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自动变速器的基本原理与应用
2008-05-09 14:33:38 作者： 未知 来源： 中国客车网 浏览次数： 281 文字大小：【 大】【 中】【 小】 简介： 城市公共汽车运行中起步、换挡、制动等操作频繁，对车辆最大的影响就是离合器和制动器故障率高，使用寿命短。深圳市公共交通(集团)有限公司从1996年开始使用液力自动变速箱，解决了离合器故障率高的问题，走出 ...
城市公共汽车运行中起步、换挡、制动等操作频繁，对车辆最大的影响就是离合器和制动器故障率高，使用寿命短。深圳市公共交通(集团)有限公司从1996年开始使用液力自动变速箱，解决了离合器故障率高的问题，走出了成功的一步。并在如何解决制动器故障率高的问题上进行了有效的技术探索，在1998年底使用带液力缓速器的B300R自动变速箱。根据本公司3路线1999年1～9月的统计数字，由于使用了液力缓速器，制动器平均故障率降低了48.12％，光鼓次数减少了50.41％，制动片和制动鼓用量分别减少了42.04％和50.78％。
一、汽车缓速器的种类 汽车缓速器按其工作原理通常分为发动机排气缓速、电涡流缓速和液力缓速三大类。
1、发动机排气缓速 对行驶中的汽车停止供给燃油，并将变速器挂入某一前进挡，汽车通过车轮和传动系带动发动机曲轴继续旋转，使发动机变成空气压缩机，消耗车辆的动能，或是在发动机怠速时一定程度关闭排气管道，使气缸压力升高；其产生的阻力矩通过传动系放大传给车轮，实现车辆的缓速。这种缓速器价格低，结构简单，不需改动汽车传动系。但对发动机有一定的不良影响，缓速能力较小。
2、电涡流缓速 电涡流缓速器的结构原理与发电机相似，在汽车传动轴上装置盘状金属转子，当定子组的励磁线圈有电流通过时，便产生磁场，阻止切割磁力线的转子旋转，形成制动力矩，同时，转子中产生的电涡流将汽车动能转换为热能。电涡流缓速器工作可***，制动力矩平稳。但价格较高，需要在传动轴上有一定的布置空间。后置发动机的公共汽车传动轴部位空间较小，不好布置。
3、液力缓速 液力缓速器一般与液力传动变速器组合使用，以油液为工作介质，固定叶轮通过油液流动反作用于旋转叶轮的阻力矩即为制动力矩，汽车的动能由油液的阻尼作用转换为热能。
液力缓速器工作可***，结构布置容易，价格较低。根据其在变速器的不同位置，又可分为输入缓速器和输出缓速器。输入缓速器作用于变速器输入轴，制动力矩可经变速器放大，但随挡位不同而变化较大，且在变速器换挡的瞬间会中断缓速作用，不适用于城市公共汽车。输出缓速器作用于变速器输出轴，制动力矩平稳，理论上可以连续可调，容易控制，较适用于城市公共汽车。
二、B300R自动变速箱缓速器结构和工作原理
1、B300R自动变速箱结构(带ATD MD缓速器) B300R液力缓速器布置在变速箱输出轴一端，采用类似液力偶合器形式的双循环圆结构。一个对称结构的双面叶轮转子与变速箱输出轴固定联接，随输出轴转动。两个带叶片的导轮在转子内侧与变速箱体刚性联接，固定不转。转子与导轮的叶片方向相对，二者之间形成双循环圆空腔，其径向尺寸较小，并消除轴向力，改善轴承受力。
2、液力缓速器的基本原理 液力缓速器的作用与车辆的制动系联动，由变速箱的电脑控制器(ECU)调节控制。我们从其工作和控制两方面来讲述：
