汽車的制動(dòng)性

1、第四章 汽車的制動(dòng)性 基本概念基本概念：制動(dòng)性的評價(jià)指標(biāo) 制動(dòng)時(shí)車輪的受力 重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：制動(dòng)效能及其恒定性 制動(dòng)時(shí)汽車方向穩(wěn)定性 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比例關(guān) 系及制動(dòng)過程分析第四章 汽車的制動(dòng)性 汽車行駛時(shí)能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時(shí)能維持一定車速的能力稱為汽車的制動(dòng)性汽車的制動(dòng)性。第四章 汽車的制動(dòng)性 汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一。制動(dòng)性直接關(guān)系到交通安全，重大交通事故往往與制動(dòng)距離太大、緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)，故汽車的制動(dòng)性是汽車行駛的重要保障。改善汽車的制動(dòng)性始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。 制動(dòng)演示制動(dòng)演示4-1 制動(dòng)性的評價(jià)指標(biāo)制動(dòng)性的評

2、價(jià)指標(biāo) 汽車的制動(dòng)性主要由下列三方面來評價(jià)： （1）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度； （2）制動(dòng)效能的恒定性，即抗衰退性能； （3）制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性 即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。 制動(dòng)效能是指在良好路面上，汽車以一定初速制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度。它是制動(dòng)性能最基本的評價(jià)指標(biāo)。汽車高速行駛或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度，稱為抗熱衰退性能。因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，所以制動(dòng)器溫度升高后，能否保持在冷狀態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能已成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的重要問題。制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定路徑行駛的能力來

3、評價(jià)。若制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力，則汽車將偏離原來的路徑。 4-2 制動(dòng)時(shí)車輪的受力制動(dòng)時(shí)車輪的受力 汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動(dòng)到較小的車速或直至停車。這個(gè)外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實(shí)際上外力是由地面提供的，我們稱之為地面制動(dòng)力地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力愈大，制動(dòng)減速度愈大，制動(dòng)距離也愈短，所以地面制動(dòng)力對汽車制動(dòng)性具有決定性影響 。一、地面制動(dòng)力一、地面制動(dòng)力 從力矩平衡得到 式中 r車輪半徑，單位為m。 地面制動(dòng)力是使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力，但是地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤間的摩擦

4、力；一個(gè)是輪胎與地面間的摩擦力附著力。 車輪在制動(dòng)時(shí)的受力情況二、制動(dòng)器制動(dòng)力二、制動(dòng)器制動(dòng)力 在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱為制動(dòng)器制動(dòng)力制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)F表示。式中 T-制動(dòng)器（摩擦片與制動(dòng)鼓或盤相對滑轉(zhuǎn)時(shí)）的摩擦力矩，單位為Nm。 由上式可知，制動(dòng)器制動(dòng)力不僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定，即取決于制動(dòng)器的形式、結(jié)構(gòu)尺寸、制動(dòng)器摩擦副的摩擦因數(shù)以及車輪半徑，并與制動(dòng)踏板力，即制動(dòng)系的液壓或空氣壓力成正比。三、地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力之間的關(guān)系三、地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力之間的關(guān)系車輪滾動(dòng)時(shí)的地面制動(dòng)力就等于制動(dòng)器制動(dòng)力，但地面制動(dòng)力是滑動(dòng)摩擦的約束反力，它的值不能超過

5、附著力，即Fxb F =Fz 或最大地面制動(dòng)力Fxbmax為Fxbmax=FzrTF 當(dāng)制動(dòng)器踏板力或制動(dòng)系壓力上升到某一值（圖4-3中為制動(dòng)系液壓力pa），地面制動(dòng)力Fxb達(dá)到附著力 值時(shí)，車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。制動(dòng)系液壓力ppa時(shí)，地面制動(dòng)力Fxb達(dá)到附著力 的值后就不再增加。 FFFxb,Fu,FFFxb=FFxbmax=FF0pa制動(dòng)系油壓p圖4-3 制動(dòng)過程中地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力的關(guān)系 汽車的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受地面附著條件的限制，所以只有汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)地面又能提供高的附著力時(shí)，才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。 四、硬路面上的附

