电涡流缓速器设计论文

I 目 录 第 1 章 绪论 . 1 电涡流缓速器概论 . 1 文献综述 . 2 1 2 1 电涡流缓速器的基本结构、原理和使用情况 . 2 1 2 2 安装电涡流缓速器后对汽车制动系统、蓄电池的影晌 . 3 1 子盘的磁感应强度分布、涡流分布和制动力矩计算 . 4 1 3 本课题的意义 . 5 1 4 本课题的主要内容 . 5 第 2 章 电涡流缓速器 . 7 2 1 制动器存在的问题 . 7 2 2 辅助制动器的分类 . 10 2 2 1 发动机排气制动 . 10 2 2 2 液力缓速器 . 11 2 2 3 空气动力缓速 . 13 2 2 4 电涡流缓速器 . 13 2 3 有关辅助制动器的法规 . 14 2 4 电涡流缓速器的结构 . 14 2 4 1 电涡流缓速器的机械装置部分 . 14 2 5 电涡流缓速器的工作原理 . 15 2 6 电涡流 缓速器的安装位置 . 17 2 7 电涡流缓速器的发展趋势 . 18 2 7 1 轻量化 . 18 2 7 2 整体化 . 19 2 7 3 电子控制 . 19 2 8 电涡流缓速器的使用效果 . 20 2 8 1 提高了汽车的安全性 . 20 2 8 2 提高了坡道行驶时的平均速度 . 21 2 8 3 提高了汽车使用经济性 . 22 2 8 4 提高了舒适性 . 22 2 8 5 提高了汽车的环保性能 . 22 2 9 本章小结 . 23 3 章 电涡流缓速器的数学模型和参数设计 . 23 3 1 概述 . 24 3 2 文献所提到的模型 . 25 3 2 1 J H 型 . 25 3 3 综合文献模型后提出的计算公式 . 29 3 3 1 制动功率的理论推导 . 29 涡流分布的深度 . 32 磁路分析 . 错误 !未定义书签。 制动力矩 . 35 第 4 章 电涡流缓速器的功能参数设计 . 36 型选择 . 36 速器模型选择 . 36 速器参数设计与校核 . 35 章小结 . 38 参考文献 . 39 要 随着现代汽车工业的发展，对汽车的行驶安全性要求越来越高，特别是在山区和矿区工作的载重货车和城市公交汽车，安装电涡流缓速器确保车轮制动器处于良好的技术状态 ,使车轮制动器的温度大大降低。 电涡流缓速器是利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为 热能而散发掉，从而实现减速和制动作用的装置。实际的使用效果表明它可显著提高汽车的行驶安全性。本文针对目前国内开发电涡流缓速器缺乏成熟理论的指导，以电涡流缓速器的设计方法和性能分析为重点研究内容，对其作了有益的探索，以期为国内开发具有自主知识产权的车用电涡流缓速器提供理论方法的支持。 本文首先对现有制动器的使用特点进行分析，得出在载重货车和城市公交车辆上使用缓速器的必要性，然后通过几种缓速器的比较，阐述了电涡流缓速器的优缺点。文章主要论述了现阶段文献对电涡流缓速器的数学模型的建立过程，并比较了计算结果与实验值 ，说明了误差产生的原因。目前，对运动导体在电磁场中的涡流分布及制动力矩计算，国际上通用的是用有限元方法进行解决，本文对此进行了介绍。结合前人对数学模型所作的假设和参考已有的实验数据，得出了 数学模型。其中，假定转予盘表面的磁感应强度按正弦规律变化，对气隙中的磁感应强度进行磁路分析，。通过对电涡流缓速器的制动力矩随转速变化的公式的推导，同时可得出各关键参数的变化对制动力矩值的影响。电涡流缓速器按其功能参数即最大制动力矩值进行设计，确定电涡流缓速器的各关键参数，然后根据现有同类产品的结构特点进行电涡流缓速器的设 计 . 