一种牵引车匹配液力缓速器的研讨

李喜鹏

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

一种牵引车匹配液力缓速器的研讨

李喜鹏

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

车辆辅助制动系统迅速发展，液力缓速器就是其中一种，液力缓速器作为重型汽车的标准配置将是发展趋势。

液力缓速器；重型车辆

Abstrac：hydraulic retarder is one of various vehicle auxiliary braking system、hydraulic retarder as heavy car standard will be the trend of development

Kedword：hydraulic retarder；heavy vehicle

CLC NO.:U463.5Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-57-03

引言

随着物流业的发展和道路条件的改善，重型汽车的行驶速度和运营里程有很大的提高，而传统的摩擦片式制动装置越来越不能适应长时间、高强度的工作需要。而且频繁或长时间地使用行车制动器，出现摩擦片过热而出现热衰退现象，严重时导致制动失效，威胁到行车安全。车辆也因为频繁更换制动蹄片和轮胎导致运输成本的增加。为了解决这一问题，应运而生的各种车辆辅助制动系统迅速发展，液力缓速器就是其中一种，随着新GB 7258的标准将要实行，液力缓速器作为重型汽车的标准配置将是发展趋势。

1、液力缓速器工作原理

液力缓速器工作时，压缩空气经电磁阀进入储油箱，将储油箱内的变速器油经油路压进缓速器内，缓速器开始工作。转子带动油液绕轴线旋转；同时，油液沿叶片方向运动，甩向定子。定子叶片对油液产生反作用，油液流出定子再转回来冲击转子，这样就形成对转子的阻力矩，阻碍转子的转动，从而实现对车辆的减速作用。工作液在运动过程中使进出口形成压力差，油液循环流动，通过热交换器时，热量被来自发动机冷却系统的冷却水带走。液力缓速器的工作原理图如下图所示：

2、缓速器制动的特点及优势

（1）缓速器的制动力力矩

液力缓速器的制动力矩基本计算形式：

其中式中：D—转子有效循环直径，m；n—转子转速，r/min；λ—制动力矩系数（与叶轮外形有关）； ρ—流体介质的密度；g—重力加速度。

当缓速器放在变速器后端输出时，液力缓速器制动力矩

其中 式中：va—汽车车速，km/h；ig—变速器传动比；i0—主减速器传动比；r—车轮半径；iz—增速装置传动比。通过上面公式可知，并联液力缓速器的制动力矩除与转子有效循环直径D、制动力矩系数λ等本身性能参数有关外，还与整车的车速、后桥速比和轮胎半径等参数有关。

(2) 适用于长时间连续制动，提高汽车行驶安全性

液力缓速器能长时间连续为车辆提供制动力，尤其是当车辆在长下坡到下行时，液力缓速器可承担制动系统30%-80%的负荷，可以使车辆主制动次数显著减少，可以避免制动器热衰退而引发的安全事故，这一优点特别适用于长期山区行驶的重型商用车和城市公共汽车。

(3) 减少机械制动器磨损，提高经济性

液力缓速器在工作时机械磨损小，其寿命之长远比非液压制动器和摩擦制动器可比，可提供车辆高速行驶时80%的制动力矩，可减少行驶制动的磨损，为客户节约维修费用，提高运输效率。

(4) 提高车辆的舒适性

汽车下长坡时，不需要频繁变换变速器档位，可以减轻驾驶员的强度，液力缓速器工作平稳，能够提供平滑、渐进、安静的减速制动力，可以缓和制动所造成冲击和噪音，可以提高车辆在制动过程中乘坐舒适性。

(5) 提高汽车的环保性能

液力缓速器是非接触式制动，没有摩擦材料的磨损和制动噪音，可以减小制动器的粉尘50%以上，因此可以减少对环境的污染。

3、缓速器与整车匹配

随着新的国标GB12676将要实施，新国标对长途运输车制动性能有很高的要求，从欧洲的先进经验来看，长途运输车辆匹配缓速器是最好的选择，为了适应未来技术发展趋势，和做好提前技术储备和预应，在HFC4250K5R1LT_Y4T40车型上匹配某型并联液力缓速器，下面是此车型匹配该型液力缓速器的匹配计算流程；HFC4250K5R1LT车型的主配置参数列表如下：

表1 整车配置参数

整车匹配液力缓速器主要考虑两大方面，第一是缓速器与整车匹配，整车主要参数能否（如后桥速比等）能否使缓速器在最优情况下工作。第二是对缓速器冷却的考虑，整车在下长坡时，产生非常大热量，这些热量需要通过整车的冷却系统散发出去，所以整车匹配缓速器时冷却系统是需要充分考虑的。

