汽车理论第四章汽车的制动性

汽车的制动性汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。第一节制动性的评价指标汽车的制动性主要由以下三方面来评价：1）制动效能——良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。2）制动效能的恒定性——汽车高速行驶或下长坡连续制动时，制动效能的保持程度，也称抗热衰退性能。涉水行驶后，制动器存在水衰退问题。3）制动时汽车的方向稳定性——制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。第二节制动时车轮的受力一、制动器制动力在轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力。TFr二、地面制动力（忽略滚动阻力时）地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，它取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘之间的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力。1uZxzZdFJFFFrdtFFFjdTJdt制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系制动时的整车受力图四、硬路面上的附着系数下图是汽车制动过程中逐渐增大踏板力时轮胎留在地面上的印痕。印痕基本上可分三段：第一段内，印痕的形状与轮胎胎面花纹基本上一致，车轮还接近于单纯的滚动，可以认为第二段内，轮胎花纹的印痕可以辨别出来，但花纹逐渐模糊，轮胎不只是单纯滚，胎面与地面发生一定程度的相对滑动，即车轮处于边滚边滑的状态0WrWur0WrWur随着制动强度的增加，滑动成分的比例越来越大第三段形成一条粗黑的印痕，看不出花纹的印痕，车轮被制动器抱住，在路面上作完全的拖滑0WrWur0W可以用滑动率s来说明这个过程中滑动成分的多少。滑动率的定义是0100%WrWWursu轮胎从纯滚动到边滚边滑，再到最终完全滑动而不滚动，是一个变化的过程。在这个过程中，其纵向力特性和侧向力特性发生了明显的变化几个重要的参数制动力系数φb定义：地面制动力与垂直载荷之比。峰值附着系数φp定义：制动力系数的最大值。滑动附着系数φs定义：s=100%的制动力系数。侧向力系数φl定义：侧向力与垂直载荷之比。7.75-14斜交轮胎，干沥青路面，车速64.4km/h松砾石路面，车速64.4km/h光滑的冰路面，车速32.2km/h滑动率s（%）各种路面上的φb－s曲线滑动率s（%）车速对制动力系数的影响沥青路面10.00×20／F5km/h1632486488附着系数的数值主要决定于道路的材料、路面的状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车运动的速度。φbφb装用防抱死装置后，滑移率保持在20％左右，与不装用防抱装置相比，侧向力系数下降不大，因此大大改善了制动过程中的方向稳定性。这是装用防抱装置的最主要的目的。至于能否减少制动距离，则不一定。防抱装置起作用，制动器反复制动、放松，制动器放松时，制动力会减少，使平均制动力下降，如果制动力系数曲线随滑移率的增加变化很缓慢，防抱装置反而会使制动距离变长。如果制动力系数曲线随滑移率的增加变化很剧烈，则防抱装置会缩短制动距离。汽车制动时可能遇到两种侧向力很小的危险情况：1）刚开始下雨，路面上只有少量的雨水时，雨水与路面上的尘土、油污相混合，形成粘度很高的水液，滚动的轮胎无法排挤出胎面与路面间的水液膜。由于水液膜的润滑作用，附着性能将大为降低，平滑的路面有时会同冰雪路面一样滑溜。2）高速行驶的汽车经过有积水层的路面出现了滑水（Hydroplaning）现象。中轮胎胎面的前部将越过楔形水膜滚动。车速提高后，高速滚动的轮胎迅速排挤水层，由于水的惯性，接触区的前部水中产生动压力，其值与车速的平方成正比。压力使胎面与地面分开，即随着车速的增加，A区水膜在接触区中向后扩展，B、C区相对缩小；在某一车速下，在胎面下的动水压力的升力等于垂直载荷时，轮胎将完全漂浮在水膜上面而与路面毫不接触，B、C区不复存在。这就是滑水现象。轮胎低速滚动时，由于水的粘性，接触面前部的水需要一定时间才能挤出，所以接触面估算滑水车速的公式：pi——轮胎充气气压（kPa）滑水车速与路面结构、水层厚度、水液粘度和密度、轮胎充气压力、垂直载荷、花纹形式及轮胎磨损程度有关。6.34hiup第三节汽车制动效能及其恒定性汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直到停车的能力。评定制动效能的指标是制动距离s和制动减速度ab。一、制动距离与制动减速度制动距离：汽车速度为u0时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（制动踏板）到汽车完全停住为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力、路面附着条件、车辆载荷、发动机是否接合等许多因素有关。一般制动距离是在冷试验条件下测得的。制动减速度是制动时车速对时间的导数。不管前后车轮工作状态是否一致，在不同路面上，根据定义，最终前后车轮抱死时，地面制动力为XbsFG如果前、后车轮的工作状态不一致，就不能用xFG12xxFFF2111222112xZxxZJduFFFFrdtJduFFFrdt一个统一的公式来表示整个制动过程，而只能用：来表示。如果前轮先抱死，则有：直到后轮也抱死后，才能按附着力来计算后轮的制动力：222xxFF严格地讲，因为前后轮不同步，因此，在完全抱死之前，前后轮的附着系数φ1、φ2也不一定相同，因此精确地讲，整车制动仍不能表示成：xFG只有前后车轮同时开始抱死，并且制动过程是一致的，才有：xFG采用防抱装置时，地面制动力最大可保持在xpFG左右。评价方法我国行业：平均制动减速度欧洲及GB7258：充分发出的平均减速度21211()ttaatdttt22()25.92()beebuuMFDDss式中：ub——0.8u0的车速（km/h）；u0——起始制动车速（km/h）；ue——0.1u0的车速（km/h）；sb——u0到ub车辆经过的距离（m）；se——u0到ue车辆经过的距离（m）。