汽車運(yùn)用工程第四章(2)

1、第四章第四章 汽車的行駛安全性汽車的行駛安全性 汽車安全性一般分為主動安全性、被動安全性、事故后安全性和生態(tài)安全性。 主動安全性指汽車本身防止或減少道路交通事故發(fā)生的性能。 被動安全性指交通事故發(fā)生后汽車本身減輕人員傷害和貨物損壞的能力，可分為汽車內(nèi)部被動安全性（減輕車內(nèi)乘員受傷和貨物受損）以及外部被動安全性（減輕對事故所涉及的其他人員和車輛的損害）兩類。 事故后安全性指汽車能減輕事故后果的性能。即能否迅速消除事故后果，并避免新的事故發(fā)生的性能。 生態(tài)安全性指發(fā)動機(jī)排氣污染、汽車行駛噪聲和電磁波對環(huán)境的影響。 本章主要介紹對汽車主動安全性有重要影響的制動性和操縱穩(wěn)定性，并簡要介紹汽車的被動安全

2、性。第一節(jié)第一節(jié) 汽車的制動性汽車的制動性 汽車行駛時能迅速停車且維持方向穩(wěn)定，并能在下長坡時控制車速及能在一定坡道上駐車的能力，稱為汽車的制動性。汽車的制動性可以用汽車的制動效能、制動效能的恒定性和制動時汽車的方向穩(wěn)定性三個方面的指標(biāo)評價。 一、制動時車輪的受力 地面制動力的大小與制動蹄-制動轂和輪胎-路面兩個摩擦副有關(guān)，不僅取決于制動器制動力，而且取決于地面附著力。 1制動器制動力 在輪胎周緣沿切線方向克服車輪制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力（N）。其值為： 制動器制動力取決于制動器結(jié)構(gòu)、型式與尺寸大小、制動器摩擦副摩擦系數(shù)和車輪半徑r。一般情況下，其數(shù)值與制動踏板力成正比，即與制動

3、系的液壓或氣壓大小成線性關(guān)系。對于結(jié)構(gòu)、尺寸一定的制動器而言，制動器制動力主要取決于制動踏板力與摩擦副的表面狀況，如接觸面大小、表面有無油污等。rTFF 2地面制動力 地面制動力 的值為： 在制動過程中，制動蹄摩擦片-制動轂相互作用產(chǎn)生的摩擦力決定著制動力矩和制動器制動力的大??；輪胎-路面間的附著力是地面制動力的極限值。 顯然，若地面附著力足夠大，即滿足 ，有： = ，意味著制動器產(chǎn)生的制動器制動力完全轉(zhuǎn)化為地面制動力。但當(dāng)?shù)孛娓街鵂顩r不良， 時，有 = ，這說明制動器制動力受到附著力的限制而不能完全轉(zhuǎn)化為地面制動力。rTFbbFFFFbFFFbFFF 3制動力的增長 制動過程中，地面制動力

4、和由制動器制動力矩 所決定的制動器制動力 隨制動踏板力 增大的變化關(guān)系見圖所示。車輛制動時，車輪有滾動或抱死托滑兩種運(yùn)動狀態(tài)。踏板力較小時，地面制動力足以克服制動摩擦力矩使車輪滾動。車輪滾動時的地面制動力等于制動器制動力，且隨踏板力的增長成正比增長。但當(dāng)制動踏板力增大至 時，地面制動力增大到等于附著力，車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。此時，制動力受輪胎與路面附著條件的限制，達(dá)到其最大值。此后，隨著制動踏板力繼續(xù)增大（ ），制動器摩擦力矩由于摩擦表面間作用力的增大仍可增大，因而制動器制動力隨繼續(xù)增大幾乎成線性上升，但地面制動力達(dá)到極限值后卻保持在該極限值而不再增大。bFTFPFPPFF PFF 4

5、地面附著力 制動過程中，地面制動力的最大值 等于作用于車輪的地面垂直反力與附著系數(shù)的乘積： 1）附著率和附著系數(shù)（1）附著率：令輪胎與路面間傳遞的切向力與地面垂直反力的比值稱之為附著率： （2）滑移率 制動過程中，隨著制動強(qiáng)度增大，車輪的運(yùn)動從純滾動轉(zhuǎn)變?yōu)榧兓瑒印?地面制動力產(chǎn)生前，車輪作純滾動。即： 式中： -車輪旋轉(zhuǎn)線速度，rad/s； r-車輪半徑，m。 制動開始后，產(chǎn)生制動器制動力矩，使車輪旋轉(zhuǎn)速度相對于車速降低。 隨著制動強(qiáng)度進(jìn)一步增大，產(chǎn)生的制動器制動力矩達(dá)到使車輪抱死。 =0 定義制動滑移率為： 驅(qū)動滑移率定義為： maxbFZbFFmaxZxFF rVVrrVrVsrVrs（3

