牽引車輔助制動研究

肖殿東

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牽引車輔助制動研究

肖殿東

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710077）

大馬力發動機小速比后橋已成為牽引車動力總成發展的趨勢，后橋速比變小要求輔助制動力矩有較大提升，液力緩速器+發動機缸內制動可以同時滿足車輛在低、中、高速時的輔助制動需求，是牽引車輔助制動的最佳選擇。

輔助制動；液力緩速器；發動機缸內制動

引言

隨著汽車行業對道路安全的重視和國家法律法規的實施，行車輔助制動越來越受到重視，科技的進步讓輔助制動更有效，更智能，在行車制動中承擔著越來越多的制動任務。牽引車作為主要的公路運輸車型，有其自身的發展特點，匹配輔助制動也是大勢所趨。輔助制動大致分以下幾種：發動機排氣制動，發動機缸內制動，電渦流緩速器制動，液力緩速器制動等。

1 牽引車動力總成自身發展特點

受制于發動機技術的瓶頸，2010年以前，國內通用牽引車發動機排量不超過10升，功率不超過375 HP，最大輸出扭矩不超過2000Nm。典型的如濰柴WP10 336、WP10 375、玉柴YC6M 330、東風康明斯ILSe340、錫柴CA6DL2-35E3F 350等，發動機排量7-10升，功率330-375HP，輸出扭矩1500-2000Nm。隨著科技的進步，發動機發展日新月異，大排量大扭矩大功率發動機層出不窮，排量由7升增加到10升、11升、12升、13升，正在向15升發展。發動機功率也是一路增大，從330HP增加到350HP、375HP、385HP、400HP、420HP、430HP、480HP、500HP，2017年濰柴推出WP13 550發動機，功率550HP。輸出扭矩也一直在增加，范圍從1500Nm-2600Nm。徹底改點了“小馬拉大車”的局面。

2018年，GB1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》與七部委聯合發布的公路運輸法治超辦法統一，結束了55噸和49噸之爭，整車總質量不超過49噸。

整車總質量不變或略有降低，輪胎所需的驅動力就不變或略有降低，由于發動機功率及輸出扭矩增大，由輪胎＝發動機×變速器×橋速比可知，驅動橋的速比就會越來越小。牽引車驅動橋速比已由2010年前通用的5.962、4.11降低至現在的3.737、3.364、3.083，現在已有2.864、2.678的橋速比匹配。

大馬力發動機+小速比后橋已成為牽引車動力總成的趨勢，即“大馬拉小車”。由于橋速比變小，相同車速時，傳動軸轉速更低。輔助制動通常是作用在傳動軸上的，由輪胎制動力＝傳動軸制動力×橋速比可知，輔助制動所需最大制動力矩增大，且在傳動軸低轉速時需能達到較大的制動力矩。

2 牽引車輔助制動研究

2.1 發動機排氣制動

發動機排氣制動廣泛地應用在柴油發動機和氣體發動機上，牽引車應用廣泛。其工作原理為：在發動機排氣管上設置調節閥，通過該閥的關閉增加排氣行程的壓力，利用產生的負壓獲得制動力。一般情況下，排氣制動蝶閥安裝于發動機排氣歧管之上，通過關閉發動機排氣通道的辦法，使發動機活塞在排氣行程時，受氣體的反向壓力，減緩發動機的運轉速度而產生制動作用，從而達到控制車速的目的。排氣制動力與排氣量關系密切[1]。近年來，隨著發動機技術的發展，發動機排量增大較快，13升發動機排氣制動功率可達150-180kW，其制動力矩作用在發動機曲軸，制動力矩需要通過變速器增扭和后橋增扭后，才能傳遞到輪胎進行制動。在發動機高轉速低車速時，所需制動力矩大，制動功率小，由于變速器速比大，其制動效果尚可，但在高車速時，由于變速器速比小，其制動力矩會不足。綜上，發動機排氣制動本身制動力矩小，在低車速時制動效果較好，在中高車速時，其制動力矩會不足。

2.2 發動機缸內制動

發動機缸內制動主要分為泄氣制動和壓縮釋放制動。泄氣制動是通過控制排氣門使壓縮空氣在壓縮過程中從排氣門泄漏出去，從而減少了能量輸出，使發動機減速。壓縮釋放制動是當前主流的發動機制動技術，相較于排氣制動和泄氣制動，制動功率和效率也是最高的。壓縮釋放制動的原理是：四沖程柴油機在壓縮沖程終了時將排氣門打開，這時發動機在壓縮缸內空氣時所做的功被釋放到排氣系統，膨脹沖程便沒有能量回壓活塞，從而達到使柴油機減速的目的。壓縮釋放制動雖然比目前HPD(高功率制動)制動功率稍低，但相比較排氣制動、泄氣制動，輸出的制動功率已經有著明顯的優勢[2][3]。目前較流行的皆可博（Jack Brake）和濰柴的尤順制動都屬于壓縮釋放制動，其制動功率可高達300kW。由于其制動也要經過變速器和后橋增扭后作用到輪胎上，在中低車速發動機高轉速下，效果較好，但在高車速時，由于變速器速比小，其制動力矩略顯不足。