液力缓速器的工作原理 缓速器转子随变速箱输出轴转动，而导轮不动。当缓速器内充有油时，随输出轴转动的转子作用于油液一个动量矩M1，带动油液绕轴旋转，同时，油液沿叶片运动作内循环圆旋转，甩向导轮。即油液有两个方向的运动；绕轴向的“公转”和绕径向的“自转”。油液甩向导轮时，油液的“公转”对导轮叶片产生冲击作用，将转子作用于油液的动量矩M1传递到导轮叶片上。同时，固定的导轮叶片也对油液产生一个反向作用的动量矩M2。油液流出导轮再流入转子时，同样将M2传递到转子上，形成对转子的阻力矩，阻碍转子的转动，从而实现对车辆的减速作用。由于油液在循环流动中没有受到任何其它附加外力，根据力学平衡原理，油液甩向导轮和流向转子的动量矩关系有M1=－M2。转子转动的能量经油液的阻尼作用转变成热量，通过散热器散发到空气中。
液力缓速器的控制原理 缓速器与车辆制动系联动，在车辆制动管路上，电脑(ECU)控制线联接制动灯开关，同时安装有三个压力传感器控制(P/N)。这三个压力传感器的工作压力分别为0.15、0.3、0.5MPa。
缓速器内的变速器油平时储藏在储能器中，当司机踩下制动踏板时，制动灯开关给ECU一个信号，使ECU的缓速器控制处于待命状态。在制动管路的气压达到015MPa时，压力传感器信号通过ECU传给N电磁阀使其动作，压缩空气经电磁阀进入储能器，推动活塞将储能器内的变速器油经油路6压进缓速器内，缓速器起作用。此时进入缓速器的油量较少，减速能力为最大值的1/3。制动踏板继续下踩，气压升高至03MPa时，第二个压力传感器信号指令N电磁阀，控制储能器增大供油量给缓速器，减速能力达最大值的2/3。当气压升高到05MPa以上时，第三个压力传感器信号控制进入缓速器的油量最多，减速能力达到100％。
车辆解除制动时，N电磁阀在ECU信号的作用下，关闭压缩空气，并排出储能器内的压缩空气 ：储能器活塞在弹簧作用下复位，油液在压差和离心力作用下流回到储能器内，缓速器转为空转状态。
缓速器油温控制 一般情况下，缓速器工作时，其油液经管路3和6形成回路。油量过多时，通过流量阀在管路5泄油。
当大负荷工作时间长导致油温过高时，管路3的温度传感器发出信号给ECU，ECU指令H控制阀动作，使得缓速器的油液与变速器主油路接通，从而改善散热，降低油温。
三、液力缓速器的性能分析
1、 在B300R自动变速器上选配的是ATD MD缓速器 ，其减速性能以台架试验所得的减速扭矩曲线图来进行描述。
从曲线看出，缓速器在变速器输出轴转速200 r/min以上起作用，其扭矩随转速上升而很快增加，在转速850r/min时,扭矩达到最大值2200N.m。这种减速特性较适合城市公共汽车。城市路面较平缓，上下坡的坡度小、坡程短，车辆平均运行速度低(变速器输出轴转速较低)，可充分利用缓速器的能力。
车辆从缓速器能获得的最大制动力，我们以广客GZ6111(EQ)DH空调客车为例计算。该车装备质量(m)10 600 kg，后桥速比(i)6166，轮胎滚动半径(R)05m。最大制动力Fmax如下式求得：
Fmax=M＊i/R=2200＊6.166/0.5=2713ON≈2 700 kg
根据机动车运行安全技术要求，汽车的必备制动力为装备质量的60％以上。那么，该车的必备制动力F>10 600＊60％=6 360 kg。可见，车辆从缓速器能获得的最大制动力达到必备制动力的42％，对于减轻车辆制动器承受的工作负荷很有利。
2、ATD MD缓速器对整车制动性能的影响，我们进行了电脑模拟测试，模拟条件是车辆挂挡以一定的车速下坡运行，不用车轮制动器，仅***发动机或缓速器的减速作用来保持车辆匀速下坡。根据坡度和车辆质量计算出车辆的减速度，测试数据曲线见图(缓速器关的数据表示仅有发动机减速作用，缓速器开的数据表示同时有发动机和缓速器的减速作用)。从数据中看出，减速器开与关的减速度比值为： 开/关=1～15.6，由此可见，缓速器对整车减速制动的作用同样是很明显的。
