法士特串联液力缓速器工作原理

2014-07-08王伟健

机械工程师 2014年9期

王伟健

（陕西法士特齿轮有限责任公司，西安710119）

0 引言

为了提高车辆安全性，国家相关部门出台了安装缓速器的相关强制措施，我国交通部《营运客车类型划分及等级评定》（JT/T325-2002）行业标准规定：大型客车高二、高三级、中型客车高二级必须安装缓速器；GB7258 的实施对整车安全性有了更高的要求，标准规定：危险货物运输车、总质量大于12 t 的货车应装备缓速器或其它辅助制动装置［1］。

相关的标准虽已出台，但是国内有关液力缓速器方面的资料文献非常少，国外公司又对关键技术进行封锁，国内生产液力缓速器的厂家为数不多，主要原因是相关技术难题较多，在解决诸多技术难题前，学习和掌握液力缓速器的组成、实现的功能和工作原理至关重要。

1 液力缓速器的组成

液力缓速器是一个集机、电、液、气、比例控制为一体的辅助制动装置系统，如图1 所示，其一般由液力缓速器机械总成、控制器（ECU）、操作手柄或脚动开关、CAN 端口、线束、指示灯组成。机械总成是产生制动力矩的主体装置；操作手柄或脚动开关是供司机操作并由它发出指令；控制器是接收指令并根据接收指令的不同信号进行判断并发出指令来控制机械总成上的执行装置——气动电磁比例阀；线束是用于连接机械总成、控制器、操作手柄、指示灯和CAN 端口的导线；指示灯用于显示缓速器的工作状态和故障代码信息；CAN 端口主要是用于控制器的电源取电和整车的相互通讯接口。

2 液力缓速器的功能

液力缓速器与整车匹配安装连接完成后，液力缓速器一般有以下4 个功能：

图1 液力缓速器系统原理图

1）恒速功能。在整车散热能力和制动力矩范围内，当缓速器工作在恒速挡位时，车速按设定值恒速下坡，车速波动变化不超过3 km/h，且无明显冲击。

2）制动功能。液力缓速器在不同制动挡位下（一般设置有4 个制动挡位），缓速器能实现相应制动力矩的功能。

3）车辆协调功能。当整车如ABS、油门、自动变速器等要求缓速器退出工作时，缓速器具备退出制动的功能，以及与整车其它设备或部件相协调通讯的功能。

4）故障报警功能。当液力缓速器出现故障或超过其设定能力时，液力缓速器能提供光学或声学报警信号的功能。

3 液力缓速器的工作原理

如图1，液力缓速器机械总成由气动电磁比例阀、热交换器、转子、定子、节流片、浮子阀、法兰盘、空心轴、缓速器壳体、缓速器盖子、油温传感器、水温传感器等组成。液力缓速器空心轴与缓速器法兰盘、变速器主轴通过内花键连接，转子与空心轴用螺栓固连，缓速器工作时空心轴、转子、连接法兰一同随变速器主轴转动。

整车启动，缓速器控制器ECU 实行自检功能，指示灯按厂家规定信息显示。如果系统检测正常，当需要液力缓速器产生制动力时，司机拨下手柄开关制动挡位或脚控开关，该信号被控制器记忆并发出相应指令，控制气动电磁比例阀的开启，来自整车的高压气体经过比例控制后输出一定的控制气压作用到由缓速器壳体和盖子组成的油池腔室上方，把工作介质汽机油或柴机油压入由定子和转子组成的工作腔内。在工作腔中，由于转子的高速转动使油液产生离心力并冲击到定子叶片上，而定子叶片对旋转的油液产生相反的作用力，该作用力即为缓速器的制动扭矩，该制动扭矩通过空心轴传递到变速箱输出轴上，从而达到对传动系统的制动减速作用。与此同时机械能被转化成热能，油液被加热使得油温升高，旋转的高温高压油在离心力作用下经一节流阀流入热交换器；热交换器内部为水层、油层相间排布的结构，来自整车的冷却液（见图2、图3 与高温油液相向流动，通过热量交换把高温油热量带走，油液被冷却后又被压入油池内或直接循环流回工作腔中，使缓速器可以产生持续的制动扭矩。

当制动功率过大，超过整车散热能力或超过热交换器交换能力，出现水温或油温超温的现象，指示灯先按照预先设定的程序对用户进行提示/警示，而后液力缓速器进入保护模式，进行相应的降扭或解除制动。

当缓速器手柄开关仍在制动挡位，没有或忘记关闭手柄，此时需要踩油门使车辆加速前进，液力缓速器控制器识别通过CAN 总线发来的信号后，实现缓速器解除制动的功能。

当缓速器拨入空挡（退出工作）后，控制器接收信号并发出指令信号使得控制阀断电，油池中的控制气压流经控制阀内部排向大气，油不再进入工作腔，工作腔内的油液在离心力的作用下被甩出工作腔，经热交换器流回油池，油池内油液液面升高，缓速器实现制动力解除工作。

图2 发动机为内置节温器结构时液力缓速器在整车上的布置图

图3 发动机为外置节温器结构时液力缓速器在整车上的布置图

4 装液力缓速器时整车水路的设计

液力缓速器是借助整车发动机冷却水将热量不断循环带走并耗散掉，为了保障发动机水温偏高而影响发动机的正常工作，在连接液力缓速器时一般使用热水回路，水路流向为：发动机出水口→液力缓速器热交换器进水口→热交换器出水口→节温器→水泵入口（或散热水箱（走大循环）→水泵入口）→发动机出水口。为了最大可能地利用好整车散热能力，水路设计时需确保100%的冷却水流经缓速器热交换器。当发动机为内置节温器结构时（对于特殊专为液力缓速器开发的发动机除外），需按照图2 所示，将原发动机的节温器芯子摘除，将原节温器对应的小循环水路封堵，新增外置节温器以及小循环水路；当发动机为外置节温器结构时，可以直接按照图3 所示结构简图进行设计水路。