法士特并聯液力緩速器工作原理

王偉健， 肖殿東

（陜西法士特齒輪有限責任公司，西安 710019）

0 引言

為了提高車輛安全性，國家相關部門出臺了安裝緩速器的相關強制措施，我國交通部《營運客車類型劃分及等級評定》（JT/T325-2002）行業標準規定：大型客車高二、高三級、中型客車高二級必須安裝緩速器；GB7258的實施對整車安全性有了更高的要求，標準規定：危險貨物運輸車、總質量大于12t的貨車應裝備緩速器或其它輔助制動裝置［1］。

國家標準雖已出臺，但是國內生產液力緩速器的廠家為數不多，主要原因是相關技術難題較多，在解決諸多技術難題前，學習和掌握液力緩速器的組成、實現的功能和工作原理至關重要。

1 液力緩速器的組成

如圖1所示，液力緩速器是一個集機、電、液、氣、比例控制為一體的輔助制動裝置系統，一般由并聯液力緩速器機械總成、控制器（ECU）、操作手柄或腳動開關、CAN端口、線束、指示燈等組成。機械總成為產生制動力矩的主體裝置，操作手柄或腳動開關是供司機操作并由它發出指令，控制器是接收指令并根據接收指令的不同信號進行判斷并發出指令來控制機械總成上的執行裝置—氣動比例控制閥，線束是用于連接機械總成、控制器、操作手柄、指示燈和CAN端口的導線，指示燈用于顯示緩速器的工作狀態和故障代碼信息，CAN端口主要是用于控制器的電源取電和整車的相互通訊接口。

2 液力緩速器的功能

液力緩速器與整車匹配安裝連接完成后，液力緩速器一般有以下4個功能：1）恒速功能。在整車散熱能力和制動力矩范圍內，當緩速器工作在恒速擋位（圖1所示）時，車速按設定值恒速下坡，車速波動變化不超過3 km/h，且無明顯沖擊。2）制動功能。液力緩速器在不同制動擋位下（一般設置有4個制動擋位），緩速器能實現相應制動力矩的功能。3）車輛協調功能。當整車如ABS、油門、自動變速器等要求緩速器退出工作時，緩速器具備退出制動的功能，以及與整車其它設備或部件相協調通訊的功能。4）故障報警功能。當液力緩速器出現故障或超過其設定能力時，液力緩速器能提供光學或聲學報警信號的功能。

圖1 并聯液力緩速器系統原理圖

圖2 緩速器與變速器的連接示意圖

3 液力緩速器的工作原理

并聯液力緩速器與變速器的連接示意圖如圖2所示，在變速器后蓋總成內設置一個緩速器被動齒輪與緩速器驅動齒輪以2∶1的齒數比嚙合傳動。

并聯液力緩速器機械總成由氣動比例控制閥、工作腔殼體、前端蓋、前端蓋軸承、驅動齒輪、油封、緩速器軸、軸承座、腔內軸承、轉子、定子、油溫傳感器、出油口單向閥、油池殼、熱交換器、水溫傳感器等組成。熱交換器的作用是通過發動機冷卻水將緩速器熱油產生的熱量帶走，油池殼用于存儲工作介質，腔內軸承裝在軸承座上，軸承座裝在定子上，定子被固定在工作腔殼體上，前端蓋軸承和油封安裝在前端蓋上，前端蓋被固定在工作腔殼體上；驅動齒輪、轉子、緩速器軸通過花鍵連接在一起，并架設在前端蓋軸承和腔內軸承上，確保驅動齒輪和轉子以相同轉速轉動，并以2倍于輸出軸的轉速帶動緩速器轉子轉動。

整車啟動，緩速器控制器ECU實行自檢功能，指示燈按廠家規定信息顯示。如果系統檢測正常，當需要液力緩速器產生制動力時，司機撥下手柄開關制動擋位或腳控開關，該信號被控制器記憶并發出相應指令。緩速器工作時，控制氣體通過控制閥進入到油池殼體內，將油池殼內溫度較低的緩速器油經上方進油口單向閥壓到工作腔殼體內，并使油液充滿定、轉子之間及其周圍的工作腔空間。在工作腔內，由于轉子的高速轉動使油液產生離心力并沖擊到定子葉片上，而定子葉片對旋轉的油液產生相反的作用力，該作用力即為緩速器的制動扭矩，制動扭矩通過齒輪放大2倍并傳遞到變速箱輸出軸上，從而達到對傳動系統的制動減速作用；與此同時機械能被轉化成熱能，油液被加熱使得油溫升高，旋轉的高溫油液在離心力的作用下，約占90%的油液（主油路）經下方的出油單向閥流入熱交換器主冷卻層，約占10%的油液（潤滑油液）經上方的孔道流入熱交換器副冷卻層；熱交換器（包括主、副冷卻層）內部水層、油層相間排布，來自整車的冷卻液與流動的高溫油液通過熱量交換把熱量帶走，冷卻液溫度升高，而油液被冷卻后又被壓入油池殼內或直接循環流回工作腔中，持續產生制動扭矩。當緩速器撥入空擋（退出工作）后，控制信號斷開，控制氣壓通過控制閥排向大氣，油不再進入工作腔內，油池殼殼體內油液液面升高；而工作腔里面的油液在離心力的作用下被甩出腔內，分別經出油口單向閥、熱交換器流回油池殼，緩速器實現制動力解除工作。

緩速器解除制動工作后，為了確保空轉潤滑的需要，約占總油量5%～8%的油液被設計殘留在工作腔內，在轉子的攪動下與空氣混合形成油霧，用于潤滑腔內軸承、油封等零部件；攪動油霧會使其溫度升高，為了控制油霧溫度的升高，工作腔殼體上設置有潤滑油道，在轉子旋轉的作用下，油霧被壓入，經潤滑油道，通過熱交換器副冷卻層進行冷卻，冷卻后的油霧又重新流回工作腔中。

當制動功率過大，超過整車散熱能力或超過熱交換器交換能力，出現水溫或油溫超溫的現象，指示燈先按照預先設定的程序對用戶進行提示/警示作用，而后液力緩速器進入保護模式，進行相應的降扭或解除制動。

當緩速器手柄開關仍在制動擋位，沒有或忘記關閉手柄，此時需要踩油門使車輛加速前進，液力緩速器控制器識別通過CAN總線發來的信號后，實現緩速器解除制動的功能。

圖3 并聯液力緩速器結構圖

圖4 牽引車裝緩速器前后司機勞動強度對比

表1 牽引車裝緩速器前后產生的經濟效益對比

4 裝緩速器后帶來的經濟效益

液力緩速器作為一種高效的輔助制動裝置，除了提高整車行駛安全性這一主要功能外，還會給用戶帶來可觀的經濟效益，以及降低勞動強度和提高運行效率。

針對牽引車用戶裝緩速器前后產生的經濟效益的數據統計如表1所示，對山區路況，年節約費用2.91萬元，對長途運輸路況，年節約費用1.3萬元，經濟效益非常可觀，按此計算1～2年就能收回裝緩速器產生的成本。

牽引車在多坡道路段行駛104km，裝緩速器前后司機勞動強度對比情況如圖4所示，從中可以看出，行車制動器使用次數和變速器換擋操作次數明顯下降，有效降低了司機的勞動強度，同時整車的平均行駛車速還略有提高，運營效率得以提高。

5 結語

本文闡述了并聯液力緩速器的組成、功能、工作原理，以及裝液力緩速器后給用戶帶來的經濟效益，以便為本行業人士或學者提供一些有價值的技術或參考資料。

［1］ GB 7258-2012 機動車運行安全技術條件［S］.