王海云，刘翠巧，李文倩

（陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司，陕西 西安 710200）

卡车辅助制动技术介绍以及液力缓速器应用分析

王海云，刘翠巧，李文倩

（陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司，陕西 西安 710200）

随着卡车安全问题的日益突出，辅助制动也随之成为用户关注的焦点，文章就目前常见的辅助制动技术做了详解，对发动机制动以及液力缓速器制动进行了对比，并对液力缓速器的应用情况进行了分析。

辅助制动；发动机制动；缓速器

CLC NO.:U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-227-04

引言

随着工业及物流市场的快速发展，近年卡车的市场需求及销量也快速增长，整车吨位和速度也在同步提高，与卡车相关的交通事故越来越多，卡车尤其是重型卡车的行车安全成为了大家的关注焦点。现在的货车制动主要还是依靠刹车片的摩擦制动为主，在长时间的下坡制动时需要频繁的使用行车制动（刹车系统）来对车辆进行减速，以保证汽车安全行驶，摩擦运动会产生大量的热量，使刹车装置的温度急剧上升，高温使得刹车能力大大降低，这就是所谓的刹车“热疲软”现象，刹车片过热会出现制动失效，甚至引起燃烧。当发生“热疲软”现象时，汽车的刹车距离会大大延长。尤其是汽车在下长坡时，“热疲软”现象更明显。目前能解决刹车“热疲软”的根本办法是使用辅助制动装置来协助汽车进行减速制动。辅助制动系统能够降低车速或保持车速稳定，很多车辆通过安装多个辅助装置相互配合，使车辆的安全制动性能达到最大化。目前使用的辅助制动类型较多，性能和效果各有差异，本文主要介绍当前主流的卡车辅助制动技术以及应用情况。

1、卡车辅助制动技术优势及类型介绍

1.1 使用辅助制动带来的优点

在很多的情况下可不使用刹车而使用辅助制动来降低车速，因此带来下面的优点：（1）减少主摩擦刹车系统和轮胎的磨损，提高其使用寿命。延长维修更换刹车片的时间周期4－7倍；降低轮毂、轮胎的温度，下降幅度可达30%～40%；轮毂、轮胎寿命可延长3倍以上。这可大大降低用户运行成本。（2）保障汽车安全下坡。（3）消除刹车热疲软现象，改善汽车的制动安全性能。（4）舍弃淋水装置，减轻汽车的重量和降低对水资源的浪费。（5）减少汽车的维修量而提高汽车的使用效率。

1.2 辅助制动类型

根据制动转矩作用形式的不同主要分为两大类，第一大类是利用发动机进行的辅助制动，俗称一级缓速（作用在变速箱前端的缓速），包括了排气蝶阀制动，泄气式制动以及压缩式制动三个类型。第二大类是利用传动系统进行的辅助制动，俗称为二级缓速（作用在变速箱后端的缓速），目前流行的有电涡流缓速器及液力缓速器两类。

2、发动机辅助制动介绍

2.1 排气蝶阀制动

排气蝶阀制动是利用从传动轴方向逆向驱动发动机而产生的发动机旋转阻力来制动汽车的。在发动机正常制动时，排气行程中的气压几乎与大气压力相等，活塞上不受压力，但如果在排气系统中装设了排气制动装置，排气管中的空气将被压缩，活塞顶部受到压缩空气的压力作用，阻止发动机的运转而产生制动作用，从而达到控制车速的目的。

图1 排气蝶阀制动构成

排气蝶阀制动原理如图1所示，将4（通气阀）接到排气管道前部，1（电磁阀）通过控制从5（电磁阀通气接头）进入2（气缸）高压空气来控制3（阀片）的开闭。当3关闭，处于工作状态，3开启（如图），排气制动没有工作，不起制动作用。排气蝶阀结构相对简单，容易加装，成本低廉，制动效率（相比于正功）最低，只能达到20-30%。

