汽车电涡流缓速器综述

2011-04-14王意东何太碧西华大学交通与汽车工程学院四川成都610039

长江大学学报(自科版) 2011年13期

王意东，何太碧（西华大学交通与汽车工程学院，四川成都610039）

我国国土面积广阔，山区面积占很大比重，道路崎岖，路窄坡陡，坡长弯多，长期行驶在山区的货车或客车因持续制动，制动鼓温度会急剧升高（500～600℃），导致制动效能下降或失效，轮辋温度升高还可能导致爆胎，从而引发安全事故。汽车电涡流缓速器是一种非接触式、高效动态辅助制动系统，在汽车常规制动系统中增装电涡流缓速器辅助制动系统，可以有效避免上述弊端。为此，笔者对汽车电涡流缓速器加以介绍。

1 国内电涡流缓速器发展概况

电涡流缓速器是一种非接触式辅助制动系统，俗称 “电刹”，因其可以有效提高汽车的安全性能。欧洲各国已于20世纪30年代在货车上安装电涡流缓速器，因其有效提高重型汽车的安全性能，许多国家将其规定为标准件安装在相关汽车上。1964年上海客车厂曾研制过电涡流缓速器，但由于种种原因，该项目没有获得成功。直到2001年，才研制出首批电涡流缓速器并装配在3000辆客车上，由于看好电涡流缓速器市场前景，众多厂家纷纷进入汽车电涡流缓速器制造行业，鼎盛时期有70多家生产厂家［1］，导致该产品的质量良莠不齐，最终大部分厂家被整合或淘汰，目前有20余厂家从事汽车电涡流缓速器制造，其技术水平较国外尚有一定差距。近几年来，由于我国汽车行业的快速发展，电涡流缓速器的研发工作也处于快速发展阶段。

2 电涡流缓速器结构及工作原理

2．1 电涡流缓速器结构

图1 电涡流缓速器结构简图

电涡流缓速器由机械部分和电气部分组成（见图1）。机械部分包括定子、转子以及支撑架，其主要内容如下：①定子。该结构是缓速器的主要工作部件，在定子圆周方向均匀地固定安装有8个高导磁材料制成的铁心，线圈套在铁心上，铁心起增大磁通的作用。定子通过固定支架刚性安装在车架上（或者驱动桥主减速器外壳上，也可安装在变速器后端盖上），定子相对于车架静止不动。②转子。该结构呈圆环状，由2片前后对称、带散热叶片的转盘组成，前后2转盘中间通过连接环将其固定为一体，前后转盘通过法兰或凸缘与传动轴相连，并随传动轴一起高速旋转。转子一般用导磁率高且剩磁率低的铁磁材料制成。定子和转子之间有一定气隙，可以相对转动。综合考虑缓速器的性能要求以及运行可靠性，定子和转子之间的气隙一般在0．5～1．5mm之间。电气部分包括控制系统、ABS连接器、车速信号传感器、制动压力传感器、手控开关信号以及指示灯，其主要内容如下：①控制系统。该结构是电涡流缓速器各种信号的集中分析及处理中心，对缓速器的工作状况发出指令。②车速信号传感器。该结构用于收集车速信息，并将信号传输给控制系统。③制动压力传感器。一般为线性型传感器，其产生的电信号向控制系统传输以调整缓速器的励磁电流量值的大小。④ABS连接器。该结构由数十个数字逻辑电路构成，能根据车辆的行驶状况自动控制缓速器的工作状态。如果ABS发现某个车轮打滑，控制器将立即终止缓速器的制动作用。车轮打滑一旦结束，缓速器又进入待工作状态，始终保持缓速器的制动力矩在地面附着力的范围内。另外，当ABS有故障时，控制系统将切断电涡流缓速器的脚控功能，手控制动仍然有效，以保证行车安全［2］。因此，电涡流缓速器和ABS系统是兼容的。⑤指示灯。安装在仪表板上，显示电涡流缓速器的当前工作状态。

2．2 工作原理

根据电磁感应原理，定子励磁线圈通电后，在其周围产生磁场，磁力线在绕组、铁心、气隙及转子之间形成闭合回路。缓速器的转子从表面上看不是一个闭合导线，但从微观角度看是一个由无数个闭合导线构成的集合体［3］。当转子随传动轴旋转时，其内部无数个由闭合导线所包围的面积内的磁通量会发生周期性的变化，从而在转子内部产生无数涡旋状的感应电流（简称电涡流）［4］。涡电流产生的磁场总是阻碍引起涡电流磁通量的变化，即转子内部新磁场与原来定子励磁线圈产生的磁场相互作用。由楞次定律可知，运动导体上的感应电流所受的磁场力（安培力）总是反抗（或阻碍）导体的运动，因此，转子周向将受到阻碍转子转动的合力的影响，最终使汽车减速。当汽车运行时，电涡流缓速器的具体工作过程如下：①当车速传感器探测到汽车处于行驶状态且行驶速度大于5km／h时，车速传感器将信号传输给控制系统，控制系统经分析处理并发送指令给电涡流缓速器，使其处于待工作状态。②当气压传感器探测到驾驶员将要减速而脚踏制动踏板（或手控开关处于工作状态）时，气压传感器把制动总泵中的气压大小信号传输给控制系统。③控制系统给励磁线圈通电，启动电涡流缓速器，并根据气压大小调节定子励磁线圈电流大小，以达到调节电涡流缓速器制动力矩的作用。

3 电涡流缓速器的安装方式

目前，安装电涡流缓速器的方式有3种，即安装在传动轴中间、安装在变速器后端盖上和安装在后桥主减速器外壳上，具体内容如下：①安装在传动轴中间（见图2）。其优点是电涡流缓速器相对独立，对整车动力系统几乎没有影响，缺点是需定期润滑保养。②安装在变速器后端盖上（见图3）。其优点是缓速器由辅助支架支撑，减少了对变速器壳体的影响，缺点是变速器、离合器拆装不便。③安装在后桥主减速器外壳上（见图4）。其优点是变速器、离合器拆装方便，缓速器维护、保养方便，缺点是因缺少辅助支撑，车辆颠簸严重时对主减速器壳体、输入轴、轴承、油封等有一定影响。

图2 电涡流缓速器安装在传动轴中间

图3 电涡流缓速器安装在变速器后端盖上

图4 电涡流缓速器安装在后桥主减速器外壳上

4 应用效果

电涡流缓速器在保障汽车安全方面具有如下优势：①能够分担大部分制动负荷（30%～80%），大大降低了制动鼓温度。②低速响应性能好，可以在较宽的转速范围内提供动态、高效的制动力矩。③由于电涡流缓速器独立于主制动系统，即使电涡流缓速器发生故障也不影响主制动系统的正常工作。④采用电流驱动，电涡流缓速器的响应快（约40ms），比液力缓速器的响应时间快20倍。

使用电涡流缓速器可提高经济效应。由于电涡流缓速器工作方式为非接触式，不存在摩擦作用，因而日常维护简单，维护成本低。另外，电涡流缓速器分担了大部分的制动力矩，提高了车轮制动器的使用寿命，使间接经济效益增大。

由于传统制动系统工作时，制动片在摩擦过程中会产生很多有害的粉尘，而使用电涡流缓速器可以承担大部分的制动负荷，从而大大降低了传统制动系统对环境造成的不利影响。