不同的风扇控制方式对缓速器使用效果的影响

王伟健，陈俊宇

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）

引言

液力缓速器，作为一款智能制动产品，是商用车的重要组成部分。在商用车传动系统中，如果说发动机决定了一辆汽车速度，那么缓速器就决定了汽车行驶中的安全性。特别是在长下坡路段，一辆安装了缓速器的车，即使是满载货物时，也可以在不踩刹车的情况下，控制整车以恒定的速度匀速下坡，安全抵达。液力缓速器通过将整车的机械能转化为工作介质的热能实现制动，可有效解决连续制动导致的刹车片过热、刹车失灵等问题，延长制动器的使用寿命。同时提高运行效率，降低司机的劳动强度，大幅提升车辆的安全性、经济性和舒适性。随着国家标准的出台以及人们对行车安全的重视程度加深，液力缓速器产品得到越来越广泛的应用[1]。

本文旨在探究整车不同的风扇控制方式对液力缓速器使用的影响，从而通过合理的设置，使液力缓速器在长下坡过程中发挥出更好的制动效果

1 缓速器与整车的匹配

1.1 缓速器工作原理

液力缓速器主要由机械本体、电控单元，气路系统和换热单元组成。缓速器在工作时，电控单元中的控制器分挡位控制电磁比例阀的开度，此时取自整车气源的高压气体通过电磁比例阀进入缓速器油池壳内，将工作介质（油液）压入机械本体的工作腔内。在缓速器工作腔内，有一对相向安装的定子和转子，定子与壳体连接，固定不动，转子通过花键轴与齿轮连接，在齿轮的带动下高速旋转。进入工作腔内的工作介质（油液）被高速旋转的转子带动加速，并作用至固定不动的定子上，定子对工作介质（油液）的运动有阻碍作用，并通过工作介质（油液）将这种阻碍作用传递到转子上，然后通过花键轴和齿轮将阻碍作用力传递到变速器的输出轴上，从而形成对整车的制动力。缓速器在产生制动力的过程中，其实是将车辆的动能转化为工作介质（油液）的热能。产生的热能由缓速器换热单元，通过整车散热系统消散掉。此时整车的散热功率需满足缓速器的散热需求。

1.2 缓速器与整车的散热匹配

车辆在长下坡时，需要缓速器持续性地提供制动力，此时就需要整车散热系统不间断地将缓速器产生的热量消耗掉，整车的散热功率需大于缓速器的制动功率。所以在缓速器与整车的匹配过程中，散热方面的匹配是关键部分，一般而言，加装液力缓速器后对整车散热能力的要求会更高。

整车的散热系统包括散热水箱、散热器、风扇等，其中风扇在整车散热过程中发挥着关键性的作用，风扇的直径大小、转速高低及风扇的控制方式都对整车散热能力有着较大的影响，本文就从风扇的控制方式出发，研究不同种类的风扇控制方式对整车散热能力的影响，对缓速器使用效果的影响。

一般情况下，匹配缓速器时，常见的车辆风扇的控制方式有两种，第一种是联动控制，即只要缓速器开始工作，风扇就全速运转；第二种是通过温度控制，即在控制采温点的温度达到预设温度时，风扇全速运转，当风扇控制采温点的温度没有达到预设温度时，风扇以半功率或低功率状态运转。

2 风扇是否联动对缓速器使用效果影响的实验研究

2.1 实验设备

整车转毂试验台是一个能通过电机驱动车辆来模拟车辆下坡制动工况的整车试验台架，也就是车辆拖曳试验的室内模拟。本文所涉及的实验就是在这样的转毂实验台上进行的[2]。

如图1所示，整车转毂试验台的电机带动两个直径至少为试验车轮胎直径两倍的轮毂转动，通过轮毂与整车轮胎之间的摩擦力带动车辆在转毂试验台上行驶。为了使车辆的制动力在车轮打滑不多的情况下传递给试验台架上的转鼓，我们需要在车辆在安装在试验台架后，给驱动轴施加一个竖直向下的力，以增大摩擦力。竖直向下的压力也并非越大越好，需设置在合理的范围内，一般设置为20000N～50000N。整车转毂试验台可通过调节输入扭矩和速度来模拟整车车重及下坡坡度等工况，并计算出整车轮胎在转鼓上的驱动功率。同时转毂试验间的风扇和空调系统可根据车辆速度的变化提供相应的风量和环境温度，来模拟整车实际行驶时的自然风阻及散热情况[3]。

图1 整车转毂试验台

2.2 功率的计算方法

在转毂试验台上模拟整车下坡工况，当车辆在一定车速下时，缓速器拨至恒速挡，通过转毂试验台调整坡度，使得车辆匀速行驶12min，且缓速器达到稳定不超温的最大制动坡度，此时得到整车在缓速器单独制动时的最大制动功率，然后减去摩擦功，就得到了整车的最大散热功率。整车的最大散热功率是直接影响缓速器使用效果的重要因素。整车联合制动功率是缓速器制动功率和其他辅助制动功率的总和。

根据实际工况，若设车辆总重量为m，设定的恒速车速为v，最大制动坡度为tanα，滚动摩擦阻力为f%，其他辅助制动功率为P2，则整车最大散热功率P1和整车最大联合制动功率P为：

2.3 实验方法

如图2所示，在转毂实验台上，分别测试三种不同风扇控制方式下，整车的散热功率及缓速器的使用效果。控制方式A：风扇采用联动控制，即只要缓速器介入工作，风扇就全速运行；控制方式B：风扇控制采温点在缓速器出水处，预设温度为95度，即当缓速器出水温度小于95度时，风扇开启70%，当缓速器出水温度大于95度时，风扇开启100%全速运行；控制方式C：风扇控制采温点在发动机出水处，预设温度为95度，即当发动机出水温度小于95度时，风扇开启70%，当发动机出水温度大于95度时，风扇开启100%全速运行。分别在发动机转速器为1100rpm、1300rpm、1500rpm和1900rpm时，对比三种不同风扇控制方式下整车的最大散热功率和整车最大联合制动功率。

图2 液力缓速器散热匹配示意图

2.4 实验结果

三种不同风扇控制方式下，整车散热功率的对比结果如图3所示，由图可以看出，风扇联动时，整车的散热功率明显高于其他两种风扇在温度控制下的散热功率。而且在高转速时（1900rpm）这种趋势更明显，风扇联动控制条件下整车的散热功率最大提高了40%。

图3 风扇的不同控制方式对整车散热功率的影响

三种不同风扇控制方式下，整车的制动功率的对比结果如图4所示，由图可以看出，风扇联动时，整车的制动功率明显高于风扇控制采温点在缓速器出水时的制动功率，与风扇控制采温点在发动机出水时的制动功率相当。风扇在联动控制条件下，制动功率最大提高了18%。

图4 风扇的不同控制方式对整车联合制动功率的影响

综上，与风扇控制采温点在发动机出水口相比，风扇联动时的整车散热功率和联合制动功率分别提高了40%和18%，风扇联动与风扇采温点在缓速器出水口处时相比，联合制动功率基本相当。

3 结论

风扇联动后，整车的散热明显好于风扇受温度控制时，缓速器的使用效果更好，所以整车在加装缓速器时，推荐采用风扇联动的控制方式。而风扇受温度控制时，将采温点选在缓速器出水口处比选在发动机出水口处更有利于整车的散热，缓速器的使用效果也更好。