汽車(chē)電渦流緩速器綜述

王意東，何太碧 （西華大學(xué)交通與汽車(chē)工程學(xué)院，四川 成都610039）

我國(guó)國(guó)土面積廣闊，山區(qū)面積占很大比重，道路崎嶇，路窄坡陡，坡長(zhǎng)彎多，長(zhǎng)期行駛在山區(qū)的貨車(chē)或客車(chē)因持續(xù)制動(dòng)，制動(dòng)鼓溫度會(huì)急劇升高 （500～600℃），導(dǎo)致制動(dòng)效能下降或失效，輪輞溫度升高還可能導(dǎo)致爆胎，從而引發(fā)安全事故。汽車(chē)電渦流緩速器是一種非接觸式、高效動(dòng)態(tài)輔助制動(dòng)系統(tǒng)，在汽車(chē)常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)中增裝電渦流緩速器輔助制動(dòng)系統(tǒng)，可以有效避免上述弊端。為此，筆者對(duì)汽車(chē)電渦流緩速器加以介紹。

1 國(guó)內(nèi)電渦流緩速器發(fā)展概況

電渦流緩速器是一種非接觸式輔助制動(dòng)系統(tǒng)，俗稱(chēng) “電剎”，因其可以有效提高汽車(chē)的安全性能。歐洲各國(guó)已于20世紀(jì)30年代在貨車(chē)上安裝電渦流緩速器，因其有效提高重型汽車(chē)的安全性能，許多國(guó)家將其規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)件安裝在相關(guān)汽車(chē)上。1964年上?？蛙?chē)廠(chǎng)曾研制過(guò)電渦流緩速器，但由于種種原因，該項(xiàng)目沒(méi)有獲得成功。直到2001年，才研制出首批電渦流緩速器并裝配在3000輛客車(chē)上，由于看好電渦流緩速器市場(chǎng)前景，眾多廠(chǎng)家紛紛進(jìn)入汽車(chē)電渦流緩速器制造行業(yè)，鼎盛時(shí)期有70多家生產(chǎn)廠(chǎng)家［1］，導(dǎo)致該產(chǎn)品的質(zhì)量良莠不齊，最終大部分廠(chǎng)家被整合或淘汰，目前有20余廠(chǎng)家從事汽車(chē)電渦流緩速器制造，其技術(shù)水平較國(guó)外尚有一定差距。近幾年來(lái)，由于我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，電渦流緩速器的研發(fā)工作也處于快速發(fā)展階段。

2 電渦流緩速器結(jié)構(gòu)及工作原理

2．1 電渦流緩速器結(jié)構(gòu)