关键词 ；汽车辅助制动 电涡流 缓速器 设计 of to of in or in in an in a By is in of is of in is of of it is to by of in a is in is by by 第 1 章 绪 论 1 1 电涡流缓速器概论 经常在行车密度很高、交通复杂的城市道路上行驶的汽车 (如市内公共汽车 )，为避免交通事故，需要进行频繁的不同强度的制动：主要行驶在矿山或山区道路的载重货车经常要下长坡，为 不使汽车在自身重力作用下不断加速到危险程度，应当对货车进行持续制动。在这些情况下，单靠行车制动器是难以完成的，必须增设缓速器。 电涡流缓速器工作的原理是在定子上绕圆周依次分布极性相反的电磁线圈，当转子盘旋转时，相当于转子盘处在不断变化的磁场中。此时，在金属体内部要产生感生电流，这种电流在金属体内部自成闭合回路，称为涡电流。同时，涡流会产生新的磁场。根据楞次定律，转子内部涡流所产生的新的磁场与定子线圈产生的磁场相互作用，阻止、反抗转子的转动，形成了迫使车辆降低速度的制动力矩。 电涡流缓速器是在 十九世纪利欧博科 (1903年，斯特克勒 (先申请了一种电磁制动装置的专利。 1936年，鲁尔塞瑞真 (次将电磁制动技术应用到汽车上。 1938年出现将电涡流缓速器用万向节与中心传动法兰结合起来组成的安全缓速制动器。 1965年泰乐马公司设计出了首台没有中心轴，直接安装到变速器或驱动桥上的电涡流缓速器。该类型缓速器的出现，使其结构趋于紧凑、重量变轻，并且安装简便，从而使得电涡流缓速器在汽车上的应用更加广泛。 1993年出现了将电磁缓速器与传动轴做成一体的产品。 1996年，市场上出现了用发动机冷却液进行冷却的电涡流缓速器，该缓速器中还安装有一小型发电机。该结构的出现使电磁缓速器的制动能力大大提高，工作性能更为可靠，工作时对蓄电池的供电需求很少。这种缓速器主要用于重型车辆。 国际上，电涡流缓速器的著名生产厂商有：法国的泰乐马 (西班牙的弗瑞纳萨 (克莱姆 (德国的克罗伏特 (以及日本的东京部品工业 (五十铃住友 (1， 其产品已发展成多系列，可适合各种型式的车辆。法国的泰乐马 (司是世界上的电涡流缓速器最大制造商，其每年的产销量为三万多台，仅这家公司的产品在世界上装车使用量就达 50多万台。其产品广泛安装在雷诺、戴姆勒 奔驰、曼、沃尔沃、依维柯、斯堪尼亚、尼奥普兰等著名汽车公司生产的重型汽车和大中型客车上。现在欧、美、日等发达国家汽车界已经把缓速器作为标准件在多种级别的客车和中型、重型汽车上装用，作为现有汽车制动系统的必要补充装置。 总体上讲，电涡流缓速器在我国研制、生产和应用尚处在 起步阶段。虽然早在 1964年上海客车厂曾研制过电涡流缓速器，并安装在上海到黄山的长途客车上。但由于种种原因，电涡流缓速器在国内的应用并没得到应有的重视。随着现在汽车的驱动功率、车速以及载荷的增加使得车轮制动器的负荷进一步加大，加之人们对汽车的安全性、使用经济性、舒适性和环保性重视，电涡流缓速器的作用在国内汽车界也日益受到重视。 2002年 6月 1日交通部已颁布实施中华人民共和国交通行业标准 运客车类型划分及等级评定”。该标准规定中型客车中高二级，大型客车中高一级、高二级和高三级客车都 必须装置缓速器。因此可以预计电涡流缓速器必将在国内拥有广阔的市场前景。 国内目前已有部分大、中型豪华客车上装用电涡流缓速器，但大都选装进口件。国内目前电涡流缓速器的生产厂商有深圳的特尔佳 (其产品主要选装在一些中型客车和公交车上。此外浙江温州的中国瑞立公司，他们与一汽展开合作，用户可直接购买加装了缓速器的载重货车。此外，无锡三生科技公司、江苏大学和长安大学等一些企业和科研院所也在做相关研制工作。