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）

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營里程有很大的提高，而傳統(tǒng)的摩擦片式制動裝置越來越不能適應(yīng)長時間、高強度的工作需要。而且頻繁或長時間地使用行車制動器，出現(xiàn)摩擦片過熱而出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，嚴重時導(dǎo)致制動失效，威脅到行車安全。車輛也因為頻繁更換制動蹄片和輪胎導(dǎo)致運輸成本的增加。為了解決這一問題，應(yīng)運而生的各種車輛輔助制動系統(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，壓縮空氣經(jīng)電磁閥進入儲油箱，將儲油箱內(nèi)的變速器油經(jīng)油路壓進緩速器內(nèi)，緩速器開始工作。轉(zhuǎn)子帶動油液繞軸線旋轉(zhuǎn)；同時，油液沿葉片方向運動，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，從而實現(xiàn)對車輛的減速作用。工作液在運動過程中使進出口形成壓力差，油液循環(huán)流動，通過熱交換器時，熱量被來自發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的冷卻水帶走。液力緩速器的工作原理圖如下圖所示：

2、緩速器制動的特點及優(yōu)勢

（1）緩速器的制動力力矩

液力緩速器的制動力矩基本計算形式：

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，液力緩速器制動力矩

其中 式中：va—汽車車速，km/h；ig—變速器傳動比；i0—主減速器傳動比；r—車輪半徑；iz—增速裝置傳動比。通過上面公式可知，并聯(lián)液力緩速器的制動力矩除與轉(zhuǎn)子有效循環(huán)直徑D、制動力矩系數(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) 適用于長時間連續(xù)制動，提高汽車行駛安全性

液力緩速器能長時間連續(xù)為車輛提供制動力，尤其是當(dāng)車輛在長下坡到下行時，液力緩速器可承擔(dān)制動系統(tǒng)30%-80%的負荷，可以使車輛主制動次數(shù)顯著減少，可以避免制動器熱衰退而引發(fā)的安全事故，這一優(yōu)點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) 減少機械制動器磨損，提高經(jīng)濟性

液力緩速器在工作時機械磨損小，其壽命之長遠比非液壓制動器和摩擦制動器可比，可提供車輛高速行駛時80%的制動力矩，可減少行駛制動的磨損，為客戶節(jié)約維修費用，提高運輸效率。

(4) 提高車輛的舒適性

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

(5) 提高汽車的環(huán)保性能

液力緩速器是非接觸式制動，沒有摩擦材料的磨損和制動噪音，可以減小制動器的粉塵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將要實施，新國標(biāo)對長途運輸車制動性能有很高的要求，從歐洲的先進經(jīng)驗來看，長途運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，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，車輛所受到的力分析可以表達為：

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

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

整車的空氣阻力根據(jù)汽車理論的計算公式為：

(Cd為風(fēng)阻系數(shù)為，A為迎風(fēng)面積為)

整車的滾動阻力根據(jù)汽車理論的計算公式為：

（f為滾動阻力系數(shù),α為坡度）

整車的慣性力根據(jù)汽車理論的計算公式為：

（δ汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）

車輛的坡道下滑力計算表達式為：

所以公式3-1可以表達為：

當(dāng)整車在恒速下坡時，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，這時可以計算出整車最高質(zhì)量為m=33800kg。通過以上匹配計算，液力緩速器能夠制動最大整車質(zhì)量為m=33800kg。

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

（2）冷卻能力的匹配

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

根據(jù)GB12676汽車輔助制動性能試驗要求，下坡制動中車輛所消耗的能量相當(dāng)于在相同時間內(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，計算時要考慮車輛1%的滾動阻力，雖然上面匹配計算緩速器匹配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，計算液力緩速器冷卻能力的整車滿載總質(zhì)量按照設(shè)計總質(zhì)量為55000Kg，所以該車按GB12676試驗要求，下坡所需要消耗的能量整車在12分鐘需要消耗的制動功率

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

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

4、小結(jié)

根據(jù)國際經(jīng)驗，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，通過以上的理論計算，該車型設(shè)計載重超出了液力緩速器所能達到最好的制動總質(zhì)量，該車型的總質(zhì)量較大，液力緩速器的制動能力將大大降低，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冷卻系統(tǒng)要求更高，通過本文理論計算，要使液力緩速器能夠充分工作，冷卻系統(tǒng)的冷卻功率要達到224kW，該值可以作為冷卻系統(tǒng)的設(shè)計參考。

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。