圖1 電渦流緩速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

電渦流緩速器由機(jī)械部分和電氣部分組成 （見(jiàn)圖1）。機(jī)械部分包括定子、轉(zhuǎn)子以及支撐架，其主要內(nèi)容如下：①定子。該結(jié)構(gòu)是緩速器的主要工作部件，在定子圓周方向均勻地固定安裝有8個(gè)高導(dǎo)磁材料制成的鐵心，線(xiàn)圈套在鐵心上，鐵心起增大磁通的作用。定子通過(guò)固定支架剛性安裝在車(chē)架上 （或者驅(qū)動(dòng)橋主減速器外殼上，也可安裝在變速器后端蓋上），定子相對(duì)于車(chē)架靜止不動(dòng)。②轉(zhuǎn)子。該結(jié)構(gòu)呈圓環(huán)狀，由2片前后對(duì)稱(chēng)、帶散熱葉片的轉(zhuǎn)盤(pán)組成，前后2轉(zhuǎn)盤(pán)中間通過(guò)連接環(huán)將其固定為一體，前后轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)法蘭或凸緣與傳動(dòng)軸相連，并隨傳動(dòng)軸一起高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子一般用導(dǎo)磁率高且剩磁率低的鐵磁材料制成。定子和轉(zhuǎn)子之間有一定氣隙，可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。綜合考慮緩速器的性能要求以及運(yùn)行可靠性，定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙一般在0．5～1．5mm之間。電氣部分包括控制系統(tǒng)、ABS連接器、車(chē)速信號(hào)傳感器、制動(dòng)壓力傳感器、手控開(kāi)關(guān)信號(hào)以及指示燈，其主要內(nèi)容如下：①控制系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)是電渦流緩速器各種信號(hào)的集中分析及處理中心，對(duì)緩速器的工作狀況發(fā)出指令。②車(chē)速信號(hào)傳感器。該結(jié)構(gòu)用于收集車(chē)速信息，并將信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)。③制動(dòng)壓力傳感器。一般為線(xiàn)性型傳感器，其產(chǎn)生的電信號(hào)向控制系統(tǒng)傳輸以調(diào)整緩速器的勵(lì)磁電流量值的大小。④ABS連接器。該結(jié)構(gòu)由數(shù)十個(gè)數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，能根據(jù)車(chē)輛的行駛狀況自動(dòng)控制緩速器的工作狀態(tài)。如果ABS發(fā)現(xiàn)某個(gè)車(chē)輪打滑，控制器將立即終止緩速器的制動(dòng)作用。車(chē)輪打滑一旦結(jié)束，緩速器又進(jìn)入待工作狀態(tài)，始終保持緩速器的制動(dòng)力矩在地面附著力的范圍內(nèi)。另外，當(dāng)ABS有故障時(shí)，控制系統(tǒng)將切斷電渦流緩速器的腳控功能，手控制動(dòng)仍然有效，以保證行車(chē)安全［2］。因此，電渦流緩速器和ABS系統(tǒng)是兼容的。⑤指示燈。安裝在儀表板上，顯示電渦流緩速器的當(dāng)前工作狀態(tài)。

2．2 工作原理

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，定子勵(lì)磁線(xiàn)圈通電后，在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)在繞組、鐵心、氣隙及轉(zhuǎn)子之間形成閉合回路。緩速器的轉(zhuǎn)子從表面上看不是一個(gè)閉合導(dǎo)線(xiàn)，但從微觀(guān)角度看是一個(gè)由無(wú)數(shù)個(gè)閉合導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的集合體［3］。當(dāng)轉(zhuǎn)子隨傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部無(wú)數(shù)個(gè)由閉合導(dǎo)線(xiàn)所包圍的面積內(nèi)的磁通量會(huì)發(fā)生周期性的變化，從而在轉(zhuǎn)子內(nèi)部產(chǎn)生無(wú)數(shù)渦旋狀的感應(yīng)電流 （簡(jiǎn)稱(chēng)電渦流）［4］。渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙引起渦電流磁通量的變化，即轉(zhuǎn)子內(nèi)部新磁場(chǎng)與原來(lái)定子勵(lì)磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用。由楞次定律可知，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體上的感應(yīng)電流所受的磁場(chǎng)力 （安培力）總是反抗 （或阻礙）導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，因此，轉(zhuǎn)子周向?qū)⑹艿阶璧K轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的合力的影響，最終使汽車(chē)減速。當(dāng)汽車(chē)運(yùn)行時(shí)，電渦流緩速器的具體工作過(guò)程如下：①當(dāng)車(chē)速傳感器探測(cè)到汽車(chē)處于行駛狀態(tài)且行駛速度大于5km／h時(shí)，車(chē)速傳感器將信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)分析處理并發(fā)送指令給電渦流緩速器，使其處于待工作狀態(tài)。②當(dāng)氣壓傳感器探測(cè)到駕駛員將要減速而腳踏制動(dòng)踏板 （或手控開(kāi)關(guān)處于工作狀態(tài)）時(shí)，氣壓傳感器把制動(dòng)總泵中的氣壓大小信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)。③控制系統(tǒng)給勵(lì)磁線(xiàn)圈通電，啟動(dòng)電渦流緩速器，并根據(jù)氣壓大小調(diào)節(jié)定子勵(lì)磁線(xiàn)圈電流大小，以達(dá)到調(diào)節(jié)電渦流緩速器制動(dòng)力矩的作用。