由于进口的产品价格在 2 3万人民币左右，而此机械产品从达到它的基本性能来说，比较容易仿制，成本能控 制在一万元以内，因此这两年国内的生产厂家逐渐增多。 1 2 文献综述 1 2 1 电涡流缓速器的基本结构、原理和使用情况 这方面的内容以国内学者文献居多，主要讲述关于各种缓速器和电涡流缓速器的基本结构与原理，安装方式，使用效果以及安装及使用时的注意事 项 12。 文献 3阐述了一种与市场上常见的电涡流缓速器结构不一样的设计方法。它的电磁线圈绕定子径向端面布置，这样虽然在制造时比较复杂，但整个机械结构变得相对简单。转子工作层采用在低碳钢的表面镀上 O 15样可使转子盘的电导率增大， 产生的涡电流和制动力矩也就相应变大。在转子的外表面设计出风道，以加强散热效果。作者在设计时主要采用实验的方法，对影响制动转矩大小的各参数进行设计，在设计时主要优先考虑定子铁磁线圈和转子工作面 的形状的影响，然后通过测试磁感应强度值的分布来进行参数选定。 文献 4阐述了在日本客车上大量使用的永磁式电涡流缓速器，它是在缓速器上配置 2列永久磁铁，其中一列固定，另一列通过气动控制沿圆周方向移动，从而控制缓速器的接通 (工作 )与断开 (不工作 )。它的特点是可以实现大幅度的轻量化、小型化；几乎不消耗电力：连续使用 也不会产生过热。缺点在于所提供的制动力矩偏小，只能用于中型的客车。 文献 5阐述了一种新型电动机，它的机械结构与电涡流缓速器基本一样，当在定子铁磁线圈中通以交变的电压时，旋转的磁场就会在转子盘中产生感应电势，从而产生电磁转矩，带动转子旋转，整个过程与电涡流缓速器中产生制动转矩正好相反。文献对这种电机中转子盘上的磁感应强度、涡电流的分布进行分析，先采用结构与经验分析的方法对其驱动力矩进行计算，然后采用有限元的分析，进行数值计算。此文对磁感应强度和转子盘上的电压分布的假设和简化很值得借鉴。 1 2 2 安装电涡流缓速器后对汽车制动系统、蓄电池的影晌 这一部分文献主要以车辆加装电涡流缓速器后对汽车系统的影响。 文献 6通过对电涡流缓速器的耗电特性以及汽车发电机、蓄电池的供电特性进行分析，并通过实车试验，论证了安装缓速器后汽车原供电系统是否能满足供电需要。结果表明，安装电涡流缓速器后，一般不需要对原车辆供电系统改造。仅靠蓄电池给缓速器供电，供电时间接近 2h；经过对发电机供电功率计算与发电机供电电压的测量，发电机满足供电需要。 文献 7阐述了对汽车高速行驶时的快速停车距离控制的研究，主要采用 实验的方法，首先 通过实验的方法，得出在汽车的速度和各档的制动阻力间的曲线。然后，建立汽车进入高速公路收费区的车辆减速距离控制目标，在给定的制动总距离下，保证使汽车从初始速度降低到某一低速。可以选择让汽车进行滑行或处于不同的缓速器工作档位，求出各部分工作时的距离。使得车辆在制动过程中处于较好的工作状态。 文献 8阐述了缓速器对汽车制动稳定性的影响，主要论述在使用缓速器过程中，当遇到紧急情况，需要强度更大的制动时，缓速器和前、后车轮制动器同时工作。这时，汽车前后车轮的制动力分配曲线将发生改变，故汽车前后轮在紧急制动下前后轮同 时抱死条件也会相应改变，而这是汽车防抱死系统设计时的一个重要参数。文章分析了这种变化对汽车制动系统的影响。 1 子盘的磁感应强度分布、涡流分布和制动力矩计算 这方面的文献以国外学者居多，一般采用分析或有限元的方法进行。同时通过实验加以验证和通过实验得出参数变化对转子盘的磁感应强度分布、涡流分布和制动力矩大小的影响。 文献 10根据实验现象，转子盘表面的磁感应强度在转子静止时最大，随着转予盘的速度增加，其表面的磁感应强度值逐渐减少，假设其磁感应强度值的变化是按指数函数关系随速度增加逐渐降低。