四、液力缓速器使用效果
1、为观察液力缓速器的实际使用效果，我们选取了深圳市公共交通(集团)有限公司3路线公交车辆进行对比分析。
3路线有空调巴士20辆，配B300R自动变速器，有液力缓速器。普通巴士17辆，配AT545自动变速器，无液力缓速器。两种车均为广客车，车长11m，东风EQ1141G底盘。其平均运行速度为15.5 km/h。普通巴士的换片、换鼓量分别是空调巴士的1.73和2.03倍，报修频率是空调巴士的1.93倍。从这组数字可以看出，液力缓速器对于创造企业的经济效益是非常有效的。 根据3路线了解，无缓速器的车辆制动器调整周期为2～3天，有缓速器的车辆调整周期为4～5天，其调整工作量减少35％以上。
2、缓速器应用的经济效果，我们以上述表中数字计算每年每年材料、工时费，见下表，并进一步考察缓速器应用的经济效益。 表42 车别 项目 换片(轮套) 换鼓(个) 光鼓(个) 前 后 前 后 前 后 单价 3260 5980 2500 29000 有缓速器 年用量 340 160 207 087 093 067 材料费 11084 9568 52785 25230 工时 102 80 145 87 19 20 工时费 10200 8000 14500 8700 1900 2000 合计 21284 17568 67285 33930 1900 2000 无缓速器 年用量 572 291 447 149 165 157 材料费 18647 17402 113985 43210 工时 172 146 313 149 23 47 工时费 17200 14600 31300 14900 2300 4700 合计 35847 32002 145285 58110 2300 4700
从两表数字得出：
(1) 有缓速器车辆每车每年的材料、工时费为1 439元，无缓速器车辆为2. 782元，差额为1. 343元。
(2) 折算每车每年回车间报修次数，有缓速器车辆为3.13次，无缓速器车辆为6.04次，差额为3次。以每次0.5天停场时间计，按照本公司1999年1～9月营运里程和营收的平均水平，有缓速器车辆可多收入1. 950元。
(3)仅以上二项合计，有缓速器车辆每年可多收入3 293元,其价格为10 000元,按此计算是3年回收投入。
3 .在实际应用中，除了很好的减速制动作用外，还有一些其它优点：
首先是减速反应时间快。ECU由制动开关给出信号，从踩制动踏板到缓速器起作用的反应时间低于05 s，基本上与车轮制动器反应时间同步。解除制动时，缓速器内的机油在压差和离心力作用下迅速排出，确保不会阻滞车辆，这样就保证了缓速器作用的最佳时效。
其次是缓速制动的柔顺性。液力缓速的原理是充分利用油液对叶轮转子的反作用力矩，这种反作用力矩本质上是油液的阻尼作用 ，在受力过程中，液体的阻尼作用是连续平顺的 ，而且缓速力矩作用于变速器输出轴，不会造成制动器抱死。所以，车辆在行车制动时，制动冲击降低，制动过程平顺。
同理，由于缓速器是对变速器输出轴起制动作用，在差速器的力矩平均分配作用下，驱动桥两侧车轮获得的制动力矩是均等的，就是说其制动力是平衡的，这可以防止车辆制动跑偏，提高行车安全性。
综上所述，液力缓速器能够有效改善车辆的制动效能和制动时的方向稳定性，减轻车辆制动器的工作负荷，从而降低制动器故障率，延长制动器配件的使用寿命，减少车辆因制动器故障导致的停场时间，从而大大提高公交营运的经济效益。
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