国产“特尔佳”缓速器的作用及工作原理

制动系统是行车安全的首要保证。城市公共汽车因频繁超强的制动导致制动器故障率高，一直是公交企业的难题。现行的气动鼓式制动器属封闭式结构，散热效能差。行车中制动器热积聚过量，温升高，容易使制动片热衰退，加快磨损。高温时使轮胎磨损大幅增加，甚至产生爆胎。根据对深圳公共交通有限公司大量运行的东风eq1130系列底盘客车的测试统计，在有些车型中制动鼓温度高达210℃以上，制动片磨损率为0.6mm/km，爆胎率达0.43条／1000车·公里。 从能量守恒定律可知，汽车制动时，其动能基本上由制动器吸收，并转化成热能辐射散发到大气中。因此，解决鼓式制动器故障率高的较好途径是增加辅助制动装置，从根本上减少制动器吸收的动能，降低其热积聚，保证温度正常。基于这种认识，我公司于2000年初开始试用国产特尔佳（terca）电涡流缓速器，使用效果较为理想，目前已批量使用100多台。 1 电涡流缓速器的基本结构电涡流缓速器系统是独立于传统机械制动系统的辅助制动系统。主要由定子和转子总成、信号传感器、驱动控制器和指示灯等组成。 1.1 电涡流缓速器的基本结构电涡流缓速器由定子、转子和固定支架组成。定子上有8个高导磁材料的磁极，呈圆周均匀分布。磁极上绕有励磁线圈。圆周相对的2个磁极串联而成一对磁极，相邻2个磁极则n、s极性相间。这样，就形成4对n、s相间的磁极。转子有内、外转盘，二者成刚性整体，用导磁性能良好的铁磁材料制造。装配后，内转盘在定子内侧，外转盘在定子外侧。转子用联接法兰联接在传动轴凸缘上，随轴转动。固定支架用于固定缓速器定子，可以安装在主减速器壳或变速器壳输出轴一侧。转子与定子间有一个很小的空隙，这是一个很重要的结构参数，对制动转矩的影响最大。空隙既要满足最隹电磁参数的需要，又要保证转子在规定的偏心误差内能够自由转动。电涡流缓速器在结构上有良好的散热设计。定子通过合理布置磁极，形成尽可能大的外表面积。转子则优化设计了风道和风叶，保证散热气流足够。定子转子总成的质量较轻，比国外产品轻20％以上。特别是转子，其转动惯量对传动轴的影响甚小，几乎不增加能耗。 1.2 信号传感器信号传感器采集信号，并以电信号方式传输给驱动控制器。（1）车速信号传感器安装在缓速器上，感应采集车速变化信号。该信号控制电涡流缓速器系统是否进入制动待命状态。在驱动控制器作用下，当车速＞5km/h时，系统进入制动待命状态。车速在0～5km/h时，系统退出制动待命状态，对司机的制动操作不响应。因为车辆在这样低速或停住时，无需辅助制动，可避免缓速器因司机踩住制动踏板而继续通电，以保护励磁线圈不被烧损。（2）制动气压传感器采用线性传感器，安装在制动总阀的控制管路上。它传出的信号反映制动气压的线性变化，再由驱动控制器控制缓速器励磁电流随制动气压同向变化。 1.3 驱动控制器驱动控制器包含中央控制模块和励磁线圈的功率驱动模块。它综合处理控制信号、车速信号及制动气压信号后，自动控制和调节励磁电流的大小，实现电涡流缓速器的制动转矩随车辆制动强度的需要而变化。 2 电涡流缓速器的基本原理和工作过程 2.1 基本原理电涡流缓速器根据电磁场原理而设计，当定子线圈通过电流时，就会产生磁场。此时，随传动轴转动的转子切割磁力线，引起磁通密度发生周期性变化，转子表层便感应产生涡流电动势——电涡流。转子的电涡流又产生磁场，并与定子线圈的磁场交互作用，对转子形成与其转动方向相反的制动转矩。此转矩作用于传动轴，使车辆减速。在电涡流缓速器减速过程中，制动能量通过电涡流损耗转化为热能辐射散发到大气中。定子线圈没有励磁电流时，转子自由空转。电磁场在不饱和状态下，制动转矩t与定子励磁电流i的关系式为： t（θ、i ）=1/2i2dl／dθθ：转子位置角。dθ反映转速n的变化。 l：在θ位置处的相电感。dl反映相电感的变化。可见，制动转矩t与励磁电流i和转速n相关。根据测试，在制动周期为15s，励磁功率wi为1.2～2.28kw范围，可获得60～182kw的制动功率wz，即wz／wi＝50～80。换句话说，其能耗非常小。试验结果是每个制动周期仅耗电0.005～0.010度。 2.2 工作过程 (1)司机接通车辆起动开关时，电涡流缓速器系统同步接通直流电源。 (2)车辆速度在0～5km/h内，系统不进入制动待命状态，司机的制动操作对该系统无效。 (3)车辆速度大于5km/h时，系统进入制动待命状态，对司机的制动操作伺服响应。 (4)在车辆速度大于5km/h，司机踩下制动踏板时，驱动控制器根据制动气压量值，自动控制励磁电流大小，以获得与司机所需要的制动强度相适应的减速转矩。 (5)目前电涡流缓速器既可以设置25％、50％、75％、100％共4个级数，随制动踏板行程的加大逐级增大励磁电流，获得所需的制动功率;也可以实现励磁电流在最小值到最大值之间无级调节。 (6)司机松开制动踏板时，制动气压被解除，系统随即切断励磁电流，缓速器转子成空转状态。 3 电涡流缓速器的性能特点电涡流缓速器利用电磁场原理工作，本身没有机械磨损，其优越性能比较突出。 3.1制动效能高试验检测其制动功率为励磁功率的50～80倍，最大制动转矩可达3000n·m。在行车制动过程中，电涡流缓速器产生的制动转矩占总制动转矩的30%～80％。特别是在常用速度范围，其制动转矩比例达50％左右。t-v曲线t1，t2，t3分别为制动器，电涡流缓速器及2者合成的制动扭矩。 3.2 故障率低，可靠性好电涡流缓速器本身没有机械磨损，散热良好，平均无故障工作时间达15800h。缓速器定子线圈的标定工作温度为130℃，b级绝缘，实际工作温度在70℃左右。 3.3 制动响应快，操作性能好 相对于机械制动器，电信号控制和电磁场工作的响应更快。在操作上，与制动踏板联动，司机只需踩下制动踏板，电涡流缓速器即先于机械制动器起作用，自动发挥作用。 3.4 能耗小，安装简便平均每个制动周期仅耗电0.005～0.010度。装车使用时，原车功率大于1kw的发电机即可，无需增加发电机。 3.5 电涡流缓速器只能用作辅助制动装置电磁场工作原理决定了它不能使车辆减速到零，即完全停住车。所以在控制设计上，当车速小于5km/h时，系统退出制动待命状态，由机械制动器单独承担制动负荷。 3.6 系统采用“故障－安全”设计原则。出现故障时，只需断开系统的电源即可，完全不影响机械制动器的正常工作，确保行车安全。 4 使用效果分析经过2年多试用，电涡流缓速器在行车制动中表现出色，效果非常理想。 4.1 有效提高行车安全性。在通常车速下制动，电涡流缓速器可承担车辆减速时30%～80％的制动能量，大大减轻制动器的工作负荷。由于缓速器制动转矩的叠加作用，车辆制动距离和制动时间缩短15％～19％，制动器温度降低38％～50％。摩擦片因热衰退而失效的危险得到消除。从机电特性来看，电信号传递远快于机械传递。因此，电涡流缓速器的制动响应时间大为缩短，车辆制动灵敏度提高。从制动转矩作用方式看，电涡流缓速器的制动转矩作用于传动轴。经后桥放大后叠加到后轮。这样，后轮受力均匀，缓解了因制动器调整不当或磨损不均匀造成的制动跑偏。从电磁场力的特性看，电涡流缓速器产生的制动转矩不会抱死转子，避免车辆制动抱死，使制动过程平稳柔顺。系统设计上充分考虑了与防抱死系统（abs）兼容，车辆整体安全性提高。 4.2 大幅度降低制动器故障率对试验车的检测表明，制动摩擦片的使用寿命延长5倍，制动鼓的使用寿命延长1～3倍，节约检查维修费用的效果较为满意。这主要得益于制动器的工作负荷减轻，以及温度降低。2者都是减少制动器磨损的最有利因素。 4.3 消除爆胎，降低胎耗制动器温度过高，热能通过车轮传递和辐射传递，致使轮胎温度升高，影响到轮胎胶质加剧老化，胎压变化大。其后果是爆胎危险性大增，胎耗增加。试验车消除了此类爆胎现象，轮胎正常使用寿命提高20％以上。 4.4 电涡流缓速器能耗小，自身故障率低如前已知，电涡流缓速器的耗电量非常小。因此，对蓄电池的影响微乎其微，对车辆油耗也看不出什么影响。电涡流缓速器自身并无机械磨损，故障主要在电控部份。一种免维护驱动控制器的平均无故障工作时间达15800h以上，寿命8年以上，其可靠性和经济性均令人满意。 4.5 符合环保要求主要表现在消除制动器的制动尖啸声和减少制动器粉尘。制动器温度过高时，摩擦片表层焦化，与制动鼓接触摩擦时会产生刺耳的尖啸声。缓速器分担制动能量后，制动器温度有效降低，摩擦片表层基本不会焦化，消除了制动尖啸声。同理，制动器工作负荷减轻，直接减少摩擦片和制动鼓的磨损。从磨损量推论，2者磨损产生的粉尘可减少30%～50％。 4.6 操作简单，维护方便安装电涡流缓速器后，车辆的制动操作并无改变。司机只需预先体验一下制动响应时间和制动强度即可。维护方面主要是检查转子的偏心误差，保证空隙值。其次就是清洁泥沙尘土。因此，电涡流缓速器本身维护相当简单。电涡流缓速器优越的技术性能，有效弥补了现有鼓式制动器的不足，是一种解决大客车和载重车辆制动问题的比较完美的技术方案，在车辆安全性、可靠性、环保性和经济性等方面都展示出很好的发展前景。就目前来看，电涡流缓速器已得到汽车业界的普遍认同，在发达国家已普遍用于多种级别的客车和中、重型车辆。可以预言，电涡流缓速器有理由成为我国汽车的一种标准辅助制动装置。