6、）附著率與滑移率的關(guān)系 制動過程中，附著率不是常數(shù)，而是隨著制動強(qiáng)度的變化而變化的。試驗證明：附著率是滑移率的函數(shù)。 當(dāng)制動強(qiáng)度不大，因而滑移率較小時，縱向附著率 幾乎隨滑移率 的增大成正比增大；而后，隨 增長， 緩慢增長，直至達(dá)到最大值。稱為峰值附著系數(shù) 。試驗表明：當(dāng)達(dá)到15%20%左右時， = 。然后，隨著滑移率繼續(xù)增大， 反而下降，直至當(dāng)車輪抱死滑移 =100%后，附著率 達(dá)到一穩(wěn)定值 ，該 值稱之為滑動附著系數(shù) 。通常， 。 側(cè)向附著率 也隨滑移率 變化?；坡瘦^小時，側(cè)向附著率的值較大，表明汽車可以承受較大的側(cè)向力；隨滑移率增大， 的值減?。欢?dāng)車輪抱死滑移后，滑移率 =1時， 的

7、值降至接近于零。 bssbbppbbssssplsllss（4）影響附著系數(shù)的因素 附著系數(shù)的數(shù)值主要取決于道路的材料、路面狀況和輪胎結(jié)構(gòu)、輪胎氣壓、胎面花紋、材料以及汽車行駛速度等。 圖4-4表明不同道路對附著系數(shù)的影響，各種不同路面上的附著系數(shù)的平均值見表4-1。在其他條件不變時，潮濕路面的附著系數(shù)低于干燥路面的附著系數(shù)，冰雪路面附著系數(shù)非常小。 路面結(jié)構(gòu)應(yīng)在宏現(xiàn)上有一定的不平度而有自排水能力；路面的微觀結(jié)構(gòu)應(yīng)粗糙且有一定的棱角，以穿透水膜，讓路面與胎面直接接觸，提高附著能力。 增大輪胎與地面的接觸面積可提高附著能力；低氣壓、寬斷面和子午線輪胎承受垂直載荷時變形大，因而附著系數(shù)大。 不同花

8、紋的輪胎，其與路面的接觸狀況不同，因而附著系數(shù)也不同；輪胎磨損后，隨著花紋深度減小，其附著系數(shù)有顯著降低。 車速對附著系數(shù)的影響如圖所示，車速提高后，不僅峰值附著系數(shù)和滑動附著系數(shù)的值大大下降，而且兩者的差明顯增大。 2）垂直反力 若汽車的總重為G，在汽車制動過程中，作用于車輪上的地面法向反作用力與汽車的總體布置、行駛狀況及道路的坡度有關(guān)。 若汽車在水平路面上制動，并忽略制動過程中的空氣阻力的影響，則制動過程中作用于汽車前后軸的地面垂直反力的值為： 由此可見，汽車在水平路面上制動過程中，作用于前后軸上的垂直載荷之和等于汽車總重，并不因汽車制動而改變。但在制動過程中會發(fā)生載荷的轉(zhuǎn)移，即：前軸的垂

9、直載荷增大，而后軸的垂直載荷減小。 即使當(dāng)前后軸的附著系數(shù)相同時，汽車制動時的軸荷轉(zhuǎn)移也會影響前后車輪附著力的相對大小，因而影響著前后車輪所能獲得的最大地面制動力的相對大小，同時影響著前后車輪達(dá)到最大地面制動力的進(jìn)程，因此對于汽車的制動性能會發(fā)生重要影響。dtdVMLhGLLFdtdVMLhGLLFgzgz1221二、汽車的制動過程 緊急制動時，制動踏板力、制動減速度與制動時間的關(guān)系曲線見圖。 駕駛員反應(yīng)時間：即從駕駛員識別障礙到把踏板力施加到制動踏板上所經(jīng)歷的時間。其中包括駕駛員發(fā)現(xiàn)、識別障礙并作出緊急制動的決定所經(jīng)歷的時間；駕駛員移動右腳從加速踏板換到制動踏板上所經(jīng)歷的時間。駕駛員反應(yīng)時間

