制动性能匹配-先进汽车缓速器理论与试验

永磁缓速器的选型包括缓速器安装方式、散热方式和制动力矩大小的确定。安装方式按照前文所述的永磁缓速器安装方式进行选择。对于货车，永磁缓速器一般装在传动轴中间或者变速器之前；对于发动机后置的客车，永磁缓速器一般装在变速器后端盖上；对于发动机后置的短轴牵引车，永磁缓速器可装在主减速器上。选择的结构型式包括前置式缓速器结构、后置式缓速器结构和中置式缓速器结构。散热方式需要考虑不同车辆的散热能力，分为与发动机散热系统串联和加装独立散热器两种，选择方法参照缓速器整车散热性能匹配方法。

在汽车底盘上采用永磁缓速器作为辅助制动装置时，除考虑其空间布置和散热能力外，还应重点考虑其产生的制动力矩是否能满足汽车减速和制动的要求。永磁缓速器所能产生的最大制动力矩不应大于地面最大附着力，即

即

而

于是，可得

式中，T_max是永磁缓速器的最大制动力矩；F_z2是地面对后轮的法向反作用力；G是汽车重力；φ是路面附着系数；r是轮胎滚动半径；i₀是汽车的主减速器传动比；L是汽车轴距；a是汽车质心至前轴中心线的距离；h_g是汽车质心高度；du/dt是汽车的减速度；g是重力加速度。

GB 12676—1999关于缓速器制动性能试验中规定：对于M₃类和N₃类车辆，满载车辆输入的能量必须相当于在相同时间内，以30km/h的平均速度（变速器处于适当的档位）在6%的坡道上，下坡行驶6km所具有的能量；对于总质量大于10t的非城市客车中的M₃类客车，满载车辆输入的能量必须相当于在相同时间内，以30km/h的平均速度（变速器处于适当的档位）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。按照上述标准的要求，缓速器制动性能的基本要求是当量能量原则，其基本表达公式为

W_equⅡ=W_dissⅡ=f（tanα，l=6km，v=30km/h） （3-15）

式中，W_equⅡ是当量能量，单位为J；W_dissⅡ是在一定时间内缓速器所消耗的能量，单位为J；f（tanα，l=6km，v=30km/h）为以坡度、道路长度和车辆速度为因素的函数。按照式（3-15），车辆要保持匀速，则需要被吸收能量，可得

W_equⅡ=6000×（0.06-0.01）mg （3-16）

式中，m是车辆质量，单位为kg；0.01为车辆滚动阻力系数。那么根据下式可得到t=12min内的平均功率。

缓速器的制动功率等于车辆需要被吸收的功率，这样车辆才能匀速下坡，根据下面的关系式即可以计算出缓速器制动功率。

P=P_equⅡ=Tω （3-18）

ω=2πn （3-19）(www.xing528.com)

v=（ωi）r （3-20）

式中，T是缓速器制动力矩，单位为N·m；ω是传动轴角速度；n是传动轴转速，单位为r/min；i是后桥减速比；r是轮胎半径，单位为m。

以北汽福田生产的BJ5313VNCJJ-S型货车为例，i=4.8，r=0.5m，在v=30km/h时，n=760r/min，根据式（3-17）和式（3-18）可求得该车辆标准满载总质量为35t，故需配备T=1750N·m的永磁缓速器。通过列表求解，可做成如表3-1所示的不同车辆所需的制动力矩和制动功率。

表3-1 不同车辆所需的制动力矩和制动功率

表3-2是目前市场上某主流品牌电涡流缓速器与整车总质量的匹配关系，该表与表3-1有较大的不同，例如表3-2中整车总质量为20t的车辆最少需要最大制动力矩为1900N·m的电涡流缓速器，而表3-1中只需要1000N·m即可满足标准要求。

表3-2 电涡流缓速器与整车总质量的匹配关系

提到总质量为19t的车辆一般选用最大制动力矩为1900N·m的电涡流缓速器，图3-32所示为电涡流缓速器以转速为795r/min时拖磨12min的制动力矩-时间试验曲线。从图中可以看出，约5min的持续制动后，电涡流缓速器的制动力矩从1900N·m衰减至约1000N·m。

对图3-32中的曲线进行积分，即将曲线与时间轴包围的面积除以时间，获得缓速器平均制动力矩T_a，即

则平均制动功率为

P_a=T_aω （3-22）

从图中数据可以算出，该缓速器12min内缓速器的平均制动功率P_a=95kW，按照国家标准，19t车辆下6%的坡道时需要的平均制动功率P_a=77.5kW。可见最大制动力矩为1900N·m的电涡流缓速器可以胜任19t车辆下6%的坡道时保持30km/h匀速下坡。从图中还可以算出，该缓速器12min内的平均制动力矩T_a=1140N·m。也就是说，如果缓速器能提供T_a=1140N·m的持续且稳定的制动力矩，就能满足19t车辆的稳定下坡要求。

综上所述，对于能够提供持续稳定的液冷式永磁缓速器来说，速度在30km/h时缓速器制动力矩的整车匹配关系按照表3-1即可满足缓速器国家标准的要求。但在实际使用中，特别是客车，对缓速器有短距离制动和频繁制动的要求，制动减速度在小于0.6m/s²时，驾驶人感觉不到明显的缓速器制动效果。对于大吨位货车，缓速器的整车匹配关系按照表3-1进行选型，而对于客车，根据其缓速器制动力矩的整车匹配关系，一般在设计缓速器时适当增大缓速器的制动力矩，使减速度a符合0.6m/s²≤a≤1m/s²，从而满足驾驶人对辅助制动的要求。

图3-32 电涡流缓速器以转速为795r/min时拖磨12min的制动力矩-时间试验曲线