汽车缓速制动系统简介

发表时间:2019/1/21   来源:《防护工程》2018年第31期   作者:陈东儒 梁国庆
[导读] 随着汽车工业的技术进步,汽车发动机的功率已经比过去增加了2~3倍,汽车的行驶速度。
太原煤炭气化(集团)有限公司运输分公司  030024
  摘要:从技术背景、检测检验要求和常见三种缓速制动系统的工作原理、技术特点等方面简要介绍汽车缓速制动系统
  关键词:汽车;缓速器;检验要求;工作原理;技术特点
  
  
  一、技术背景
  随着汽车工业的技术进步,汽车发动机的功率已经比过去增加了2~3倍,汽车的行驶速度、载重量大幅提高,这就意味着制动系统要承受更多的热负荷。虽然制动材料、制动器结构经过了改进,但受空间尺寸的限制,现有车轮制动器的散热能力始终是有限的。频繁或长时间使用制动,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。当发生“热疲软”现象时,汽车的制动效能下降,刹车距离会大大延长,甚至制动能力完全消失,这是汽车的安全要求所不能容许的。另外,行车制动系统的负荷过重,也使制动摩擦片和制动鼓的使用寿命大大缩短,增加汽车使用成本,维修工作量加大。为解决这一问题,必须在汽车上加装辅助制动装置。辅助制动系统能够降低车速或保持车速稳定,但不能将车辆紧急制停。辅助制动系中用以产生制动力矩对车辆起缓速作用的部件称为缓速器。
  根据GB12676-----2014《商用车辆制动系统结构、性能和试验方法》第3.1.14的定义,缓速制动系统是能够长时间并保持制动效能,而性能无明显降低的一种辅助制动系统。“缓速制动系统”是指包括控制装置在内的整个系统(不包括装有电力再生式制动系统的车辆)。
  缓速制动系统可以由单个装置组成,也可以由几个装置组合而成,每个装置可有自己的控制系统。
  现有的缓速装置主要有独立式缓速制动系统、整体式缓速制动系统和组合式缓速制动系统三种。
  3.1.14.1独立式缓速制动系统是指控制装置与形成装置和其他制动系统的控制装置分开的缓速制动系统。
  3.1.14.2整体式缓速制动系统是指控制装置与行车制动系统的控制装置整合一提的缓速制动系统。操纵改则和控制装置可使缓速制动系统和行车制动系统同步或者以适当的相位进行制动。
  3.1.14.3组合式缓速制动系统是指加装“切断”装置从而允许组合控制装置单独操纵行车制动系统的整体式缓速制动系统。
  二、国内外相关法规的规定
  1954年7月17日,法国立宪会议曾在部长会议上,首次提出了车辆使用缓速器的必要性的有关提案,规定所有载重量超过8吨、并经常需在难行的道路上行驶的车辆需加装缓速器。此案于1956年6月27日达成了对缓速器及其性能的严格规定。
  1972年3月10日,法国交通法令规定所有自重超过11吨,装载易爆易燃货物的车辆都需要安装缓速器。
  此外,为配合欧洲的规定,1981年3月24日的法令也强制要求所有在难行的路上行驶、载客量超过4吨的车辆也要装上缓速器。
  欧洲的规定:
  1971年欧洲共同体根据当时德国实施的法令,首次提出了载重量起过10吨、载客量超过8人的车辆的制动器的持久力测试规范和基本要求,同时制定了有关法令。此测试分为与缓速器相关的测试Ⅱ(载货)及依据EEC/71/320原则的测试Ⅱa(载客)。同时该法令也要求测试车辆在坡道上行驶的技术检测数据。
  我国GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》7.5.1项规定:车长大于9m(对专用校车为车长大于8m)、总质量大于12000 kg的长途客车和专项作业车、总质量大于3500kg的危险货物运输车,应装备缓速器或其他辅助制动装置。
  国家标准GB12676-2014《商用汽车制动系统结构、性能和试验方法》中的5.2.4对M3类和N3类车辆的制动试验提出要求:对于能量仅由发动机制动吸收的车辆,平均速度允许有±5km/h的偏差,变速器档位应使车辆在下6%的坡时,速度稳定在接近30km/h。若用减速度的测量来确定只用发动机制动的制动效能时,所测得平均减速度应不低于0.5m/s2。5.2.5项对总质量大于10000kg的非城市客车中的M3类客车提出:5.2.5.1 满载车辆输入的能量相当于在相同时间内,以30km/h的平均速度,在7%的坡道上,下坡行驶6km所具有的能量。试验中,不得使用行车制动、应急制动和驻车制动。变速箱档位应使发动机转速不得超过厂定的最高转速。对于装有整体式缓速器的车辆,若缓速器能以适当的相位作用而使行车制动不起作用,则允许使用整体式缓速器。这种情况可以通过检查制动器是否处于冷态来确定。5.2.5.2 对于能量仅由发动机制动吸收的车辆平均速度允许有±5km/h的偏差,变速器档位应使车辆在下7%的坡时,速度稳定在接近30km/h。若用减速度的测量来确定只有发动机制动作用的效能时,所测得平均减速度应不低于0.6m/s2。
  三、汽车缓速制动系统的原理和技术特色
  1.发动机缓速器的工作原理
  发动机能够驱动汽车运动,也应该可以阻止汽车运动。
  当车辆不需制动减速时,发动机为正常的做功工作模式,发动机消耗燃油发出正的扭矩来驱动汽车运动。
  当车辆需要制动减速时,发动机缓速器暂时将发动机转变为制动工作模式,此时发动机相当于一台空气压缩机,吸收来至车辆的运动能量,达到阻止车辆运动的目的。此时发动机不消耗燃油而发出负的扭矩来阻止汽车运动。
  发动机缓速器实际上是一套机械液压装置,其安装在发动机上,并直接作用于发动机的排气门,可改变排气门固有的运动规律。当缓速器工作时,发动机进入制动状态;当缓速器停止工作时,发动机又恢复做功状态。
  由一个电磁阀来实现这两个状态的转换,因此非常方便和快捷。
  下图为重庆良马的可变气门排气制动技术示意图:
  
