王偉健，陳俊宇

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

引言

液力緩速器，作為一款智能制動(dòng)產(chǎn)品，是商用車的重要組成部分。在商用車傳動(dòng)系統(tǒng)中，如果說發(fā)動(dòng)機(jī)決定了一輛汽車速度，那么緩速器就決定了汽車行駛中的安全性。特別是在長下坡路段，一輛安裝了緩速器的車，即使是滿載貨物時(shí)，也可以在不踩剎車的情況下，控制整車以恒定的速度勻速下坡，安全抵達(dá)。液力緩速器通過將整車的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)的熱能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，可有效解決連續(xù)制動(dòng)導(dǎo)致的剎車片過熱、剎車失靈等問題，延長制動(dòng)器的使用壽命。同時(shí)提高運(yùn)行效率，降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提升車輛的安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺以及人們對行車安全的重視程度加深，液力緩速器產(chǎn)品得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。

本文旨在探究整車不同的風(fēng)扇控制方式對液力緩速器使用的影響，從而通過合理的設(shè)置，使液力緩速器在長下坡過程中發(fā)揮出更好的制動(dòng)效果

1 緩速器與整車的匹配

1.1 緩速器工作原理

液力緩速器主要由機(jī)械本體、電控單元，氣路系統(tǒng)和換熱單元組成。緩速器在工作時(shí)，電控單元中的控制器分擋位控制電磁比例閥的開度，此時(shí)取自整車氣源的高壓氣體通過電磁比例閥進(jìn)入緩速器油池殼內(nèi)，將工作介質(zhì)（油液）壓入機(jī)械本體的工作腔內(nèi)。在緩速器工作腔內(nèi)，有一對相向安裝的定子和轉(zhuǎn)子，定子與殼體連接，固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)子通過花鍵軸與齒輪連接，在齒輪的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入工作腔內(nèi)的工作介質(zhì)（油液）被高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)加速，并作用至固定不動(dòng)的定子上，定子對工作介質(zhì)（油液）的運(yùn)動(dòng)有阻礙作用，并通過工作介質(zhì)（油液）將這種阻礙作用傳遞到轉(zhuǎn)子上，然后通過花鍵軸和齒輪將阻礙作用力傳遞到變速器的輸出軸上，從而形成對整車的制動(dòng)力。緩速器在產(chǎn)生制動(dòng)力的過程中，其實(shí)是將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)（油液）的熱能。產(chǎn)生的熱能由緩速器換熱單元，通過整車散熱系統(tǒng)消散掉。此時(shí)整車的散熱功率需滿足緩速器的散熱需求。

1.2 緩速器與整車的散熱匹配

車輛在長下坡時(shí)，需要緩速器持續(xù)性地提供制動(dòng)力，此時(shí)就需要整車散熱系統(tǒng)不間斷地將緩速器產(chǎn)生的熱量消耗掉，整車的散熱功率需大于緩速器的制動(dòng)功率。所以在緩速器與整車的匹配過程中，散熱方面的匹配是關(guān)鍵部分，一般而言，加裝液力緩速器后對整車散熱能力的要求會(huì)更高。

整車的散熱系統(tǒng)包括散熱水箱、散熱器、風(fēng)扇等，其中風(fēng)扇在整車散熱過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，風(fēng)扇的直徑大小、轉(zhuǎn)速高低及風(fēng)扇的控制方式都對整車散熱能力有著較大的影響，本文就從風(fēng)扇的控制方式出發(fā)，研究不同種類的風(fēng)扇控制方式對整車散熱能力的影響，對緩速器使用效果的影響。

一般情況下，匹配緩速器時(shí)，常見的車輛風(fēng)扇的控制方式有兩種，第一種是聯(lián)動(dòng)控制，即只要緩速器開始工作，風(fēng)扇就全速運(yùn)轉(zhuǎn)；第二種是通過溫度控制，即在控制采溫點(diǎn)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)扇控制采溫點(diǎn)的溫度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，風(fēng)扇以半功率或低功率狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 風(fēng)扇是否聯(lián)動(dòng)對緩速器使用效果影響的實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺是一個(gè)能通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛來模擬車輛下坡制動(dòng)工況的整車試驗(yàn)臺架，也就是車輛拖曳試驗(yàn)的室內(nèi)模擬。本文所涉及的實(shí)驗(yàn)就是在這樣的轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行的[2]。

