自動(dòng)變速器液力緩速器工作原理及試驗(yàn)研究

鄭 偉，孫文濤

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

自動(dòng)變速器液力緩速器工作原理及試驗(yàn)研究

鄭 偉，孫文濤

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

通過分析自動(dòng)變速器液力緩速器的工作原理，得出了重型車輛安裝液力緩速器的必要性。通過試驗(yàn)研究液力緩速器的工作過程以及緩速能力，得出了相關(guān)的測(cè)量曲線數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，使用液力緩速器對(duì)提高行車制動(dòng)器的壽命以及行車安全性都有很好的輔助作用。

液力緩速器；制動(dòng)器；輔助作用

0 引言

汽車的安全性一直以來都很重要，特別是在汽車運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，要求車輛有更高的運(yùn)營(yíng)效率，因此車載增加，車速提高。行車制動(dòng)器的制動(dòng)能力由于受到多種因素的限制，下長(zhǎng)坡長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)制動(dòng)和高速制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)襯片極易磨損或燒損，降低時(shí)動(dòng)器壽命，影響到行車安全。而液力緩速器吸收制動(dòng)能量最高能達(dá)到制動(dòng)能量的90%，可保持車輛以高的平均車速行駛，有效輔助行車制動(dòng)器，提高車輛運(yùn)營(yíng)效率，降低維修成本，使行駛更安全。

1 工作原理

液力緩速器是由定子、轉(zhuǎn)子、殼體和一個(gè)控制閥閥體模塊構(gòu)成（圖1），轉(zhuǎn)子與變速器輸出軸通過花鍵聯(lián)結(jié)，并因此與輸出軸同速旋轉(zhuǎn)。緩速器定子、轉(zhuǎn)子和殼體都有整體式葉片。轉(zhuǎn)子在固定的定子和緩速器殼體間轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)緩速器殼體充入變速器油并加壓時(shí)，緩速器開始作用。此時(shí)，加壓的變速器油就會(huì)阻礙并減緩轉(zhuǎn)子、輸出軸和車輛的速度。緩速器腔體中的變速器油一開始由一個(gè)儲(chǔ)存變速器油的外部?jī)?chǔ)能器充入。當(dāng)緩速器不工作時(shí)，變速器油重又從緩速器排出從而儲(chǔ)能器又被重新充滿變速器油。

圖1 液力緩速器結(jié)構(gòu)圖

一般來說緩速器可裝在輸入軸上也可裝在輸出軸上，下面通過一個(gè)力學(xué)模型來分析各自優(yōu)劣。如圖 2，將整個(gè)變速部分簡(jiǎn)化為一對(duì)齒輪傳動(dòng)，則變速器輸入轉(zhuǎn)矩Mi與輸出轉(zhuǎn)矩Mo之比應(yīng)該滿足：

1）若是變速器處于低檔，傳動(dòng)比i>1，則后置(安裝于輸出軸)緩速器所需制動(dòng)力矩加大。

2）若是變速器處于超速檔，則情況正好相反，后置緩速器所需制動(dòng)力矩減小，尺寸亦減小。等流量條件下需要加大緩速器尺寸。

圖2 變速器簡(jiǎn)化模型

液力緩速器基于能量轉(zhuǎn)換原理，與其他的制動(dòng)方式一樣，都是將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后散耗到大氣中。車輛恒速下坡時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)所要消耗的能量W，

式中：m為車輛質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s2；H為坡道高度，m；

制動(dòng)器或緩速器單獨(dú)工作時(shí)，就是要將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能散掉，保持制動(dòng)或緩速的能力。車輛制動(dòng)對(duì)于液力緩速器來說，隨冷卻系統(tǒng)散熱能力的提高，其緩速能力也是隨之增強(qiáng)，液力緩速器通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱。由于液力緩速器和發(fā)動(dòng)機(jī)不同時(shí)工作，因此，在正常情況下，不會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷。下長(zhǎng)坡后可立即停車、駐車[1]。

緩速器的緩速能力是由緩速器控制閥閥體里的部件和外部緩速器控制系統(tǒng)所要求的緩速程度來決定的。緩速器可有低、中、高三種緩速能力的配置。

2 試驗(yàn)研究

以HD4070PR變速器(如圖3)為例進(jìn)行試驗(yàn)研究液力緩速器的工作原理以及緩速能力。在HD4070PR變速器輸出模塊中裝有液力緩速器，它有以下幾大作用：1）幫助停車2）在坡度很陡時(shí)，幫助控制汽車下坡速度；3）延長(zhǎng)行車制動(dòng)器的壽命；4）增強(qiáng)對(duì)車輛的控制。緩速器液壓系統(tǒng)組成如圖3所示，此時(shí)為緩速器未工作狀態(tài)[2]。

