赵小波 姬长英
南京农业大学
周纬
广州五十铃客车有限公司
赵国柱 鲁植雄
南京农业大学
[摘要] 介绍了永磁式涡流缓速器的结构和工作原理，并以广州五十铃客车有限公司的GLK6121D5W型客车为例，对其装备永磁式涡流缓速器在平直路面和坡道上的制动性能进行了试验研究。结果表明，使用永磁式涡流缓速器能够提高车辆制动性能，在平直路面上能缩短减速距离，在坡道上能保证车辆在较大坡度范围内以经济的速度匀速行驶。
[主题词] 永磁式涡流缓速器 客车 制动性能
1 引言
随着汽车技术的发展和道路条件的改善，车辆载质量和行驶速度的增加使得制动负荷过大的问题日渐突出，若这些制动全部由主制动器来承担，将导致制动效能下降甚至失效，给车辆运行带来极大的安全隐患，因此在车辆上安装缓速器已成为交通安全的迫切需要。缓速器是一种完全独立于其他车辆制动系统的行车辅助制动装置，其作用是在不使用或少使用主制动器的情况下保持车辆能稳速持续下坡、代替主制动器进行频繁的小功率制动或实现车辆在预定目标处停车。
目前国内外车辆上装用的缓速器主要是液力缓速器、电涡流缓速器和永磁式涡流缓速器，尽管工作原理各异，但作为一种辅助制动装置，其效果是明显的。与其他缓速器相比，永磁式涡流缓速器作为一种新型的辅助制动装置，具有体积小、质量轻、结构紧凑，几乎不耗电（仅电磁阀耗电）、制动稳定以及持久等优点，近年来在国内外的部分客车上已得到了应用。但目前国内尚未见到永磁式涡流缓速器在车辆上制动性能的公开报道，本文采用道路试验和理论分析相结合的方法，从平路减速距离和坡道稳定持续下坡车速与坡度关系两个方面分别考察使用永磁式涡流缓速器制动的制动能力。
2 永磁式涡流缓速器结构与工作原理
永磁式涡流缓速器由定子和转子鼓组成。定子包括永磁体、磁极片、磁铁保持架、气缸、活动磁铁支架和固定磁铁支架等组件（图1）。永磁式涡流缓速器的工作原理与电涡流缓速器相似，都是利用电磁感应原理把车辆行驶时的动能和势能转化为热能散发掉，从而达到减速或制动的目的。所不同的是永磁式涡流缓速器是利用永磁体产生磁场，制动时，定子活动磁铁支架与固定磁铁支架上轴向相邻永磁体极性相同，磁力线在磁体支架、永磁体、磁极片、气隙以及转子鼓之间形成周向回路，转子鼓在磁场中做切割磁力线转动时，在其内表面以及径向一定厚度内产生涡流，涡流与磁场相互作用在转子鼓上产生与其转动方向相反的制动力；非制动时，磁铁支架上两列永磁体轴向相邻磁体极性相反，磁力线被屏蔽在定子内，转子鼓上不产生制动力。
3 平直路面上永磁式涡流缓速器减速能力试验分析
以广州五十铃客车有限公司的GLK6121D5W型客车为例，进行了平直路面时使用永磁式涡流缓速器制动试验。该车主要技术参数为：车宽为2500mm；车高为3800mm；车长为11990mm；质量为13950吨（空载）、17680kg（满载）；主减速器传动比为4.875；轮胎滚动半径为0.522m；变速器各挡传动比见表1所列。
式中，FB为永磁式涡流缓速器制动力；Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；m为车辆质量；δi为相应挡位的旋转质量转换系数；v（t）为车辆行驶速度。
不同变速器挡位使用永磁式涡流缓速器制动时客车车轮作用力（包括空气阻力和滚动阻力）随行驶速度变化的关系如图4所示。从图4中可知，滚动阻力和空气阻力很小，即使在车速100km/h时也仅为2.8kN，显然仅依靠这样小的力在短时间内无法使客车由高速减速到低速；而使用永磁式涡流缓速器，客车车轮的最大作用力超过了10kN，如果使用永磁式涡流缓速器时变速器没有脱挡，客车车轮将获得更大的作用力。