10、的長短因人而異，一般為0.31.0s。 制動器起作用時間：即從制動踏板力開始上升到地面制動力增長到最大值所需的時間。制動器起作用時間主要取決于汽車制動系的結(jié)構(gòu)形式，還取決于駕駛員踩踏板的速度。 持續(xù)制動時間：在該時間段內(nèi)，汽車的制動減速度基本不變，以最大制動強(qiáng)度制動至停車。 制動釋放時間：指駕駛員松開制動踏板至制動力完全消除所需時間。三、汽車的制動效能 汽車的制動效能指汽車迅速降低車速直至停車的能力。汽車的制動效能可以用制動距離、制動力和制動減速度三個指標(biāo)評價。 1制動力和制動減速度 地面制動力的大小與制動蹄摩擦片-制動轂和輪胎-路面兩個摩擦副有關(guān)，不僅取決于制動器制動力，而且取決于地面附著力

11、，在數(shù)值上等于二者中的較小值。 顯然，若汽車總質(zhì)量為M，道路附著系數(shù)為 ，制動過程中所可能產(chǎn)生的最大制動力 為： 制動減速度是汽車制動時所產(chǎn)生的地面制動力作用于汽車的直接結(jié)果。在汽車制動器技術(shù)狀況良好（能夠制動到抱死拖滑）的前提下，持續(xù)制動期間汽車能達(dá)到的最大減速度取決于附著力，因此： maxbFgMFbmaxmaxmaxjMgMFbgjmax2汽車的制動距離 制動距離指汽車以一定初速制動到停車所駛過的距離，其大小等于在整個制動過程的各個階段駛過的距離之和。 1）駕駛員反應(yīng)時間內(nèi)汽車駛過的距離 在駕駛員反應(yīng)時間 （s）內(nèi)，制動踏板力和地面制動力均為零，汽車仍然以原有初速 （m/s）行駛，所駛過

12、的距離 （m）為： 101tVS1t0V1S2）制動器起作用時間內(nèi)汽車駛過的距離 在制動器起作用時間 內(nèi)，在時間段 制動力為零，汽車?yán)^續(xù)勻速行駛，所駛過的距離為： 在制動力增長所需時間 內(nèi)，制動減速度幾乎成線性的從零增長到 ，汽車的減速度 （ ）為： 其中， ，因此有： 注意到，在時間從0到t的過程中，車速從初速 變化到V。積分上式得 內(nèi)的汽車速度V（ ）為： 2t2t101tVS 2tmaxjj2s/mtkdtdVj2maxtjk tdtkdV0V 2t2021tkVVs /m 當(dāng) （e點）時，其車速記為 ，則： 又有： 該時間段汽車駛過的距離s（m）為： 當(dāng) （e點）時，汽車駛過的距離 為

13、： 在制動器起作用時間 內(nèi)，汽車駛過的距離 為： 2tt eV2021tkVVedttkVds)21(203061tktVs2tt 2S22max20261tjtVS22max22022261)(tjttVSSS2t2S4）汽車的制動距離汽車在制動過程中駛過的總距離為上述各階段駛過的距離之和。即： 由于在駕駛員反應(yīng)時間 內(nèi)汽車駛過的距離與汽車無關(guān)，因此一般所指汽車制動距離是從踩下制動踏板至完全停車汽車駛過的距離，即： 。上式中最后一項很小，可以忽略。因此等于： 把制動起始車速 （m/s）用 （km/h）表示，則： 若制動器技術(shù)狀況良好， ，汽車的制動距離可用下式計算： 242222maxmax

14、200221321tjjVVtttSSSS32SSSmax2002222jVVttS0V0aVmax2002292.2526 .31jVVttSaagjmaxgVVttSaa92.2526 .31200223影響汽車制動效能的因素 決定汽車制動距離的主要因素為制動器起作用時間、最大制動減速度及制動起始車速。 在持續(xù)制動期間，汽車能達(dá)到的最大減速度取決于附著力。因此，道路附著系數(shù)的大小，對汽車的制動距離有重要影響。 制動起始車速越低，制動距離越短。 真正使汽車減速停車的是持續(xù)制動時間，但由于汽車在制動器起作用時間內(nèi)的速度很快，因而 的大小對制動距離的影響很大。制動器起作用時間與制動系的結(jié)構(gòu)形式有

