劉小龍，白蒲江

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

一種液力緩速器溫度傳感器設計研究

劉小龍，白蒲江

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

液力緩速器對車輛制動時，車輛動能損失將由工作介質吸收，然后通過熱交換器傳遞給整車散熱系統(tǒng)。緩速器上的溫度傳感器實時反映緩速器熱交換器出水口溫度及工作腔油溫，根據(jù)溫度自動控制扭矩可防止溫度過高對產(chǎn)品使用及整車運行產(chǎn)生影響。本文首先介紹了溫度傳感器在液力緩速器的重要性，然后對溫度傳感器的工作要求及使用環(huán)境進行了分析，最后進行了產(chǎn)品設計與試驗驗證。

液力緩速器；溫度傳感器；自動控制

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

1、技術背景

隨著我國公路交通與汽車技術的飛速發(fā)展，道路交通安全問題日益突出，其中由客貨車等商用車肇事的事故占比相對較大，而因持續(xù)制動或頻繁制動導致的制動失靈則成為事故的主因之一，要降低或消除此類隱患，一般需要給車輛加裝輔助制動系統(tǒng)以配合主制動系統(tǒng)進行緩速，而液力緩速器是輔助制動系統(tǒng)中的一種。

液力緩速器電控單元ECU參照駕駛員意圖、緩速器溫度等狀態(tài)，依靠適當?shù)目刂埔?guī)律，通過驅動相關的執(zhí)行機構，實現(xiàn)對車輛的制動或坡道定速。通過緩速器專用手柄、制動踏板的操作，駕駛員意圖將以電信號或CAN信號的方式傳遞給電控單元。電控單元控制比例閥到一定開度，取自整車氣源的氣體通過電磁閥調節(jié)到與信號成比例的壓力進入緩速器，將工作介質壓入定轉子之間的工作腔，運動的轉子攪動工作介質，將動能傳遞給工作介質，工作介質同時對轉子產(chǎn)生阻尼作用，運動的工作介質撞擊定子將動能轉化為熱能，通過熱交換器由整車散熱系統(tǒng)的冷卻介質帶出，達到散熱能力有余量實現(xiàn)持續(xù)制動。在緩速器制動時，工作介質及冷卻介質溫度連續(xù)變化，若在正確的位置安裝足夠精度的溫度傳感器，可真實反映介質狀態(tài)，以便ECU根據(jù)溫度進行扭矩響應控制實現(xiàn)較快的制動響應特性。為了避免工作介質高溫變質和冷卻介質高溫汽化，ECU在檢測到溫度達到報警上限時將緩速器控制到保護模式。

2、產(chǎn)品分析

在緩速器最大能力工作時，緩速器的工作介質及冷卻介質均有較快的溫度上升速率，傳感器具有良好的抗溫度沖擊性能。

液力緩速器相對與其它輔助制動而言，在熱平衡情況下，可實現(xiàn)多達幾分鐘甚至更長的制動時間，因此傳感器具有一定的抗老化性能；

傳感器處于高壓高溫狀態(tài)，在該狀態(tài)下長期使用的傳感器，殼體的密封性能必須得到保證，否則任何到殼體內部的滲漏都導致緩速器的性能下降或失效。傳感器工作介質與緩速器外部的密封，依靠傳感器安裝面的密封墊實現(xiàn)的。若密封出現(xiàn)問題將導致介質的損失且會污染車輛。在該方面，對傳感器提出了擰緊力矩的要求。

緩速器水溫控制范圍很小，為了實現(xiàn)較長時間的緩速器使用，需要在臨界溫度點對緩速器進行控制。為此，需要溫度傳感器盡可能實時反映實際的溫度，以便緩速器能發(fā)揮到最優(yōu)的制動效果，同時保證水溫在安全范圍內。在這方面，傳感器器的精度及響應特性重點考慮。

溫度傳感器的輸出為電信號，殼體為金屬導電材料，若傳感器內部引線與殼體搭鐵，則將引起溫度信號的紊亂，無法實現(xiàn)基于溫度的控制，制動效果下降。為此，必須考慮傳感器絕緣電阻的要求。

緩速器用于車輛上，車輛行駛環(huán)境比較惡劣，對于安裝于變速器后端的部件，抗振動及溫度變化方面有更高要求。由于傳感器的連接器暴露于空氣中，會受到車輛上機油，鹽水等的侵蝕，所以從材料及工藝方面必須予以設計考慮。

3、產(chǎn)品設計

溫度傳感器應由連接器，保護管，測溫元件，導熱質四部分組成。

保護管：隔離工作介質與測溫元件。在保證一定強度的同時，盡可能快地傳遞熱量給測溫元件。

導熱介質：相對空氣介質，可明顯提高導熱效率，縮短熱時常數(shù)。

連接器座：測溫元件感應的信號通過連接器，經(jīng)線束提供給ECU。

測溫元件：通過測溫元件可將溫度信號轉換為電阻信號，結合ECU實現(xiàn)了溫度的測量。

為了滿足產(chǎn)品應用要求，根據(jù)傳感器結構必須進行以下設計。

下圖圖1為傳感器外形圖

3.1 測溫元件的設計

3.1.1 鉑電阻溫度傳感器原理

通過研究發(fā)現(xiàn)，金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200～650℃）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計（涵蓋國家和世界基準溫度）供計量和校準使用。

