浅谈液力缓速器的匹配和应用

石方鉴 张仁国

东风柳州汽车有限公司 广西柳州市 545005

1 引言

随着工业及物流市场的快速发展，近年卡车的市场需求及销量也快速增长，整车吨位和速度也在同步提高，与卡车相关的交通事故越来越多，尤其是重型卡车的行车安全成为了大家的关注焦点[1]。另一方面，随着法规日益严格，如GB 7258-2017修订，要求总质量大于3500kg 的危险货物运输货车、半挂牵引车装备的辅助制动装置的性能要求应使汽车能通过GB 12676 规定的ⅡA 型试验[2]。制动相关的法规都有意识地推荐缓速器，而液力缓速器作为可提供持续制动力的辅助制动装置，在重卡上匹配也越来越多，成为一种发展的趋势。

2 液力缓速器工作原理

液力缓速器主要由转子、定子、工作腔、油池壳、比例阀和热交换器组成，其结构组成如图1所示。打开控制手柄，缓速器将电信号输入比例阀，压缩空气经电磁阀进入油池壳，将油池壳内的工作油压进工作腔内，缓速器开始工作。转子带动油液绕轴线旋转，同时，油液沿叶片方向运动，甩向定子。定子叶片对油液产生反作用，油液流出定子再转回来冲击转子，这样就形成对转子的阻力矩，从而实现对车辆的减速作用[3]。液力缓速器工作油液经过搅动后温度升高，高温油液通过油路进入热交换器与冷却液进

行热交换，然后通过整车冷却系统将热量散去，最终达到热平衡，保证缓速器制动力持续输出。

3 液力缓速器与整车匹配设计

3.1 液力缓速器布置形式

液力缓速器根据安装形式可分为并联和串联两种，并联是指液力缓速器输入轴增速齿轮与变速箱输出轴齿轮左右并排布置与啮合；串联则是指缓速器输入轴与变速箱输出轴前后并排，串在一起，如图2所示：

重型卡车匹配时通常会采用并联形式，因为并联结构可将变速箱右边空置出来，以便布置取力器。无论是并联还是串联形式，外形结构上都是增大的，因此在整车布置时，需校核车架前后左右空间是否足够。

图1 液力缓速器结构图

3.2 液力缓速器冷却管路布置

从能量转换的角度来讲，液力缓速器工作原理是将车辆缓速制动时的动能转换为缓速器工作介质的热能，利用发动机冷却液循环将热量散发，实现车辆减速，因此整车冷却系统的散热能力直接决定液力缓速器持续制动能力的发挥。液力缓速器对整车的散热能力要求较高，与整车散热系统的匹配是液力缓速器与整车匹配的关键部分[4]。液力缓速器冷却系统布置如图3所示。

图2 液力缓速器布置形式

图3 冷却系统布置示意

液力缓速器冷却管路匹配设计应注意以下几点：

（1）冷却管路用的钢管内径应尽量大，通用要求内径Φ55以上以确保水流量。

（2）冷却管路应固定在动力总成（发动机、变速箱）上，避免固定在车架上，防止动力总成振动与车架振动不一致而将管路扯脱、扯断。

（3）影响整车散热的三大要素为水箱、风扇和水泵，因此匹配缓速器时，整车应选择迎风面积更大的水箱，风扇的直径建议大于Φ700mm以上，而水泵也应选择功率较大的，要求发动机在1900rpm时，水流量大于300L/min。

（4）连接硬管之间的胶管应采用硅胶管来提高抗爆破性能，根据经验值抗爆压力应不小于1.0Mpa。

3.3 控制气路设计要求

液力缓速器的控制方式是电控制气，气按液压，故控制动力源便是气压，气路设计要求储气罐供气压力不小于0.6Mpa，最好采用容积不小于15升的独立储气罐并且供气管的内径不得小于Φ9mm。

3.4 液力缓速器电控系统设计

液力缓速器是集机、液、气、电的一体化的产品，电是指电控系统，是为了实现缓速器与发动机，缓速器与整车通讯。主要包括缓速器自身功能实现，如通过手柄发出工作指令，点亮工作指示灯，点亮刹车灯等。另一方面，需实现整车协调整。比如：（1）实现缓速器工作时，风扇全速转动实现更好散热；（2）缓速器制动力不足时，请求发动机制动实现最大制动力；（3）整车巡航状态下打开缓速器，巡航退出；（4）整车防抱死系统（ABS）工作时或者踩油门时，缓速器接收指令并退出工作。随着汽车科技发展，电控系统慢慢开始采用CAN总线技术来替代硬线技术。

4 液力缓速器制动性能分析

4.1 性能目标

匹配液力缓速器作为辅助制动装置的货车，缓速器的制动性能目标要求应使汽车能通过GB12676《汽车制动系结构、性能和试验方法》规定的Ⅱ A 型试验，亦即在7% 的坡度上以30km/h 的车速行驶6km 的距离。

4.2 匹配计算

以高速公路上常见的6轴牵引车（主车+半挂车），整车总重为49T为例，在7%的坡度及30km/h的车速条件下需的制动功率为W=49×1000×9.8×6000×（0.07｜0.01）÷1000=240.1kw[5]。

根据缓速器外特性曲线，缓速器制动扭矩可达3200N.m，制动功率可以达到400kw以上，短时间甚至可以达到600kw。液力缓速器自身可提供足够的制动扭矩和功率，只在整车散热功率足够，即可满足设计要求。其制动扭矩曲线如图4所示，制动功率曲线如图5所示。

4.3 试验验证

常见的辅助制动性能试验验证的方法主要有四种：（1）下坡试验；（2）牵引试验；（3）转毂试验；（4）减速度试验。

图4 制动扭矩曲线

图5 制动功率曲线

5 整车匹配液力缓速器收益分析

整车匹配液力缓速器的收益主要来自节省摩擦片和轮胎、节省淋水装置和加水费用与时间、节省轮胎和摩擦片维修更换时间，提高运营效率。一般跑长途用户，一年可节约费用1.8万元，山区用户一年可节约3万元。

6 结束语

液力缓速器的应用提高了车辆运行的安全性，降低了交通事故发生的概率，促进了社会和谐发展[6]；另一方面，可以为用户提供可观的经济效益，特别是对于常跑云贵川、西藏等有山区坡多路线的用户。不管从法规日益严格要求还是行车安全或提高经济效益角度来看，液力缓速器都逐步的被市场认可，也将会得到更大范围的应用和推广。