陳為煜，李德海，李錢

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

客車緩速器力矩測試方法研究

陳為煜，李德海，李錢

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

提出在整車上測得緩速器制動力矩的方法，通過試驗對比三種型號緩速器的制動力矩，結(jié)合駕駛員主觀評價結(jié)果，驗證試驗方法的正確性。

客車緩速器；制動力矩；測試方法

汽車緩速器作為一種有效的輔助制動系統(tǒng)，在我國客車上已經(jīng)被廣泛采用[1]。據(jù)統(tǒng)計，在城市車輛中緩速器能延長4-8倍制動系統(tǒng)的壽命，有效減少車輛維修、營運費用[2]。在客運車輛中，對于陡坡地形，緩速器能有效地緩解頻繁或長時間地使用行車制動出現(xiàn)摩擦片過熱的制動效能熱衰退現(xiàn)象，以及輪胎易分層造成早期損傷的弊端，使車輛行駛更加安全，減少交通事故的發(fā)生[3]。同時客車安全法規(guī)的標準也在不斷提高，其中GB 7258-2012規(guī)定“車長大＞9 m的客車（對專用校車為車長大于8 m）、總質(zhì)量≥12 000 kg的貨車和專項作業(yè)車、所有危險貨物運輸車應(yīng)裝備緩速器或其他輔助制動裝置[4]。緩速器要得到良好使用，在車輛設(shè)計過程中需要對緩速器進行選型匹配。

1 緩速器工作原理及問題的提出

緩速器按其工作原理可分為發(fā)動機緩速裝置、液力緩速器、電渦流緩速器、電機緩速裝置、空氣動力緩速裝置等。目前，國內(nèi)客車上應(yīng)用最廣泛的是電渦流緩速器和液力緩速器，現(xiàn)對這兩種緩速器的工作原理、優(yōu)缺點進行簡單介紹。

1）電渦流緩速器。電渦流緩速器采用電磁感應(yīng)原理，通過定子與轉(zhuǎn)子之間的磁場作用，將車輛行駛的動能轉(zhuǎn)換為熱能，實現(xiàn)車輛減速。其中定子與車輛底盤的變速器、后橋或車架等固定在一起，轉(zhuǎn)子通過突緣連接與傳動軸一起高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與定子之間有很小的氣隙，定子中的多組線圈通電后產(chǎn)生巨大的力矩作用在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上，從而使車輛減速。其主要優(yōu)點是：價格相對低廉，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便快捷，出現(xiàn)故障時維護容易，使用過程中反應(yīng)迅速；其主要缺點有：總質(zhì)量比較大，熱衰退現(xiàn)象明顯，不適合長時間持續(xù)制動，可靠性較差。

2）液力緩速器。液力緩速器是利用液體阻尼產(chǎn)生緩速作用的裝置。液力緩速器是由轉(zhuǎn)子、定子、工作腔、輸入軸、熱交換器、儲油箱和殼體組成。液力緩速器的轉(zhuǎn)子葉輪與變速器輸出軸相連，定子葉輪與緩速器殼體相連，轉(zhuǎn)子葉輪與定子葉輪之間有一定間隙，并構(gòu)成液體的工作腔。緩速器工作時，壓縮空氣經(jīng)電磁閥進入儲油箱，將儲油箱內(nèi)的液油經(jīng)油路壓進緩速器內(nèi)，緩速器開始工作。轉(zhuǎn)子帶動油液繞軸線旋轉(zhuǎn)；同時，油液沿葉片方向運動甩向定子。定子葉片對油液產(chǎn)生反作用，油液流出定子再轉(zhuǎn)回來沖擊轉(zhuǎn)子，這樣就形成對轉(zhuǎn)子的阻力矩，阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對車輛的減速作用。其主要優(yōu)點是：幾乎沒有熱衰退現(xiàn)象，適合持續(xù)制動，質(zhì)量輕，相同制動力矩情況下質(zhì)量約為電渦流緩速器的一半，可靠性良好；其主要缺點有：價格高，安裝精度要求高，維護成本比較大，使用過程中反應(yīng)較慢，低速過程中制動效果不明顯。

緩速器的主要參數(shù)為制動力矩，在某次車型匹配電渦流緩速器過程中，有三家緩速廠家都給出同樣的標稱制動力矩。實際匹配到整車上，駕駛員實車主觀評價反映三種緩速器制動效果差異較大。為了客觀地評價緩速器的制動力矩，本文提出分別在實際道路上及轉(zhuǎn)轂臺架上測試緩速器制動力矩的方法。

2 實際道路試驗方法

2.1 整車緩速器制動力矩計算

根據(jù)牛頓第二定律，車輛在緩速器制動過程中，在車輛行駛方向上有：

式中：F為車輛行駛方向上受到的總合力；m為汽車總質(zhì)量；a為制動的減速度；v1、v2分別為車輛使用緩速器制動的初始和終了速度；t1、t2分別為車輛速度v1、v2對應(yīng)的時間。脫開發(fā)動機，只靠緩速器進行制動滑行，車輛行駛方向上有：

式中：Ft為緩速器提供的力矩對車輛的制動力；Fr為車輛克服滾動阻力、風(fēng)阻等的行駛阻力。對該車型的行駛阻力Fr可通過GB-T27840-2011[5]附錄C測定，且Fr的測定結(jié)果與車速關(guān)系可擬合成一元二次關(guān)系曲線。具體到本例計算，F(xiàn)r約為Ft的1/10，F(xiàn)r取從v1～v2過程中的平均值。根據(jù)式（1）和式（2）有：

