重型卡車液力緩速器工作原理解析

北京福田戴姆勒汽車有限公司 趙 陽，王衛翼

液力緩速器屬于一種車輛輔助制動系統裝置，它的作用是在不使用或者少使用車輛行車制動系統的條件下，使車輛速度降低或保持穩定。在重型卡車市場上，越來越多的客戶選擇裝配液力緩速器。本文以采埃孚（ZF）液力緩速器為例，闡述該裝置相關系統的工作原理。

1 液力緩速器的結構

液力緩速器的主要機械部件包括定子、轉子、增速齒輪組、齒輪軸、主換向閥、殼體、油泵、熱交換器等（圖1）。

圖1 液力緩速器結構圖

液力緩速器安裝在變速器殼體后部，與變速器輸出軸并聯安裝，且與變速器共用液壓油液。

2 液力緩速器的工作原理

變速器輸出軸通過增速齒輪組帶動轉子旋轉，將液壓油液甩向轉子葉片外邊緣并不斷沖擊定子葉片，液壓油液沖擊定子葉片后返回轉子旋轉中心方向，這樣不斷循環形成渦流（圖2），液壓油液會對旋轉的轉子葉片產生制動轉矩（制動轉矩的大小與緩速器充液壓力成正比），并通過增速齒輪組傳回變速器輸出軸實現車輛減速。

圖2 緩速器渦流形成示意圖

液力緩速器結構與液力耦合器十分相似，類似于一個輸出軸被固定的耦合器。由于輸出軸被固定，這個“耦合器”工作時一直處于打滑（過載）狀態，不斷地將機械能轉化為熱能，這些熱能被液壓油液吸收，并通過熱交換器傳遞到液力緩速器的冷卻液系統中。

3 液力緩速器液壓系統

3.1 系統組成

液力緩速器的液壓系統如圖3所示，主要由開關閥、控制閥、主換向閥、排空閥、吸濾器、安全閥、減損裝置等組成。

圖3 液力緩速器液壓系統組成

（1）開關閥用于控制液力緩速器是否工作。當開關閥通電開啟時，液力緩速器內部充注液壓油液后開始工作；斷電關閉時，緩速器充液油路被切斷，液力緩速器退出工作。

（2）控制閥又稱為比例閥，用于控制液壓系統的液壓油液壓力，調節液力緩速器的制動功率大小。控制閥由液力緩速器控制單元（緩速器ECU）輸出的脈寬調制（PWM）信號控制，實現調節液壓系統的油液壓力。控制閥控制的液壓油液壓力作用于液壓泵的彈簧端，彈簧端壓力越大，液壓系統的液壓油液壓力越大。

（3）主換向閥用于控制液壓油路的循環方向，它是個二位多路換向閥，其位置受開關閥控制。開關閥斷電關閉時，主換向閥在彈簧作用下處于下位，液力緩速器和壓力油路切斷，排空通道被接通；開關閥通電開啟時，主換向閥在油壓作用下上移，接通液力緩速器的液壓油液充注通道。

（4）排空閥在液力緩速器退出工作時打開，將液力緩速器內部的液壓油液排空。

（5）減損裝置由2個液壓活塞和受活塞驅動的2個半圓鋼片（也稱為隔離鋼片）組成。當緩速器不工作時，2個液壓活塞在彈簧力作用下向轉子旋轉中心方向移動，帶動2個隔離鋼片嵌入到轉子與定子之間，切斷轉子與定子之間的渦流，降低緩速器能量損失。當液力緩速器工作時，2個液壓活塞受液壓油液驅動壓縮彈簧實現徑向外移，帶動兩個隔離鋼片退入到液力緩速器殼體切槽中。

（6）安全閥可以在液壓系統壓力過高時，開啟泄壓，為液壓系統提供保護。

（7）吸濾器用于過濾液壓油液中的雜質，更換變速器液壓油液時，需要一同更換吸濾器。

（8）灌裝閥用于為液壓系統快速充注液壓油液。

3.2 液壓系統工作原理

如圖3所示，當液力緩速器不工作時，開關閥斷電處于上位，主換向閥的下游液壓油液通過開關閥排空，主換向閥在彈簧作用下處于下位。油泵通過吸濾器從變速器抽吸液壓油液，液壓油液流經熱交換器后，再通過主換向閥、節流孔、開關閥，最后回流到變速器底部。由于油泵彈簧室沒有油壓，油泵輸出壓力較低，油泵驅動下的液壓系統以低壓進行循環，滿足變速器和液力緩速器的潤滑和散熱需要。

如圖4所示，當液力緩速器工作時，開關閥通電打開，閥芯壓縮彈簧下移，油泵輸出的液壓油液經過開關閥流至主換向閥下端面，推動主換向閥移至上位，緩速器充液通道被接通，實現對液力緩速器充注液壓油液。開關閥輸出的另外一路液壓油液推動排空閥（壓縮彈簧）左移，將排空通路切斷。