然后对其 边界条件加以假定从而可以计算出转子盘表面的磁感应强度的分布函数。进而计算出因涡电流而损耗的功率。根据理论分析和实验做了以下几个方面参数变化对转子盘制动力矩的影响。转子盘表面为铜、铝、铁时制动力矩随转子转速的变化曲线。不同的定子线圈直径下制动力矩随转子转速的变化曲线。在某一恒定转速下，磁场气隙变化时制动力矩的变化。理论数据与实验值的比较。从而对电涡流缓速器的设计提供了理论依据和特性分析。 文献 11】用分析的方法对转子盘的涡旋电流的分布进行了计算，一般电涡流缓速器上的电磁线圈都是缠绕在圆柱铁芯上，而文 献使用的电磁线圈的形状是长方形，这样其涡旋电场的分布就可直接用数学公式来表示，然后根据电磁学理论，可得出在导体作旋转运动时的电流密度的计算公式，把边界条件代入后，可得出确定解。与文献【 10】一样，假定转子盘表面的磁感应强度按指数函数关系随速度增加逐渐降低。从而可以应用洛仑兹力公式，即 磁场对运动电荷的作用力的公式，计算出转子盘所受到的制动力矩。最后作者通过实验的方法对计算值进行了验算，理论值与实验结果比较一致。此外，还有文章对线性涡流制动器进行了理论分析和实验检验。包括规则和不规则的平板通过磁场时平板上涡电流 的分布和制动力矩大小的公式。这类文章都是先通过电磁场理论得出有速度项的偏微分方程组，一般采用确定磁场的边界条件，然后用伽辽金有限元方法进行计算，或用带参数的迎风有限元法来进行计算。随着有限元软件技术的发展，也可以采用有限元软件进行几何建模，确定边界条件并进行求解。这样可以利用软件的后处理系统较清楚地分析转子盘的涡流电场和磁感应强度的分布。 1 3 本课题的意义 现代汽车的发展方向是高速、安全、环保、舒适，辅助制动器将会是必不可少的标准配置。电涡流缓速器作为辅助制动器的一种，同其它辅助制动器 (主要指发动 机排气制动和液力缓速器 )相比有着自身显著的优点，将在第二章对其做专门的论述。 目前我国正在实施西部大开发战略，经济增长，交通先行，为促使部经济的发展早日实现，必将大力发展西部的交通事业。而我国西部多山地丘陵，上下坡道多，为了行车的安全可靠，提高行车的速度，在车辆上装用电涡流缓速器就显得十分必要。另外，现代城市的公交车和豪华大客车也都需要安装辅助制动装置。因此，具备自主研制开发生产电涡流缓速器的能力，对我国的经济发展具有重大的意义，并且具有极大的市场潜力和经济效益。 1 4 本课题的主要内容 本课题旨在 对电涡流缓速器进行理论分析和产品的实际开发设计。主要的内容包括以下几个部分： (1)电涡流缓速器的介绍。对各种缓速器使用的优缺点进行分析，详细介绍电涡流缓速器的机械结构和电控装置及其控制过程；对其发展趋势和使用效果进行论述： (2)电涡流缓速器的数学模型和关键参数设计。对现阶段常用的几个数学模型 进行介绍，叙述了其在建模过程中对涡电流的分布、磁感应强度计算时的简化特点；在前人的基础上根据电磁场理论和实验数据，得出电涡流缓速器的 制动力矩随转速变化的公式；并根据公式，对电涡流缓速器的设计思路和过程进行了论述。经验证， 该设计方法具有相当的精度； 第 2 章电涡流缓速器 2 1 制动器存在的问题 改革开放 20多年来，我国的道路建设飞速发展，使得路况和车辆通行能力有了极大的改善；各类车辆、特别是城市公交车辆的性能、档次也在不断提升，例如过去 164现在 1 47代公交车辆的驱动功率比过去增加了 2 3倍。上述动力性能的改善带来了我国城市车辆平均行驶速度的大幅度提高 。 