牵引车辅助制动研究
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摘 要：大马力发动机小速比后桥已成为牵引车动力总成发展的趋势，后桥速比变小要求辅助制动力矩有较大提升，液力缓速器+发动机缸内制动可以同时满足车辆在低、中、高速时的辅助制动需求，是牵引车辅助制动的最佳选择。
关键词：辅助制动;液力缓速器;发动机缸内制动
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2019）10-64-03
Abstract： The matching of large power engine with small speed ratio rear axle has become the trend of powertrain development of traction vehicle， and the auxiliary braking is required to provide greater braking torque. This paper studies the development trend of several auxiliary braking. It is pointed out that hydraulic retarder and engine in-cylinder braking is the best choice for auxiliary braking of traction vehicle.
Keywords： Auxiliary braking; Hydraulic retarder; Engine in-cylinder braking
CLC NO.： U462 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2019）10-64-03
引言
隨着汽车行业对道路安全的重视和国家法律法规的实施，行车辅助制动越来越受到重视，科技的进步让辅助制动更有效，更智能，在行车制动中承担着越来越多的制动任务。牵引车作为主要的公路运输车型，有其自身的发展特点，匹配辅助制动也是大势所趋。辅助制动大致分以下几种：发动机排气制动，发动机缸内制动，电涡流缓速器制动，液力缓速器制动等。
1 牵引车动力总成自身发展特点
受制于发动机技术的瓶颈，2010年以前，国内通用牵引车发动机排量不超过10升，功率不超过375 HP，最大输出扭矩不超过2000Nm。典型的如潍柴WP10 336、WP10 375、玉柴YC6M 330、东风康明斯ILSe340、锡柴CA6DL2-35E3F 350等，发动机排量7-10升，功率330-375HP，输出扭矩1500-2000Nm。随着科技的进步，发动机发展日新月异，大排量大扭矩大功率发动机层出不穷，排量由7升增加到10升、11升、12升、13升，正在向15升发展。发动机功率也是一路增大，从330HP增加到350HP、375HP、385HP、400HP、420HP、430HP、480HP、500HP，2017年潍柴推出WP13 550发动机，功率550HP。输出扭矩也一直在增加，范围从1500Nm-2600Nm。彻底改点了“小马拉大车”的局面。
2018年，GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》与七部委联合发布的公路运输法治超办法统一，结束了55吨和49吨之争，整车总质量不超过49吨。
整车总质量不变或略有降低，轮胎所需的驱动力就不变或略有降低，由于发动机功率及输出扭矩增大，由T轮胎=T发动机×i变速器×i桥速比可知，驱动桥的速比就会越来越小。牵引车驱动桥速比已由2010年前通用的5.962、4.11降低至现在的3.737、3.364、3.083，现在已有2.864、2.678的桥速比匹配。
大马力发动机+小速比后桥已成为牵引车动力总成的趋势，即“大马拉小车”。由于桥速比变小，相同车速时，传动轴转速更低。辅助制动通常是作用在传动轴上的，由T轮胎制动力=T传动轴制动力×i桥速比可知，辅助制动所需最大制动力矩增大，且在传动轴低转速时需能达到较大的制动力矩。
2 牵引车辅助制动研究
2.1 发动机排气制动
发动机排气制动广泛地应用在柴油发动机和气体发动机上，牵引车应用广泛。其工作原理为：在发动机排气管上设置调节阀，通过该阀的关闭增加排气行程的压力，利用产生的负压获得制动力。一般情况下，排气制动蝶阀安装于发动机排气歧管之上，通过关闭发动机排气通道的办法，使发动机活塞在排气行程时，受气体的反向压力，减缓发动机的运转速度而产生制动作用，从而达到控制车速的目的。排气制动力与排气量关系密切[1]。近年来，随着发动机技术的发展，发动机排量增大较快，13升发动机排气制动功率可达150-180kW，其制动力矩作用在发动机曲轴，制动力矩需要通过变速器增扭和后桥增扭后，才能传递到轮胎进行制动。在发动机高转速低车速时，所需制动力矩大，制动功率小，由于变速器速比大，其制动效果尚可，但在高车速时，由于变速器速比小，其制动力矩会不足。综上，发动机排气制动本身制动力矩小，在低车速时制动效果较好，在中高车速时，其制动力矩会不足。
