不同的風(fēng)扇控制方式對緩速器使用效果的影響

王偉健，陳俊宇

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

引言

液力緩速器，作為一款智能制動產(chǎn)品，是商用車的重要組成部分。在商用車傳動系統(tǒng)中，如果說發(fā)動機決定了一輛汽車速度，那么緩速器就決定了汽車行駛中的安全性。特別是在長下坡路段，一輛安裝了緩速器的車，即使是滿載貨物時，也可以在不踩剎車的情況下，控制整車以恒定的速度勻速下坡，安全抵達(dá)。液力緩速器通過將整車的機械能轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)的熱能實現(xiàn)制動，可有效解決連續(xù)制動導(dǎo)致的剎車片過熱、剎車失靈等問題，延長制動器的使用壽命。同時提高運行效率，降低司機的勞動強度，大幅提升車輛的安全性、經(jīng)濟性和舒適性。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺以及人們對行車安全的重視程度加深，液力緩速器產(chǎn)品得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。

本文旨在探究整車不同的風(fēng)扇控制方式對液力緩速器使用的影響，從而通過合理的設(shè)置，使液力緩速器在長下坡過程中發(fā)揮出更好的制動效果

1 緩速器與整車的匹配

1.1 緩速器工作原理

液力緩速器主要由機械本體、電控單元，氣路系統(tǒng)和換熱單元組成。緩速器在工作時，電控單元中的控制器分擋位控制電磁比例閥的開度，此時取自整車氣源的高壓氣體通過電磁比例閥進(jìn)入緩速器油池殼內(nèi)，將工作介質(zhì)（油液）壓入機械本體的工作腔內(nèi)。在緩速器工作腔內(nèi)，有一對相向安裝的定子和轉(zhuǎn)子，定子與殼體連接，固定不動，轉(zhuǎn)子通過花鍵軸與齒輪連接，在齒輪的帶動下高速旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入工作腔內(nèi)的工作介質(zhì)（油液）被高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動加速，并作用至固定不動的定子上，定子對工作介質(zhì)（油液）的運動有阻礙作用，并通過工作介質(zhì)（油液）將這種阻礙作用傳遞到轉(zhuǎn)子上，然后通過花鍵軸和齒輪將阻礙作用力傳遞到變速器的輸出軸上，從而形成對整車的制動力。緩速器在產(chǎn)生制動力的過程中，其實是將車輛的動能轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)（油液）的熱能。產(chǎn)生的熱能由緩速器換熱單元，通過整車散熱系統(tǒng)消散掉。此時整車的散熱功率需滿足緩速器的散熱需求。

1.2 緩速器與整車的散熱匹配

車輛在長下坡時，需要緩速器持續(xù)性地提供制動力，此時就需要整車散熱系統(tǒng)不間斷地將緩速器產(chǎn)生的熱量消耗掉，整車的散熱功率需大于緩速器的制動功率。所以在緩速器與整車的匹配過程中，散熱方面的匹配是關(guān)鍵部分，一般而言，加裝液力緩速器后對整車散熱能力的要求會更高。

整車的散熱系統(tǒng)包括散熱水箱、散熱器、風(fēng)扇等，其中風(fēng)扇在整車散熱過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，風(fēng)扇的直徑大小、轉(zhuǎn)速高低及風(fēng)扇的控制方式都對整車散熱能力有著較大的影響，本文就從風(fēng)扇的控制方式出發(fā)，研究不同種類的風(fēng)扇控制方式對整車散熱能力的影響，對緩速器使用效果的影響。

一般情況下，匹配緩速器時，常見的車輛風(fēng)扇的控制方式有兩種，第一種是聯(lián)動控制，即只要緩速器開始工作，風(fēng)扇就全速運轉(zhuǎn)；第二種是通過溫度控制，即在控制采溫點的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時，風(fēng)扇全速運轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)扇控制采溫點的溫度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時，風(fēng)扇以半功率或低功率狀態(tài)運轉(zhuǎn)。

2 風(fēng)扇是否聯(lián)動對緩速器使用效果影響的實驗研究

2.1 實驗設(shè)備

整車轉(zhuǎn)轂試驗臺是一個能通過電機驅(qū)動車輛來模擬車輛下坡制動工況的整車試驗臺架，也就是車輛拖曳試驗的室內(nèi)模擬。本文所涉及的實驗就是在這樣的轉(zhuǎn)轂實驗臺上進(jìn)行的[2]。

