自动变速器液力缓速器工作原理及试验研究

郑 伟，孙文涛

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

自动变速器液力缓速器工作原理及试验研究

郑 伟，孙文涛

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

通过分析自动变速器液力缓速器的工作原理，得出了重型车辆安装液力缓速器的必要性。通过试验研究液力缓速器的工作过程以及缓速能力，得出了相关的测量曲线数据。研究结果表明，使用液力缓速器对提高行车制动器的寿命以及行车安全性都有很好的辅助作用。

液力缓速器；制动器；辅助作用

0 引言

汽车的安全性一直以来都很重要，特别是在汽车运输业蓬勃发展的今天，要求车辆有更高的运营效率，因此车载增加，车速提高。行车制动器的制动能力由于受到多种因素的限制，下长坡长时间持续制动和高速制动时，制动衬片极易磨损或烧损，降低时动器寿命，影响到行车安全。而液力缓速器吸收制动能量最高能达到制动能量的90%，可保持车辆以高的平均车速行驶，有效辅助行车制动器，提高车辆运营效率，降低维修成本，使行驶更安全。

1 工作原理

液力缓速器是由定子、转子、壳体和一个控制阀阀体模块构成（图1），转子与变速器输出轴通过花键联结，并因此与输出轴同速旋转。缓速器定子、转子和壳体都有整体式叶片。转子在固定的定子和缓速器壳体间转动。当缓速器壳体充入变速器油并加压时，缓速器开始作用。此时，加压的变速器油就会阻碍并减缓转子、输出轴和车辆的速度。缓速器腔体中的变速器油一开始由一个储存变速器油的外部储能器充入。当缓速器不工作时，变速器油重又从缓速器排出从而储能器又被重新充满变速器油。

图1 液力缓速器结构图

一般来说缓速器可装在输入轴上也可装在输出轴上，下面通过一个力学模型来分析各自优劣。如图 2，将整个变速部分简化为一对齿轮传动，则变速器输入转矩Mi与输出转矩Mo之比应该满足：

1）若是变速器处于低档，传动比i>1，则后置(安装于输出轴)缓速器所需制动力矩加大。

2）若是变速器处于超速档，则情况正好相反，后置缓速器所需制动力矩减小，尺寸亦减小。等流量条件下需要加大缓速器尺寸。

图2 变速器简化模型

液力缓速器基于能量转换原理，与其他的制动方式一样，都是将车辆的动能转变为热能，然后散耗到大气中。车辆恒速下坡时制动系统所要消耗的能量W，

式中：m为车辆质量，kg；g为重力加速度，m/s2；H为坡道高度，m；

制动器或缓速器单独工作时，就是要将车辆的动能转换成热能散掉，保持制动或缓速的能力。车辆制动对于液力缓速器来说，随冷却系统散热能力的提高，其缓速能力也是随之增强，液力缓速器通过发动机冷却系统散热。由于液力缓速器和发动机不同时工作，因此，在正常情况下，不会增加发动机的热负荷。下长坡后可立即停车、驻车[1]。

缓速器的缓速能力是由缓速器控制阀阀体里的部件和外部缓速器控制系统所要求的缓速程度来决定的。缓速器可有低、中、高三种缓速能力的配置。

2 试验研究

以HD4070PR变速器(如图3)为例进行试验研究液力缓速器的工作原理以及缓速能力。在HD4070PR变速器输出模块中装有液力缓速器，它有以下几大作用：1）帮助停车2）在坡度很陡时，帮助控制汽车下坡速度；3）延长行车制动器的寿命；4）增强对车辆的控制。缓速器液压系统组成如图3所示，此时为缓速器未工作状态[2]。

图3 HD4070PR自动变速器结构简图

当路面状况需要且油门开度小于10%时，可手动控制缓速器开通，但在ABS功能工作时，系统将自动停止缓速器工作。通过手柄控制器操作者可以根据情况选择高中低的任一级。

缓速器控制阀电磁阀H被以一个固定的占空比通电，这使系统主控油压推动缓速器控制阀心克服弹簧力下移。此动作将同时产生两个效应，一是允许系统主油压进入缓速器充油油路的通道将被打开，缓速器充油开始，其压力取决于占空比和弹簧的刚度；二是打开另一个通道，将主油压引至流量控制阀，推动其左移。此时，ECU再向缓速器储能器电磁阀N满负荷供电，N全开。车辆气压被允许作用在储能器活塞上，推动活塞右移，将其储存的变速器油充入缓速器室中。在这两个压力的同时作用下缓速器内不断有油液补充，变速器油产生的阻力阻碍位于缓速器室里转子的转动，达到减速效果。这一过程中变速器油的流动路线是：通过缓速器，经流量控制阀到冷却器，再经冷却后返回到缓速器室。在缓速器作用期间，从变矩器流出的变速器油直接进入润滑油路。经试验分析，缓速器控制电磁阀H的占空比是由以下参数决定的：

1）缓速器手柄位置；

2）变速器输出轴转速，当转速在标准范围内时，缓速能力(充油压力)达到所允许的最大值，当高于或低于标定数值时，ECU将调整充油压力，当输出轴转速低于165r/min～450r/min时，缓速器将停止工作；

