汽車電渦流緩速器綜述

王意東，何太碧 （西華大學交通與汽車工程學院，四川 成都610039）

我國國土面積廣闊，山區面積占很大比重，道路崎嶇，路窄坡陡，坡長彎多，長期行駛在山區的貨車或客車因持續制動，制動鼓溫度會急劇升高 （500～600℃），導致制動效能下降或失效，輪輞溫度升高還可能導致爆胎，從而引發安全事故。汽車電渦流緩速器是一種非接觸式、高效動態輔助制動系統，在汽車常規制動系統中增裝電渦流緩速器輔助制動系統，可以有效避免上述弊端。為此，筆者對汽車電渦流緩速器加以介紹。

1 國內電渦流緩速器發展概況

電渦流緩速器是一種非接觸式輔助制動系統，俗稱 “電剎”，因其可以有效提高汽車的安全性能。歐洲各國已于20世紀30年代在貨車上安裝電渦流緩速器，因其有效提高重型汽車的安全性能，許多國家將其規定為標準件安裝在相關汽車上。1964年上海客車廠曾研制過電渦流緩速器，但由于種種原因，該項目沒有獲得成功。直到2001年，才研制出首批電渦流緩速器并裝配在3000輛客車上，由于看好電渦流緩速器市場前景，眾多廠家紛紛進入汽車電渦流緩速器制造行業，鼎盛時期有70多家生產廠家［1］，導致該產品的質量良莠不齊，最終大部分廠家被整合或淘汰，目前有20余廠家從事汽車電渦流緩速器制造，其技術水平較國外尚有一定差距。近幾年來，由于我國汽車行業的快速發展，電渦流緩速器的研發工作也處于快速發展階段。

2 電渦流緩速器結構及工作原理

2．1 電渦流緩速器結構

圖1 電渦流緩速器結構簡圖

電渦流緩速器由機械部分和電氣部分組成 （見圖1）。機械部分包括定子、轉子以及支撐架，其主要內容如下：①定子。該結構是緩速器的主要工作部件，在定子圓周方向均勻地固定安裝有8個高導磁材料制成的鐵心，線圈套在鐵心上，鐵心起增大磁通的作用。定子通過固定支架剛性安裝在車架上 （或者驅動橋主減速器外殼上，也可安裝在變速器后端蓋上），定子相對于車架靜止不動。②轉子。該結構呈圓環狀，由2片前后對稱、帶散熱葉片的轉盤組成，前后2轉盤中間通過連接環將其固定為一體，前后轉盤通過法蘭或凸緣與傳動軸相連，并隨傳動軸一起高速旋轉。轉子一般用導磁率高且剩磁率低的鐵磁材料制成。定子和轉子之間有一定氣隙，可以相對轉動。綜合考慮緩速器的性能要求以及運行可靠性，定子和轉子之間的氣隙一般在0．5～1．5mm之間。電氣部分包括控制系統、ABS連接器、車速信號傳感器、制動壓力傳感器、手控開關信號以及指示燈，其主要內容如下：①控制系統。該結構是電渦流緩速器各種信號的集中分析及處理中心，對緩速器的工作狀況發出指令。②車速信號傳感器。該結構用于收集車速信息，并將信號傳輸給控制系統。③制動壓力傳感器。一般為線性型傳感器，其產生的電信號向控制系統傳輸以調整緩速器的勵磁電流量值的大小。④ABS連接器。該結構由數十個數字邏輯電路構成，能根據車輛的行駛狀況自動控制緩速器的工作狀態。如果ABS發現某個車輪打滑，控制器將立即終止緩速器的制動作用。車輪打滑一旦結束，緩速器又進入待工作狀態，始終保持緩速器的制動力矩在地面附著力的范圍內。另外，當ABS有故障時，控制系統將切斷電渦流緩速器的腳控功能，手控制動仍然有效，以保證行車安全［2］。因此，電渦流緩速器和ABS系統是兼容的。⑤指示燈。安裝在儀表板上，顯示電渦流緩速器的當前工作狀態。

