自動變速器液力緩速器工作原理及試驗研究

鄭 偉，孫文濤

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

自動變速器液力緩速器工作原理及試驗研究

鄭 偉，孫文濤

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

通過分析自動變速器液力緩速器的工作原理，得出了重型車輛安裝液力緩速器的必要性。通過試驗研究液力緩速器的工作過程以及緩速能力，得出了相關的測量曲線數據。研究結果表明，使用液力緩速器對提高行車制動器的壽命以及行車安全性都有很好的輔助作用。

液力緩速器；制動器；輔助作用

0 引言

汽車的安全性一直以來都很重要，特別是在汽車運輸業蓬勃發展的今天，要求車輛有更高的運營效率，因此車載增加，車速提高。行車制動器的制動能力由于受到多種因素的限制，下長坡長時間持續制動和高速制動時，制動襯片極易磨損或燒損，降低時動器壽命，影響到行車安全。而液力緩速器吸收制動能量最高能達到制動能量的90%，可保持車輛以高的平均車速行駛，有效輔助行車制動器，提高車輛運營效率，降低維修成本，使行駛更安全。

1 工作原理

液力緩速器是由定子、轉子、殼體和一個控制閥閥體模塊構成（圖1），轉子與變速器輸出軸通過花鍵聯結，并因此與輸出軸同速旋轉。緩速器定子、轉子和殼體都有整體式葉片。轉子在固定的定子和緩速器殼體間轉動。當緩速器殼體充入變速器油并加壓時，緩速器開始作用。此時，加壓的變速器油就會阻礙并減緩轉子、輸出軸和車輛的速度。緩速器腔體中的變速器油一開始由一個儲存變速器油的外部儲能器充入。當緩速器不工作時，變速器油重又從緩速器排出從而儲能器又被重新充滿變速器油。

圖1 液力緩速器結構圖

一般來說緩速器可裝在輸入軸上也可裝在輸出軸上，下面通過一個力學模型來分析各自優劣。如圖 2，將整個變速部分簡化為一對齒輪傳動，則變速器輸入轉矩Mi與輸出轉矩Mo之比應該滿足：

1）若是變速器處于低檔，傳動比i>1，則后置(安裝于輸出軸)緩速器所需制動力矩加大。

2）若是變速器處于超速檔，則情況正好相反，后置緩速器所需制動力矩減小，尺寸亦減小。等流量條件下需要加大緩速器尺寸。

圖2 變速器簡化模型

液力緩速器基于能量轉換原理，與其他的制動方式一樣，都是將車輛的動能轉變為熱能，然后散耗到大氣中。車輛恒速下坡時制動系統所要消耗的能量W，

式中：m為車輛質量，kg；g為重力加速度，m/s2；H為坡道高度，m；

制動器或緩速器單獨工作時，就是要將車輛的動能轉換成熱能散掉，保持制動或緩速的能力。車輛制動對于液力緩速器來說，隨冷卻系統散熱能力的提高，其緩速能力也是隨之增強，液力緩速器通過發動機冷卻系統散熱。由于液力緩速器和發動機不同時工作，因此，在正常情況下，不會增加發動機的熱負荷。下長坡后可立即停車、駐車[1]。

緩速器的緩速能力是由緩速器控制閥閥體里的部件和外部緩速器控制系統所要求的緩速程度來決定的。緩速器可有低、中、高三種緩速能力的配置。

2 試驗研究

以HD4070PR變速器(如圖3)為例進行試驗研究液力緩速器的工作原理以及緩速能力。在HD4070PR變速器輸出模塊中裝有液力緩速器，它有以下幾大作用：1）幫助停車2）在坡度很陡時，幫助控制汽車下坡速度；3）延長行車制動器的壽命；4）增強對車輛的控制。緩速器液壓系統組成如圖3所示，此時為緩速器未工作狀態[2]。

圖3 HD4070PR自動變速器結構簡圖

當路面狀況需要且油門開度小于10%時，可手動控制緩速器開通，但在ABS功能工作時，系統將自動停止緩速器工作。通過手柄控制器操作者可以根據情況選擇高中低的任一級。

緩速器控制閥電磁閥H被以一個固定的占空比通電，這使系統主控油壓推動緩速器控制閥心克服彈簧力下移。此動作將同時產生兩個效應，一是允許系統主油壓進入緩速器充油油路的通道將被打開，緩速器充油開始，其壓力取決于占空比和彈簧的剛度；二是打開另一個通道，將主油壓引至流量控制閥，推動其左移。此時，ECU再向緩速器儲能器電磁閥N滿負荷供電，N全開。車輛氣壓被允許作用在儲能器活塞上，推動活塞右移，將其儲存的變速器油充入緩速器室中。在這兩個壓力的同時作用下緩速器內不斷有油液補充，變速器油產生的阻力阻礙位于緩速器室里轉子的轉動，達到減速效果。這一過程中變速器油的流動路線是：通過緩速器，經流量控制閥到冷卻器，再經冷卻后返回到緩速器室。在緩速器作用期間，從變矩器流出的變速器油直接進入潤滑油路。經試驗分析，緩速器控制電磁閥H的占空比是由以下參數決定的：

1）緩速器手柄位置；

2）變速器輸出軸轉速，當轉速在標準范圍內時，緩速能力(充油壓力)達到所允許的最大值，當高于或低于標定數值時，ECU將調整充油壓力，當輸出軸轉速低于165r/min～450r/min時，緩速器將停止工作；

