一種液力緩速器在重卡上的應用

劉潔浩，梁麗娟

（安徽江淮汽車技術中心，安徽 合肥 230601）

引言

隨著我國經濟和道路交通事業的發展，重型汽車的運輸得到了很大的提高。我國地形復雜，山區丘陵地帶在國土面積中占有相當大的比例，車輛行駛過程中不可避免地會遇到長時間下坡等情況，需要對車輛進行持續制動。加上車輛都向高功率、高負載的方向發展，越來越重型化和高速化，對車輛的性能提出了非常嚴格甚至苛刻的要求。但車輛行車制動器的制動效能在世界范圍內還沒有較大突破，由于受空間尺寸的限制，其散熱能力有限等原因，在車輛頻繁制動或持續制動的條件下會出現高溫積累，造成過熱現象，使制動器的摩擦系數減少，磨損增加，嚴重時還有可能導致制動失效引發安全事故?，F在，在原車基本的制動系統之外，通過緩速器制動來輔助車輛減速的技術，已經越來越受到人們關注。特別是液力緩速器最大制動扭矩分布范圍大，效果穩定，液力緩速器在重型汽車的匹配將越來越廣。

1 液力緩速器工作原理

當緩速器工作時：

控制系統將油槽中的潤滑油泵入定子與轉子之間的工作腔，由轉子通過增速齒輪組與傳動軸相連，而定子固定在緩速器的外殼上；轉子受到傳動軸驅動帶動潤滑油一起旋轉，潤滑油的粘性作用，使轉子受到定子的粘滯阻力產生的制動扭矩從而降低轉速，使得傳動軸轉速降下來；隨著傳動軸轉速的下降，車速也逐漸下降，產生緩速作用。車輛的動能變成熱量使油溫升高，熱量經車輛的冷卻系統散去。

當緩速器解除工作時：

控制系統將油釋放出油槽，通過在緩速器循環腔內設計安裝活動葉片環，將緩速器工作腔在無油時的阻尼控制在很小的范圍，從而保證了整車的燃油經濟性。

圖2 液力緩速器的冷卻原理圖

圖1 液力緩速器的工作原理圖

2 緩速器與整車的匹配

2.1 緩速器布置位置選擇

對于常見的緩速器布置形式主要兩種：1）裝在變速器之前的布置形式的，2）裝在變速器后端的布置形式。

液力緩速器的制動力矩基本計算形式：M=λρgD5n2

其中式中：D—轉子有效循環直徑，m；n—轉子轉速，r/min；λ—制動力矩系數（與葉輪外形有關）；ρ—流體介質的密度；g—重力加速度。

其中，式中：va—汽車車速，km/h；i0—主減速器傳動比；r—車輪半徑；iz—增速裝置傳動比。

緩速器布置變速器前端與布置在變速器后端，緩速器的輸出制動力與速度關系如下所示：

圖3 輸出制動力與速度關系圖

由以上可以看出：緩速器不知在變速器前端時，換擋時沒有制動力輸出，制動性能受發動機轉速的影響較大，不穩定， 高擋位時，制動扭矩較弱。

緩速器不知在變速器后端時，可以保持穩定持續的制動，制動性能基本不受發動機轉速的影響。

故某重卡選取將緩速器布置在變速器后端。

2.2 制動力矩選擇

緩速器在制動力矩大小與緩速器的輸入轉速相關，而緩速器的輸入轉速取決于傳動軸轉速，某兩種液力緩速器外特性曲線如下圖所示：

圖4 特性曲線圖

由以上可以看出，某4000N.m液力緩速器在車速40km/h—80km/h范圍，緩速器的制動力矩保持在最大輸出力矩4000n.m不變。某 3200N.m液力緩速器在車速 40km/h—100km/h范圍內，緩速器的制動力矩保持在最大輸出力矩3200n.m不變。