2．2 工作原理

根據電磁感應原理，定子勵磁線圈通電后，在其周圍產生磁場，磁力線在繞組、鐵心、氣隙及轉子之間形成閉合回路。緩速器的轉子從表面上看不是一個閉合導線，但從微觀角度看是一個由無數個閉合導線構成的集合體［3］。當轉子隨傳動軸旋轉時，其內部無數個由閉合導線所包圍的面積內的磁通量會發生周期性的變化，從而在轉子內部產生無數渦旋狀的感應電流 （簡稱電渦流）［4］。渦電流產生的磁場總是阻礙引起渦電流磁通量的變化，即轉子內部新磁場與原來定子勵磁線圈產生的磁場相互作用。由楞次定律可知，運動導體上的感應電流所受的磁場力 （安培力）總是反抗 （或阻礙）導體的運動，因此，轉子周向將受到阻礙轉子轉動的合力的影響，最終使汽車減速。當汽車運行時，電渦流緩速器的具體工作過程如下：①當車速傳感器探測到汽車處于行駛狀態且行駛速度大于5km／h時，車速傳感器將信號傳輸給控制系統，控制系統經分析處理并發送指令給電渦流緩速器，使其處于待工作狀態。②當氣壓傳感器探測到駕駛員將要減速而腳踏制動踏板 （或手控開關處于工作狀態）時，氣壓傳感器把制動總泵中的氣壓大小信號傳輸給控制系統。③控制系統給勵磁線圈通電，啟動電渦流緩速器，并根據氣壓大小調節定子勵磁線圈電流大小，以達到調節電渦流緩速器制動力矩的作用。

3 電渦流緩速器的安裝方式

目前，安裝電渦流緩速器的方式有3種，即安裝在傳動軸中間、安裝在變速器后端蓋上和安裝在后橋主減速器外殼上，具體內容如下：①安裝在傳動軸中間 （見圖2）。其優點是電渦流緩速器相對獨立，對整車動力系統幾乎沒有影響，缺點是需定期潤滑保養。②安裝在變速器后端蓋上 （見圖3）。其優點是緩速器由輔助支架支撐，減少了對變速器殼體的影響，缺點是變速器、離合器拆裝不便。③安裝在后橋主減速器外殼上 （見圖4）。其優點是變速器、離合器拆裝方便，緩速器維護、保養方便，缺點是因缺少輔助支撐，車輛顛簸嚴重時對主減速器殼體、輸入軸、軸承、油封等有一定影響。

圖2 電渦流緩速器安裝在傳動軸中間

圖3 電渦流緩速器安裝在變速器后端蓋上

圖4 電渦流緩速器安裝在后橋主減速器外殼上

4 應用效果

電渦流緩速器在保障汽車安全方面具有如下優勢：①能夠分擔大部分制動負荷 （30%～80%），大大降低了制動鼓溫度。②低速響應性能好，可以在較寬的轉速范圍內提供動態、高效的制動力矩。③由于電渦流緩速器獨立于主制動系統，即使電渦流緩速器發生故障也不影響主制動系統的正常工作。④采用電流驅動，電渦流緩速器的響應快 （約40ms），比液力緩速器的響應時間快20倍。

使用電渦流緩速器可提高經濟效應。由于電渦流緩速器工作方式為非接觸式，不存在摩擦作用，因而日常維護簡單，維護成本低。另外，電渦流緩速器分擔了大部分的制動力矩，提高了車輪制動器的使用壽命，使間接經濟效益增大。

由于傳統制動系統工作時，制動片在摩擦過程中會產生很多有害的粉塵，而使用電渦流緩速器可以承擔大部分的制動負荷，從而大大降低了傳統制動系統對環境造成的不利影響。

5 結 語

a汽車電渦流緩速器作為非接觸式、動態輔助制動系統，具有輔助制動性能良好、響應時間快、成本低、技術成熟等優點，能有效降低汽車交通事故發生率，因而具有廣闊的市場應有前景。今后在研制電渦流緩速器時應主要考慮其低速性能和抗熱衰退性能，從而設計出性能更加優良的汽車電渦流緩速器以滿足市場需求。

［1］劉道春 ．緩速器的發展與未來 ［J］．汽車與配件，2010（8）：74-77．

［2］衣豐艷 ．車用緩速器設計理論與評價方法研究 ［D］．鎮江：江蘇大學，2009．

［3］深圳市外貿通達實業有限公司．TELMA電渦流緩速器 ［J］．城市車輛，2002（2）：52-54．

［4］黃榕清，李剛營，胡宏 ．液力緩速器和電渦流緩速器 ［J］．機電工程技術，2005，34（10）：76-78．