2.2 泄气式制动

泄气制动工作时，将排气门打开一个小的间隙，使发动机在压缩冲程中通过泄气释放压缩能量，这样在做功冲程几乎没有能量返回活塞，如下图2所示。而在排气过程中，排气冲程依靠排气蝶阀或VGT涡轮增压器产生的背压来增加进排气功耗。

图2 泄气式制动原理图

按照实现方式的不同可分为主动式和被动式两种：（1）被动式泄气制动器，需要排气蝶阀进行辅助。当排气蝶阀关闭后，柴油机压缩行程形成使得排气通道中的废气压力急剧上升，相邻处于吸气冲程下止点附近气缸的排气门会被压力顶开一个小缝隙，再通过增加一套控制排气门行程的执行机构，实现排气门在发动机制动过程中保持打开一个空隙。（2）主动式泄气制动器，主动式泄气制动器则是通过电磁阀控制，用液压装置保持排气门微启，不需要依赖排气蝶阀。泄气式制动方式制动效率（相比于正功）能达到50-60%。

2.3 压缩式制动

压缩式制动是指通过改变发动机排气门的配气相位，将产生能量的柴油发动机变成了吸收能量的空气压缩机。在压缩冲程即将结束时，开启排气门，这样发动机在压缩缸内空气时所做的功，便被释放到排气系统，能量不会返回到活塞上，车辆的冲量通过车轮和传动系统传到发动机，并成为反拖发动机运转的唯一动力,如下图3所示。压缩式制动方式制动效率（相比于正功）能达到80-90%。

图3 常规发动机冲程与压缩式发动机冲程对比图

3、缓速器辅助制动

相比发动机辅助制动来说，缓速器是在发动机和车轮动力传递中间增加了制动设置，通过降低传动系统转速来达到减速的效果，目前常见缓速器根据其介质不同主要分为电涡流缓速器和液力缓速器。

3.1 电涡流缓速器

电涡流缓速器主要由定子和转子两部分组成，是利用电磁学原理，旋转金属盘在磁场作用下所产生的电涡流而获得缓速的装置，电涡流缓速器的前转子和后转子通过过渡盘与主减速器输入凸缘连接，定子壳体通过支架固定在主减速器壳上，定子上装有励磁线圈。工作时由汽车蓄电池通入电流而产生磁场，在转子中引起电涡流，涡流磁场对转子产生制动转矩，其值与励磁电流的大小（由选择器控制）和转子转速有关。在转子夹层中铸出冷却风道，使电涡流产生的热通过强制对流散出，如下图4所示。

图4 电涡流缓速器及其构成

3.2 液力缓速器

液力缓速器是通过液力装置降低车辆行驶速度，一般由缓速器本体、操纵装置、电子控制单元等部件组成，缓速器本体包含了转子、定子、工作腔、输入轴、热交换器、储油箱和壳体，如下图5所示。

其定子与缓速器壳体为一体，与变速器后端或车架连接，转子通过空心轴与传动轴相连，转子和定子上均铸出叶片。工作时，借助于控制阀的操纵向油池施加压力，使工作液充入转子和定子之间的工作腔内。转子旋转时通过工作液对定子作用一个转矩，而定子的反转矩即成为转子的制动转矩，其值取决于工作腔内的液量和压力（根据控制阀调定的制动强度档位而定），以及转子的转速。汽车动能消耗于工作液的摩擦和对定子的冲击而转化为热能，使工作液温度升高。工作液被引入热交换循环流动，将热传给冷却水，再通过发动机冷却系统散出，如下图6所示。

图5 液力缓速器构成

图6 液力缓速器原理

4、液力缓速器的优势及布置形式

4.1 液力缓速器优势

相比较来说发动机制动技术里面的排气蝶阀制动模式虽然简单，但制动力矩太小，对整车缓速效果并不明显，卡车尤其是重卡下坡辅助制动无法完全依赖发动机蝶阀制动。其余两种泄气式制动以及压缩式制动技术需要发动机制造厂家对发动机进行研发升级，技术较复杂，卡车制造主机厂以及后期用户加装困难。