2.3 電渦流緩速器制動

電渦流緩速器利用電磁學原理把汽車行駛的動能轉化為熱能散發掉，從而實現減速和制動作用。電渦流緩速器部件總成包括：定子、轉子、控制器、驅動器、傳感器以及線束等。定子由非磁性材料組成，并相對車架固定，在它的周邊上均勻分布著多個鐵芯，鐵芯上繞有線圈，形成多個電磁鐵。在電磁鐵的外側安裝轉子，轉子用磁性材料制成，當緩速器工作時線圈通入電流，在線圈的周圍形成磁場，轉子在磁場中轉動時切割磁力線，在轉子中形成渦電流。磁場對轉子產生阻力，起到制動作用[4][5]。電渦流緩速器缺點明顯：自身重量大，制動力矩小，且長時間制動熱量無法散發工作溫度高，對鄰近部件有隱患，且存在嚴重的熱衰退，工作時電流大，影響整車其他電子元件等。電渦流緩速器很少匹配在牽引車上，目前只在客車上有使用，歐洲已基本淘汰電渦流緩速器。

2.4 液力緩速器

液力緩速器是以油液為工作介質，通過轉子帶動油液作用到定子上，由于油液的沖擊和阻尼作用產生制動力矩，汽車的動能也因油液的阻尼作用轉換為熱能，并由整車散熱系統將熱能散發。液力緩速器有以下特點：（1）可長時間、大功率制動，無熱衰退，瞬間制動功率可達600kW，持續制動功率300kW以上；（2）制動扭矩大，單位質量制動扭矩大；（3）制動柔和、平穩、無沖擊，整車舒適性好；（4）恒速模式制動力自動調節，可實現下坡定速巡航；（5）工作溫度低，對整車無潛在安全隱患，表面最高溫度小于150℃；（6）輕量化設計，體積小、質量輕，與變速器安裝于一體，不需額外增加輔助支撐；（7）控制電流小，對整車電氣系統無干擾；（8）軸向尺寸短，便于安裝拆卸；（9）支持遠程數據采集、故障診斷，產品智能化；（10）中高速制動效果好。

液力緩速器以其優越的制動性能逐漸被市場認可，牽引車匹配液力緩速器是大勢所趨。但液力緩速器也存在以下問題：（1）由于后橋速比變小，液力緩速器最大制動力需提升；（2）液力緩速器低轉速時制動力不足，需提升低轉速時其本身的制動力。

目前主流液力緩速器最大制動扭矩已由3200Nm提升至3800-4000Nm，如Voith 115 CT最大制動扭矩為3800Nm，法士特FHB400最大制動扭矩為4000Nm。低轉速時制動力小的問題可以通過以下途徑解決：（1）設計更大的定、轉子直徑，提升最大制動力矩，同時提高低轉速時的制動力矩；（2）增大液力緩速器與傳動軸之間的傳動速比，目前主流速比為2，一汽解放匹配法士特FHB400速比為2.13，斯堪尼亞緩速器速比可高達3以上；（3）使用超速檔變速器+大速比后橋，提升傳動軸轉速，低車速時制動效果提升，不影響整車動力性和油耗。

2.5 液力緩速器+發動機缸內制動

液力緩速器在車輛中、高速時制動扭矩大，制動功率大，但低車速時制動力不足。發動機缸內制動在車輛中、低速時制動力大，車輛高速時制動力、制動功率不足。液力緩速器和發動機缸內制動是優勢互補相輔相成的，液力緩速器+發動機缸內制動可以同時滿足車輛在低、中、高速時的輔助制動需求。

3 結論

（1）大馬力發動機小速比后橋已成為牽引車動力總成發展的趨勢，后橋速比變小要求輔助制動力矩有較大提升。（2）使用超速檔變速器+大速比后橋，可以在不影響整車動力性和油耗情況下，提升低車速時液力緩速器的效果。（3）可以通過設計更大的定、轉子直徑，提升液力緩速器最大制動力矩，同時提高低轉速時的制動力矩，或通過增大液力緩速器與傳動軸之間的傳動速比提升低轉速時的制動力矩。（4）液力緩速器+發動機缸內制動可以同時滿足車輛在低、中、高速時的輔助制動需求，是牽引車輔助制動的最佳選擇。

[1] 花偉.發動機排氣制動系統[J].中國西部,2017.10.

[2] 王侃侃,劉杰,石魁.柴油機缸內壓縮釋放制動技術分析[J].內燃機與動力裝置,2017.03.

[3] 王作函.Jake Brake發動機輔助制動裝置[J].商用汽車,2002.12.

[4] 張霞,聶玉明,王波,等.電渦流緩速器性能探討[C].中國客車行業發展論壇暨2015中國客車學術年會,2016.

[5] 何仁,衣豐艷.電渦流緩速器性能評價方法[J].中國公路學報, 2006.05.

Research on auxiliary braking of traction vehicle

Xiao Diandong

（Shaanxi Fast Gear Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710077 )

The matching of large power engine with small speed ratio rear axle has become the trend of powertrain development of traction vehicle, and the auxiliary braking is required to provide greater braking torque. This paper studies the development trend of several auxiliary braking. It is pointed out that hydraulic retarder and engine in-cylinder braking is the best choice for auxiliary braking of traction vehicle.

Auxiliary braking; Hydraulic retarder; Engine in-cylinder braking

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.023

U462

A

1671-7988(2019)10-64-03

U462

A

1671-7988(2019)10-64-03

肖殿東（1982-），男，工程師，碩士，就職于陜西法士特齒輪有限責任公司，主要從事液力緩速器開發及整車應用匹配工作。