圖3 HD4070PR自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

當(dāng)路面狀況需要且油門開度小于10%時(shí)，可手動(dòng)控制緩速器開通，但在ABS功能工作時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)停止緩速器工作。通過手柄控制器操作者可以根據(jù)情況選擇高中低的任一級(jí)。

緩速器控制閥電磁閥H被以一個(gè)固定的占空比通電，這使系統(tǒng)主控油壓推動(dòng)緩速器控制閥心克服彈簧力下移。此動(dòng)作將同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)效應(yīng)，一是允許系統(tǒng)主油壓進(jìn)入緩速器充油油路的通道將被打開，緩速器充油開始，其壓力取決于占空比和彈簧的剛度；二是打開另一個(gè)通道，將主油壓引至流量控制閥，推動(dòng)其左移。此時(shí)，ECU再向緩速器儲(chǔ)能器電磁閥N滿負(fù)荷供電，N全開。車輛氣壓被允許作用在儲(chǔ)能器活塞上，推動(dòng)活塞右移，將其儲(chǔ)存的變速器油充入緩速器室中。在這兩個(gè)壓力的同時(shí)作用下緩速器內(nèi)不斷有油液補(bǔ)充，變速器油產(chǎn)生的阻力阻礙位于緩速器室里轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到減速效果。這一過程中變速器油的流動(dòng)路線是：通過緩速器，經(jīng)流量控制閥到冷卻器，再經(jīng)冷卻后返回到緩速器室。在緩速器作用期間，從變矩器流出的變速器油直接進(jìn)入潤(rùn)滑油路。經(jīng)試驗(yàn)分析，緩速器控制電磁閥H的占空比是由以下參數(shù)決定的：

1）緩速器手柄位置；

2）變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，緩速能力(充油壓力)達(dá)到所允許的最大值，當(dāng)高于或低于標(biāo)定數(shù)值時(shí)，ECU將調(diào)整充油壓力，當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)速低于165r/min～450r/min時(shí)，緩速器將停止工作；

3）緩速器內(nèi)的變速器油溫；

4）所在的變速器檔位。

圖4 HD4070PR自動(dòng)變速器緩速器系統(tǒng)

如圖5所示，液力緩速器的充油壓力隨著驅(qū)動(dòng)電磁閥的占空比的增大而增大，其緩速能力即輸出軸轉(zhuǎn)矩也隨之增大。可看出：液力緩速器的緩速能力取決于緩速器的充油壓力、輸出軸轉(zhuǎn)速。即緩速器的緩速能力可根據(jù)實(shí)際行駛工況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

在緩速手柄處于不同位置時(shí)，其緩速器所能夠提供的阻力扭矩如圖6、7所示?？煽闯觯涸诓坏?s的時(shí)間內(nèi)緩速器即達(dá)到最大緩速能力，在輸出軸轉(zhuǎn)速在1000r/min時(shí)，其緩速能力最大，最大可達(dá)3000N·m，隨車速的提高，其緩速能力逐漸降低。即在發(fā)動(dòng)機(jī)較低轉(zhuǎn)速時(shí)緩速器能夠得到較好的緩速效果。

圖5 HD4070PR自動(dòng)變速器緩速器試驗(yàn)曲線

圖6 液力緩速器的緩速能力

圖7 液力緩速器緩速能力隨時(shí)間的變化

3 結(jié)論

通過理論分析以及試驗(yàn)研究，可看出：液力緩速器對(duì)提高制動(dòng)器壽命以及行車安全性都有著很好的輔助作用。因此，由于液力緩速器的諸多優(yōu)點(diǎn)，在車輛上尤其是在重型車輛以及大型農(nóng)用車輛上已經(jīng)越來越多的得到應(yīng)用[3]。

[1]吳修義.德國(guó)福伊特(VOITH)液力緩速器[J]. 汽車與配件, 2005(33): 30-33.

[2]艾里遜實(shí)業(yè)有限公司技術(shù)部.艾里遜自動(dòng)變速箱MD/HD/B/T/MH系列工作原理[G]. 通用汽車公司,2001.

[3]楊凱華,鄭慕僑,閻清東,等.車輛傳動(dòng)中液力減速器的技術(shù)發(fā)展[J]. 工程機(jī)械, 2001(6): 32-35.