相对来说电涡流缓速器以及液力缓速器均可由卡车制造主机厂以及用户自行加装，但目前重型卡车中电涡流缓速器使用较少，主流全部是液力缓速器，原因是液力缓速器具有以下优点：（1）制动效能强。制动热衰退是电涡流缓速器面临的瓶颈，这致使电涡流缓速器不能长时间进行制动。相反，液力缓速器则利用发动机冷却系统散热，保证了持续制动效能。（2）制动扭矩大，重量轻，体积小。相较于电涡流缓速器，液力缓速器更容易以较小的体积和质量实现较大的缓速力矩，更适合重型货车。液力缓速器从 2000-4000Nm，重量约为65-85kg，而电涡流缓速器2000Nm时重量就达175kg。（3）能源消耗小。电涡流缓速器因为有电磁线圈，而电磁线圈相对于电控系统消耗电能要大的多，增加了蓄电池的负荷，电涡流缓速器需要112A-180A的电流，而液力缓速器则仅需要最大为1A的电流。（4）“工作腔”温度低。电涡流缓速器工作温度极高，对周围部件有较高的耐热要求且易引起整车着火。相反，液力缓速器不存在此问题。（5）反应时间，由于电涡流是给电磁线圈通电，大约需要40ms,而液力缓速器是给工作液贮槽施加气压使工作液充入工作腔，因此液力缓速器比电涡流缓速器的反应时间长，大约为800 ms，这是电涡流缓速器唯一的优势，但一秒内（800 ms）的反应时间已经完全可以满足卡车的下坡辅助制动需求。因此通过对各项指标比较，不难得出结论，液力缓速器更适用于卡车。

4.2 液力缓速器的应用情况

液力缓速器根据其安装方式一般分为三类：串联于传动轴之间（图7所示）、串联于变速器（图8所示）、并联于变速器（图9所示）。采用图7中布置方式时，需要增加传动轴数量并设计缓速器自身的悬置以及冷却水管的固定，而且因为动力总成模块与缓速器模块分开悬置，震动频率不一致导致的水管连接密封问题也需要考虑，比较复杂，一般采用较少。采用图8的布置方式时，与无缓速器车型相比，需更改传动轴长度且无法安装变速器后取力器，但是整体与动力总成一起安装，避免了缓速器自身的悬置问题，以及水管的走向和固定也难度大幅降低， 同时避开了与车架纵梁以及横梁的干涉，对车架空间要求不高，在牵引车中应用较多（效果图如图10所示）。釆用图9的布置方式时，能够很好的解决两种串联布置形式带来的问题，在整车应用中最多，唯一的不足是需要考虑与车架纵梁以及横梁的间距问题，避免出现干涉情况。

图7 串联布置状态（一）

图8 串联布置状态（二）

图9 并联布置状态

图10 串联布置状态（二）实物效果图

图11 并联布置状态实物效果图

5、结语

辅助制动技术的应用大大的提升了车辆行驶的安全性，随着国内发动机厂家的技术研发投产，以及液力缓速器的国产化，使得辅助制动技术能够使用在更多的卡车上， 进而推动行车安全的提升以及因为制动原因引起的事故的大量降低。

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Analysis of truck auxiliary brake technology introduction and application of hydraulic retarder

Wang Haiyun, Liu Cuiqiao, Li Wenqian
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

Regarding the truck safety problems have become increasingly prominent, the auxiliary brake becomes the focus of attention to the user, this paper the auxiliary brake technology do explain, compares the engine brake and hydraulic retarder, and the application of the hydraulic retarder are analyzed.

The auxiliary brake; Engine brake; Retarder

U463.8

A

1671-7988(2016)07-227-04

王海云，就职于陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.073