液力缓速器与车辆的匹配计算

洪宁，胡羽成，向岳山

液力缓速器与车辆的匹配计算

洪宁，胡羽成，向岳山

（长安大学，陕西西安710064）

本文提出了一种液力缓速器与车辆相互匹配的计算分析方法。进行初步匹配计算的主要依据是：车辆在下坡行驶过程中，液力缓速器的性能要能够满足国家标准中对车辆下坡制动性能的基本要求。文中还提出了装有液力缓速器的车辆在不同坡道下坡时的行驶特性分析方法。

液力缓速器；制动性能；匹配计算；行驶特性

车辆制动系统是保证车辆安全行驶的重要系统之一。由于液力缓速器具有能长时间在坡道上提供稳定的制动力矩，有效地缓解了车辆行车制动器的发热，提高了车辆制动系统的可靠性，延长了车辆行车制动系统寿命的优点。近年来，在重型车辆上得到了广泛地应用。由于各重型车辆在坡道制动时所需要的力矩不同，对于液力缓速器的性能、参数的要求就有所不同。若两者的匹配不合理，就会造成车辆下坡时制动力矩不足或缓速器制动能力过剩。本文在保证车辆安全性的前提下，提出了一种液力缓速器与车辆传动系统的匹配计算方法。

1 液力缓速器的参数与制动特性曲线

由于市面上的液力缓速器种类繁多，为了便于本文中对匹配计算方法进行叙述。以下将德国福伊特公司生产的几种常见的液力缓速器作为待选产品。其主要技术参数如表1所示。

表1 福伊特液力缓速器的主要技术参数

对于给定的液力缓速器来说，输入轴转速与该转速下所能产生的最大制动力矩为液力缓速器的外制动特性。图1是福伊特公司三种常见液力缓速器的外制动特性曲线[1]。

图1 液力缓速器的外制动特性曲线

2 车辆在坡道上行驶时的基本计算公式

当车辆匀速行驶下坡时，车辆所受几个主要力的关系[2]为：

式中：Fh为车辆下坡时的制动力（N）；Fp为车辆的坡道下滑力（N）；Ff为车辆的滚动阻力（N）；Fk为车辆行驶时的空气阻力（N）.

此时液力缓速器作用在传动轴上的制动力矩M与所需要的制动力Fh之间的关系为：

式中：M为作用在传动轴上的制动力矩（Nm）；io为驱动桥的传动比；r为车轮半径（m）.

根据汽车理论，整车空气阻力与车速的计算公式[3]为：

式中：Va为车辆速度（km/h）；Cd为风阻系数；A为汽车的迎风面积（m2）.

整车滚动阻力Ff、车辆在坡道上的下滑力Fp的计算公式为式（4）和式（5）。

式中：f为滚动阻力系数；m为整车质量（kg）；φ为坡度角。

3 液力缓速器的匹配计算实例

下面就以某种型号的重型半挂车选配液力缓速器为例，来具体介绍液力缓速器与车辆的配套计算方法。该车辆的主要技术参数如表2所示。

表2 整车主配置参数

3.1 初选液力缓速器

GB12676-2014对汽车辅助制动性能试验要求[4]为：下坡制动中车辆所消耗的能量相当于其在相同时间内以30 km/h的平均速度在坡度6%的坡道上，下坡行驶6 km所消耗的能量，计算时还要考虑车辆1%的滚动阻力。笔者认为采用液力缓速器作为辅助制动系统的车辆，应该首先能在上述要求下实现稳定制动。

将Va=30 km/h，Cd=0.8，f=0.01，m=38 000 kg，φ=3.4340（6%坡度所对应的坡度角）及A、r、io代入式（6），得出作用于缓速器传动轴上需要的制动力矩为1 989 Nm；再将Va=30 km/h、r、io代入式（9），可得缓速器传动轴转速n为733 r/min.

