汽車制動系是汽車安全行駛中最重要的系統(tǒng)之一。隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展和道路條件的改善，汽車的行駛速度和單次運(yùn)行距離都有了很大的發(fā)展，行駛動能大幅度的提高，從而使得傳統(tǒng)的摩擦片式制動裝置越來越不能適應(yīng)長時間、高強(qiáng)度的工作需要。由于頻繁或長時間地使用行車制動器，出現(xiàn)摩擦片過熱的制動效能熱衰退現(xiàn)象，嚴(yán)重時導(dǎo)致制動失效，威脅到行車安全[1]。車輛也因?yàn)轭l繁更換制動蹄片和輪胎導(dǎo)致運(yùn)輸成本的增加。為了解決這一問題，應(yīng)運(yùn)而生的各種車輛輔助制動系統(tǒng)迅速發(fā)展，液力緩速器就是其中一種。 一、液力緩速器的發(fā)展歷史 最早出現(xiàn)液力緩速器是為了解決火車短距離內(nèi)減速困難的問題。此后，液力緩速器被用在汽車列車上，發(fā)現(xiàn)其很好的輔助制動效果。當(dāng)今液力緩速器越來越多地被運(yùn)用到重型載貨汽車和大、中型客車上。隨著其應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了很多生產(chǎn)液力緩速器的公司。比較著名的液力緩速器廠商有德國福伊特（VOITH）公司、法國泰爾馬（TELMA）公司、美國通用公司、日本TBK公司等[2]。目前來看，其生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，形成了適用于各種車型的系列產(chǎn)品。我國的液力緩速器研發(fā)已經(jīng)有一定的發(fā)展，但不管是技術(shù)水平還是應(yīng)用數(shù)量都遠(yuǎn)落后于國外。 二、液力緩速器結(jié)構(gòu)、工作原理及控制方式 （一）基本結(jié)構(gòu) 液力緩速器結(jié)構(gòu)大致相同，以VOITH液力緩速器為例（圖1），它是由轉(zhuǎn)子、定子、工作腔、輸入軸、熱交換器、儲油箱和殼體組成。其安裝方式一般分為與傳動軸串連和并連兩種。串連時可在變速器前、后安裝；如果采取并連，則緩速器和變速器做成一個整體來安裝。對于裝有帶液力變矩器的自動變速器車輛來說，原變速器系統(tǒng)已配備了儲油罐、油泵和散熱器等部件，因此，在配有自動變速器的客車和載貨汽車上安裝液力緩速器成本更低。 （二）工作原理 緩速器工作時，壓縮空氣經(jīng)電磁閥進(jìn)入儲油箱，將儲油箱內(nèi)的變速器油經(jīng)油路壓進(jìn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)對車輛的減速作用。工作液在運(yùn)動過程中使進(jìn)出口形成壓力差，油液循環(huán)流動，通過熱交換器時，熱量被來自發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻水帶走。整個系統(tǒng)工作原理如圖2所示。 （三）制動力矩計(jì)算公式 緩速器的制動力矩計(jì)算公式根據(jù)其布置形式有所不同。其基本計(jì)算公式為 M=λρgD5n2 式中：D——轉(zhuǎn)子有效循環(huán)直徑，m；n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；λ——制動力矩系數(shù)（與葉輪外形有關(guān)）； ρ——一流體介質(zhì)的密度；g——重力加速度。 對于常見的緩速器，裝在變速器之前的布置形式的制動力矩可以寫成 式中：va——汽車車速，km/h；ig——變速器傳動比；i0——主減速器傳動比；r——車輪半徑，m。 若選擇緩速器放在變速器輸出端的布置形式，則需要加裝齒輪增速裝置來獲得較高轉(zhuǎn)速，進(jìn)而獲得較大的緩速力矩。所以這種布置方式比較復(fù)雜。此時緩速器制動力矩應(yīng)為 式中：iz——增速裝置傳動比。 （四）制動力矩的控制 緩速器的控制調(diào)節(jié)方式可以分為檔位調(diào)節(jié)模式與制動力矩可以連續(xù)變化的調(diào)節(jié)模式兩種。 1．檔位調(diào)節(jié)模式 檔位調(diào)節(jié)模式一般又分為手動操縱模式和車輛制動系聯(lián)動操縱模式。手動操作模式下一般按制動力矩大小排成1～5檔，每個檔位充入緩速器的油液，由安裝在制動管路上的壓力傳感器提供的壓縮空氣的壓力信號決定，從而控制進(jìn)入緩速器的油液質(zhì)量，以達(dá)到控制制動力矩的目的。每個檔位都能夠維持一定的緩速強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)汽車在坡路上等速行駛。 2．