2.2 发动机缸内制动
发动机缸内制动主要分为泄气制动和压缩释放制动。泄气制动是通过控制排气门使压缩空气在压缩过程中从排气门泄漏出去，从而减少了能量输出，使发动机减速。压缩释放制动是当前主流的发动机制动技术，相较于排气制动和泄气制动，制动功率和效率也是最高的。压缩释放制动的原理是：四冲程柴油机在压缩冲程终了时将排气门打开，这时发动机在压缩缸内空气时所做的功被释放到排气系统，膨胀冲程便没有能量回压活塞，从而达到使柴油机减速的目的。压缩释放制动虽然比目前HPD（高功率制动）制动功率稍低，但相比较排气制动、泄气制动，输出的制动功率已经有着明显的优势[2][3]。目前较流行的皆可博（Jack Brake）和潍柴的尤顺制动都属于压缩释放制动，其制动功率可高达300kW。由于其制动也要经过变速器和后桥增扭后作用到轮胎上，在中低车速发动机高转速下，效果较好，但在高车速时，由于变速器速比小，其制动力矩略显不足。 2.3 电涡流缓速器制动
电涡流缓速器利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为热能散发掉，从而实现减速和制动作用。电涡流缓速器部件总成包括：定子、转子、控制器、驱动器、传感器以及线束等。定子由非磁性材料组成，并相对车架固定，在它的周边上均匀分布着多个铁芯，铁芯上绕有线圈，形成多个电磁铁。在电磁铁的外侧安装转子，转子用磁性材料制成，当缓速器工作时线圈通入电流，在线圈的周围形成磁场，转子在磁场中转动时切割磁力线，在转子中形成涡电流。磁场对转子产生阻力，起到制动作用[4][5]。电涡流缓速器缺点明显：自身重量大，制动力矩小，且长时间制动热量无法散发工作温度高，对邻近部件有隐患，且存在严重的热衰退，工作时电流大，影响整车其他电子元件等。电涡流缓速器很少匹配在牵引车上，目前只在客车上有使用，欧洲已基本淘汰电涡流缓速器。
2.4 液力缓速器
液力缓速器是以油液为工作介质，通过转子带动油液作用到定子上，由于油液的冲击和阻尼作用产生制动力矩，汽车的动能也因油液的阻尼作用转换为热能，并由整车散热系统将热能散发。液力缓速器有以下特点：（1）可长时间、大功率制动，无热衰退，瞬间制动功率可达600kW，持續制动功率300kW以上;（2）制动扭矩大，单位质量制动扭矩大;（3）制动柔和、平稳、无冲击，整车舒适性好;（4）恒速模式制动力自动调节，可实现下坡定速巡航;（5）工作温度低，对整车无潜在安全隐患，表面最高温度小于150℃;（6）轻量化设计，体积小、质量轻，与变速器安装于一体，不需额外增加辅助支撑;（7）控制电流小，对整车电气系统无干扰;（8）轴向尺寸短，便于安装拆卸;（9）支持远程数据采集、故障诊断，产品智能化;（10）中高速制动效果好。
液力缓速器以其优越的制动性能逐渐被市场认可，牵引车匹配液力缓速器是大势所趋。但液力缓速器也存在以下问题：（1）由于后桥速比变小，液力缓速器最大制动力需提升;（2）液力缓速器低转速时制动力不足，需提升低转速时其本身的制动力。
目前主流液力缓速器最大制动扭矩已由3200Nm提升至3800-4000Nm，如Voith 115 CT最大制动扭矩为3800Nm，法士特FHB400最大制动扭矩为4000Nm。低转速时制动力小的问题可以通过以下途径解决：（1）设计更大的定、转子直径，提升最大制动力矩，同时提高低转速时的制动力矩;（2）增大液力缓速器与传动轴之间的传动速比，目前主流速比为2，一汽解放匹配法士特FHB400速比为2.13，斯堪尼亚缓速器速比可高达3以上;（3）使用超速档变速器+大速比后桥，提升传动轴转速，低车速时制动效果提升，不影响整车动力性和油耗。
2.5 液力缓速器+发动机缸内制动
液力缓速器在车辆中、高速时制动扭矩大，制动功率大，但低车速时制动力不足。发动机缸内制动在车辆中、低速时制动力大，车辆高速时制动力、制动功率不足。液力缓速器和发动机缸内制动是优势互补相辅相成的，液力缓速器+发动机缸内制动可以同时满足车辆在低、中、高速时的辅助制动需求。
3 结论
（1）大马力发动机小速比后桥已成为牵引车动力总成发展的趋势，后桥速比变小要求辅助制动力矩有较大提升。（2）使用超速档变速器+大速比后桥，可以在不影响整车动力性和油耗情况下，提升低车速时液力缓速器的效果。（3）可以通过设计更大的定、转子直径，提升液力缓速器最大制动力矩，同时提高低转速时的制动力矩，或通过增大液力缓速器
与传动轴之间的传动速比提升低转速时的制动力矩。（4）液力缓速器+发动机缸内制动可以同时满足车辆在低、中、高速时的辅助制动需求，是牵引车辅助制动的最佳选择。
参考文献
[1] 花伟.发动机排气制动系统[J].中国西部，2017.10.
[2] 王侃侃，刘杰，石魁.柴油机缸内压缩释放制动技术分析[J].内燃机与动力装置，2017.03.
[3] 王作函.Jake Brake发动机辅助制动装置[J].商用汽车，2002.12.
[4] 张霞，聂玉明，王波，等.电涡流缓速器性能探讨[C].中国客车行业发展论坛暨2015中国客车学术年会，2016.
[5] 何仁，衣丰艳.电涡流缓速器性能评价方法[J].中国公路学报， 2006.05.
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