3 電渦流緩速器的安裝方式

目前，安裝電渦流緩速器的方式有3種，即安裝在傳動(dòng)軸中間、安裝在變速器后端蓋上和安裝在后橋主減速器外殼上，具體內(nèi)容如下：①安裝在傳動(dòng)軸中間 （見(jiàn)圖2）。其優(yōu)點(diǎn)是電渦流緩速器相對(duì)獨(dú)立，對(duì)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響，缺點(diǎn)是需定期潤(rùn)滑保養(yǎng)。②安裝在變速器后端蓋上 （見(jiàn)圖3）。其優(yōu)點(diǎn)是緩速器由輔助支架支撐，減少了對(duì)變速器殼體的影響，缺點(diǎn)是變速器、離合器拆裝不便。③安裝在后橋主減速器外殼上 （見(jiàn)圖4）。其優(yōu)點(diǎn)是變速器、離合器拆裝方便，緩速器維護(hù)、保養(yǎng)方便，缺點(diǎn)是因缺少輔助支撐，車(chē)輛顛簸嚴(yán)重時(shí)對(duì)主減速器殼體、輸入軸、軸承、油封等有一定影響。

圖2 電渦流緩速器安裝在傳動(dòng)軸中間

圖3 電渦流緩速器安裝在變速器后端蓋上

圖4 電渦流緩速器安裝在后橋主減速器外殼上

4 應(yīng)用效果

電渦流緩速器在保障汽車(chē)安全方面具有如下優(yōu)勢(shì)：①能夠分擔(dān)大部分制動(dòng)負(fù)荷 （30%～80%），大大降低了制動(dòng)鼓溫度。②低速響應(yīng)性能好，可以在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供動(dòng)態(tài)、高效的制動(dòng)力矩。③由于電渦流緩速器獨(dú)立于主制動(dòng)系統(tǒng)，即使電渦流緩速器發(fā)生故障也不影響主制動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。④采用電流驅(qū)動(dòng)，電渦流緩速器的響應(yīng)快 （約40ms），比液力緩速器的響應(yīng)時(shí)間快20倍。

使用電渦流緩速器可提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。由于電渦流緩速器工作方式為非接觸式，不存在摩擦作用，因而日常維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低。另外，電渦流緩速器分擔(dān)了大部分的制動(dòng)力矩，提高了車(chē)輪制動(dòng)器的使用壽命，使間接經(jīng)濟(jì)效益增大。

由于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，制動(dòng)片在摩擦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多有害的粉塵，而使用電渦流緩速器可以承擔(dān)大部分的制動(dòng)負(fù)荷，從而大大降低了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成的不利影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

a汽車(chē)電渦流緩速器作為非接觸式、動(dòng)態(tài)輔助制動(dòng)系統(tǒng)，具有輔助制動(dòng)性能良好、響應(yīng)時(shí)間快、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，能有效降低汽車(chē)交通事故發(fā)生率，因而具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)有前景。今后在研制電渦流緩速器時(shí)應(yīng)主要考慮其低速性能和抗熱衰退性能，從而設(shè)計(jì)出性能更加優(yōu)良的汽車(chē)電渦流緩速器以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

［1］劉道春 ．緩速器的發(fā)展與未來(lái) ［J］．汽車(chē)與配件，2010（8）：74-77．

［2］衣豐艷 ．車(chē)用緩速器設(shè)計(jì)理論與評(píng)價(jià)方法研究 ［D］．鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2009．

［3］深圳市外貿(mào)通達(dá)實(shí)業(yè)有限公司．TELMA電渦流緩速器 ［J］．城市車(chē)輛，2002（2）：52-54．

［4］黃榕清，李剛營(yíng)，胡宏 ．液力緩速器和電渦流緩速器 ［J］．機(jī)電工程技術(shù)，2005，34（10）：76-78．