重型車液力緩速器開發(fā)與試驗(yàn)

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)重型卡車制動(dòng)性能與國(guó)外存在一定差異的問題，著重對(duì)重型卡車的緩速制動(dòng)性能進(jìn)行開發(fā)與測(cè)試研究?；谡嚿嵯到y(tǒng)散熱功率進(jìn)行緩速器系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)，進(jìn)行整車緩速制動(dòng)性能仿真計(jì)算，之后開展整車轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架試驗(yàn)并完成整車路試。結(jié)果表明：一臺(tái)裝配液力緩速器的 12 L 發(fā)動(dòng)機(jī)的重型卡車，利用仿真軟件計(jì)算緩速制動(dòng)功率為 244.4～284.2 kW，在臺(tái)架上測(cè)試緩速制動(dòng)功率為 254.5 kW，在道路上測(cè)試緩速制動(dòng)功率為 282.9 kW，均滿足或優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求，充分驗(yàn)證了重型卡車液力緩速器冷卻系統(tǒng)整車匹配設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法的可行性和合理性。

關(guān)鍵詞：液力緩速器；緩速制動(dòng)；性能匹配

0 前言

液力緩速器是一種汽車緩速裝置，它通過液力裝置來降低車輛行駛速度或提供一定的車輛持續(xù)制動(dòng)力。液力緩速器的原理是借助液體阻尼產(chǎn)生緩速作用，使車輛產(chǎn)生減速度。在這個(gè)過程中，汽車的動(dòng)能消耗于工作液的摩擦和對(duì)定子的沖擊，并轉(zhuǎn)換為熱能，導(dǎo)致工作液溫度升高。工作液被引入熱交換器中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，將熱量傳遞給冷卻水，再通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)散出。整個(gè)系統(tǒng)將車輛的一定大小的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，并散發(fā)到空氣中，從而為車輛下坡或減速過程持續(xù)提供較為平穩(wěn)的制動(dòng)力。

1 液力緩速器整車開發(fā)

1. 1 液力緩速器整車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行技術(shù)條件》與GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》對(duì)車輛緩速器性能的提出明確要求。在GB 12676—2014 5.1.8.2.1 中規(guī)定：確保車輛滿載試驗(yàn)時(shí)的能量輸入等于在相同的時(shí)間內(nèi)、滿載車輛在7% 的坡道上，以30 km/hckg6r0lpSFCQplcL/7ZHPA== 的平均車速下坡行駛6 km 時(shí)所記錄的能量。在試驗(yàn)過程中，不應(yīng)接合行車制動(dòng)系統(tǒng)、應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)和駐車制動(dòng)系統(tǒng)。

1. 2 液力緩速器整車匹配設(shè)計(jì)

目標(biāo)車輛為6×4 半掛牽引6 軸列車，車輛總質(zhì)量為49 t，車輛在7% 的坡道上，以30 km/h 的平均車速穩(wěn)定下坡6 km，考慮實(shí)際不同道路坡度的道路條件，在不同坡度及對(duì)應(yīng)試驗(yàn)車速的等同能量也視同滿足要求。在不同車速及坡度路況條件下，整車緩速制動(dòng)功率滿足下列關(guān)系，則車輛緩速制動(dòng)功率滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)要求［1］。

經(jīng)過以上分析與計(jì)算，緩速器需提供至少185 kW 的制動(dòng)功率，而緩速器的制動(dòng)能量是通過整車散熱器散發(fā)到空氣中的，這意味著整車散熱系統(tǒng)應(yīng)具備提供185 kW 的散熱能力。實(shí)際上，液力緩速器整車匹配設(shè)計(jì)是根據(jù)整車制動(dòng)功率需求來匹配設(shè)計(jì)整車散熱系統(tǒng)的。

1. 3 緩速器散熱性能仿真計(jì)算

整車緩速制動(dòng)性能的仿真計(jì)算主要是對(duì)整車散熱能力進(jìn)行仿真計(jì)算［2］，然后根據(jù)式（2）并加上發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率，從而仿真計(jì)算得出緩速制動(dòng)功率。

將原車的散熱器結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)、中冷器參數(shù)、風(fēng)扇參數(shù)、水泵特性參數(shù)、，以及其他水道壓降、格柵阻力作為輸入條件，在KULI 軟件中建立散熱仿真計(jì)算模型。根據(jù)KULI 軟件的計(jì)算特點(diǎn)，設(shè)置緩速器最高出水報(bào)警溫度為103 ℃ ，對(duì)環(huán)境溫度（常溫25 ℃、高溫35 ℃）進(jìn)行性能仿真，同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速（1 500 r/min）和功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）的仿真工況。4 組仿真計(jì)算結(jié)果見表1。

由表1 可以看出：在25 ℃常溫情況下，緩速器最大可提供284.2 kW 的制動(dòng)功率；在35 ℃高溫情況下，緩速器最大可提供244.4 kW 的制動(dòng)功率。即使在高溫的惡劣環(huán)境溫度條件下，該緩速器的緩速制動(dòng)性能也能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