  发动机缓速器有以下优点:制动功率大,体积小重量轻,可与发动机集成一体,可提供大小不同的制动力矩,不需考虑散热问题,因为发动机自带散热系统。在用车改装简单易行。(只在发动机上安装操作,不需改动传动系统),可满足汽车制动需求85%的能力。可靠性高、维修性好。因为结构简单、零件数目很少。即使损坏,只需关闭电源即可,不影响汽车的正常运行。缓速器工作时发动机停止供油,可节油。成本很低,重型汽车安装一套发动机缓速器约需5000元,而电涡流缓速器约需10000~20000元。
  2.电涡流缓速器的工作原理
  电涡流缓速器是由转动的圆盘和固定的磁极、线圈组成。线圈在通电后产生磁场,由于圆盘在这仪磁场中转动,因此有电涡流流过,电涡流和磁场间因相互作用而产生制动力矩。
  当车辆主轴转速小于500r/min时,电涡流缓速器的制动力矩会很快变小;而当转速高于700r/min时,其制动力矩一般会达到最大值,虽然此时其制动力矩会随转速升高而有所下降,但基本保持恒定。
  电涡流缓速器具有以下优点:结构简单,制动力矩范围广,可达300~3300N·M,适用于机械变速器或液力变速器的车辆,响应时间短(仅有40ms,比液力缓速器的响应快20倍),车辆低速运行时也可产生较高的制动力矩等。
  缺点是体积较大,重量较重,成本较高(2万以上),制动减速能力和使用时间受转子升温、缓速器周围气流条件和环境温度的影响;汽车在正常行使时会消耗部分燃油(因为不制动时其转子仍然要通风);要消耗一定的电能,不能实现制动能量的回收;容易导致火灾的发生。
  
  3.液力缓速器的工作原理
  液力缓速器的主要零件是固定叶轮和旋转叶轮,一般安装在变速箱内。缓速器转子随变速器输出轴转动,而定子不动。当缓速器内没有油时,转子空转,没有减速作用。当汽车需要缓速时,接通电源开关,缓速器内进油,汽车通过驱动桥和变速器等反带液力缓速器的旋转叶轮转动,固定叶轮通过流动的液体对旋转叶轮产生阻力矩,使汽车缓速。
  液力缓速器的优点是:制动过程无摩擦和磨损,寿命长;制动过程噪音小;制动力矩变化连续。缺点是:控制系统复杂,自重大,在用车无法安装,冷却系统需与发动机冷却系连接;车速下降时,其制动力矩下降得很快。
  
  小结:本文简要介绍了汽车缓速制动系统的技术背景、发展历程和各国交通法律法规关于车用缓速制动系统的要求。也简要介绍了如发动机缓速器、电涡流缓速器、液力缓速器的工作原理、技术特点,以帮助大家对此项技术作进一步的认识了解。
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