如圖1所示，整車轉(zhuǎn)轂試驗臺的電機帶動兩個直徑至少為試驗車輪胎直徑兩倍的輪轂轉(zhuǎn)動，通過輪轂與整車輪胎之間的摩擦力帶動車輛在轉(zhuǎn)轂試驗臺上行駛。為了使車輛的制動力在車輪打滑不多的情況下傳遞給試驗臺架上的轉(zhuǎn)鼓，我們需要在車輛在安裝在試驗臺架后，給驅(qū)動軸施加一個豎直向下的力，以增大摩擦力。豎直向下的壓力也并非越大越好，需設(shè)置在合理的范圍內(nèi)，一般設(shè)置為20000N～50000N。整車轉(zhuǎn)轂試驗臺可通過調(diào)節(jié)輸入扭矩和速度來模擬整車車重及下坡坡度等工況，并計算出整車輪胎在轉(zhuǎn)鼓上的驅(qū)動功率。同時轉(zhuǎn)轂試驗間的風(fēng)扇和空調(diào)系統(tǒng)可根據(jù)車輛速度的變化提供相應(yīng)的風(fēng)量和環(huán)境溫度，來模擬整車實際行駛時的自然風(fēng)阻及散熱情況[3]。

圖1 整車轉(zhuǎn)轂試驗臺

2.2 功率的計算方法

在轉(zhuǎn)轂試驗臺上模擬整車下坡工況，當(dāng)車輛在一定車速下時，緩速器撥至恒速擋，通過轉(zhuǎn)轂試驗臺調(diào)整坡度，使得車輛勻速行駛12min，且緩速器達(dá)到穩(wěn)定不超溫的最大制動坡度，此時得到整車在緩速器單獨制動時的最大制動功率，然后減去摩擦功，就得到了整車的最大散熱功率。整車的最大散熱功率是直接影響緩速器使用效果的重要因素。整車聯(lián)合制動功率是緩速器制動功率和其他輔助制動功率的總和。

根據(jù)實際工況，若設(shè)車輛總重量為m，設(shè)定的恒速車速為v，最大制動坡度為tanα，滾動摩擦阻力為f%，其他輔助制動功率為P2，則整車最大散熱功率P1和整車最大聯(lián)合制動功率P為：

2.3 實驗方法

如圖2所示，在轉(zhuǎn)轂實驗臺上，分別測試三種不同風(fēng)扇控制方式下，整車的散熱功率及緩速器的使用效果?？刂品绞紸：風(fēng)扇采用聯(lián)動控制，即只要緩速器介入工作，風(fēng)扇就全速運行；控制方式B：風(fēng)扇控制采溫點在緩速器出水處，預(yù)設(shè)溫度為95度，即當(dāng)緩速器出水溫度小于95度時，風(fēng)扇開啟70%，當(dāng)緩速器出水溫度大于95度時，風(fēng)扇開啟100%全速運行；控制方式C：風(fēng)扇控制采溫點在發(fā)動機出水處，預(yù)設(shè)溫度為95度，即當(dāng)發(fā)動機出水溫度小于95度時，風(fēng)扇開啟70%，當(dāng)發(fā)動機出水溫度大于95度時，風(fēng)扇開啟100%全速運行。分別在發(fā)動機轉(zhuǎn)速器為1100rpm、1300rpm、1500rpm和1900rpm時，對比三種不同風(fēng)扇控制方式下整車的最大散熱功率和整車最大聯(lián)合制動功率。

圖2 液力緩速器散熱匹配示意圖

2.4 實驗結(jié)果

三種不同風(fēng)扇控制方式下，整車散熱功率的對比結(jié)果如圖3所示，由圖可以看出，風(fēng)扇聯(lián)動時，整車的散熱功率明顯高于其他兩種風(fēng)扇在溫度控制下的散熱功率。而且在高轉(zhuǎn)速時（1900rpm）這種趨勢更明顯，風(fēng)扇聯(lián)動控制條件下整車的散熱功率最大提高了40%。

圖3 風(fēng)扇的不同控制方式對整車散熱功率的影響

三種不同風(fēng)扇控制方式下，整車的制動功率的對比結(jié)果如圖4所示，由圖可以看出，風(fēng)扇聯(lián)動時，整車的制動功率明顯高于風(fēng)扇控制采溫點在緩速器出水時的制動功率，與風(fēng)扇控制采溫點在發(fā)動機出水時的制動功率相當(dāng)。風(fēng)扇在聯(lián)動控制條件下，制動功率最大提高了18%。

圖4 風(fēng)扇的不同控制方式對整車聯(lián)合制動功率的影響

綜上，與風(fēng)扇控制采溫點在發(fā)動機出水口相比，風(fēng)扇聯(lián)動時的整車散熱功率和聯(lián)合制動功率分別提高了40%和18%，風(fēng)扇聯(lián)動與風(fēng)扇采溫點在緩速器出水口處時相比，聯(lián)合制動功率基本相當(dāng)。

3 結(jié)論

風(fēng)扇聯(lián)動后，整車的散熱明顯好于風(fēng)扇受溫度控制時，緩速器的使用效果更好，所以整車在加裝緩速器時，推薦采用風(fēng)扇聯(lián)動的控制方式。而風(fēng)扇受溫度控制時，將采溫點選在緩速器出水口處比選在發(fā)動機出水口處更有利于整車的散熱，緩速器的使用效果也更好。