汽车液力缓速器的原理及应用

本文简单介绍了缓速器的发展历史,重点叙述了液力缓速器的基本结构、工作原理和控制方式,并对液力缓速器的制动效果做了初步的分析。

汽车液力缓速器的原理及应用

黄榕清，吴磊

华南理工大学汽车工程学院 广州 （510640）

E-mail：摘 要：本文简单介绍了缓速器的发展历史，重点叙述了液力缓速器的基本结构、工作原理和控制方式，并对液力缓速器的制动效果做了初步的分析。 关键词：车辆；液力缓速器；辅助制动

1．引言

汽车制动系是汽车安全行驶中最重要的系统之一。随着发动机技术发展和道路条件的改善，汽车的行驶速度和单次运行距离都有了很大的发展，行驶动能大幅度的提高。从而使得传统的摩擦片式制动装置越来越不能适应长时间、高强度的工作需要。由于频繁或长时间的使用行车制动器，出现摩擦片过热的制动效能热衰退现象，严重时导致制动失效，威胁到行车安全[1]。车辆也因为频繁更换制动蹄片和轮胎导致运输成本的增加。为了解决这一问题应运而生的各种车辆辅助制动系统迅速发展，液力缓速器就是其中一种。

2 液力缓速器的发展历史

最早出现液力缓速器是为了解决火车短距离内减速困难的问题。此后，液力缓速器被用在汽车列车上，发现其很好的辅助制动效果。当今液力缓速器约来越多的被运用到重型货车和大、中型客车上。随着其应用的发展，出现了很多生产液力缓速器的公司。比较著名的液力缓速器厂商有德国福伊特(VOITH)公司、法国泰尔马（TELMA）公司、美国通用公司、日本TBK公司等[2]。目前来看，其生产技术已经比较成熟，形成了适用于各种车型的系列产品。我国的液力缓速器研发已经有一定的发展，但不管是技术水平还是应用数量都远落后于国外。

3 液力缓速器结构、工作原理及控制方式

3.1基本结构

液力缓速器结构大致相同，以VOITH液力缓速器为例（图1），它是由转子、定子、工作腔、输入轴、热交换器、储油箱和壳体组成。其安装方式一般分为和传动轴串连和并联两种。串连时可在变速器前、后安装。如果采取并联，则缓速器和变速器做成一个整体来安装。对于装有带液力变矩器的自动变速器车辆来说,原变速器系统已配备了储油罐、油泵和散热器等部件。因此,在配有自动变速器的客车和货车

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上安装液力缓速器成本更低。

3.2工作原理

缓速器工作时，压缩空气经电磁阀进入储油箱，将储油箱内的变速器油经油路压进缓速器内，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，阻碍转子的转动，从而实现对车辆的减速作用。工作液在运动过程中使进出口行成压力差，油液循环流动，通过热交换器时，热量被来自发动机冷却系统的冷却水带走。整个系统如图2所示。

3.3 制动力矩大小的计算公式

缓速器的缓速力矩计算公式根据其布置形式有所不同。其基本计算公式为：

M=λρgD5n2

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

对于常见的缓速器装在变速器之前的布置形式：制动力矩可以写成

uii5 ag0

M=λρgD r

其中：

60 2π

2

ua――汽车车速；km/h

ig――变速器传动比 i0――主减速器传动比

r――车轮半径；m

如若选择缓速器放在变速器输出端的布置型式,则需要加装齿轮增速装置来获得较高转速进而获得较大的缓速力矩。所以这种布置方式比较复杂。此时缓速器制动扭矩大小应为：

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uii 60

M=λρgD a0z

r 2π

5

2

其中：iz――增速装置传动比

3.4 制动力矩的控制

缓速器的控制调节方式可以分为档位调节模式与制动力矩可以连续变化的调节两种模式。

1）档位调节缓速力矩的控制调节方式一般又分为手动操纵模式和车辆制动系联动操纵模式。手动操作模式下一般按制动力矩大小排成1－5挡，每个挡位充入缓速器的油液量决定了缓速器的缓速力矩大小，用手动拨杆控制档位，从而控制进入缓速器的油液质量以达到控制制动力矩的目的。每种挡位都能够维持一定的缓速强度，可实现汽车在坡路上等速行驶。

2）制动力矩还有连续变化的调节方式，其控制方式有很多种，这里介绍一下正在研究的一种方法。这种方法是利用安装在制动踏板下的制动量位置传感器采集得到制动量信号。该制动量位置传感器是一个可变电阻，当制动踏板位置改变时，可变电阻的阻值也发生变化，则得到一个变化电压值反应出制动量的变化。再根据制动量大小和车速大小由电控单元发出

图3 液力缓速器的车速和制动量处理电路

脉宽调制信号来控制电液比例阀的电压，进而控制比例调速阀出口开度来控制流入缓速器的液体的质量。当制动过程结束时，电控单元控制回油泵迅速回油。从而通过这种控制方式达到控制液力缓速力矩的目的。这里大致介绍一下车速信号和制动量信号的处理电路。车速信号是通过原车的车速信号传感器得到方波的电信号。制动量位置信号通过安装在制动踏板处的一个可变电阻得到相应的电压信号。这两个信号通过车速和制动量信号处理电路处理后，

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再进入专门的A/D转换器转换成数字量， A/D转换部分电路将在下面的ECU主控电路中给予说明。车速和制动量处理电路原理图如图3所示。该处理电路的功能是对车速和制动量信号进行处理——主要是对车速信号进行处理，车速的方波信号通过一个隔离电容（起到抗干扰的作用），再经过由二级管D3、电阻R29、R30和 R31、R32；三极管BG11和BG10组成的两级触发放大电路放大后，进入由二极管D4、D5；电容C5、C6、C7；电阻R33、R34、R35、R36；积分器U3和可变电阻RV1组成的积分电路，积分电路用于实现低速开关的功能，当车速小于设定值的时候，缓速器不工作车速电压输出线路就输出无效的开关信号，此时即不再对车速进行A/D转换和判断处理。如果车速高于设定值时，积分电路输出有效的开关信号，车速信号送入下一步的A/D转换器转换为数字量，进入单片机进行处理判断。制动量信号不需要进行A/D转换，直接送单片机处理。可以看出，通过这种方法就可以达到制动力矩还有连续变化的调节的功能。

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