15、密切的關(guān)系。 當(dāng)駕駛員急速踩下制動踏板時，液壓制動系的制動器起作用時間可短至0.1s或更短；真空助力制動系和氣壓制動系為0.30.9s；貨車拖帶掛車時，汽車列車的制動器起作用時間有時竟長達(dá)2s，但精心設(shè)計的汽車列車制動系可縮短到0.4s。因此，改進(jìn)制動系結(jié)構(gòu)，縮短制動器起作用時間，是縮短制動距離、提高制動效能的一項有效措施。2t 四、制動效能的恒定性 1制動器的抗熱衰退性能及評價 汽車制動性能的另一方面的評價指標(biāo)是汽車制動效能的恒定性。 制動效能的恒定性主要指制動器的抗熱衰退能力，反映了汽車高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。 汽車制動時，其行駛動能轉(zhuǎn)化為車輪制動器摩擦副和車輪-路面

16、摩擦副的摩擦熱能，使制動器溫度升高。汽車長時間進(jìn)行強(qiáng)度較大的制動時（如下長坡連續(xù)制動或高速制動），制動器的溫度常在300以上，有時甚至能達(dá)到600700。制動器溫度升高后，制動摩擦片性能下降，制動器摩擦副的摩擦系數(shù)減小，所產(chǎn)生的摩擦力矩和制動力減小，制動效能降低。這種現(xiàn)象稱之為制動器的熱衰退。制動器溫度升高后能否保持足夠的制動效能，是評價車輛制動性能的重要方面。特別是山區(qū)行駛的貨車和高速行駛的轎車，因制動器制動強(qiáng)度大，更應(yīng)有較好的抗熱衰退性能。 制動器抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動時制動效能的保持程度來衡量。根據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBT24007-89，要求以一定車速連續(xù)制動15次，每次的制動強(qiáng)度

17、為3.0 ，最后的制動效能應(yīng)不低于規(guī)定的冷試驗制動效能（5.8 ）的60%。2s/m2s/m2影響制動器的抗熱衰退性能的因素 抗熱衰退性能與制動器摩擦副材料及制動器結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。 一般制動器的制動鼓、盤由鑄鐵制成，而制動摩擦片由石棉、半金屬材料制成。正常制動時，制動器摩擦副的溫度在200左右，摩擦副的摩擦系數(shù)約為0.30.4。但在更高的溫度時，摩擦系數(shù)會有很大降低而出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象。 若把制動器單位制動輪缸推力所產(chǎn)生的制動器摩擦力定義為制動效能因數(shù)，則可用制動效能因數(shù)與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線夾說明各種類型制動器的效能及其穩(wěn)定程度。幾種典型制動器的制動效能因數(shù)與摩擦系數(shù)的關(guān)系見圖4-7所示。 五、制動

18、時汽車的方向穩(wěn)定性 制動時汽車的方向穩(wěn)定性指汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力。汽車制動時失去方向穩(wěn)定性的原因通常是：跑偏、側(cè)滑和轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向能力。 1汽車的制動跑偏 制動時汽車自動向左或向右偏駛稱為“制動跑偏”。 原因主要有以下兩點： 1）汽車左右車輪制動器制動力不相等 汽車左、右車輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）制動器的制動力不相等是引起制動跑偏的重要原因。 設(shè)前左輪的制動器制動力大于前右輪，故地面制動力 。此時，前、后軸分別受到的地面?zhèn)认蚍醋饔昧?和 。顯然， 繞主銷的力矩大于 繞主銷的力矩。雖然轉(zhuǎn)向盤不動，由于轉(zhuǎn)向系各處的間隙及零部件的彈性變形，轉(zhuǎn)向輪仍向左轉(zhuǎn)動

19、而使汽車有輕微的轉(zhuǎn)彎行駛。lbF1rbF11yF2yFlbF1rbF1 2）制動時懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿運(yùn)動干涉 若由于懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動學(xué)上不協(xié)調(diào)，因運(yùn)動干涉而引起跑偏，則是設(shè)計造成的，其特點是跑偏的方向不變。 如圖所示。如果轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂處的球頭銷至前軸中心線的距離太大，且懸架鋼板彈簧的剛度又太小，則鋼板彈簧在制動受力后變形太大。因此，緊急制動時，前軸會向前扭轉(zhuǎn)一個角度。此時，轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂球頭銷本應(yīng)作相應(yīng)的移動，但由于球頭銷又連接在轉(zhuǎn)向縱拉桿上，僅能克服轉(zhuǎn)向拉桿的間隙，使拉桿有少許彈性變形而不允許球頭銷作相應(yīng)的移動，致使轉(zhuǎn)向節(jié)臂相對于主銷向右偏轉(zhuǎn)，于是引起轉(zhuǎn)向輪向右轉(zhuǎn)動，造成汽