6、著系數(shù)四、硬路面上的附著系數(shù) 仔細(xì)觀察汽車制動(dòng)過程，發(fā)現(xiàn)胎面留在地面上的印痕從車輪滾動(dòng)到抱死拖滑是一個(gè)漸變的過程。圖4-4是汽車制動(dòng)過程中逐漸增大踏板力時(shí)車輪留在地面上的印痕。 滑動(dòng)率的定義是： %1000wwrwuwrusABp1.00.80.60.40.2020406080100縱向滑動(dòng)率s100 圖4-5 b s 曲線 若令制動(dòng)力與垂直載荷之比為制動(dòng)力系數(shù)制動(dòng)力系數(shù) b ，則在不同滑動(dòng)率時(shí)， b 的數(shù)值不同。圖4-5給出了試驗(yàn)所得的制動(dòng)力系數(shù)曲線，即 b -s曲線。曲線在OA段近似于直線，隨s的增加而迅速增大。過A點(diǎn)后上升緩慢，至B點(diǎn)達(dá)到最大值。制動(dòng)力系數(shù)的最大值稱為峰值附著系數(shù)峰值附著

7、系數(shù) p , 一般出現(xiàn)在s=15%20%?；瑒?dòng)率再增加，制動(dòng)力系數(shù)有所下降，直至滑動(dòng)率為100%。S=100%的制動(dòng)力系數(shù)稱為滑動(dòng)附著系數(shù)滑動(dòng)附著系數(shù) s 。在干燥路面上， s 與 p 的差別較小，而在濕路面差別較大。若令= s / p ，則在1/31之間。 附著系數(shù)的數(shù)值主要決定于道路的材料、路面的狀況與輪胎結(jié)構(gòu)、胎面花紋、材料以及汽車運(yùn)動(dòng)的速度等因素。 汽車行駛時(shí)可能遇到兩種附著能力很小的危險(xiǎn)情況：一是剛開始下雨，路面上只有少量雨水時(shí);另外一種情況是高速行駛的汽車經(jīng)過有積水層的路面，出現(xiàn)了滑水（Hydroplaning）現(xiàn)象。 4-3 汽車的制動(dòng)效能及其恒定性 汽車的制動(dòng)效能是指汽車迅速降

8、低車速直至停車的能力。評定制動(dòng)效能的指標(biāo)是制動(dòng)距離s（單位為m）和制動(dòng)減速度 j (單位為m/s2) 一、制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度一、制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度 制動(dòng)距離是指汽車速度為u0時(shí)，從駕駛員開始操縱制動(dòng)控制裝置（制動(dòng)踏板）到汽車完全停住為止所駛過的距離。 汽車能達(dá)到的減速度bmax(單位為m/s2)為： bmax= bg 若允許汽車的前、后車輪同時(shí)抱死，則bmax= sg 若裝有理想的自動(dòng)防抱裝置來控制汽車的制動(dòng)，則制動(dòng)減速度為 bmax= p g 二、制動(dòng)距離的分析二、制動(dòng)距離的分析 圖4-14是駕駛員在接受了緊急制動(dòng)信號(hào)后，制動(dòng)踏板力、汽車制動(dòng)減速度與制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系曲線。圖4-14a是實(shí)際

9、測得的，圖4-14b是經(jīng)過簡化后的曲線 1、 稱為駕駛員反應(yīng)時(shí)間駕駛員反應(yīng)時(shí)間，一般為0.31.0 S。 2、 總稱為制動(dòng)器的作用時(shí)間制動(dòng)器的作用時(shí)間，2一般在0.20.9s之間, 。 制動(dòng)距離包括制動(dòng)器起作用和持續(xù)制動(dòng)兩個(gè)階段中汽車駛過的距離s2和s3。 在制動(dòng)器起作用階段，汽車駛過的距離s2如下估算：在 時(shí)間內(nèi) 式中u0起始制動(dòng)車速。 111 22223為持續(xù)制動(dòng)時(shí)間 2 2max 20 22261jusssmax200 2292.2526.31juusaa 決定汽車制動(dòng)距離的主要因素是：制動(dòng)器起作用的時(shí)間、最大制動(dòng)減速度即附著力（或最大制動(dòng)器制動(dòng)力）、制動(dòng)的起始車速。附著力（或制動(dòng)器制動(dòng)