3）緩速器內的變速器油溫；

4）所在的變速器檔位。

圖4 HD4070PR自動變速器緩速器系統

如圖5所示，液力緩速器的充油壓力隨著驅動電磁閥的占空比的增大而增大，其緩速能力即輸出軸轉矩也隨之增大。可看出：液力緩速器的緩速能力取決于緩速器的充油壓力、輸出軸轉速。即緩速器的緩速能力可根據實際行駛工況進行實時調節。

在緩速手柄處于不同位置時，其緩速器所能夠提供的阻力扭矩如圖6、7所示。可看出：在不到3s的時間內緩速器即達到最大緩速能力，在輸出軸轉速在1000r/min時，其緩速能力最大，最大可達3000N·m，隨車速的提高，其緩速能力逐漸降低。即在發動機較低轉速時緩速器能夠得到較好的緩速效果。

圖5 HD4070PR自動變速器緩速器試驗曲線

圖6 液力緩速器的緩速能力

圖7 液力緩速器緩速能力隨時間的變化

3 結論

通過理論分析以及試驗研究，可看出：液力緩速器對提高制動器壽命以及行車安全性都有著很好的輔助作用。因此，由于液力緩速器的諸多優點，在車輛上尤其是在重型車輛以及大型農用車輛上已經越來越多的得到應用[3]。

[1]吳修義.德國福伊特(VOITH)液力緩速器[J]. 汽車與配件, 2005(33): 30-33.

[2]艾里遜實業有限公司技術部.艾里遜自動變速箱MD/HD/B/T/MH系列工作原理[G]. 通用汽車公司,2001.

[3]楊凱華,鄭慕僑,閻清東,等.車輛傳動中液力減速器的技術發展[J]. 工程機械, 2001(6): 32-35.

《海洋工程裝備工程實施方案》出臺

“到2016年，我國海洋工程裝備實現淺海裝備自主化、系列化和品牌化，深海裝備自主設計和總包建造取得突破，專業化配套能力明顯提升，基本形成健全的研發、設計、制造和標準體系，創新能力顯著增強，國際競爭力進一步提升。到2020年，全面掌握主力海洋工程裝備的研發、設計和制造技術，具備新型海洋工程裝備的設計與建造能力，形成較為完整的科研開發、總裝建造、設備供應和技術服務的產業體系，海洋工程裝備產業的國際競爭能力明顯提升。”5月7日，國家發展和改革委員會在其官方網站公布《海洋工程裝備工程實施方案》（以下簡稱實施方案），明確了我國海洋工程裝備制造業發展的總體思路、工程目標、主要任務、組織方式和保障措施。

據介紹，實施方案由國家發改委、財政部、工業和信息化部會同科技部、國家海洋局、國家能源局、國務院國資委、教育部、國家知識產權局等部門聯合編制，旨在貫徹落實《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》，加快推進海洋工程裝備制造業持續健康發展。

實施方案要求，按照“市場為牽引、創新為驅動、總裝為龍頭、配套為骨干”的發展思路，面向國內國際兩個市場，充分發揮企業市場主體作用和政府引導推動作用，重點突破深遠海油氣勘探裝備、鉆井裝備、生產裝備、海洋工程船舶、其他輔助裝備以及相關配套設備和系統的設計制造技術，加強創新能力建設和工程示范應用，促進第三方中介服務機構發展，全面提升我國海洋工程裝備自主研發設計、專業化制造及系統配套能力，實現海洋工程裝備產業鏈協同發展。為此，實施方案提出了5大主要任務：加快主力裝備系列化研發，形成自主知識產權；加強新型海洋工程裝備開發，提升設計建造能力；加強關鍵配套系統和設備技術研發及產業化，提升配套水平；加強海洋工程裝備示范應用，實現產業鏈協同發展；加強創新能力建設，支撐產業持續快速發展。

參與實施方案編制的政府有關部門負責人接受記者采訪時表示，2012年國務院印發的《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》中明確了7大戰略性新興產業的20項重大工程發展路線圖。而此次出臺的實施方案既是對海洋工程裝備制造業發展路線圖的細化和延伸，更是對研究制定深海資源勘探專項鼓勵政策要求的貫徹落實。實施方案將充分發揮市場配置資源的決定性作用，以市場需求為導向，著力營造良好的市場競爭環境，激發各類市場主體的積極性。針對薄弱環節和瓶頸制約，有效發揮政府的規劃引導、政策激勵和組織協調作用，以提升我國海工裝備制造業的設計建造能力、創新發展能力和國際競爭力。實施方案將重點目標放在突破深遠海油氣勘探裝備、鉆井裝備、生產裝備以及相關配套設備和系統的設計制造技術方面，力求通過加強創新能力建設和工程示范應用，全面提升自主研發設計、專業化制造及系統配套能力，推動產業鏈協同發展，這對于我國海工裝備制造業實現從技術跟隨到技術引領、從規模擴張到質量提升、從要素支撐到創新驅動的轉變具有重大的指導意義。

Principle and Research of Hydrodynamic Retarders of Automatic Transmission

ZHENG Wei, SUN Wen-tao
(Chinese Automotive Technology & Research Centre, Tianjin 300300, China)

Based on analyzing work principle of hydrodynamic retarders of automatic transmission, the necessity of installing the hydrodynamic retarder on heavy vehicles are proved. By studying the work processes and retarding ability of hydrodynamic retarders,the related measure curve can be obtained. Finally, the article makes a conclusion that installing hydrodynamic retarder can play an assisted role in increasing the lifespan of travel brake and improving driving safety.

hydrodynamic retarder; brakes; assisted role

U463.22

A

鄭偉（1980-），男，工程師，碩士。主要研究方向為汽車電子與新能源系統的開發與其工藝設計。