如圖1所示，整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺的電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)直徑至少為試驗(yàn)車輪胎直徑兩倍的輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，通過輪轂與整車輪胎之間的摩擦力帶動(dòng)車輛在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上行駛。為了使車輛的制動(dòng)力在車輪打滑不多的情況下傳遞給試驗(yàn)臺架上的轉(zhuǎn)鼓，我們需要在車輛在安裝在試驗(yàn)臺架后，給驅(qū)動(dòng)軸施加一個(gè)豎直向下的力，以增大摩擦力。豎直向下的壓力也并非越大越好，需設(shè)置在合理的范圍內(nèi)，一般設(shè)置為20000N～50000N。整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺可通過調(diào)節(jié)輸入扭矩和速度來模擬整車車重及下坡坡度等工況，并計(jì)算出整車輪胎在轉(zhuǎn)鼓上的驅(qū)動(dòng)功率。同時(shí)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)間的風(fēng)扇和空調(diào)系統(tǒng)可根據(jù)車輛速度的變化提供相應(yīng)的風(fēng)量和環(huán)境溫度，來模擬整車實(shí)際行駛時(shí)的自然風(fēng)阻及散熱情況[3]。

圖1 整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺

2.2 功率的計(jì)算方法

在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上模擬整車下坡工況，當(dāng)車輛在一定車速下時(shí)，緩速器撥至恒速擋，通過轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺調(diào)整坡度，使得車輛勻速行駛12min，且緩速器達(dá)到穩(wěn)定不超溫的最大制動(dòng)坡度，此時(shí)得到整車在緩速器單獨(dú)制動(dòng)時(shí)的最大制動(dòng)功率，然后減去摩擦功，就得到了整車的最大散熱功率。整車的最大散熱功率是直接影響緩速器使用效果的重要因素。整車聯(lián)合制動(dòng)功率是緩速器制動(dòng)功率和其他輔助制動(dòng)功率的總和。

根據(jù)實(shí)際工況，若設(shè)車輛總重量為m，設(shè)定的恒速車速為v，最大制動(dòng)坡度為tanα，滾動(dòng)摩擦阻力為f%，其他輔助制動(dòng)功率為P2，則整車最大散熱功率P1和整車最大聯(lián)合制動(dòng)功率P為：

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

如圖2所示，在轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)臺上，分別測試三種不同風(fēng)扇控制方式下，整車的散熱功率及緩速器的使用效果?？刂品绞紸：風(fēng)扇采用聯(lián)動(dòng)控制，即只要緩速器介入工作，風(fēng)扇就全速運(yùn)行；控制方式B：風(fēng)扇控制采溫點(diǎn)在緩速器出水處，預(yù)設(shè)溫度為95度，即當(dāng)緩速器出水溫度小于95度時(shí)，風(fēng)扇開啟70%，當(dāng)緩速器出水溫度大于95度時(shí)，風(fēng)扇開啟100%全速運(yùn)行；控制方式C：風(fēng)扇控制采溫點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)出水處，預(yù)設(shè)溫度為95度，即當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度小于95度時(shí)，風(fēng)扇開啟70%，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度大于95度時(shí)，風(fēng)扇開啟100%全速運(yùn)行。分別在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速器為1100rpm、1300rpm、1500rpm和1900rpm時(shí)，對比三種不同風(fēng)扇控制方式下整車的最大散熱功率和整車最大聯(lián)合制動(dòng)功率。

圖2 液力緩速器散熱匹配示意圖

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

三種不同風(fēng)扇控制方式下，整車散熱功率的對比結(jié)果如圖3所示，由圖可以看出，風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)時(shí)，整車的散熱功率明顯高于其他兩種風(fēng)扇在溫度控制下的散熱功率。而且在高轉(zhuǎn)速時(shí)（1900rpm）這種趨勢更明顯，風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)控制條件下整車的散熱功率最大提高了40%。

圖3 風(fēng)扇的不同控制方式對整車散熱功率的影響

三種不同風(fēng)扇控制方式下，整車的制動(dòng)功率的對比結(jié)果如圖4所示，由圖可以看出，風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)時(shí)，整車的制動(dòng)功率明顯高于風(fēng)扇控制采溫點(diǎn)在緩速器出水時(shí)的制動(dòng)功率，與風(fēng)扇控制采溫點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)出水時(shí)的制動(dòng)功率相當(dāng)。風(fēng)扇在聯(lián)動(dòng)控制條件下，制動(dòng)功率最大提高了18%。

圖4 風(fēng)扇的不同控制方式對整車聯(lián)合制動(dòng)功率的影響

綜上，與風(fēng)扇控制采溫點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)出水口相比，風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)時(shí)的整車散熱功率和聯(lián)合制動(dòng)功率分別提高了40%和18%，風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)與風(fēng)扇采溫點(diǎn)在緩速器出水口處時(shí)相比，聯(lián)合制動(dòng)功率基本相當(dāng)。

3 結(jié)論

風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)后，整車的散熱明顯好于風(fēng)扇受溫度控制時(shí)，緩速器的使用效果更好，所以整車在加裝緩速器時(shí)，推薦采用風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)的控制方式。而風(fēng)扇受溫度控制時(shí)，將采溫點(diǎn)選在緩速器出水口處比選在發(fā)動(dòng)機(jī)出水口處更有利于整車的散熱，緩速器的使用效果也更好。