液力緩速器與車輛的匹配計算

洪寧，胡羽成，向岳山

液力緩速器與車輛的匹配計算

洪寧，胡羽成，向岳山

（長安大學，陜西西安710064）

本文提出了一種液力緩速器與車輛相互匹配的計算分析方法。進行初步匹配計算的主要依據(jù)是：車輛在下坡行駛過程中，液力緩速器的性能要能夠滿足國家標準中對車輛下坡制動性能的基本要求。文中還提出了裝有液力緩速器的車輛在不同坡道下坡時的行駛特性分析方法。

液力緩速器；制動性能；匹配計算；行駛特性

車輛制動系統(tǒng)是保證車輛安全行駛的重要系統(tǒng)之一。由于液力緩速器具有能長時間在坡道上提供穩(wěn)定的制動力矩，有效地緩解了車輛行車制動器的發(fā)熱，提高了車輛制動系統(tǒng)的可靠性，延長了車輛行車制動系統(tǒng)壽命的優(yōu)點。近年來，在重型車輛上得到了廣泛地應用。由于各重型車輛在坡道制動時所需要的力矩不同，對于液力緩速器的性能、參數(shù)的要求就有所不同。若兩者的匹配不合理，就會造成車輛下坡時制動力矩不足或緩速器制動能力過剩。本文在保證車輛安全性的前提下，提出了一種液力緩速器與車輛傳動系統(tǒng)的匹配計算方法。

1 液力緩速器的參數(shù)與制動特性曲線

由于市面上的液力緩速器種類繁多，為了便于本文中對匹配計算方法進行敘述。以下將德國福伊特公司生產的幾種常見的液力緩速器作為待選產品。其主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 福伊特液力緩速器的主要技術參數(shù)

對于給定的液力緩速器來說，輸入軸轉速與該轉速下所能產生的最大制動力矩為液力緩速器的外制動特性。圖1是福伊特公司三種常見液力緩速器的外制動特性曲線[1]。

圖1 液力緩速器的外制動特性曲線

2 車輛在坡道上行駛時的基本計算公式

當車輛勻速行駛下坡時，車輛所受幾個主要力的關系[2]為：

式中：Fh為車輛下坡時的制動力（N）；Fp為車輛的坡道下滑力（N）；Ff為車輛的滾動阻力（N）；Fk為車輛行駛時的空氣阻力（N）.

此時液力緩速器作用在傳動軸上的制動力矩M與所需要的制動力Fh之間的關系為：

式中：M為作用在傳動軸上的制動力矩（Nm）；io為驅動橋的傳動比；r為車輪半徑（m）.

根據(jù)汽車理論，整車空氣阻力與車速的計算公式[3]為：

式中：Va為車輛速度（km/h）；Cd為風阻系數(shù)；A為汽車的迎風面積（m2）.

整車滾動阻力Ff、車輛在坡道上的下滑力Fp的計算公式為式（4）和式（5）。

式中：f為滾動阻力系數(shù)；m為整車質量（kg）；φ為坡度角。

3 液力緩速器的匹配計算實例

下面就以某種型號的重型半掛車選配液力緩速器為例，來具體介紹液力緩速器與車輛的配套計算方法。該車輛的主要技術參數(shù)如表2所示。

表2 整車主配置參數(shù)

3.1 初選液力緩速器

GB12676-2014對汽車輔助制動性能試驗要求[4]為：下坡制動中車輛所消耗的能量相當于其在相同時間內以30 km/h的平均速度在坡度6%的坡道上，下坡行駛6 km所消耗的能量，計算時還要考慮車輛1%的滾動阻力。筆者認為采用液力緩速器作為輔助制動系統(tǒng)的車輛，應該首先能在上述要求下實現(xiàn)穩(wěn)定制動。

將Va=30 km/h，Cd=0.8，f=0.01，m=38 000 kg，φ=3.4340（6%坡度所對應的坡度角）及A、r、io代入式（6），得出作用于緩速器傳動軸上需要的制動力矩為1 989 Nm；再將Va=30 km/h、r、io代入式（9），可得緩速器傳動軸轉速n為733 r/min.