某HFC4250K5R1LT重卡車型空載：最高車速110km/h，經濟車速 90-100km/h滿載：最高車速 100km/h，經濟車速85-95km/h，3200N.m液力緩速器的制動力矩能更好的發揮，考慮到整車經濟車速及成本，初步選擇匹配3200N.m液力緩速器。

某HFC4250K5R1LT重卡車型的主配置及液力緩速器參數列表如下：

表1 整車配置參數

表2 緩速器的性能參數

當車輛只利用液力緩速器恒速下坡時，車輛制動系統不使用，車輛所受到的力分析可以表達為：

其中 Fh，Fp，FfFk，分別代表緩速器制動力，車輛的坡道力，車輛的滾動阻力，車輛空氣阻力。

緩速器轉化為整車的制動力，整車制動力的公式為：Fh=M i0/r。

整車的空氣阻力根據汽車理論的計算公式為：Fk=CdAv2/21.15。

整車的滾動阻力根據汽車理論的計算公式為：Ff=mgfcos α（f為滾動阻力系數，α為坡度）。

車輛的坡道下滑力計算表達式為：Fp=mgsinα

所以公式4-1可以表達為：

代入整車參數M=3200 N.m，Cd=0.8，A=7，f=0.012，α=6%，i0=3.86，r=0.517m,將以上數據代入公式4-2，公式可以得到車速與整車質量的關系式：

液力緩速器能夠恒速的車速范圍為40km/h～100 km/h，代入公式4-3 公式，當整車能夠恒定最高v=80 km/h時，這時可以計算出整車最高質量為 m=17037kg。通過以上匹配計算，液力緩速器能夠制動最大整車質量為m=17037kg。

HFC4250K5R1LT車型設計最大總質量為25000kg，超出理論計算液力緩速器能夠制動的最大總質量 17037kg，通過以上匹配設計，整車在質量不超過 17037kg，緩速器可滿足恒速下坡要求，不需要使用整車制動系統。如果客戶使用超過該質量，車輛不能保持恒速行駛下坡。如果車速快起來，則利用行車制動輔助緩速器使車速降至恒速車速。

2.3 冷卻水路的布置

圖5 冷卻水路圖

液力緩速器的冷卻與發動機冷卻系統共用，液力緩速器的冷卻水路必須設計成使發動機的水 100%流經緩速器熱交換器。冷卻水溫度控制節溫器開啟，節溫器開啟緩速器冷卻水路為大循環，節溫器關閉，緩速器冷卻水路為小循環，如圖5（左為小循環，右為大循環）所示。

某重卡緩速器冷卻水路布置如下所示：

圖6 水路布置圖

某重卡緩速器冷卻水路布置其它注意事項：

（1）必須重新設計合理的膨脹水箱的容積，膨脹水箱容積不能小于總冷卻水容積的15%-20%。

（2）緩速器熱交換器進水口為熱水端，盡量不要采用冷水端。因為采用冷水端不能使全部水流量到發動機，使用緩速器時發動機水溫大幅變化，有時會造成發動機水溫報警。

（3）合理布置水路走向，采用管徑相對較大的水管，減小水阻可提高整車散熱能力，一般要求：Ф≥50mm。

（4）一定要做好管路的排氣，管路排氣的原則是在高于發動機和冷卻水箱的管路的最高點加排氣管。

（5）必須保證冷卻系統和水管可靠地通風。

（6）各水管必須支承或用管夾固定在驅動裝置上，不能布置在車架上，管夾之間最大間距為1m。

（7）暖風的取水口一定要在緩速器的出水管路上。

3 總結

根據國際經驗，液力緩速器最大制動扭矩分布范圍大，制動效能穩定，沒有磨耗等優點，重型車匹配液力緩速器是未來發展的趨勢。本文主要是針對某重卡車型匹配液力緩速器，通過理論分析選取緩速器布置形式、扭矩大小、冷卻水路布置方式，并介紹了冷卻水路布置的一些注意事項。

整車匹配液力緩速器除上述分析及注意事項外，還需要對緩速器控制系統進行布置及對緩速器整車狀態使用情況進行試驗標定等工作。