3）缓速器内的变速器油温；

4）所在的变速器档位。

图4 HD4070PR自动变速器缓速器系统

如图5所示，液力缓速器的充油压力随着驱动电磁阀的占空比的增大而增大，其缓速能力即输出轴转矩也随之增大。可看出：液力缓速器的缓速能力取决于缓速器的充油压力、输出轴转速。即缓速器的缓速能力可根据实际行驶工况进行实时调节。

在缓速手柄处于不同位置时，其缓速器所能够提供的阻力扭矩如图6、7所示。可看出：在不到3s的时间内缓速器即达到最大缓速能力，在输出轴转速在1000r/min时，其缓速能力最大，最大可达3000N·m，随车速的提高，其缓速能力逐渐降低。即在发动机较低转速时缓速器能够得到较好的缓速效果。

图5 HD4070PR自动变速器缓速器试验曲线

图6 液力缓速器的缓速能力

图7 液力缓速器缓速能力随时间的变化

3 结论

通过理论分析以及试验研究，可看出：液力缓速器对提高制动器寿命以及行车安全性都有着很好的辅助作用。因此，由于液力缓速器的诸多优点，在车辆上尤其是在重型车辆以及大型农用车辆上已经越来越多的得到应用[3]。

[1]吴修义.德国福伊特(VOITH)液力缓速器[J]. 汽车与配件, 2005(33): 30-33.

[2]艾里逊实业有限公司技术部.艾里逊自动变速箱MD/HD/B/T/MH系列工作原理[G]. 通用汽车公司,2001.

[3]杨凯华,郑慕侨,阎清东,等.车辆传动中液力减速器的技术发展[J]. 工程机械, 2001(6): 32-35.

《海洋工程装备工程实施方案》出台

“到2016年，我国海洋工程装备实现浅海装备自主化、系列化和品牌化，深海装备自主设计和总包建造取得突破，专业化配套能力明显提升，基本形成健全的研发、设计、制造和标准体系，创新能力显著增强，国际竞争力进一步提升。到2020年，全面掌握主力海洋工程装备的研发、设计和制造技术，具备新型海洋工程装备的设计与建造能力，形成较为完整的科研开发、总装建造、设备供应和技术服务的产业体系，海洋工程装备产业的国际竞争能力明显提升。”5月7日，国家发展和改革委员会在其官方网站公布《海洋工程装备工程实施方案》（以下简称实施方案），明确了我国海洋工程装备制造业发展的总体思路、工程目标、主要任务、组织方式和保障措施。

据介绍，实施方案由国家发改委、财政部、工业和信息化部会同科技部、国家海洋局、国家能源局、国务院国资委、教育部、国家知识产权局等部门联合编制，旨在贯彻落实《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，加快推进海洋工程装备制造业持续健康发展。

实施方案要求，按照“市场为牵引、创新为驱动、总装为龙头、配套为骨干”的发展思路，面向国内国际两个市场，充分发挥企业市场主体作用和政府引导推动作用，重点突破深远海油气勘探装备、钻井装备、生产装备、海洋工程船舶、其他辅助装备以及相关配套设备和系统的设计制造技术，加强创新能力建设和工程示范应用，促进第三方中介服务机构发展，全面提升我国海洋工程装备自主研发设计、专业化制造及系统配套能力，实现海洋工程装备产业链协同发展。为此，实施方案提出了5大主要任务：加快主力装备系列化研发，形成自主知识产权；加强新型海洋工程装备开发，提升设计建造能力；加强关键配套系统和设备技术研发及产业化，提升配套水平；加强海洋工程装备示范应用，实现产业链协同发展；加强创新能力建设，支撑产业持续快速发展。

参与实施方案编制的政府有关部门负责人接受记者采访时表示，2012年国务院印发的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中明确了7大战略性新兴产业的20项重大工程发展路线图。而此次出台的实施方案既是对海洋工程装备制造业发展路线图的细化和延伸，更是对研究制定深海资源勘探专项鼓励政策要求的贯彻落实。实施方案将充分发挥市场配置资源的决定性作用，以市场需求为导向，着力营造良好的市场竞争环境，激发各类市场主体的积极性。针对薄弱环节和瓶颈制约，有效发挥政府的规划引导、政策激励和组织协调作用，以提升我国海工装备制造业的设计建造能力、创新发展能力和国际竞争力。实施方案将重点目标放在突破深远海油气勘探装备、钻井装备、生产装备以及相关配套设备和系统的设计制造技术方面，力求通过加强创新能力建设和工程示范应用，全面提升自主研发设计、专业化制造及系统配套能力，推动产业链协同发展，这对于我国海工装备制造业实现从技术跟随到技术引领、从规模扩张到质量提升、从要素支撑到创新驱动的转变具有重大的指导意义。

Principle and Research of Hydrodynamic Retarders of Automatic Transmission

ZHENG Wei, SUN Wen-tao
(Chinese Automotive Technology & Research Centre, Tianjin 300300, China)

Based on analyzing work principle of hydrodynamic retarders of automatic transmission, the necessity of installing the hydrodynamic retarder on heavy vehicles are proved. By studying the work processes and retarding ability of hydrodynamic retarders,the related measure curve can be obtained. Finally, the article makes a conclusion that installing hydrodynamic retarder can play an assisted role in increasing the lifespan of travel brake and improving driving safety.

hydrodynamic retarder; brakes; assisted role

U463.22

A

郑伟（1980-），男，工程师，硕士。主要研究方向为汽车电子与新能源系统的开发与其工艺设计。