20、車跑偏。 2汽車的制動側(cè)滑 制動過程中，汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動的現(xiàn)象稱為制動側(cè)滑。若在高速制動時發(fā)生后軸側(cè)滑，汽車常發(fā)生不規(guī)則的急劇回轉(zhuǎn)運(yùn)動而失去控制，嚴(yán)重時可使汽車調(diào)頭。 汽車側(cè)滑與汽車制動時車輪抱死及抱死順序密切相關(guān)。制動時，若前后軸均不抱死，因為此時具有足夠大的地面?zhèn)认蚋街芰?，一般不會發(fā)生制動側(cè)滑。而汽車制動時，若后軸車輪比前軸車輪先抱死拖滑，就可能發(fā)生后軸側(cè)滑。若能使前、后軸車輪同時抱死；或前軸車輪先抱死，后軸車輪再抱死或不抱死，則能防止后軸側(cè)滑，不過前軸車輪抱死后將失去轉(zhuǎn)向能力。 汽車前輪抱死拖滑或后輪抱死拖滑的兩種運(yùn)動情況的受力如圖所示。 跑偏與側(cè)滑是有聯(lián)系的，嚴(yán)重的跑偏

21、有時會引起后軸側(cè)滑，易于發(fā)生側(cè)滑的汽車也有加劇跑偏的趨勢。圖4-11為單純制動跑偏和由跑偏引起后軸側(cè)滑時輪胎留在地面上的印跡圖。3轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向能力 轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向能力，是指彎道制動時汽車不再按原來的彎道行駛而沿彎道切線方向駛出；直線行駛制動時，雖然轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤但汽車仍按直線方向行駛的現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向能力是轉(zhuǎn)向輪抱死拖滑或轉(zhuǎn)向輪先抱死的直接結(jié)果。由隨著制動強(qiáng)度增大，側(cè)向附著率由大減小的值較大，表明汽車可以承受側(cè)向力的能力降低。而當(dāng)制動強(qiáng)度增大到使車輪抱死滑移后， 的值降至接近于零。這表明：車輪失去承受側(cè)向力的能力。 因此，當(dāng)只有轉(zhuǎn)向輪抱死拖滑或轉(zhuǎn)向輪先抱死拖滑時，因為側(cè)向附著系數(shù)降低，不能

22、產(chǎn)生足夠的地面?zhèn)认蚍醋饔昧?，汽車無法按原彎道行駛而沿切線方向駛出，即失去了轉(zhuǎn)向能力。l 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，以防止危險的后軸側(cè)滑；其次，盡量少出現(xiàn)只有前軸車輪抱死或前、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、后車輪都處于滾動狀態(tài)，這樣就可以確保制動時的方向穩(wěn)定性。 制動跑偏、側(cè)滑與轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向能力是造成交通事故的重要原因。汽車試驗時，常規(guī)定一定寬度的試驗通道，若汽車在制動過程中不產(chǎn)生不可控制的效應(yīng)使其離開試驗通道時，則說明其制動時方向穩(wěn)定性合格。六、制動防抱死裝置的工作原理

23、 采用制動防抱死裝置（ABS），可以控制制動強(qiáng)度，使車輪的滑移率控制在圖4-3中陰影所示區(qū)域，在制動過程中車輪邊滾邊滑。即可利用路面較大的縱向附著系數(shù)以增大制動力，又可得到較大的側(cè)向附著系數(shù)，使汽車具有較強(qiáng)的抵抗側(cè)向力的能力；既可避免制動側(cè)滑，又能保持汽車制動時的轉(zhuǎn)向能力。 制動時，汽車在制動距離范圍內(nèi)，其各個車輪下支撐路面的狀況不可能完全相同，可以是干燥的、潮濕的、冰面或壓實雪地。甚至，在制動過程中，同一個車輪所經(jīng)歷的路面也會發(fā)生變化。因此，制動防抱死裝置還必須根據(jù)路面附著系數(shù)的不同快速匹配制動力。同時，制動防抱死裝置的制動力矩控制幅度要比較小，以防止傳動系的振動。 七、前后軸制動力的分配

24、汽車制動時，其制動器制動力在前、后軸間的分配和調(diào)節(jié)影響著前后軸附著能力的利用和抱死拖滑的順序，因而對于汽車的制動效能和制動穩(wěn)定性都有有重要影響。 1前后軸制動力的理想分配 令 ，稱為制動強(qiáng)度。 若汽車在水平路面上制動，并忽略制動過程中的空氣阻力的影響，則制動過程中作用于汽車前后軸的地面垂直反力 、 的值為： 若汽車在附著系數(shù)為的路面上制動，前、后車輪都達(dá)到抱死時，汽車的地面制動力等于附著力，即： ，制動強(qiáng)度為： 。因此，作用于汽車前后車輪的地面法向反作用力為： dtdVgZ11zF2zF)(21ZhLLGFgz)(12ZhLLGFgzGFbZ)(21gzhLLGF)(12gzhLLGF隨著制動