表2 缓速器的性能参数

（1）缓速器的匹配（缓速器外特性曲线图）

当车辆利用液力缓速器滑行下坡时，车辆所受到的力分析可以表达为：

其中Fh，Fg，Fk，Fp，Ff，分别代表缓速器制动力，车辆惯性力、车辆空气阻力，车辆的坡道力和车辆的滚动阻力。

HFC4250K5R1LT车型匹配的缓速器的型号已经确定，最大制动力矩等参数一定，缓速器制动力矩最终通过后桥放大，作用在轮胎上，转化为整车的制动力，整车制动力的公式为：

整车的空气阻力根据汽车理论的计算公式为：

(Cd为风阻系数为，A为迎风面积为)

整车的滚动阻力根据汽车理论的计算公式为：

（f为滚动阻力系数,α为坡度）

整车的惯性力根据汽车理论的计算公式为：

（δ汽车旋转质量换算系数）

车辆的坡道下滑力计算表达式为：

所以公式3-1可以表达为：

当整车在恒速下坡时，车辆的惯性力等于零，这上面公式3-2可以改写为

代入整车参数m=55000kg，Cd=0.8，A=7，f=0.012，α=6%,将以上数据代入公式3-4，公式可以得到车速与整车质量的关系式：

液力缓速器能够恒速的车速范围为25km/h～80 km/h，代入公式3-5可以当整车能够恒定最高v=80 km/h时，这时可以计算出整车最高质量为m=33800kg。通过以上匹配计算，液力缓速器能够制动最大整车质量为m=33800kg。

HFC4250K5R1LT车型设计最大总质量为55000kg，远远超出理论计算液力缓速器能够制动的最大总质量，通过以上匹配设计，建议整车在质量不超过33800kg，如果客户使用超过该质量，液力缓速器制动效果较差。

（2）冷却能力的匹配

缓速器制动效果的好坏与缓速器本身性能和整车冷却能力密切相关，即使缓速器的制动能力达到整车制动能力的要求，但整车在行驶长下坡，和整车质量较重时，由于需要需要巨大的能量，而整车散热能力不能够达到缓速器的要求，所以缓速器也不能正常工作，所以整车匹配缓速器时，整车的冷却能力是必须重点考察点，如果整车冷却能力达不到要求，液力缓速器的制动效果将大大降低。

根据GB12676汽车辅助制动性能试验要求，下坡制动中车辆所消耗的能量相当于在相同时间内车辆以30km/h的平均速度在6%的坡度上，下坡行驶6km所消耗的能量，计算时要考虑车辆1%的滚动阻力，虽然上面匹配计算缓速器匹配HFC4250K5R1LT型牵引车的最高总质量为33800kg，但根据国内重卡情况，对液力缓速器液能够充分冷却的原则，计算液力缓速器冷却能力的整车满载总质量按照设计总质量为55000Kg，所以该车按GB12676试验要求，下坡所需要消耗的能量整车在12分钟需要消耗的制动功率

通过上面当量匹配计算的，HFC4250K5R1LT车型冷却系统设计时，不但要满足发动机冷却系统的要求，同时也要考虑液力缓速器的冷却要求，通过上面的当量计算方法可知，当车辆下长坡时，缓速器需要消耗的制动功率为224kW，也就是冷却系统设计时，冷却系统的功率要远大于224kW。

缓速器制动效果的好坏与缓速器本身性能和整车冷却能力密切相关，即使缓速器的制动能力达到整车制动能力的要求，但整车在行驶长下坡，和整车质量较重时，由于需要需要巨大的能量，而整车散热能力不能够达到缓速器的要求，所以缓速器也不能正常工作。

4、小结

根据国际经验，重型车和城市公交车匹配液力缓速器是未来发展的趋势，而国内匹配液力缓速器只是刚刚起步阶段，液力缓速器匹配整车的理论计算方法等理论指导书籍相对较少，本文主要是研讨整车参数已经确定的情况下，理论计算整车匹配缓速器对整车载重和冷却系统的影响，通过以上的理论计算，该车型设计载重超出了液力缓速器所能达到最好的制动总质量，该车型的总质量较大，液力缓速器的制动能力将大大降低，如果要使液力缓速器在最优状态下工作，可以降低整车最大总质量。

整车匹配液力缓速器对整车冷却系统要求更高，通过本文理论计算，要使液力缓速器能够充分工作，冷却系统的冷却功率要达到224kW，该值可以作为冷却系统的设计参考。

The study of a tractor matching of hydraulic retarder

Li Xipeng
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Heifei 230601）

U463.5

A

1671-7988(2014)07-57-03

李喜鹏，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。