《海洋工程裝備工程實(shí)施方案》出臺(tái)

“到2016年，我國(guó)海洋工程裝備實(shí)現(xiàn)淺海裝備自主化、系列化和品牌化，深海裝備自主設(shè)計(jì)和總包建造取得突破，專業(yè)化配套能力明顯提升，基本形成健全的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和標(biāo)準(zhǔn)體系，創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步提升。到2020年，全面掌握主力海洋工程裝備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，具備新型海洋工程裝備的設(shè)計(jì)與建造能力，形成較為完整的科研開發(fā)、總裝建造、設(shè)備供應(yīng)和技術(shù)服務(wù)的產(chǎn)業(yè)體系，海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力明顯提升?！?月7日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在其官方網(wǎng)站公布《海洋工程裝備工程實(shí)施方案》（以下簡(jiǎn)稱實(shí)施方案），明確了我國(guó)海洋工程裝備制造業(yè)發(fā)展的總體思路、工程目標(biāo)、主要任務(wù)、組織方式和保障措施。

據(jù)介紹，實(shí)施方案由國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、工業(yè)和信息化部會(huì)同科技部、國(guó)家海洋局、國(guó)家能源局、國(guó)務(wù)院國(guó)資委、教育部、國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局等部門聯(lián)合編制，旨在貫徹落實(shí)《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，加快推進(jìn)海洋工程裝備制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

實(shí)施方案要求，按照“市場(chǎng)為牽引、創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)、總裝為龍頭、配套為骨干”的發(fā)展思路，面向國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)市場(chǎng)，充分發(fā)揮企業(yè)市場(chǎng)主體作用和政府引導(dǎo)推動(dòng)作用，重點(diǎn)突破深遠(yuǎn)海油氣勘探裝備、鉆井裝備、生產(chǎn)裝備、海洋工程船舶、其他輔助裝備以及相關(guān)配套設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，加強(qiáng)創(chuàng)新能力建設(shè)和工程示范應(yīng)用，促進(jìn)第三方中介服務(wù)機(jī)構(gòu)發(fā)展，全面提升我國(guó)海洋工程裝備自主研發(fā)設(shè)計(jì)、專業(yè)化制造及系統(tǒng)配套能力，實(shí)現(xiàn)海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。為此，實(shí)施方案提出了5大主要任務(wù)：加快主力裝備系列化研發(fā)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；加強(qiáng)新型海洋工程裝備開發(fā)，提升設(shè)計(jì)建造能力；加強(qiáng)關(guān)鍵配套系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，提升配套水平；加強(qiáng)海洋工程裝備示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展；加強(qiáng)創(chuàng)新能力建設(shè)，支撐產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。

參與實(shí)施方案編制的政府有關(guān)部門負(fù)責(zé)人接受記者采訪時(shí)表示，2012年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確了7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的20項(xiàng)重大工程發(fā)展路線圖。而此次出臺(tái)的實(shí)施方案既是對(duì)海洋工程裝備制造業(yè)發(fā)展路線圖的細(xì)化和延伸，更是對(duì)研究制定深海資源勘探專項(xiàng)鼓勵(lì)政策要求的貫徹落實(shí)。實(shí)施方案將充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的決定性作用，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，著力營(yíng)造良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，激發(fā)各類市場(chǎng)主體的積極性。針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)和瓶頸制約，有效發(fā)揮政府的規(guī)劃引導(dǎo)、政策激勵(lì)和組織協(xié)調(diào)作用，以提升我國(guó)海工裝備制造業(yè)的設(shè)計(jì)建造能力、創(chuàng)新發(fā)展能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。實(shí)施方案將重點(diǎn)目標(biāo)放在突破深遠(yuǎn)海油氣勘探裝備、鉆井裝備、生產(chǎn)裝備以及相關(guān)配套設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面，力求通過加強(qiáng)創(chuàng)新能力建設(shè)和工程示范應(yīng)用，全面提升自主研發(fā)設(shè)計(jì)、專業(yè)化制造及系統(tǒng)配套能力，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，這對(duì)于我國(guó)海工裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)從技術(shù)跟隨到技術(shù)引領(lǐng)、從規(guī)模擴(kuò)張到質(zhì)量提升、從要素支撐到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變具有重大的指導(dǎo)意義。

Principle and Research of Hydrodynamic Retarders of Automatic Transmission

ZHENG Wei, SUN Wen-tao
(Chinese Automotive Technology & Research Centre, Tianjin 300300, China)

Based on analyzing work principle of hydrodynamic retarders of automatic transmission, the necessity of installing the hydrodynamic retarder on heavy vehicles are proved. By studying the work processes and retarding ability of hydrodynamic retarders,the related measure curve can be obtained. Finally, the article makes a conclusion that installing hydrodynamic retarder can play an assisted role in increasing the lifespan of travel brake and improving driving safety.

hydrodynamic retarder; brakes; assisted role

U463.22

A

鄭偉（1980-），男，工程師，碩士。主要研究方向?yàn)槠囯娮优c新能源系統(tǒng)的開發(fā)與其工藝設(shè)計(jì)。