法士特并联液力缓速器工作原理

王伟健， 肖殿东

（陕西法士特齿轮有限责任公司，西安 710019）

0 引言

为了提高车辆安全性，国家相关部门出台了安装缓速器的相关强制措施，我国交通部《营运客车类型划分及等级评定》（JT/T325-2002）行业标准规定：大型客车高二、高三级、中型客车高二级必须安装缓速器；GB7258的实施对整车安全性有了更高的要求，标准规定：危险货物运输车、总质量大于12t的货车应装备缓速器或其它辅助制动装置［1］。

国家标准虽已出台，但是国内生产液力缓速器的厂家为数不多，主要原因是相关技术难题较多，在解决诸多技术难题前，学习和掌握液力缓速器的组成、实现的功能和工作原理至关重要。

1 液力缓速器的组成

如图1所示，液力缓速器是一个集机、电、液、气、比例控制为一体的辅助制动装置系统，一般由并联液力缓速器机械总成、控制器（ECU）、操作手柄或脚动开关、CAN端口、线束、指示灯等组成。机械总成为产生制动力矩的主体装置，操作手柄或脚动开关是供司机操作并由它发出指令，控制器是接收指令并根据接收指令的不同信号进行判断并发出指令来控制机械总成上的执行装置—气动比例控制阀，线束是用于连接机械总成、控制器、操作手柄、指示灯和CAN端口的导线，指示灯用于显示缓速器的工作状态和故障代码信息，CAN端口主要是用于控制器的电源取电和整车的相互通讯接口。

2 液力缓速器的功能

液力缓速器与整车匹配安装连接完成后，液力缓速器一般有以下4个功能：1）恒速功能。在整车散热能力和制动力矩范围内，当缓速器工作在恒速挡位（图1所示）时，车速按设定值恒速下坡，车速波动变化不超过3 km/h，且无明显冲击。2）制动功能。液力缓速器在不同制动挡位下（一般设置有4个制动挡位），缓速器能实现相应制动力矩的功能。3）车辆协调功能。当整车如ABS、油门、自动变速器等要求缓速器退出工作时，缓速器具备退出制动的功能，以及与整车其它设备或部件相协调通讯的功能。4）故障报警功能。当液力缓速器出现故障或超过其设定能力时，液力缓速器能提供光学或声学报警信号的功能。

图1 并联液力缓速器系统原理图

图2 缓速器与变速器的连接示意图

3 液力缓速器的工作原理

并联液力缓速器与变速器的连接示意图如图2所示，在变速器后盖总成内设置一个缓速器被动齿轮与缓速器驱动齿轮以2∶1的齿数比啮合传动。

并联液力缓速器机械总成由气动比例控制阀、工作腔壳体、前端盖、前端盖轴承、驱动齿轮、油封、缓速器轴、轴承座、腔内轴承、转子、定子、油温传感器、出油口单向阀、油池壳、热交换器、水温传感器等组成。热交换器的作用是通过发动机冷却水将缓速器热油产生的热量带走，油池壳用于存储工作介质，腔内轴承装在轴承座上，轴承座装在定子上，定子被固定在工作腔壳体上，前端盖轴承和油封安装在前端盖上，前端盖被固定在工作腔壳体上；驱动齿轮、转子、缓速器轴通过花键连接在一起，并架设在前端盖轴承和腔内轴承上，确保驱动齿轮和转子以相同转速转动，并以2倍于输出轴的转速带动缓速器转子转动。

整车启动，缓速器控制器ECU实行自检功能，指示灯按厂家规定信息显示。如果系统检测正常，当需要液力缓速器产生制动力时，司机拨下手柄开关制动挡位或脚控开关，该信号被控制器记忆并发出相应指令。缓速器工作时，控制气体通过控制阀进入到油池壳体内，将油池壳内温度较低的缓速器油经上方进油口单向阀压到工作腔壳体内，并使油液充满定、转子之间及其周围的工作腔空间。在工作腔内，由于转子的高速转动使油液产生离心力并冲击到定子叶片上，而定子叶片对旋转的油液产生相反的作用力，该作用力即为缓速器的制动扭矩，制动扭矩通过齿轮放大2倍并传递到变速箱输出轴上，从而达到对传动系统的制动减速作用；与此同时机械能被转化成热能，油液被加热使得油温升高，旋转的高温油液在离心力的作用下，约占90%的油液（主油路）经下方的出油单向阀流入热交换器主冷却层，约占10%的油液（润滑油液）经上方的孔道流入热交换器副冷却层；热交换器（包括主、副冷却层）内部水层、油层相间排布，来自整车的冷却液与流动的高温油液通过热量交换把热量带走，冷却液温度升高，而油液被冷却后又被压入油池壳内或直接循环流回工作腔中，持续产生制动扭矩。当缓速器拨入空挡（退出工作）后，控制信号断开，控制气压通过控制阀排向大气，油不再进入工作腔内，油池壳壳体内油液液面升高；而工作腔里面的油液在离心力的作用下被甩出腔内，分别经出油口单向阀、热交换器流回油池壳，缓速器实现制动力解除工作。

缓速器解除制动工作后，为了确保空转润滑的需要，约占总油量5%～8%的油液被设计残留在工作腔内，在转子的搅动下与空气混合形成油雾，用于润滑腔内轴承、油封等零部件；搅动油雾会使其温度升高，为了控制油雾温度的升高，工作腔壳体上设置有润滑油道，在转子旋转的作用下，油雾被压入，经润滑油道，通过热交换器副冷却层进行冷却，冷却后的油雾又重新流回工作腔中。

当制动功率过大，超过整车散热能力或超过热交换器交换能力，出现水温或油温超温的现象，指示灯先按照预先设定的程序对用户进行提示/警示作用，而后液力缓速器进入保护模式，进行相应的降扭或解除制动。

当缓速器手柄开关仍在制动挡位，没有或忘记关闭手柄，此时需要踩油门使车辆加速前进，液力缓速器控制器识别通过CAN总线发来的信号后，实现缓速器解除制动的功能。

图3 并联液力缓速器结构图

图4 牵引车装缓速器前后司机劳动强度对比

表1 牵引车装缓速器前后产生的经济效益对比

4 装缓速器后带来的经济效益

液力缓速器作为一种高效的辅助制动装置，除了提高整车行驶安全性这一主要功能外，还会给用户带来可观的经济效益，以及降低劳动强度和提高运行效率。

针对牵引车用户装缓速器前后产生的经济效益的数据统计如表1所示，对山区路况，年节约费用2.91万元，对长途运输路况，年节约费用1.3万元，经济效益非常可观，按此计算1～2年就能收回装缓速器产生的成本。

牵引车在多坡道路段行驶104km，装缓速器前后司机劳动强度对比情况如图4所示，从中可以看出，行车制动器使用次数和变速器换挡操作次数明显下降，有效降低了司机的劳动强度，同时整车的平均行驶车速还略有提高，运营效率得以提高。

5 结语

本文阐述了并联液力缓速器的组成、功能、工作原理，以及装液力缓速器后给用户带来的经济效益，以便为本行业人士或学者提供一些有价值的技术或参考资料。

［1］ GB 7258-2012 机动车运行安全技术条件［S］.