由于道路条件的改善和车辆性能的提高，在道路通行情况好的城市，现在城市车辆的平均行驶速度一般都能达到原来的 2倍或更多，这就意味着在同样的制动条件下、同样的时间内，现在城市车辆的制动器要产生更多的热量，要承受更大的热负荷，而在道路通行情况差的城市 (如北京、上海、广州等 )，虽然车辆行驶的速度没有很大提高甚至有些下降，但是车辆制动器工作的更加频繁，制动器发热更严重，然而，现在的车辆制动器虽经多方改进，其制动性能最多也仅比原来提高 1 2倍。面临的现实是：现在城市公交车辆的制动安全性能没有提升，反而大大有所降低。 通过对城市公交车辆在行驶中运用制动的强度和次数进行统计分析，统计发现使用最为频繁的制动方式是低强度制动，即所谓“点刹” (见图 2 1)。 我们知道，车辆在刹车时，会做减速运动。制动强度越高，减速度就越大。我们把减速度在 O 2 1 2m 减速度 在 1 2 3m 减速度在 3m 中表明，城市车辆在行驶中使用低强度制动的比例占了85。越是繁华的闹市，这一比例就越高，车轮制动器的温升也越高。城市公共交通这一特殊的使用 工况使得公交车辆的制动器越来越不堪重负，制动热衰退、制动片快速磨损、制动轮毂损坏、轮胎热爆裂等矛盾时刻困扰着公交公司。 此外，行驶矿山或山区公路上的汽车经常要下长坡，为不使汽车在本身重力作用下不断加速到危险速度，应当对汽车进行持续制动。将由势能转化成的那一部分动能再转化成热能而散逸，从而使汽车速度稳定在某个安全值以下。在这些情况下，造成行车制动器的负荷很大，而且，长时间的制动会使制动器产生大量热量，引起过热现象，从而导致摩擦系数降低，使制动效能下降，这对行驶中的车辆是十分危险的，可能发生制动失效而酿成重大事故。例如：我国滇南地区的“元江坡”长度达 40均坡度为 8，车辆由坡顶下行至坡底需低速行驶约 2小时。由于制动时间长，刹车片积累的热量多，摩擦系数降低和衬面磨损加剧，制动能力下降，使得用摩擦制动的刹车装置极难控制。因此，运行过程中须以水管连续向制动鼓淋水降温，否则会因制动鼓过热而丧失制动能力，造成重大灾难性事故。 分析现有车轮制动器存在各种问题的原因，最重要的一点，就是高温积累。道路试验表明，经过一定次数的制动，轮鼓内表面的温度就高达 580，轮辋和轮胎胎肩部位的温度分别达到 250和 170。在高温作用下，制动片摩擦系数将大幅度下降，而摩擦片的磨损率将急剧上升。我们知道，摩擦片是由几种不同成分粉末状的摩擦材料与粘接剂混合压制而成的。 在正常制动时，摩擦产生的高温仅会使摩擦片的表面材料发生变异，并被磨掉极薄的表层；如果在单位时间内使用制动的次数较少时，制动产生的热量有足够的时间进行散发，摩擦片基体材料性质不会发生变化，因而能够保持正常的使用性能。如果制动使用过于频繁，制动产生的热量来不及散发，使得车轮制动器的温度始终保持在数百度的高温状态。摩擦片在高温持续侵袭下，从表层到内部的材料产生了不 同程度的变异，特别是粘接剂的有效成分大量挥发、碳化，以致基体材料发生崩溃，失去机械强度，变得十分疏松。这时摩擦片不仅失去了应有的摩擦系数，而且会迅速磨损，从而使制动性能劣化 (见图2 2)。以上分析可以看出，要使车轮制动器保持正常的制动性能和使用寿命，关键要控制制动器的温度，使之不至于上升到危害摩擦片的程度。多年来人们对于车辆制动性能的改进，大多是围绕车轮制动器来进行的，如加宽制动鼓和摩擦片的尺寸，改变摩擦材料配方等，但这些都不能从根本上解决问题。因为能量是守恒的，制动器作为一种将动能转化为热能的特定装置，其 产生热量的多少与制动负荷是密切相关的。现有的车轮制动器，由于受空间尺寸的限制，其散热能力有限，在频繁制动或者持续制动的条件下会出现高温积累。因此，对常在山区公路上行驶的大型客货车以及一些要求制动距离短、反应灵敏迅速的特种车辆而言，为保证具有良好的制动性能，除行车制动器外，还应装备辅助制动器，将车轮制动器的负荷进行分流，使车轮制动器温度控制在安全范围内。 