一种液力缓速器温度传感器设计研究

刘小龙，白蒲江

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）

一种液力缓速器温度传感器设计研究

刘小龙，白蒲江

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）

液力缓速器对车辆制动时，车辆动能损失将由工作介质吸收，然后通过热交换器传递给整车散热系统。缓速器上的温度传感器实时反映缓速器热交换器出水口温度及工作腔油温，根据温度自动控制扭矩可防止温度过高对产品使用及整车运行产生影响。本文首先介绍了温度传感器在液力缓速器的重要性，然后对温度传感器的工作要求及使用环境进行了分析，最后进行了产品设计与试验验证。

液力缓速器；温度传感器；自动控制

CLC NO.:U463.5Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-33-04

1、技术背景

随着我国公路交通与汽车技术的飞速发展，道路交通安全问题日益突出，其中由客货车等商用车肇事的事故占比相对较大，而因持续制动或频繁制动导致的制动失灵则成为事故的主因之一，要降低或消除此类隐患，一般需要给车辆加装辅助制动系统以配合主制动系统进行缓速，而液力缓速器是辅助制动系统中的一种。

液力缓速器电控单元ECU参照驾驶员意图、缓速器温度等状态，依靠适当的控制规律，通过驱动相关的执行机构，实现对车辆的制动或坡道定速。通过缓速器专用手柄、制动踏板的操作，驾驶员意图将以电信号或CAN信号的方式传递给电控单元。电控单元控制比例阀到一定开度，取自整车气源的气体通过电磁阀调节到与信号成比例的压力进入缓速器，将工作介质压入定转子之间的工作腔，运动的转子搅动工作介质，将动能传递给工作介质，工作介质同时对转子产生阻尼作用，运动的工作介质撞击定子将动能转化为热能，通过热交换器由整车散热系统的冷却介质带出，达到散热能力有余量实现持续制动。在缓速器制动时，工作介质及冷却介质温度连续变化，若在正确的位置安装足够精度的温度传感器，可真实反映介质状态，以便ECU根据温度进行扭矩响应控制实现较快的制动响应特性。为了避免工作介质高温变质和冷却介质高温汽化，ECU在检测到温度达到报警上限时将缓速器控制到保护模式。

2、产品分析

在缓速器最大能力工作时，缓速器的工作介质及冷却介质均有较快的温度上升速率，传感器具有良好的抗温度冲击性能。

液力缓速器相对与其它辅助制动而言，在热平衡情况下，可实现多达几分钟甚至更长的制动时间，因此传感器具有一定的抗老化性能；

传感器处于高压高温状态，在该状态下长期使用的传感器，壳体的密封性能必须得到保证，否则任何到壳体内部的渗漏都导致缓速器的性能下降或失效。传感器工作介质与缓速器外部的密封，依靠传感器安装面的密封垫实现的。若密封出现问题将导致介质的损失且会污染车辆。在该方面，对传感器提出了拧紧力矩的要求。

缓速器水温控制范围很小，为了实现较长时间的缓速器使用，需要在临界温度点对缓速器进行控制。为此，需要温度传感器尽可能实时反映实际的温度，以便缓速器能发挥到最优的制动效果，同时保证水温在安全范围内。在这方面，传感器器的精度及响应特性重点考虑。

温度传感器的输出为电信号，壳体为金属导电材料，若传感器内部引线与壳体搭铁，则将引起温度信号的紊乱，无法实现基于温度的控制，制动效果下降。为此，必须考虑传感器绝缘电阻的要求。

缓速器用于车辆上，车辆行驶环境比较恶劣，对于安装于变速器后端的部件，抗振动及温度变化方面有更高要求。由于传感器的连接器暴露于空气中，会受到车辆上机油，盐水等的侵蚀，所以从材料及工艺方面必须予以设计考虑。

3、产品设计

温度传感器应由连接器，保护管，测温元件，导热质四部分组成。

保护管：隔离工作介质与测温元件。在保证一定强度的同时，尽可能快地传递热量给测温元件。

导热介质：相对空气介质，可明显提高导热效率，缩短热时常数。

连接器座：测温元件感应的信号通过连接器，经线束提供给ECU。

测温元件：通过测温元件可将温度信号转换为电阻信号，结合ECU实现了温度的测量。

为了满足产品应用要求，根据传感器结构必须进行以下设计。

下图图1为传感器外形图

3.1 测温元件的设计

3.1.1 铂电阻温度传感器原理

通过研究发现，金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。

温度/电阻特性：

Rt 在t℃时的电阻值

R0 在0℃时的电阻值

通常使用铂电阻PT100，即R0 = 100 Ω，PT1000，即R0 = 1000 Ω

图2为PT 100 铂电阻RT曲线图

PT100、Pt1000温度传感器的主要技术参数如下：

3.1.2 温度传感器的允差及测量范围

铂电阻元件的性能符合传感器的要求，即根据传感器的实际要求，铂电阻的温度测量范围及测量精度应留有余量。一般为计算方便，电阻与温度的对应关系为近似线性。针对上述需求，确定了PT1000铂电阻作为测温元件。该元件测量范围为-200℃到+650℃，每增加3.851Ω对应的温度增加1℃，温度与电阻对应关系为：