根據(jù)汽車理論有[6]：

式中：Mt為緩速器提供的制動力矩；r為汽車車輪半徑；i0為后輪主減速器的傳動比；η為緩速器的傳動效率，在比較不同緩速器時可認為三款緩速的傳動效率都為100%。根據(jù)式（3）和式（4）有：

根據(jù)式（5），只要通過試驗設(shè)備測得車輛使用緩速器制動從v1下降到v2的作用時間，則可粗略估算出緩速器提供的制動力矩，為緩速器的匹配選型提供參考。

2.2 試驗及結(jié)果

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗與實際試驗條件，選定v1為70 km/h， v2為30 km/h，通過采用VBOX試驗設(shè)備測試試驗車輛使用三種緩速器制動從v1下降到v2的制動時間ta，同時測定車速每下降5 km/h的最短時間tmin。

按2.1中試驗方案測得試驗結(jié)果如表1所示。

表1 三種緩速器制動時間測試結(jié)果

將表1試驗結(jié)果代入式（5），計算三款緩速器制力矩如表2所示。其中三款緩速器的標稱制動力矩均為2 400 N·m。

表2 三款緩速器制動力矩計算結(jié)果

3 轉(zhuǎn)轂臺架試驗方法

若企業(yè)試驗室具備轉(zhuǎn)轂試驗臺架，則還可以更準確地進行測試，試驗車速也不受道路條件限制。

3.1 整車緩速器制動力矩計算

在轉(zhuǎn)轂臺架上，緩速器制動力矩按式（6）進行計算：

式中：Mt為緩速器提供的制動力矩；Fl為汽車輪邊力，由輪轂設(shè)備直接測出；r為汽車車輪半徑；i0為后輪主減速器的傳動比；η為緩速器的傳動效率，在比較不同緩速器時可認為三款緩速的傳動效率都為100%。

3.2 試驗及結(jié)果

利用轉(zhuǎn)轂道路模式，將車輛加速至100 km/h，掛空檔，緩速器拉至最大檔位，利用緩器制動至車速低于10 km/h。對裝有上述三款同樣的緩速器的整車，測得臺架試驗數(shù)據(jù)，并按式（6）進行計算，試驗及計算結(jié)果如表3所示。并可繪制制動過程力矩曲線（圖1）。由圖1可看出型號一緩速器反應(yīng)較快，制動力矩最大，制動效果最好；型號三緩速器反應(yīng)最快，制動力矩較小，制動效果稍差；型號二緩速器反應(yīng)最慢，制動力矩最小，制動效果最差。

表3三款緩速器制動力矩轉(zhuǎn)轂臺架試驗結(jié)果

緩速型型型器號號號型一二三號計緩算速111結(jié)器736果最820 894（大... /629 762 N扭·矩m）測扭試矩扭243差543矩... 461異與712標/%稱

圖1 三款型號緩速器制動力矩曲線

對照表2和表3的試驗結(jié)果，因道路試驗中，減速度是估算值，行駛阻力采用不同速度的平均值，因此不同試驗方法測得的緩速器扭矩數(shù)值有差異。但都可以得出型號一的制動效果最好，型號三次之，型號二最差的結(jié)論。這與駕駛員主觀評價結(jié)果吻合。轉(zhuǎn)轂臺架試驗方法測得數(shù)據(jù)較為精確，但對試驗設(shè)備要求較高。在企業(yè)不具備轉(zhuǎn)轂臺架試驗設(shè)備情況下可采用道路試驗方法測試。實際測試中，行駛阻力Fr除了采用本文2.1所述方法測得，也可以采用相同車型的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對計算結(jié)果影響不大。

4 結(jié)束語

緩速器在客車上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。實際設(shè)計匹配中，緩速器可提供的制動力矩是一個重要的參數(shù)。一般緩速器廠家提供的標稱力矩是理論計算上的最大力矩值[7]，選型設(shè)計時，可參照本文的方法，結(jié)合試驗條件，對緩速器的制動力矩進行評判。

[1]楊華，王增強.汽車緩速器概覽[J].汽車運用，2015（10）：27-29.

[2]陳光辰，吳婷.液力緩速器技術(shù)綜述[J].科學(xué)與財富，2016，8（1）.

[3]徐元慶.淺議緩速器裝置在客車上的應(yīng)用[J].客車技術(shù)，2015，（2）：21-23.

[4]公安部道路交通管理標準化技術(shù)委員會.機動車運行安全技術(shù)條件：GB7258-2012[S].北京：中國標準出版社，2012：5.

[5]全國汽車標準化技術(shù)委員會.重型商用車輛燃料消耗量測量方法：GB/T 27840-2011[S].北京：中國標準出版社，2011：12.

[6]余志生.汽車理論[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[7]鄭偉，孫文濤，自動變速器液力緩速器工作原理及試驗研究[J].機電設(shè)備，2014，（3）：47-50.

修改稿日期：2017-03-20

Research on the Test Methods for Coach Retarder Moment

Chen Weiyu,Li Dehai,Li Qian
（Xiamen KingLongUnited Automotive IndustryCo.,Ltd，Xiamen 361023，China)

The author presents the method for testingthe retarder brake moment on the whole vehicle.He compares the brake moment of three types retarders through testing and combining the subjective evaluation of the driver to verifythe correctness ofthe test methods.

coach retarder;brake moment;test method

U463.5

A

1006-3331（2017）03-0053-03

陳為煜（1985-），男，工程師；主要從事整車性能及可靠試驗及整車性能分析工作。