一种液力缓速器在重卡上的应用

刘洁浩，梁丽娟

（安徽江淮汽车技术中心，安徽 合肥 230601）

引言

随着我国经济和道路交通事业的发展，重型汽车的运输得到了很大的提高。我国地形复杂，山区丘陵地带在国土面积中占有相当大的比例，车辆行驶过程中不可避免地会遇到长时间下坡等情况，需要对车辆进行持续制动。加上车辆都向高功率、高负载的方向发展，越来越重型化和高速化，对车辆的性能提出了非常严格甚至苛刻的要求。但车辆行车制动器的制动效能在世界范围内还没有较大突破，由于受空间尺寸的限制，其散热能力有限等原因，在车辆频繁制动或持续制动的条件下会出现高温积累，造成过热现象，使制动器的摩擦系数减少，磨损增加，严重时还有可能导致制动失效引发安全事故。现在，在原车基本的制动系统之外，通过缓速器制动来辅助车辆减速的技术，已经越来越受到人们关注。特别是液力缓速器最大制动扭矩分布范围大，效果稳定，液力缓速器在重型汽车的匹配将越来越广。

1 液力缓速器工作原理

当缓速器工作时：

控制系统将油槽中的润滑油泵入定子与转子之间的工作腔，由转子通过增速齿轮组与传动轴相连，而定子固定在缓速器的外壳上；转子受到传动轴驱动带动润滑油一起旋转，润滑油的粘性作用，使转子受到定子的粘滞阻力产生的制动扭矩从而降低转速，使得传动轴转速降下来；随着传动轴转速的下降，车速也逐渐下降，产生缓速作用。车辆的动能变成热量使油温升高，热量经车辆的冷却系统散去。

当缓速器解除工作时：

控制系统将油释放出油槽，通过在缓速器循环腔内设计安装活动叶片环，将缓速器工作腔在无油时的阻尼控制在很小的范围，从而保证了整车的燃油经济性。

图2 液力缓速器的冷却原理图

图1 液力缓速器的工作原理图

2 缓速器与整车的匹配

2.1 缓速器布置位置选择

对于常见的缓速器布置形式主要两种：1）装在变速器之前的布置形式的，2）装在变速器后端的布置形式。

液力缓速器的制动力矩基本计算形式：M=λρgD5n2

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。

其中，式中：va—汽车车速，km/h；i0—主减速器传动比；r—车轮半径；iz—增速装置传动比。

缓速器布置变速器前端与布置在变速器后端，缓速器的输出制动力与速度关系如下所示：

图3 输出制动力与速度关系图

由以上可以看出：缓速器不知在变速器前端时，换挡时没有制动力输出，制动性能受发动机转速的影响较大，不稳定， 高挡位时，制动扭矩较弱。

缓速器不知在变速器后端时，可以保持稳定持续的制动，制动性能基本不受发动机转速的影响。

故某重卡选取将缓速器布置在变速器后端。

2.2 制动力矩选择

缓速器在制动力矩大小与缓速器的输入转速相关，而缓速器的输入转速取决于传动轴转速，某两种液力缓速器外特性曲线如下图所示：

图4 特性曲线图

由以上可以看出，某4000N.m液力缓速器在车速40km/h—80km/h范围，缓速器的制动力矩保持在最大输出力矩4000n.m不变。某 3200N.m液力缓速器在车速 40km/h—100km/h范围内，缓速器的制动力矩保持在最大输出力矩3200n.m不变。

某HFC4250K5R1LT重卡车型空载：最高车速110km/h，经济车速 90-100km/h满载：最高车速 100km/h，经济车速85-95km/h，3200N.m液力缓速器的制动力矩能更好的发挥，考虑到整车经济车速及成本，初步选择匹配3200N.m液力缓速器。

某HFC4250K5R1LT重卡车型的主配置及液力缓速器参数列表如下：

表1 整车配置参数

表2 缓速器的性能参数

当车辆只利用液力缓速器恒速下坡时，车辆制动系统不使用，车辆所受到的力分析可以表达为：

其中 Fh，Fp，FfFk，分别代表缓速器制动力，车辆的坡道力，车辆的滚动阻力，车辆空气阻力。

缓速器转化为整车的制动力，整车制动力的公式为：Fh=M i0/r。

整车的空气阻力根据汽车理论的计算公式为：Fk=CdAv2/21.15。

整车的滚动阻力根据汽车理论的计算公式为：Ff=mgfcos α（f为滚动阻力系数，α为坡度）。

车辆的坡道下滑力计算表达式为：Fp=mgsinα

所以公式4-1可以表达为：

代入整车参数M=3200 N.m，Cd=0.8，A=7，f=0.012，α=6%，i0=3.86，r=0.517m,将以上数据代入公式4-2，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40km/h～100 km/h，代入公式4-3 公式，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=17037kg。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=17037kg。

HFC4250K5R1LT车型设计最大总质量为25000kg，超出理论计算液力缓速器能够制动的最大总质量 17037kg，通过以上匹配设计，整车在质量不超过 17037kg，缓速器可满足恒速下坡要求，不需要使用整车制动系统。如果客户使用超过该质量，车辆不能保持恒速行驶下坡。如果车速快起来，则利用行车制动辅助缓速器使车速降至恒速车速。

2.3 冷却水路的布置

图5 冷却水路图

液力缓速器的冷却与发动机冷却系统共用，液力缓速器的冷却水路必须设计成使发动机的水 100%流经缓速器热交换器。冷却水温度控制节温器开启，节温器开启缓速器冷却水路为大循环，节温器关闭，缓速器冷却水路为小循环，如图5（左为小循环，右为大循环）所示。

某重卡缓速器冷却水路布置如下所示：

图6 水路布置图

某重卡缓速器冷却水路布置其它注意事项：

（1）必须重新设计合理的膨胀水箱的容积，膨胀水箱容积不能小于总冷却水容积的15%-20%。

（2）缓速器热交换器进水口为热水端，尽量不要采用冷水端。因为采用冷水端不能使全部水流量到发动机，使用缓速器时发动机水温大幅变化，有时会造成发动机水温报警。

（3）合理布置水路走向，采用管径相对较大的水管，减小水阻可提高整车散热能力，一般要求：Ф≥50mm。

（4）一定要做好管路的排气，管路排气的原则是在高于发动机和冷却水箱的管路的最高点加排气管。

（5）必须保证冷却系统和水管可靠地通风。

（6）各水管必须支承或用管夹固定在驱动装置上，不能布置在车架上，管夹之间最大间距为1m。

（7）暖风的取水口一定要在缓速器的出水管路上。

3 总结

根据国际经验，液力缓速器最大制动扭矩分布范围大，制动效能稳定，没有磨耗等优点，重型车匹配液力缓速器是未来发展的趋势。本文主要是针对某重卡车型匹配液力缓速器，通过理论分析选取缓速器布置形式、扭矩大小、冷却水路布置方式，并介绍了冷却水路布置的一些注意事项。

整车匹配液力缓速器除上述分析及注意事项外，还需要对缓速器控制系统进行布置及对缓速器整车状态使用情况进行试验标定等工作。