10、力）愈大、起始車速愈低，制動(dòng)距離愈短，這是顯而易見的。 高速制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度也會(huì)很快上升。制動(dòng)器溫度上升后，摩擦力矩將顯著下降，這種現(xiàn)象稱為制動(dòng)器的熱衰退。熱衰退是目前制動(dòng)器不可避免的現(xiàn)象，只是程度上有所差別。制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能。 抗熱衰退性能與制動(dòng)器摩擦副材料及制動(dòng)器結(jié)構(gòu)有關(guān)。 一般制動(dòng)器是以鑄鐵作制動(dòng)鼓、盤，石棉摩擦材料作摩擦片組成的。正常制動(dòng)時(shí)，摩擦副的溫度在200左右，摩擦副的摩擦系數(shù)約0.30.4。但在更高的溫度時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)有很大降低，而出現(xiàn)所謂熱衰退現(xiàn)象。 三、制動(dòng)效能的恒定性三、制動(dòng)效能的恒定性 常用制動(dòng)效能因數(shù)與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線來說明各種類型制動(dòng)器的效

11、能及其穩(wěn)定程度。圖4-16是具有典型尺寸的各種制動(dòng)器制動(dòng)效能因數(shù)與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線。 由圖可知，雙向自動(dòng)增力蹄及雙增力蹄制動(dòng)器，由于結(jié)構(gòu)上的幾何力學(xué)的關(guān)系產(chǎn)生增力作用，具有較大的制動(dòng)效能因數(shù)。摩擦系數(shù)的微小改變，能引起制動(dòng)效能大幅度變化，即制動(dòng)器的穩(wěn)定性差。雙減力蹄制動(dòng)器情況與之相反增、減力蹄制動(dòng)器介于二者之間。盤式制動(dòng)器的制動(dòng)效能沒有鼓式制動(dòng)器大，但其穩(wěn)定性好。 4-4 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性 制動(dòng)過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力而使汽車失去控制離開原來的行駛方向。 制動(dòng)時(shí)汽車自動(dòng)向左或向右 偏駛稱為“制動(dòng)跑偏”。側(cè)滑是指 制動(dòng)時(shí)汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動(dòng)。 1、

12、制動(dòng)時(shí)汽車跑偏的原因有兩個(gè)： （1）汽車左、右車輪、特別是前軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）制動(dòng)器制動(dòng)力不相等； （2）制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)（互相干涉）。 第一個(gè)原因是制造、調(diào)整誤差造成的；第二個(gè)原因是設(shè)計(jì)造成的。 圖4-18給出了由于轉(zhuǎn)向軸左右車輪制動(dòng)力不相等而引起跑偏的受力分析。 一、汽車的制動(dòng)跑偏一、汽車的制動(dòng)跑偏 設(shè)前左輪的制動(dòng)器制動(dòng)力大于前右輪，故地面制動(dòng)力Fx1lFx1r。此時(shí)前、后軸分別受到的地面?zhèn)认蚍醋饔昧镕Y1和FY2。顯然Fx1l繞主銷的力矩大于Fx1r繞主銷的力矩。雖然方向盤不動(dòng)，由于轉(zhuǎn)向系各處的間隙及零部件的彈性變形，轉(zhuǎn)向輪仍產(chǎn)生一向左轉(zhuǎn)動(dòng)的角度而使