25、強(qiáng)度增長，其前后軸附著率也增長，直至等于峰值附著系數(shù) 或滑動附著系數(shù) 。因此，要保證汽車在制動過程的穩(wěn)定性，前輪的附著率 必須始終大于后輪的附著率 ，因為這樣才能使前輪的附著率先達(dá)到滑動附著系數(shù)，使前輪先于后輪抱死拖滑。即應(yīng)滿足： 或 在車輪抱死拖滑前，當(dāng)前后輪附著系數(shù)值均小于峰值附著系數(shù)或滑動附著系數(shù)時，制動器制動力等于地面制動力，即： 、 。 因此，制動穩(wěn)定性條件可寫為： 制動穩(wěn)定性的極限條件為： = =p12s11zbFF22zbFF21bbFF21zzFF11bFF22bFF21FF21zzFFZhLZhLgg1221FF21zzFF 顯然有： 因此： 當(dāng)汽車前后輪同時抱死拖滑時，有：

26、 以上為保證制動穩(wěn)定性的兩個條件，消去變量Z，可得： 上式為滿足制動穩(wěn)定性極限條件的 和 的關(guān)系式，即：使前后車輪同時抱死拖滑時，其前后制動器制動力的關(guān)系式。該關(guān)系式?jīng)Q定了一條曲線，常稱為理想的前、后輪制動器制動力分配曲線，簡稱I曲線。只要確定了汽車的總質(zhì)量M或汽車的總重G、汽車的質(zhì)心位置（ 、 、 ），便可作出I曲線。GZFF21ZGFGF21Z1212222421FhLGFGLhLhGFggg1L2Lgh1F2F 用作圖法可直接得到I曲線。對于不同的Z，可以在橫坐標(biāo)為 、縱坐標(biāo)為 的坐標(biāo)系中畫出一組平行線。而后，對于給定的Z，可求出滿足制動穩(wěn)定性條件時的前后軸制動器制動力 和 的值，再由此

27、得到前后軸制動器制動力 和 與汽車總重G的比值 和 ；而后，改變Z的值，得到滿足穩(wěn)定性條件的關(guān)于 和 的一組數(shù)組，將其繪在圖中即可得到I曲線。 GF1GF21F2F2F1FGF1GF1GF2GF2 2制動強(qiáng)度決定的制動力分配極限 為了保證制動時汽車的方向穩(wěn)定性并有足夠的制動效能，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會制定的ECE R13法規(guī)對雙軸汽車前后制動器制動力提出了明確要求。我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBT240007-89也提出了類似要求。法規(guī)規(guī)定：對于在附著系數(shù)=0.20.8的道路上行駛的各種車輛，所能達(dá)到的制動強(qiáng)度應(yīng)滿足： Z 同時，還應(yīng)滿足制動穩(wěn)定性要求，即：和所決定的點在I曲線之下。時，必有前輪先制動到抱死拖

28、滑。前軸的制動力為： = = 若使制動強(qiáng)度達(dá)到Z，其后軸的制動力為： = )2 . 0(85. 01 . 01zF)(2ZhLLGg1F12FGZFLLLhZGg21 這樣，在道路附著系數(shù) =0.20.8范圍內(nèi)確定若干個值，求得在不同 值的道路上所應(yīng)達(dá)到的最小制動強(qiáng)度Z。然后，可求得在各種道路上達(dá)到最小制動強(qiáng)度Z時的所需的 、 值和 、 值。對于若干個 ，可求出若干對 、值 和 、 值。每對 、 值對應(yīng)圖中的一個點。連接各點，可得由制動強(qiáng)度決定的制動力分配極限曲線。顯然，若前后制動器制動力、值所決定的點在該線上方，則可以滿足關(guān)于制動強(qiáng)度的要求，以保證汽車的制動效能。 同樣，在確定了汽車的總質(zhì)量

29、M或汽車的總重G、汽車的質(zhì)心位置（ 、 、 ）后，便可作出制動強(qiáng)度決定的制動力分配極限曲線。1F2FGF1GF21F2FGF1GF1GF2GF21L2Lgh3前、后制動器制動力的定比分配與同步附著系數(shù) 軸間制動力定比分配的汽車，前、后制動器制動力之比為一固定值。其分配的比例關(guān)系常用前軸制動器制動力與汽車總制動器制動力之比表示，稱為制動力分配系數(shù) ，即： 顯然， = ，其前、后制動器制動力之比為： 在用橫坐標(biāo)表示 ，縱坐標(biāo)表示 的坐標(biāo)系中，上式為一條直線，該直線稱為實際前后制動器制動力分配曲線，簡稱 線。其斜率K為： K=FF1F21FF121FF1tg1F2F 若把I曲線和 線繪在同一坐標(biāo)軸上