圖4 液力緩速器工作時的液壓系統

液力緩速器完成充注液壓油液后，轉子旋轉產生泵油作用（相當于一個油泵），在離心力作用下，液壓油液在靠近轉子外邊緣的出油口出油，靠近旋轉中心的進油孔回油。此時的液壓油液的循環回路為：液力緩速器外邊緣出油口→主換向閥→熱交換器→主換向閥→靠近液力緩速器旋轉中心的進油孔。

油泵供油通道并聯在液壓油液循環回路中，根據輸出功率需要，對油壓進行調節（通過控制閥改變油泵的泵油流量，實現對液壓系統的壓力調節）。

3.3 液力緩速器電控系統

液力緩速器電控系統主要由中央配電盒、起動開關、組合開關右手柄、E模塊、緩速器ECU、油溫傳感器、壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、比例閥、開關閥等組成（圖5）。

圖5 液力緩速器電控系統

（1）組合開關右手柄。組合開關右手柄用于液力緩速器的制動功率控制，有“OFF擋”“B擋”“1擋”“2擋”“3擋”“4擋”共6個擋位位置。將右手柄推至最前方位置為關閉擋；向后撥第一個位置為B擋（恒速擋），在此擋位時，制動轉矩根據車速控制需要隨時進行調節，以保證下坡車速恒定；再向后撥動依次為“1擋”“2擋”“3擋”“4擋”，使液力緩速器輸出固定的制動功率。組合開關右手柄輸出的擋位信號首先通過硬線傳遞給E模塊，再通過CAN線傳遞到緩速器ECU，各擋位的開關信號電壓邏輯值如表1所列。

表1 組合開關右手柄擋位信號電壓邏輯值

（2）壓力傳感器。為緩速器ECU提供液壓油液的壓力信號（圖6），以監控液力緩速器的制動轉矩。

圖6 液力緩速器相關傳感器安裝位置

（3）油溫傳感器。檢測液壓油液溫度，此信號用于保護液壓系統。當液壓油液溫度超過145 ℃時，液力緩速器開始限制制動功率；溫度大于165 ℃時，制動功率降為0。

（4）冷卻液溫度傳感器。檢測熱交換器出液口的冷卻液溫度，此信號用于系統保護。當冷卻液溫度超過95 ℃時，液力緩速器開始限制制動功率；超過115 ℃時，制動功率降為0。

（5）開關閥用于控制液力緩速器工作。開關閥通電，液力緩速器工作；開關閥斷電，緩速器退出工作。

（6）控制閥用于制動功率控制，其通電電流與液力緩速器工作油壓成正比關系。

（7）緩速器ECU接收傳感器信號并進行處理和運算，然后通過控制執行器實現液力緩速器的工作控制。緩速器ECU通過CAN線與整車通信，具有自診斷功能，當系統發生故障時會存儲相關故障代碼。

4 液力緩速器的冷卻液系統

4.1 液力緩速器的冷卻液系統組成

液力緩速器冷卻液系統如圖7所示。對于配備液力緩速器的車型，從發動機氣缸蓋流出的冷卻液需要經過旁通閥或熱交換器才能進入節溫器殼體。發動機控制單元通過對旁通閥的控制，來調節熱交換器是否參與冷卻循環。

圖7 液力緩速器冷卻系統循環示意圖

旁通閥（也稱為蝶閥）安裝于節溫器殼體下方（圖8），是一種電控氣動執行器。當不啟用液力緩速器時，氣動缸活塞桿在彈簧力的作用下縮回，帶動搖臂驅動蝶閥軸，使蝶閥保持在開啟位置。開啟緩速器后，發動機控制單元控制旁通閥電磁閥通電，使電磁閥打開，為氣動缸充氣。在壓縮空氣的作用下，活塞桿伸出，驅動搖臂將蝶閥關閉。

圖8 液力緩速器冷卻系統組成示意圖

4.2 液力緩速器冷卻液系統工作原理

當緩速器未工作時，旁通閥打開，熱交換器不參與冷卻液系統冷卻循環，此時冷卻系統大、小循環和無液力緩速器車型完全一致。當溫度低時冷卻液通過小循環冷卻液管路回到冷卻液泵入口，冷卻液不經過散熱器散熱，以便快速提升冷卻液溫度；當溫度升高、節溫器開啟后，冷卻液通過大循環管路并流經散熱器進行散熱，以實現對發動機進行溫度控制。

當液力緩速器工作時，旁通閥關閉，熱交換器參與冷卻液循環，以滿足液力緩速器散熱的需要。

5 總結

重型卡車在高速路或山路的下坡路段行駛時，有時需要長時間和頻繁的制動，由此制動器會產生巨大熱量影響制動效果，很容易導致車輛失速失控，裝配液力緩速器可以有效避免此問題。另外，裝配液力緩速器后，也減少了摩擦制動器的制動頻率，可以大幅度延長輪胎和制動摩擦片的使用壽命，節約車輛使用成本。

基于以上，重型卡車裝配液力緩速器很有意義。