13、汽車有輕微的轉(zhuǎn)向行駛，即跑偏。同時(shí)由于主銷有后傾，也使FY1對轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生一同方向的偏轉(zhuǎn)力矩，這樣也增大了向左轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。 左右車輪制動(dòng)力之差用不相等度F表示。 F= 式中Fb - 大的制動(dòng)器制動(dòng)力 Fl - 小的制動(dòng)器制動(dòng)力 造成跑偏的第二個(gè)原因是懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，且跑偏的方向不變。 1、前輪無制動(dòng)力、后輪有足夠的制動(dòng)力，后輪抱死危險(xiǎn)。 2、后輪無制動(dòng)力、前輪有足夠的制動(dòng)力，前輪抱死。汽車將失去轉(zhuǎn)向能力。 3 、前后輪均抱死，但抱死的循序不同，時(shí)間間隔不同。二、制動(dòng)時(shí)后軸側(cè)滑與前軸轉(zhuǎn)向能力的喪失二、制動(dòng)時(shí)后軸側(cè)滑與前軸轉(zhuǎn)向能力的喪失圖 4-22 前輪抱死或后輪抱死時(shí)汽車縱軸

14、線轉(zhuǎn)過的角度（航向角） 若后輪比前輪先抱死拖滑超過0.5s以內(nèi)，則后軸將發(fā)生嚴(yán)重的側(cè)滑。 總結(jié)為兩點(diǎn)： （1）制動(dòng)過程中，若是只有前輪抱死或前輪先抱死拖滑，汽車基本上沿直線向前行駛（減速停車），汽車處于穩(wěn)定狀態(tài)，但汽車喪失轉(zhuǎn)向能力； （2）若后輪比前輪提前一定時(shí)間（如對試驗(yàn)中的汽車為0.5s以上）抱死拖滑，且車速超過某一數(shù)值（如試驗(yàn)中的汽車為48km/h）時(shí)，汽車在輕微的側(cè)向力作用下就會(huì)發(fā)生側(cè)滑。路面愈滑、制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間愈長，后軸側(cè)滑愈劇烈。 因此，從保證汽車方向穩(wěn)定性的角度出發(fā)，首先不能出現(xiàn)只有后軸車輪抱死或后軸車輪比前軸車輪先抱死的情況，以防止危險(xiǎn)的后軸側(cè)滑。其次，盡量少出現(xiàn)只有前軸車

15、輪抱死或前后車輪都抱死的情況，以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力。最理想的情況就是防止任何車輪抱死，前、后車輪都處于滾動(dòng)狀態(tài)，這樣就可以確保制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。 4-5 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比例關(guān)系 制動(dòng)過程可能出現(xiàn)上述如下三種情況：即 （1）前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑； （2）后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑； （3）前后輪同時(shí)抱死拖滑。 情況（1）是穩(wěn)定工況；情況（2）后軸可能出現(xiàn)側(cè)滑，是不穩(wěn)定工況 ；而情況（3）可以避免后軸側(cè)滑，同時(shí)前轉(zhuǎn)向輪只有在最大制動(dòng)強(qiáng)度下使汽車失去轉(zhuǎn)向能力，較之前兩種工況，附著條件利用情況較好。由圖4-26，對后輪接地點(diǎn)取力矩得對前輪接地點(diǎn)取力矩得 可求得地面法向反作用力

16、為： gzhdtdumGbLF1gzhdtdumGaLF2dtdughbLGFgz1一、地面對前、后車輪的法向反作用力一、地面對前、后車輪的法向反作用力dtdughaLGFgZ 2 若在不同附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（不論是同時(shí)抱死，或分別先后抱死），此時(shí)Fxb=F=F或 。地面作用于前、后輪的法向反作用力為 gdtdu)(1gzhbLGF)(2gzhaLGF 前后車輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；并且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即 得 （4-9）一般可用作圖法直接求得I曲線理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分布曲線GFF2111zFF22zFFGFF21

17、gghahbFF21二、理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線 對于某一 值，均可找到兩條直線，這兩條直線的交點(diǎn)便是滿足式（4-9）中兩式的F1值和F2值。把對應(yīng)于不同 值的兩直線交點(diǎn)A、B、C、連接起來，便得到了I曲線。曲線上任一點(diǎn)代表在該附著系數(shù)路面上前、后制動(dòng)器制動(dòng)力應(yīng)有的數(shù)值。 I 曲線是踏板力增長到前、后車輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配曲線。曲線也是車輪同時(shí)抱死時(shí)F 1和F 2關(guān)系曲線。 I 曲線還是前、后輪都抱死后的地面制動(dòng)力Fxb1、與Fxb2，即F 1與F 2的關(guān)系曲線。 常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來表明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，并以符號(hào)表示，