2 2 辅助制动器的分类 目前技术比较成熟，适合装车的辅助制动器是：发动机排气制动系统和缓速器。常用缓速器又有以下几种类型：电涡流缓速器、液力缓速器和 空气动力缓速装置。 2 2 1 发动机排气制动 排气制动是在发动机制动的基础上发展起来的，发动机制动是在驾驶员放松油门踏板和离合器踏板，变速档位不在空挡时，靠汽车运行的动能迫使发动机加速转动而产生的，即：从驱动轮通过传动系推动发动机曲轴旋转，发动机的活塞与缸壁、曲轴与轴瓦的摩擦力、泵气损不能很明显地阻止制动蹄片的早期磨损。 排气制动装置通常是在发动机排气管的出口处安装一个蝶形阀 (图 23)，当排气制动不起作用时，阀片处在张开的位置 (图 2并不影响发动机的正常工作； 当排气制动起作用时，阀片关闭 (图 2同时断油机构强制性切断发动机的供油，行驶的汽车带动发动机曲轴旋转，发动机活塞在排气行程中，排出的气体因制动阀片关闭而被压缩，产生压力，使发动机如同压气机一样工作，被压缩的气体使排气时活塞上行产生阻力，加大了发动机的压气损失，从而起到了制动效果，实践表明这种效果是比较明显的。 汽车装有排气制动系统的优点： (1)汽车下长坡时，行车制动的作用次数和作用时间可明显减小，这样使得制动器的温升不高，使其保持在一个良好的状态，从而防止制动器过热和 制动力的衰减，保证制动 器下坡时的具有较好的制动性能，并减少了制动蹄片的磨损，使得制动蹄片的寿命得以延长。 (2)排气制动是通过传动系统柔和地传向驱动轮的，驱动桥的差速器使其制动力矩平均分配在左、右两驱动轮上。因而在滑溜路面上可避免因轻跺脚制动板所造成的汽车侧滑现象，如此使行车具有安全感，这可提高汽车的平均运输车速。 (3)排气制动是压缩气体而产生的，因此制动柔和，不象车轮制动器制动那样带有冲击性，故减少了零部件所承受的冲击载荷，延长了有关零部件的使用寿命，减少了维修保养次数。 (4)排气制动的断油机构能使汽车在运行中产生一定的节 油效果。 当前装在国内汽车的辅助制动装置多采用发动机排气辅助制动系统。但它存在以下不足： (1)由于压缩比及其它技术原因，适用于柴油机，而不适应于汽油机； (2)只能提供制动和不制动两种选择，且制动力不能随汽车载荷和运行工况进行相应调整； (3)排气控制阀片易出现烧蚀和卡死故障； (4)工作时造成汽缸压力和发动机温度升高，易导致气门卡死和汽缸垫损坏。 (5)对装有涡轮增压器的汽车，发动机排气制动的表现出制动功率不足的趋向。这是由于涡轮增压器在发动机起驱动作用时可以提高发动机的充气效率，有助于发动机驱动功率 的提高；而在排气制动作用时，排气制动阀堵住了排气管，涡轮增压器几乎不起什么作用。 2 2 2 液力缓速器 液力缓速器又叫液力减速器，是利用专设的液力缓速器来产生缓速作用。液力缓速器中有固定叶轮和旋转叶轮，后者一般由变速器驱动。固定叶轮通过流动的液体施加于旋转叶轮的阻力矩，就是制动力矩，将通过变速器和驱动桥放大后的阻力矩 (制动力矩 )传到驱动轮，由旋转叶轮输入的汽车动能即通过液力缓速器内的液力阻尼作用变成热能。 液力缓速器主要由工作轮和相应的控制系统两部分组成，如图 2 4所示。 工作轮在结构上与液力偶合器类似，其泵 轮 (称为转子 )随的工作轮通常采用30或 45前倾叶片，其泵轮力矩系数约为相同轮腔径向叶片偶合器的 3 10倍。 液力缓速器的主要有以下优点： (1)适用于高速、大功率车辆由于液力缓速器的制动力矩与车辆传动轴转速的平方或减速器工作腔有效直径的 5次方成正比，因而在车辆高速行驶且制动器直径较大时，液力缓速器能比其它缓速制动方式提供更大的制动力矩。并且制动器本身的尺寸较小，安装时更加灵活方便。 (2)适用于长时间的连续制动液力缓速器采用液力制动方式，无机械磨损，且有循环冷却装置可以将油液产生的热量带走，因此 能长时间连续为车辆提供制动能力，尤其是当车辆在长坡道下行时，是其他制动方式如机械摩擦制动难以做到的。 (3)提高下坡行驶速度由于液力缓速制动器能提供长时间的恒定制动力矩，因此使用液力缓速器能使车辆以匀速下坡行驶，而匀速下行的速度大小可由其充液量多少来控制。相关资料表明，使用液力缓速器的车辆能比在相同情况下使用其它制动器的车辆提高下坡速度约 20左右。 (4)减少车轮制动器磨损液力缓速制动器在工作时机械磨损小，其寿命之远长于液压制动器和摩擦制动器。它可提供车辆高速行驶时的全部制动力及80以上的制动力矩，从而 辅助机械摩擦制动，使摩擦制动只在车辆低速行驶阶段起制动作用，减少机械制动器的磨损，提高其使用寿命。据统计计算，使用液力缓速器作辅助制动装置的车辆比只使用机械摩擦制动装置的车辆能使制动器的使用寿命提高 3 5倍，从而大大节约了车辆的维修费用。 液力缓速器同样也存在一些问题，主要是 (1)低速制动能力差由液力缓速器的特性所决定，当车速下降时其制动力矩下降很快。在传动轴转速低于 500r 动力矩有波动，在转速为零时完全失去制动能力，故需与其它制动配合使用。先通过液力缓速器使车速降低，再施以摩擦制动予以完全制动。 (2)空转损失大当液力缓速器内不充入油液时，不产生制动力矩。但由于液力缓速器的动轮是与车辆传动系统相连，被其驱动而旋转，使动轮和定轮内的空气产生循环流动，从而产生一定的能量损失，该损失被称为鼓风损失， 其值约为所传递功率的 4左右，因此必须尽量降低。 (3)控制要求高液力缓速器是依靠改变充液量来控制制动力矩的。在部分充液时，为了维持制动力矩稳定，就必须保持液力减速器内油液量的动态平衡，这给控制系统带来相当的难度。其次，当车辆在高速行驶条件下进行紧急制动。从驾驶员开始踩下制动器至车速为零，全部时间很短。而在这 段时间内，液力缓速器必须从无油到充满油，这要求液压系统必须具有大流量和动态响应快 . 2 2 3 空气动力缓速 空气动力缓速，又称空气阻力制动，依靠突然增大的车身空气阻力或装于车辆尾部的可弹出的空气阻力伞产生制动力。这种制动方式制动平稳，安全可靠且无冲击，一般应用于赛车和航天飞机上。但对车辆的行驶路面环境要求严格，几乎不可能应用于普通车辆和军用车辆上。 2 2 4 电涡流缓速器 电涡流缓速器是利用专设的电涡流缓速器来产生缓速作用。电涡流缓速器的主要元件是由驱动轮通过传动系带动的盘状的金属转子和由 若干个固定不动的电磁铁组成的定子。二者端面之间留有不大的 (0 5 1 7隙。当有电流通过定子的励磁线圈时，便产生磁场，对在此磁场中旋转的转子造 成阻力矩，即制动力矩，在磁场作用下 ,在转子中产生的涡电流可将转子及整个汽车的部分动能转换成热能。与发动机排气辅助制动系统和液力缓速器相比，电涡流缓速器具有以下显著的优点：结构简单，生产制造成本也不高；制动力矩范围广，可达 300 3300N 合于各种型式 (5 45吨 )的车辆；响应时间短 (仅有 40液力缓速器的响应快 20倍 )，无明显时间滞后；车辆在低 速运行时，也可产生较高的制动力矩；制动力矩的大小可以通过控制励磁电流来调节，易实现自动控制；另外，还具有故障率低，维修方便，可靠性高等优点。其缺点是：体积较大，重量较重；制动减速能力和使用时间长短受转子温升，缓速器周围气流条件和环境温度的影响；要消耗一定的电能，不能实现制动能量回收。从现代汽车的应用前景来看，发动机排气制动、液力缓速制动和电涡流缓速器制动是最常用的辅助制动方式，其它的辅助制动方式其它的辅助制动方式则只出现在特殊场合。 2 3 有关辅助制动器的法规 现在许多国家的交通法规已将辅助制动装置 作为商用车的必备系统。