这就是说，在传动轴转速为733 r/min时，所选配缓速器能产生的制动力矩应该大于1 989 Nm.由图2可知，在n=733 r/min时，只有R115-H型和R133-2型两种液力缓速器的制动力矩是大于1 989 Nm的，所以这两个型号的液力缓速器都符合初选的要求。

3.2 装有液力缓速器的车辆下坡行驶特性

装有液力缓速器的车辆下坡行驶特性是：车辆在不同的载荷下以一定的速度下坡行驶时，仅靠缓速器可以稳定行驶的最大坡度。以R115-H型缓速器为例作出车辆下坡行驶的特性曲线，具体如下：

（1）确定要计算曲线的车辆速度Va，如Va=30 km/h；按式（9）求出车辆传动轴的转速n为733 r/min；根据图2液力缓速器的外制动力矩特性曲线得出此时R115-H液力缓速器的制动力矩M为2 900 Nm.

（2）将车辆的质量m从空载到满载分为若干等级：如m1=8 800 kg，m2=9 800 kg，m3=10 800 kg……；

（3）再将Va=30 km/h，M=2 900 Nm，Cd=0.8，f=0.01，A=7m2，io=4.769，r=0.517 m，m=mj（j= 1、2、3……）代入式（8）可求得坡度αj（j=1、2、3……）.

（4）将点（mj，αj）（j=1、2、3……）描到直角坐标系中，将这些点用一条光滑的曲线依次连接起来，可得到在速度Va=30 km/h时，车辆装有此型号液力缓速器的下坡行驶特性。

（5）取出不同的Va值，重复上述步骤，可得到相应速度下的质量-坡度曲线。

图2是该车辆配备R115-H型缓速器的下坡行驶特性曲线。由于Va=40 km/h时，n=977 r/min，缓速器的制动力矩最大，所以这时对应的坡度也最大。

图2 R115-H型缓速器的下坡行驶特性曲线

依照同样的方法可得该车辆配备R133-2型液力缓速器的下坡行驶特性曲线，如图3所示。R133-2型液力缓速器在Va=50 km/h，n=1222 r/min时的制动力矩最大，所以采用R133-2型液力缓速器的最大稳定下坡坡度是在Va=50 km/h的时候。

图3 R133-2型缓速器的下坡行驶特性曲线

由上述两种下坡行驶特性曲线可以看出，对于配备此型号液力缓速器的车辆，以不同速度下坡时，能够到达的最大稳定坡度。当然，根据液力缓速器的下坡行驶特性曲线，当已知车辆的总质量等参数时，就可以求得车辆在不同坡度下坡时采用液力缓速器能实现的最大稳定速度。

虽然两种缓速器均符合本文对初选缓速器的计算要求。比较图2和图3可知，R133-2型的总体缓速性能大，但从表1可知，R133-2型的质量大、体积大，单位质量的制动力矩小。所以，最终选用何种液力缓速器，还要根据安装方便、成本等因素综合确定。

4 结束语

在掌握车辆与待选液力缓速器的相关参数及制动特性曲线的条件下，根据本文提供的计算分析方法，可以进行液力缓速器的选型计算，可以得出车辆在不同的载重量和不同的行驶速度下，仅利用液力缓速器制动时能稳定行驶的最大坡度。该方法可以供相关专业技术人员参考。

[1]范守林.福伊特液力缓速器（下）[J].商用汽车，2004（9）：75，77－79.

[2]胡宁.汽车液力缓速器参数的匹配分析[J].上海工程技术大学学报，2003，17（2）：87-90.

[3]余志生.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社，2009.

[4]GB 12676-2014.商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法[S].

Matching Calculation of Hydraulic Retarder and Vehicle

HONG Ning，HU Yu－cheng，XIANG Yue－shan
（Chang’an University，Xi’an 710064，China）

A calculation and analysis method for the mutual matching of hydraulic retarder and vehicle is presented in this paper.The main basis for the preliminary matching calculation is that the performance of the hydraulic retarder can meet the basic requirements of the vehicle’s downhill braking performance in the national standard during the downhill driving process.The analysis method of the driving characteristics of the vehicle with the hydraulic retarder on different slopes is also put forward.

hydraulic retarder；braking performance；matching calculation；driving characteristic

U463.5

A

1672-545X（2017）07-0146-03

2017-04-07

洪宁（1991-），男，河南永城人，在读硕士生，研究方向：机械产品设计。