，提升最大制動(dòng)力矩，同時(shí)提高低轉(zhuǎn)速時(shí)的制動(dòng)力矩；（2）增大液力緩速器與傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)速比，目前主流速比為2，一汽解放匹配法士特FHB400速比為2.13，斯堪尼亞緩速器速比可高達(dá)3以上；（3）使用超速檔變速器+大速比后橋，提升傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，低車(chē)速時(shí)制動(dòng)效果提升，不影響整車(chē)動(dòng)力性和油耗。

2.5 液力緩速器+發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)

液力緩速器在車(chē)輛中、高速時(shí)制動(dòng)扭矩大，制動(dòng)功率大，但低車(chē)速時(shí)制動(dòng)力不足。發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)在車(chē)輛中、低速時(shí)制動(dòng)力大，車(chē)輛高速時(shí)制動(dòng)力、制動(dòng)功率不足。液力緩速器和發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)相輔相成的，液力緩速器+發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)可以同時(shí)滿(mǎn)足車(chē)輛在低、中、高速時(shí)的輔助制動(dòng)需求。

3 結(jié)論

（1）大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)小速比后橋已成為牽引車(chē)動(dòng)力總成發(fā)展的趨勢(shì)，后橋速比變小要求輔助制動(dòng)力矩有較大提升。（2）使用超速檔變速器+大速比后橋，可以在不影響整車(chē)動(dòng)力性和油耗情況下，提升低車(chē)速時(shí)液力緩速器的效果。（3）可以通過(guò)設(shè)計(jì)更大的定、轉(zhuǎn)子直徑，提升液力緩速器最大制動(dòng)力矩，同時(shí)提高低轉(zhuǎn)速時(shí)的制動(dòng)力矩，或通過(guò)增大液力緩速器與傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)速比提升低轉(zhuǎn)速時(shí)的制動(dòng)力矩。（4）液力緩速器+發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)可以同時(shí)滿(mǎn)足車(chē)輛在低、中、高速時(shí)的輔助制動(dòng)需求，是牽引車(chē)輔助制動(dòng)的最佳選擇。

[1] 花偉.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)系統(tǒng)[J].中國(guó)西部,2017.10.

[2] 王侃侃,劉杰,石魁.柴油機(jī)缸內(nèi)壓縮釋放制動(dòng)技術(shù)分析[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置,2017.03.

[3] 王作函.Jake Brake發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置[J].商用汽車(chē),2002.12.

[4] 張霞,聶玉明,王波,等.電渦流緩速器性能探討[C].中國(guó)客車(chē)行業(yè)發(fā)展論壇暨2015中國(guó)客車(chē)學(xué)術(shù)年會(huì),2016.

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Research on auxiliary braking of traction vehicle

Xiao Diandong

（Shaanxi Fast Gear Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710077 )

The matching of large power engine with small speed ratio rear axle has become the trend of powertrain development of traction vehicle, and the auxiliary braking is required to provide greater braking torque. This paper studies the development trend of several auxiliary braking. It is pointed out that hydraulic retarder and engine in-cylinder braking is the best choice for auxiliary braking of traction vehicle.

Auxiliary braking; Hydraulic retarder; Engine in-cylinder braking

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.023

U462

A

1671-7988(2019)10-64-03

U462

A

1671-7988(2019)10-64-03

肖殿東（1982-），男，工程師，碩士，就職于陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，主要從事液力緩速器開(kāi)發(fā)及整車(chē)應(yīng)用匹配工作。