如德国的交通法规就明文规定：总质量在 5 5吨以上的客车和 9吨以上的载重汽车，必须装有辅助制动装置。在北欧、美国西部、日本等多山地丘陵地区，许多公共汽车、工程用车、重型运输汽车上都装备了液力缓速制动器。在瑞士也有类似德国的法规：总质量超过 3 5吨的牵引车以及总质量 8吨以上的载重车必须安装辅助制动系统。 2002年 6月 1日交通部颁布了实施中华人民共和国交通行业标准 2002“营运客车类型划分及等级评定”。该标准规定中型客车中高二级，大型客车中高一级、高二级和高三级客车都必须装置辅助制动系统。 2 4 电涡流缓速器的结构 电涡流缓速器的结构是由机械装置和电控装置两部分组成。 2 4 1 电涡流缓速器的机械装置部分 电涡流缓速器的机械装置部分是由定子、转子及固定架等部件组成。如图 2 6所示，电涡流缓速器定子上一般有八个高导磁材料制成的铁心 2，呈圆周分个励磁线圈 3套于铁心上，共同构成磁极。圆周上相对两个励磁线圈串联 或并联成一组磁极，并且相邻两个磁极均为 样就形成相互独立的四组磁极。转子通常由前转子盘、后转子盘 1和转子轴 4构成。前后转子盘均为圆环状，一般用导磁性能高 且剩磁率低的铁磁材料制成，实际生产中常选用电磁纯铁或低碳钢等材料。为了及时将涡流产生的热量散发掉，通常转子盘上铸有散热叶片和通风气道。转子通过连接凸缘与传动轴相连，并随传动轴自由转动。前后转子盘和定子磁极问保持有极小的均匀的气隙 7，以使转子盘旋转时不会刮擦到定子上。从减小磁阻角度讲，气隙越小越好，但气隙的确定还必须考虑机加工的公差和转子、定子受热后的热膨胀的影响，一般在0 76 1 70涡流缓速器的定子一般是通过固定架安装于车架上 (或变速器的后端外壳，或驱动桥的主减速器外壳上 )，两者呈刚性 连接，即相对车架而言，定子是固定不动的 2 5 电涡流缓速器的工作原理 简单地讲其工作原理是：利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为热能而散发掉，从而实现汽车的减速和制动。 电涡流缓速器制动力矩的产生具体过程是：当驾驶员接通缓速器的控制 手柄 (或踩下制动踏板 )开关进行减速或制动时，电涡流缓速器的励磁线圈自动通以经调节的直流电流而励磁，产生的磁场在定子磁极、气隙和前后转子盘之间构成回路，如图 2极磁通量的大小与励磁线圈的匝数以及所通过的电流大小有关。这时在旋转的转子盘上，其内部无数个闭合导线所包围的面 积内的磁通量就发生变化 (或者说其内部无数个闭合导线就切割励磁线圈所产生的磁力线 )，从而在转子盘内部产生无数涡旋状的感应电流，即涡流以磁极的正上方为界，在转子盘内就会分别产生磁通正在减少和磁通正在增加的两种涡流，其方向相反。一旦涡电流产生后，磁场就会对带电的转子盘产生阻止其转动的阻力 (即产生制动力 )，阻力的方向可由弗莱明 ( 手法则来判断。阻力的合力沿转子盘周向形成与其旋转方向相反的制动力矩，如图 2一 10所示。同时涡流在具有一定电阻的转子盘内部流动时，会产生热效应而导致转子发热。这样，车辆行驶的 动能就通过感应电流转化为热能，并通过转子盘上的叶片产生的强劲风力将热量迅速散发出去。 图 2 11是在试验系统上测得的某电涡流缓速器四个不同档位上产生的制动力矩随转子转速变化的特性曲线。从特性曲线上可以看出力矩随转速增加而迅速增大，达到一定转速时有极大值，而后随着转速增加制动力矩略有下降。这主要是由于涡流去磁效应影响的结果。 2 6 电涡流缓速器的安装位置 一般对于发动机前置的货车，缓速器安装在传动轴之间，定子固定通过连接支架固定在货车底梁上。而对于发动机后置的客车，缓速器的定子壳