18、即 且 此直線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，且其斜率為這條直線稱為實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡稱線。FF1121FF1tg三、具有固定比值的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力與同步三、具有固定比值的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力與同步附著系數(shù)附著系數(shù)10201020030I 線（空）I 線（滿）線B0=0.39 F1/kN圖4-29 一貨車的線與I 曲線 F2/KN 圖中線與I曲線（滿載）交于B點(diǎn)，此時(shí)的附著系數(shù)值為 0=0.39。我們稱為線與I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同同步附著系數(shù)步附著系數(shù)。它是由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的、反映汽車制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。 同步附著系數(shù)說明，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只有在一種附著系數(shù)，即同步附著系

19、數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)才能使用、后車輪同時(shí)抱死。 同步系數(shù)也可用解析法求得。經(jīng)整理計(jì)算得 0=（L-b)/hg （4-12）式中 L汽車軸距，L=a+b。 先介紹兩組線組f 線組與r 線組。f線組是假定后輪沒有抱死，在各種 值路面上前輪抱死時(shí)的前、后地面制動(dòng)力關(guān)系曲線；r 線組是假定前輪沒有抱死而后輪抱死時(shí)的前、后地面制動(dòng)力關(guān)系曲線。 當(dāng)前輪抱死時(shí) 當(dāng)后輪抱死時(shí) gxbggxbhGbFhhLF12gXbggXbhLGaFhLhF12四、四、 前后制動(dòng)器制動(dòng)力具有固定比值的汽車在前后制動(dòng)器制動(dòng)力具有固定比值的汽車在各種路面上制動(dòng)過程的分析各種路面上制動(dòng)過程的分析圖 4-30 f線組與r線組.swf 對于

20、同一 值下f線與r線的交點(diǎn)A，B，C，既符合Fxb1= Fz1，又符合Fxb2= Fz2，所以這些交點(diǎn)便是前、后輪都抱死的點(diǎn)。因此，連結(jié)A，B，C，各點(diǎn)的曲線也就是前面討論過的I曲線。 貨車的同步附著系數(shù) 0=0.39，圖中還畫出了Fxb1與Fxb2之和為0.1或0.2或0.3等等的45斜直線組。同一根斜直線上的點(diǎn)均有同樣大小的總地面制動(dòng)力Fxb，相應(yīng)的制動(dòng)減速度也是常數(shù)。故此45斜直線組稱為 “ 等地面制動(dòng)力線組”或“等制動(dòng)減速度線組”。分析制動(dòng)過程時(shí)，常利用此線組來確定制動(dòng)過程中的總地面制動(dòng)力與制動(dòng)減速度 的數(shù)值。應(yīng)指出，這個(gè)線組就是前面式（4-9）中的第一式按不同 值作出的45斜直線組。 （1）當(dāng) 0時(shí)，設(shè) =0.7，見圖4-31，開始制動(dòng)時(shí)，前后車輪均未抱死，故前、后輪地面制動(dòng)力和制動(dòng)器制動(dòng)力一樣按線增長。到B點(diǎn)時(shí)，線與 =0.7的r 線相交，地面制動(dòng)力Fxb1、Fxb2符合后輪先抱死的狀況，后輪開始抱死，此時(shí)的制動(dòng)減速度為0.6g。從B點(diǎn)以后，再增加踏板力， Fxb1、Fxb2將沿 =0.7的r線變化。但繼續(xù)制動(dòng)時(shí)，后輪法向反作用力有所減少，因而后輪地面制動(dòng)力沿r線稍有下降。但前輪未抱死，當(dāng)F1、F2沿線增長時(shí)，始終有Fxb1= F1 。當(dāng)F1、