二、制动距离的分析驾驶员反应时间制动器作用时间持续制动时间制动释放时间'111'22234一般所指制动距离是开始踩着制动踏板到完全停车的距离。它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离s2和s3。设前后车轮同步抱死：''202max2202021212besudukdakuukuuk20203022202max2121()2001616bdsukddsukdssuksua而時,時的距離為因此，在τ2时间内的制动距离为在持续制动阶段，汽车以abmzx作匀减速运动，其初速度为ue，末速度为零，故代入ue值得：''22220202max216bsssuua23max2ebusa22002max23max228bbuuasa总制动距离为因为很小，可略去项，车速单位取km/h，则22'20max22320max()2224bbuasssua22max224ba2'2020max1()3.6225.92aabusua从上式可以看出，决定汽车制动距离的主要因素是：制动器起作用的时间、最大制动减速度即附着力（或最大制动器制动力）以及起始制动车速。附着力（或最大制动器制动力）越大、起始制动车速越低，制动距离越短。三、制动效能恒定性汽车在繁重的工作条件下制动时（例如在下长坡时，制动器就要较长时间连续地进行较大强度的制动），制动器温度常在300℃以上，有时高达600～700℃。高速制动时，制动器温度也会很快上升。制动器温度上升后，摩擦力矩常会有显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。制动效能的恒定性主要是指抗热衰退性能。制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。国家行业标准ZBT24007-89要求以一定车速连续制动15次，每次的制动强度为3m·s-2，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能（5.8m·s-2）的60%（在踏板力相同的条件下）。抗热衰退性能与制动器摩擦副材料及制动器的结构有关。常用制动效能因数（单位制动轮缸推力Fpu所产生的制动器摩擦力F）与摩擦因数的关系曲线来说明各种类型制动器的效能及其稳定程度。双向自动增力蹄制动器双领蹄制动器领、从蹄制动器双从蹄制动器盘式制动器μ制动效能因数曲线第四节制动时汽车的方向稳定性几个基本概念：跑偏：制动时汽车自动向左或向右偏驶。侧滑：制动时汽车的某一轴或两轴横向移动。失去转向能力：弯道制动时汽车不再按原来的弯道行驶而沿弯道的切线方向驶出；直线行驶制动时，虽然转动转向盘，但汽车仍按直线方向行驶的现象。a)b)制动时汽车跑偏的情形a）制动跑偏时轮胎在地面上留下的印迹b）制动跑偏引起后轴轻微侧滑时轮胎留在地面上的印迹制动跑偏时的受力图一、汽车的制动跑偏制动时汽车跑偏的原因有两个：1）汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）制动器的制动力不相等。2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失制动时发生侧滑，特别是后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车调头。由试验与理论分析得知，制动时若后轴车轮比前轴车轮先抱死拖滑，就可能发生后轴侧滑。若能使前、后轴车轮同时抱死或前轴车轮先抱死，后轴车轮再抱死或不抱死，则能防止后轴侧滑。但前轴车轮抱死后将失去转向能力。汽车侧滑时的运动情况a）前轴侧滑b）后轴侧滑第五节前后制动器制动力的比例关系本节的几个重要问题：1：理想的制动器制动力曲线2：具有固定比值的制动器制动力曲线3：地面制动力线4：同步附着系数5：制动过程分析6：制动效率7：前后制动器制动力的分配原则β制动过程中，可能出现如下三种情况：1：前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死2：后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死3：前、后轮同时抱死拖滑其中，1是稳定情况；2是不稳定情况；3可避免侧滑，同时只有在最大制动强度时才会失去转向能力，同时附着条件利用较好。所以，前、后制动器制动力分配的比例将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度，是设计汽车制动系统必须妥善处理的问题。一、地面对前、后车轮的反作用力图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。下面的分析中还忽略制动时车轮边滚边滑的过程，附着系数只取一个定值φ0。对后轮接地点取力矩得对前轮接地点取力矩得令，z称为制动强度，则地面法向反作用力为1zgduFLGbmhdt2zgduFLGamhdtduzgdt12()/()/zgzgFGbzhLFGazhL若在不同附着系数的路面上制动，前、后轮都抱死（不论是同时抱死或分别先后抱死），最终地面制动力均为附着力，即FXb=Fφ=Gφ，或du/dt=φg此时制动强度z等于φ。二、理想的前、后制动器制动力分配理想：前、后制动器同时抱死理想的条件：前、后制动器制动力之和等于整车的附着力，且前、后制动器制动力分别等于各自的附着力。理想条件的数学描述：第五节前后制动器制动力的比例关系121122zzFFGFFFF1212ggFFGFbhFah理想的前、后制动器制动力分配消去变量φ，得22114122ggghLGGbFbFFhGh三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数不少两轴汽车的前、后制动器制动力之比是一固定值。通常用前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比来表明分配的比例，称为制动器制动力分配系数。即1121221:,11tanFFFFFFFFFFF因為:故上式为一条直线。这条直线称为实际前、后制动器制动力分配线，简称β线。00.768(滿載)線()I曲