30、，肯定只有一個交點。I曲線和 線交點處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù) ，意味著汽車在附著系數(shù)為 的道路上制動時，其前后車輪能夠同時制動到抱死拖滑。在附著系數(shù) 小于 的道路上制動時，因此時 線低于I線，必有前輪先于后輪抱死拖滑；而在 大于 的道路上制動時，情況則反之。 同步附著系數(shù)是由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的、反映汽車制動性能的一個參數(shù)。 同步附著系數(shù)說明，前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在一種附著系數(shù)，即同步附著系數(shù)路面上制動時才能使前、后車輪同時抱死。 0000 同步附著系數(shù)也可用解析法求得。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動，此時前、后輪同時抱死，得： 經(jīng)整理，得：式中： -汽車軸距。 為保證汽

31、車的制動穩(wěn)定性，并使汽車具有足夠大的制動效能，應(yīng)合理選擇的值，使汽車行駛在經(jīng)常遇到的路面上時， 線位于I曲線與由制動強(qiáng)度決定的制動力分配極限曲線之間。gghLhL01021ghLL20L 如果采用折線式分配，即：在制動強(qiáng)度增大到一定值后，降低后輪制動力的增長速率，可以使前后輪制動器制動力分配曲線向I曲線靠攏，從而可以在保證汽車的制動穩(wěn)定性的前提下，盡可能提高汽車的制動效能。4裝載變化對制動性的影響 除了某些載荷變化不大的特種車輛外，應(yīng)當(dāng)考慮汽車裝載量的變化對制動性能的影響。 對于轎車，其一般布置是發(fā)動機(jī)前置，其行李空間在后部。與空載相比，乘坐乘員后其質(zhì)心后移，但質(zhì)心高度變化不大。即： 增大、

32、減小、 基本不變。所以，穩(wěn)定性條件所要求的 值減小，I線將要上移。還可看出， 減小后， 減小而 增大。因此，由制動強(qiáng)度決定的制動力分配極限曲線也上升。結(jié)果是汽車的制動穩(wěn)定性區(qū)域上移，見圖所示。1L2L2L21FF2L1F2F 對于載貨汽車而言，裝載后質(zhì)心后移， 增大、 減小，同時質(zhì)心高度 增加。但對一般載貨汽車來說，裝載貨后I線和由制動強(qiáng)度決定的制動力分配極限曲線都是上升的。 所以，無論是轎車還是載貨汽車，為滿足汽車制動穩(wěn)定性的要求，應(yīng)以空載時的I線來確定制動力分配系數(shù) 的值。但產(chǎn)生的問題是，當(dāng)汽車滿載時，因I線上升，其制動力分配曲線距離I線較遠(yuǎn)，因此制動效能偏離最佳值太遠(yuǎn)。1L2Lgh 現(xiàn)代

33、汽車均裝有比例閥或感載比例裝置等制動力調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)制動強(qiáng)度、載荷等因素來改變前后制動器制動力的比值。 對于采用定比值分配的汽車，根據(jù)感載比例裝置監(jiān)測到的汽車載荷變化，改變傳送到前后輪制動器的制動液壓力，使前后輪制動器制動力的比值 發(fā)生變化，使汽車滿載時 線的斜率增大，以使 線與I線接近。采用折線式分配時，則當(dāng)制動強(qiáng)度增大到一定程度時，使輸送到后輪的制動液壓力降低，減緩后輪制動器制動力的增長速率，其制動器制動力分配線形成折線形狀。而且載荷越大時，其轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的制動強(qiáng)度越大。八、汽車制動性試驗 汽車制動性試驗分為道路試驗和室內(nèi)試驗兩類，但主要采用道路試驗。 道路試驗的項目有：冷態(tài)制動效能試驗