這就是說，在傳動軸轉速為733 r/min時，所選配緩速器能產生的制動力矩應該大于1 989 Nm.由圖2可知，在n=733 r/min時，只有R115-H型和R133-2型兩種液力緩速器的制動力矩是大于1 989 Nm的，所以這兩個型號的液力緩速器都符合初選的要求。

3.2 裝有液力緩速器的車輛下坡行駛特性

裝有液力緩速器的車輛下坡行駛特性是：車輛在不同的載荷下以一定的速度下坡行駛時，僅靠緩速器可以穩(wěn)定行駛的最大坡度。以R115-H型緩速器為例作出車輛下坡行駛的特性曲線，具體如下：

（1）確定要計算曲線的車輛速度Va，如Va=30 km/h；按式（9）求出車輛傳動軸的轉速n為733 r/min；根據(jù)圖2液力緩速器的外制動力矩特性曲線得出此時R115-H液力緩速器的制動力矩M為2 900 Nm.

（2）將車輛的質量m從空載到滿載分為若干等級：如m1=8 800 kg，m2=9 800 kg，m3=10 800 kg……；

（3）再將Va=30 km/h，M=2 900 Nm，Cd=0.8，f=0.01，A=7m2，io=4.769，r=0.517 m，m=mj（j= 1、2、3……）代入式（8）可求得坡度αj（j=1、2、3……）.

（4）將點（mj，αj）（j=1、2、3……）描到直角坐標系中，將這些點用一條光滑的曲線依次連接起來，可得到在速度Va=30 km/h時，車輛裝有此型號液力緩速器的下坡行駛特性。

（5）取出不同的Va值，重復上述步驟，可得到相應速度下的質量-坡度曲線。

圖2是該車輛配備R115-H型緩速器的下坡行駛特性曲線。由于Va=40 km/h時，n=977 r/min，緩速器的制動力矩最大，所以這時對應的坡度也最大。

圖2 R115-H型緩速器的下坡行駛特性曲線

依照同樣的方法可得該車輛配備R133-2型液力緩速器的下坡行駛特性曲線，如圖3所示。R133-2型液力緩速器在Va=50 km/h，n=1222 r/min時的制動力矩最大，所以采用R133-2型液力緩速器的最大穩(wěn)定下坡坡度是在Va=50 km/h的時候。

圖3 R133-2型緩速器的下坡行駛特性曲線

由上述兩種下坡行駛特性曲線可以看出，對于配備此型號液力緩速器的車輛，以不同速度下坡時，能夠到達的最大穩(wěn)定坡度。當然，根據(jù)液力緩速器的下坡行駛特性曲線，當已知車輛的總質量等參數(shù)時，就可以求得車輛在不同坡度下坡時采用液力緩速器能實現(xiàn)的最大穩(wěn)定速度。

雖然兩種緩速器均符合本文對初選緩速器的計算要求。比較圖2和圖3可知，R133-2型的總體緩速性能大，但從表1可知，R133-2型的質量大、體積大，單位質量的制動力矩小。所以，最終選用何種液力緩速器，還要根據(jù)安裝方便、成本等因素綜合確定。

4 結束語

在掌握車輛與待選液力緩速器的相關參數(shù)及制動特性曲線的條件下，根據(jù)本文提供的計算分析方法，可以進行液力緩速器的選型計算，可以得出車輛在不同的載重量和不同的行駛速度下，僅利用液力緩速器制動時能穩(wěn)定行駛的最大坡度。該方法可以供相關專業(yè)技術人員參考。

[1]范守林.福伊特液力緩速器（下）[J].商用汽車，2004（9）：75，77－79.

[2]胡寧.汽車液力緩速器參數(shù)的匹配分析[J].上海工程技術大學學報，2003，17（2）：87-90.

[3]余志生.汽車理論[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]GB 12676-2014.商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法[S].

Matching Calculation of Hydraulic Retarder and Vehicle

HONG Ning，HU Yu－cheng，XIANG Yue－shan
（Chang’an University，Xi’an 710064，China）

A calculation and analysis method for the mutual matching of hydraulic retarder and vehicle is presented in this paper.The main basis for the preliminary matching calculation is that the performance of the hydraulic retarder can meet the basic requirements of the vehicle’s downhill braking performance in the national standard during the downhill driving process.The analysis method of the driving characteristics of the vehicle with the hydraulic retarder on different slopes is also put forward.

hydraulic retarder；braking performance；matching calculation；driving characteristic

U463.5

A

1672-545X（2017）07-0146-03

2017-04-07

洪寧（1991-），男，河南永城人，在讀碩士生，研究方向：機械產品設計。