R 当前电阻值，Ω

T 当前温度，℃

由于保护管的热量传递，传感器根部到连接器部分裸露在空气中的部分将造成一定的热量损失。经验证，在目前结构设计下，传感器的允差符合铂电阻B级允差要求。

3.2 保护管与导热的设计

传感器在测油、水温时通用，传感器一般测管道中点的温度，缓速器出水口直径一定，流量及压力根据制动力大小而不同，传感器的深入长度根据测量要求而确定。

为了保证较快的热量传递和机械强度要求，保护管材料选用热传导性良好的铜。为了缩短热传递时间，保护管探头部分直径尽可能小，在满足测温元件安装及确保绝缘性能的情况下，减少水阻。保护管壁厚尽可能的薄，缩短传感器的热响应时间，提高传感器允差。

传感器内的铂电阻和壳体之间在任何环境下必须绝缘（振动、高温），否则会导致信号故障。在设计中，在空隙与壳体之间填充导热性良好的绝缘质，既能保证被测对象到铂电阻元件的导热性，也能满足环境使用要求，保证产品的可靠性。

3.3 连接方式的设计

连接方式对于传感器而言，也是重要的一环，影响到信号的传送质量与精度。出于成本、性能、安装等方面的考虑，最初确定了保护管引出导线加线对线连接器的方案，但该种传感器经用户使用后，导致了安装及使用因引出线问题导致的多例线路断路，与壳体短路等故障。为了解决该问题，参照车用器件的国际要求，对设计进行了完善。确定了将保护管与连接器座集成的方式，解决了引出线带来的问题。为了确保连接器座与保护管的密封，增加了满足温度要求的密封部件。

连接器的插针一端与测温元件连接，另一端与插头连接。为了减少插针对测量的影响，连接器总成必须保证一定的电气及安装特性（接触电阻、插拔力），并满足长期使用环境下的可靠（防水、抗振动、耐高低温）。

4、试验验证

4.1 温度传感器的热响应时间

由于铂电阻元件与介质之间有保护管，不能直接测量，所以传感器测量的温度总是滞后于实际的温度。在行业标准中，衡量滞后时间的标准就是热响应试验。一般在温度出现阶跃变化时，铂电阻的输出变化至量程变化的63.2%所需要的时间称为热响应时间。热响应时间越小越能反映出真实的温度变化。

根据实际需要，现用传感器的热响应不大于t1s，测试方法为：把传感器放至25℃的恒温槽中充分平衡，放入85℃的恒温槽中，温度阶跃63.2%的时间就是热响应时间，即传感器25℃到62.9℃的时间。图3为热响应时间曲线。

4.2 绝缘电阻试验

根据相关标准，确定出传感器的绝缘电阻的方法与要求为：

使用500V兆欧表测量，湿度45%—85%，在常温环境（温度15℃—35℃）：不小于100MΩ；在100 ±2℃时： 不小于20 MΩ。

4.3 连接器试验

连接器在电路连接中至关重要，能保证传感器采集的信号准确无误的传输给控制器。通过在静止和振动过程中进行的接触电阻试验，保证了信号衰减在一定范围内。另外，为确保连接器的锁紧、退出力矩性能、防尘、防水以及耐腐蚀性，按照ISO 15170中的技术要求进行了试验验证。

4.4 环境，化学，机械等试验

根据温度传感器所处的实际工况，进行了振动、密封、温度冲击、温度循环、盐雾腐蚀等相关试验，确保了缓速器在任何工况下均能准确、快速地将温度信号反馈给控制器。

5、总结

作者在对产品应用条件分析的基础上，经过选型、设计与试验，定型了一种能满足缓速器恶劣工况下的温度传感器。随着材料及工艺的进步，对温度传感器的持续改进将使得产品性能得到更大的提升，成本得到更好的控制。

通过温度传感器的设计，积累了汽车用机电产品的开发经验，为今后同类产品的研制（压力传感器，压力开关等）奠定了基础。

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2014年C-NCAP第一批碰撞结果发布

2014 C-NCAP released the results of the first collision

日前，中国汽车技术研究中心在北京车展上公布了2014年度第一批车型评价结果。本次碰撞试验共有11个车型，其中本田雅阁、丰田新威驰、本田杰德、福特翼博、斯柯达昕锐、现代名图、起亚索兰托、海马M 3旗舰版、上汽荣威950以及江淮和悦，这10款车型获得了5星评价。至此，C-NCAP评价车型总数累计已达233款，其中按照2012年版C-NCAP管理规则进行评价的车型已达到61个。

Temperature transducer design and research of retarder system

Liu Xiaolong, Bai Pujiang
(Shaanxi Fast Gear Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710119)

When retarder brakes on the vehicle, energy loss w ill be absorbed by working medium, then the heat energy w ill circulate to the vehicle coolant. Temperature transducer on retarder w ill reflect the temperature of cooling water outlets and working house and w ill avoid the damage of high temperature based on automatic control. Firstly the importance of Temperature transducer is introduced, then the working requirements and environments are analyzed, lastly the design and tests are carried out.

Retarder；Temperature transducer；automatic control

U463.5

A

1671-7988(2014)06-33-04

刘小龙，助理工程师，就职于陕西法士特汽车传动工程研究院设计研究所。