溫度/電阻特性：

Rt 在t℃時的電阻值

R0 在0℃時的電阻值

通常使用鉑電阻PT100，即R0 = 100 Ω，PT1000，即R0 = 1000 Ω

圖2為PT 100 鉑電阻RT曲線圖

PT100、Pt1000溫度傳感器的主要技術參數(shù)如下：

3.1.2 溫度傳感器的允差及測量范圍

鉑電阻元件的性能符合傳感器的要求，即根據(jù)傳感器的實際要求，鉑電阻的溫度測量范圍及測量精度應留有余量。一般為計算方便，電阻與溫度的對應關系為近似線性。針對上述需求，確定了PT1000鉑電阻作為測溫元件。該元件測量范圍為-200℃到+650℃，每增加3.851Ω對應的溫度增加1℃，溫度與電阻對應關系為：

R 當前電阻值，Ω

T 當前溫度，℃

由于保護管的熱量傳遞，傳感器根部到連接器部分裸露在空氣中的部分將造成一定的熱量損失。經(jīng)驗證，在目前結構設計下，傳感器的允差符合鉑電阻B級允差要求。

3.2 保護管與導熱的設計

傳感器在測油、水溫時通用，傳感器一般測管道中點的溫度，緩速器出水口直徑一定，流量及壓力根據(jù)制動力大小而不同，傳感器的深入長度根據(jù)測量要求而確定。

為了保證較快的熱量傳遞和機械強度要求，保護管材料選用熱傳導性良好的銅。為了縮短熱傳遞時間，保護管探頭部分直徑盡可能小，在滿足測溫元件安裝及確保絕緣性能的情況下，減少水阻。保護管壁厚盡可能的薄，縮短傳感器的熱響應時間，提高傳感器允差。

傳感器內的鉑電阻和殼體之間在任何環(huán)境下必須絕緣（振動、高溫），否則會導致信號故障。在設計中，在空隙與殼體之間填充導熱性良好的絕緣質，既能保證被測對象到鉑電阻元件的導熱性，也能滿足環(huán)境使用要求，保證產(chǎn)品的可靠性。

3.3 連接方式的設計

連接方式對于傳感器而言，也是重要的一環(huán)，影響到信號的傳送質量與精度。出于成本、性能、安裝等方面的考慮，最初確定了保護管引出導線加線對線連接器的方案，但該種傳感器經(jīng)用戶使用后，導致了安裝及使用因引出線問題導致的多例線路斷路，與殼體短路等故障。為了解決該問題，參照車用器件的國際要求，對設計進行了完善。確定了將保護管與連接器座集成的方式，解決了引出線帶來的問題。為了確保連接器座與保護管的密封，增加了滿足溫度要求的密封部件。

連接器的插針一端與測溫元件連接，另一端與插頭連接。為了減少插針對測量的影響，連接器總成必須保證一定的電氣及安裝特性（接觸電阻、插拔力），并滿足長期使用環(huán)境下的可靠（防水、抗振動、耐高低溫）。

4、試驗驗證

4.1 溫度傳感器的熱響應時間

由于鉑電阻元件與介質之間有保護管，不能直接測量，所以傳感器測量的溫度總是滯后于實際的溫度。在行業(yè)標準中，衡量滯后時間的標準就是熱響應試驗。一般在溫度出現(xiàn)階躍變化時，鉑電阻的輸出變化至量程變化的63.2%所需要的時間稱為熱響應時間。熱響應時間越小越能反映出真實的溫度變化。

根據(jù)實際需要，現(xiàn)用傳感器的熱響應不大于t1s，測試方法為：把傳感器放至25℃的恒溫槽中充分平衡，放入85℃的恒溫槽中，溫度階躍63.2%的時間就是熱響應時間，即傳感器25℃到62.9℃的時間。圖3為熱響應時間曲線。

4.2 絕緣電阻試驗

根據(jù)相關標準，確定出傳感器的絕緣電阻的方法與要求為：

使用500V兆歐表測量，濕度45%—85%，在常溫環(huán)境（溫度15℃—35℃）：不小于100MΩ；在100 ±2℃時： 不小于20 MΩ。

4.3 連接器試驗

連接器在電路連接中至關重要，能保證傳感器采集的信號準確無誤的傳輸給控制器。通過在靜止和振動過程中進行的接觸電阻試驗，保證了信號衰減在一定范圍內。另外，為確保連接器的鎖緊、退出力矩性能、防塵、防水以及耐腐蝕性，按照ISO 15170中的技術要求進行了試驗驗證。

4.4 環(huán)境，化學，機械等試驗

根據(jù)溫度傳感器所處的實際工況，進行了振動、密封、溫度沖擊、溫度循環(huán)、鹽霧腐蝕等相關試驗，確保了緩速器在任何工況下均能準確、快速地將溫度信號反饋給控制器。

5、總結

作者在對產(chǎn)品應用條件分析的基礎上，經(jīng)過選型、設計與試驗，定型了一種能滿足緩速器惡劣工況下的溫度傳感器。隨著材料及工藝的進步，對溫度傳感器的持續(xù)改進將使得產(chǎn)品性能得到更大的提升，成本得到更好的控制。

通過溫度傳感器的設計，積累了汽車用機電產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗，為今后同類產(chǎn)品的研制（壓力傳感器，壓力開關等）奠定了基礎。

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2014年C-NCAP第一批碰撞結果發(fā)布

2014 C-NCAP released the results of the first collision

日前，中國汽車技術研究中心在北京車展上公布了2014年度第一批車型評價結果。本次碰撞試驗共有11個車型，其中本田雅閣、豐田新威馳、本田杰德、福特翼博、斯柯達昕銳、現(xiàn)代名圖、起亞索蘭托、海馬M 3旗艦版、上汽榮威950以及江淮和悅，這10款車型獲得了5星評價。至此，C-NCAP評價車型總數(shù)累計已達233款，其中按照2012年版C-NCAP管理規(guī)則進行評價的車型已達到61個。

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

劉小龍，助理工程師，就職于陜西法士特汽車傳動工程研究院設計研究所。