在水平路面上，可采用减速距离作为评价永磁式涡流缓速器制动性能的指标。根据文献［5］，非匀减速状况下车辆从初始车速v0降至车速v1驶过的减速距离为：
得车辆由不同初速度降至某一速度的减速距离。
表2所列为变速器脱挡使用永磁式涡流缓速器制动与滚动阻力和空气阻力制动时，客车由不同初始速度下降至30km/h时的减速距离对比。
如果车辆在使用永磁式涡流缓速器制动过程中变速器不脱挡，这时可借助发动机反拖产生的阻力（发动机制动）提升车辆的制动能效。表3是变速器挡和挡时使用永磁式涡流缓速器制动，客车由不同初速度下降至30km/h时的减速距离。将表3与表2进行比较发现，无论变速器挂Ⅴ挡还是Ⅵ挡，客车使用永磁式涡流缓速器制动的减速距离都较变速器脱挡使用永磁式涡流缓速器制动的短。
流缓速器制动的制动力随车速变化的关系如图5所示。图中平行直线分别表示由式（3）计算得到的在各坡度坡道上客车的下滑力。图5中变速器挂不同挡位使用永磁式涡流缓速器制动的制动力曲线与不同坡度的坡道上下滑力曲线的交点，即为客车以该挡位在此坡道上行驶的稳定车速，即不使用主制动器客车就能以此稳定车速匀速滑行至坡底。
由图5可以看出，变速器脱挡使用永磁式涡流缓速器制动，客车能在3.3％～5.6％的坡道上以30～100km/h的车速稳定匀速下滑；变速器挂Ⅵ挡使用永磁式涡流缓速器制动，客车则可以在5.2％～8.1％的坡道上以30～100km/h的车速稳定匀速下滑；而挂Ⅴ档时客车则可以以30～80km/h的车速在6.1％～9.3％的坡道上稳定匀速下滑。从图5中还可以看出，在同一坡道上虽然使用永磁式涡流缓速器制动和变速器挂Ⅵ挡使用永磁式涡流缓速器制动都能保证客车以稳定的车速下坡行驶，但是它们之间车速有很大差别，如在坡度为5.5％的坡道上，单独使用永磁式涡流缓速器制动客车能以90km/h的车速下坡；而变速器挂Ⅵ挡使用永磁式涡流缓速器制动，客车只能以40km/h的车速下坡。
如果对车速没有要求，变速器挂不同挡位，使用永磁式涡流缓速器制动能使客车在坡度从3.3～9.3％之间的任意一个坡道上以一定的车速稳定下坡行驶。我国公路工程技术标准规定4级公路上的最大坡度不超过9%，可知永磁式涡流缓速器制动可以满足客车在各种坡度下下坡行驶的制动要求，这时，车速的变化范围在30～100km/h之间，范围非常大。但是，客车在山区道路下坡行驶过程中，车速过低直接影响到汽车的运输效率和整个道路上车流的速度，而车速过高又会影响客车的行驶安全性。如果考虑客车以40～60km/h的正常速度下坡行驶的要求，使用永磁性涡流缓速器制动时的下坡坡度范围见表5所列。
动能有效缩短车辆的减速距离；在坡道上，使用永磁式涡流缓速器制动的车辆可以在3.3％～5.6％的坡道上以30～100km/h的车速稳定匀速下滑，如果要求车辆以40～60km/h的安全速度下坡行驶，在3.7％～4.6％的坡道上脱挡使用永磁式涡流缓速器制动即能满足制动要求。
b．变速器不脱挡，使用永磁式涡流缓速器制动能产生更大的制动阻力，车辆在平路上的减速距离进一步缩短，制动效果更加突出；同时，在更大坡度的坡道上（大于5％）保证车辆能以安全速度稳定匀速行驶，从而提高了永磁式涡流缓速器在坡道上的使用范围。