制動力矩連續(xù)變化的調(diào)節(jié)模式 制動力矩還有連續(xù)變化的調(diào)節(jié)方式，其控制方式是利用安裝在制動踏板下的制動量位置傳感器采集得到制動量信號。該制動量位置傳感器是一個可變電阻，當(dāng)制動踏板位置改變時，可變電阻的阻值也發(fā)生變化，則得到一個變化電壓值反應(yīng)出制動量的變化；再根據(jù)制動量大小和車速大小由電控單元發(fā)出脈寬調(diào)制信號來控制電液比例閥的電壓，進(jìn)而控制比例調(diào)速閥出口開度來控制流入緩速器的液體的質(zhì)量。當(dāng)制動過程結(jié)束時，電控單元控制回油泵迅速回油，從而通過這種控制方式達(dá)到控制液力緩速力矩的目的。 （五）車速信號和制動量信號處理電路 車速信號是通過原車的車速信號傳感器得到方波的電信號。制動量位置信號是通過安裝在制動踏板處的一個可變電阻得到相應(yīng)的電壓信號。這兩個信號通過車速和制動量信號處理電路處理后，再進(jìn)入專門的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。車速和制動量處理電路原理圖如圖3所示。該處理電路的功能是對車速和制動量信號進(jìn)行處理——主要是對車速信號進(jìn)行處理。車速的方波信號通過一個隔離電容，起到抗干擾的作用，再經(jīng)過由二極管D3，電阻R29、R30和R31、R32，三極管T11和T10組成的兩級觸發(fā)放大電路放大后，進(jìn)入由二極管D4、D5，電容C5、C6、C7， 電阻R33、R34、R35、R36，積分器U3和可變電阻RV1組成的積分電路。積分電路用于實(shí)現(xiàn)低速開關(guān)的功能，當(dāng)車速小于設(shè)定值的時候，緩速器不工作，車速電壓輸出線路就輸出無效的開關(guān)信號，此時不再對車速進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和判斷處理。如果車速高于設(shè)定值，積分電路輸出有效的開關(guān)信號，車速信號送入下一步的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理判斷。制動量信號不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，直接送單片機(jī)處理。 三、液力緩速器應(yīng)用的效果 在緩速器轉(zhuǎn)子有效工作半徑不變的情況下，緩速器的制動力矩與進(jìn)入的工作油液量和壓力有關(guān)，也隨著傳動軸的轉(zhuǎn)速而變化。以VOITH的某種液力緩速器為例，800～2000r/min工作轉(zhuǎn)速時有很高的緩速力矩，最高可以達(dá)到4000Nm[3，4]，其制動作用是非常明顯的。從最新的液力緩速器的應(yīng)用研究表明，利用發(fā)動機(jī)制動、排氣制動、液力緩速器來聯(lián)合控制制動時，效果更為理想。發(fā)動機(jī)制動在低轉(zhuǎn)速下有不錯的減速效果，隨著轉(zhuǎn)速升高，排氣制動、緩速器制動開始介入，制動強(qiáng)度逐漸加大。這樣配合使用，可使汽車穩(wěn)定下坡，提高了汽車下坡的安全性[5]。 深圳市公共交通（集團(tuán)）有限公司曾對所屬3路線公交車輛進(jìn)行對比分析。3號線路有空調(diào)巴士20輛，裝有B300R自動變速器，有液力緩速器；普通巴士17輛，裝備AT545自動變速器，無液力緩速器。兩種車均為EQ1141G底盤。經(jīng)過對比分析，普通巴士的換片、換鼓量分別是空調(diào)巴士的1.73和2.03倍，報(bào)修頻率是空調(diào)巴士的1.93倍[6]。由此可見液力緩速器的使用效果是相當(dāng)理想的。 四、總結(jié) 1．提高了車輛行駛的安全性。大大減少了坡道行駛時由于行車制動器熱衰退引發(fā)的安全事故，使得汽車在下坡時平均行駛速度提高，在平路行駛時，可以比較容易地控制調(diào)節(jié)車速和保持車間距離。 2．減少了頻繁的緩速和制動，提高了車輛的舒適性和操縱靈活性，大大降低了駕駛員的疲勞強(qiáng)度，減少了制動噪聲。 3．提高了車輛運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。由于行車制動次數(shù)的減少，制動器和輪胎的磨損大大減少，從而延長了制動器和輪胎維修更換的周期，延長了汽車實(shí)際運(yùn)行時間，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。 綜上所述，車輛在安裝了液力緩速器后可以有效地提高駕駛安全性、乘座舒適性和路面適應(yīng)性；具有下坡平均車速高、車輛運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用和研究必將越來越廣泛。