2 液力緩速器整車測(cè)試

液力緩速器整車緩速制動(dòng)測(cè)試分兩部分進(jìn)行：① 在重型轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架上進(jìn)行初步測(cè)試，以對(duì)整車緩速制動(dòng)功率進(jìn)行初步測(cè)試。經(jīng)分析計(jì)算，每個(gè)測(cè)試檔位在發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速，即為測(cè)試的理想測(cè)試車速。② 在轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果后，再進(jìn)行道路下坡緩速制動(dòng)測(cè)試，通過轉(zhuǎn)鼓及道路測(cè)試結(jié)果來判定緩速器整車緩速制動(dòng)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2. 1 重型轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架測(cè)試

在進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓下坡測(cè)試模擬試驗(yàn)前，需要輸入模擬的預(yù)期坡度-速度試驗(yàn)值，并兼顧試驗(yàn)車速對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速在最高轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）附近。測(cè)試過程中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的誤差波動(dòng)以及試驗(yàn)過程穩(wěn)定情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)，在同一檔位及車速附近上下調(diào)整坡度輸入值，以尋找此檔位下的緩速器的最大性能工作點(diǎn)，并以緩速器出水溫度12 min 不超過105 ℃及緩速器穩(wěn)定工作不限扭作為試驗(yàn)合格的標(biāo)準(zhǔn)，若出現(xiàn)失速情況應(yīng)立即停機(jī)［3］。

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)充分參考理想的試驗(yàn)坡度-速度工況點(diǎn)，試驗(yàn)車速為34～57 km/h，試驗(yàn)坡度為4.1%～6.6%，變速箱檔位覆蓋7～10 檔，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500～1 900 r/min，共進(jìn)行了7 組試驗(yàn)。參考理想試驗(yàn)工況點(diǎn)，極大地減少了試驗(yàn)次數(shù)，也達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)期目的。7 組試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見表2。

由表2 可以看出：緩速器在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近工作，緩速器出水穩(wěn)定溫水控制在101 ℃左右，可穩(wěn)定制動(dòng)12 min 以上，平均制動(dòng)功率約250 kW。轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)238.5 kW 的設(shè)計(jì)要求。

2. 2 整車道路下坡緩速制動(dòng)測(cè)試

在盡量少使用行車制動(dòng)且保證安全的前提下，根據(jù)車速的穩(wěn)定情況適當(dāng)提高車速，經(jīng)過若干組次的下坡測(cè)試，通過車載設(shè)備記錄車輛相關(guān)參數(shù)，以判斷緩速器性能發(fā)揮情況。在同一路段以較高車速穩(wěn)定下坡，通過測(cè)試數(shù)據(jù)來綜合分析和評(píng)價(jià)緩速器道路制動(dòng)性能表現(xiàn)。

緩速器道路下坡測(cè)試在道路條件較好的試驗(yàn)路段往返進(jìn)行，然而下坡過程中由于路況條件的限制，存在行車制動(dòng)減速或停車的情況，這會(huì)干擾緩速器的穩(wěn)定工作。因此，在試驗(yàn)過程中，需要截取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定、坡度波動(dòng)較小的區(qū)域進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析。每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)先截取上述穩(wěn)定工況段，然后進(jìn)行緩速器制動(dòng)性能分析，這樣的數(shù)據(jù)分析針對(duì)性更強(qiáng)。4 組下坡試驗(yàn)功率測(cè)試結(jié)果見表3。

結(jié)合轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)結(jié)論，緩速器出水溫度穩(wěn)定在101 ℃附近時(shí)，為緩速器最大的緩速器制動(dòng)功率點(diǎn)。由表3 可知，測(cè)試車輛在實(shí)際坡道上的最高水溫為101 ℃，最大緩速制動(dòng)功率約為282.9 kW，比轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)結(jié)果提高約29 kW，主要原因是實(shí)際道路中車輛迎面風(fēng)量及環(huán)境溫度存在差異。同時(shí)，該功率超過初期設(shè)計(jì)要求45 kW，滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)及法規(guī)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了重型卡車液力緩速制動(dòng)器制動(dòng)性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)、匹配設(shè)計(jì)方法及測(cè)試方案，有效解決了液力緩速器制動(dòng)性能與車輛散熱系統(tǒng)匹配的難題，并提出了理想的測(cè)試車速區(qū)間，極大地減少了測(cè)試?yán)锍毯蜏y(cè)試次數(shù)。在較少的測(cè)試次數(shù)下，成功測(cè)試出車輛的最大緩速制動(dòng)功率。通過臺(tái)架與道路測(cè)試證明，基于散熱器散熱功率的緩速器制動(dòng)性能匹配設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，能夠滿足重型車輛相關(guān)緩速制動(dòng)性能的設(shè)計(jì)要求。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 余志生. 汽車?yán)碚揫M].5 版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［ 2 ］ 譚罡風(fēng). 重型汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2011

［ 3 ］ 張玉璽，程秀生等. 液力緩速器的試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械工程，2007（11）：4-7.