34、、應(yīng)急制動系統(tǒng)效能試驗、熱衰退恢復(fù)試驗、涉水恢復(fù)試驗等，其試驗規(guī)范和方法依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12676-1990汽車制動性能試驗方法的要求進(jìn)行。其測試參數(shù)為：冷制動及高溫下（熱態(tài)）汽車的制動距離、制動減速度、制動時間等。另外，還要試驗汽車在轉(zhuǎn)彎與變更車道時制動的方向穩(wěn)定性。 汽車道路試驗路段應(yīng)為干凈、平整、坡度不大于1%的硬路面。路面附著系數(shù)不宜小于0.720.75。試驗時，風(fēng)速應(yīng)小于5m/s，氣溫在035。試驗前，汽車應(yīng)充分預(yù)熱，并以0.80.9 的車速行駛1h以上。 道路試驗時，所采用的主要儀器為第五輪儀、減速度計和壓力傳感器。近代第五輪儀采用電磁感應(yīng)傳感器、光電傳感器與數(shù)字顯示裝置，能

35、精確測出起始車速、制動距離和時間以及橫向偏移，可以提高試驗的準(zhǔn)確性。maxaV 1）冷態(tài)制動效能試驗 每次制動試驗前，制動器初始溫度不超過90。 制動初速度為30 km/h和65 km/h，對于最大車速超過100 km/h的汽車，需增加制動初速度為80 km/h的制動效能試驗。 在駛經(jīng)測初速區(qū)段，車輛應(yīng)保持等速行駛；駛至試驗區(qū)段起點，按試驗員口令，以最大減速度制動至停車。制動時，離器斷開或變速器置空擋。每種制動初速度試驗往返各進(jìn)行一次。 記錄制動初速度、踏板力或管路壓力、制動減速度、制動距離、車輛是否偏出3.7 m寬通道等數(shù)據(jù)。 2）應(yīng)急制動系統(tǒng)效能試驗 對于具有應(yīng)急制動系統(tǒng)的車輛，按上述方法

36、進(jìn)行應(yīng)急制動系統(tǒng)最大效能試驗。 3）熱衰退恢復(fù)試驗（1）基準(zhǔn)檢驗 制動初速度為65 km/h，制動時變速器在最高擋位，制動器初始溫度不高于90。制動減速度：A類車輛（廠定最大總質(zhì)量小于4 500 kg）保持為4.5 ；B類車輛（廠定最大總質(zhì)量大于或等于4 500kg）保持為3.0 。直至車輛完全停止；制動3次，記錄制動踏板力或管路壓力及制動減速度。（2）衰退試驗 制動初速度末速度：A類車輛為650 km/h ；B類車輛為6530 km/h ；制動時變速器在最高擋位；制動器初始溫度僅第一次不超過90。A類車輛保持以4.5 ，B類車輛保持以 3.0 的恒定減速度進(jìn)行制動，連續(xù)制動20次，每次間隔6

37、0s。記錄制動踏板力或管路壓力、制動減速度、制動器初始溫度。 （3）恢復(fù)試驗 衰退試驗后應(yīng)立即進(jìn)行恢復(fù)試驗。 制動初速度末速度：A類車輛為650 km/h ，B類車輛為6530 km/h；A類車輛保持以4.5 ， B類車輛保持以3.0 的恒定減速度進(jìn)行制動，連續(xù)制動15次，每次間隔180 s，最后1次制動初溫應(yīng)降至120以下進(jìn)行，記錄制動踏板力或管路壓力、制動減速度、制動器初始溫度。2s/m2s/m2s/m2s/m2s/m2s/m2s/m2s/m 4）涉水恢復(fù)試驗 （1）基準(zhǔn)檢驗 制動初速度末速度：300 km/h，制動器初始溫度不高于90，A類車輛保持以4.5 ，B類車輛保持以3.0 的恒定

38、減速度進(jìn)行制動，制動3次，記錄制動踏板力或管路壓力及制動減速度。（2）涉水：將車輪浸入水深大于車輪半徑的水槽中，制動器為放松狀態(tài)。汽車以10km/h以下的速度往返行駛，2min后汽車駛出水槽，在離開水槽后1 min進(jìn)行恢復(fù)試驗，恢復(fù)試驗前不得進(jìn)行制動。（3）恢復(fù)試驗 制動初速度末速度：300 km/h，A類車輛保持以4.5 ，B類車輛保持以3.0 的恒定減速度進(jìn)行制動，連續(xù)制動15次，制動間隔為0.5km，記錄制動踏板力或管路壓力、制動減速度。2s/m2s/m2s/m2s/m 5）制動時方向穩(wěn)定性試驗 汽車轉(zhuǎn)彎制動試驗在平坦干地面上進(jìn)行。試驗時，汽車沿一定半徑作圓周行駛。轉(zhuǎn)彎半徑為40m或50

39、m時，側(cè)向加速度為50.5 ，相應(yīng)車速為51 km/h或57 km/h；或者轉(zhuǎn)彎半徑為100 m，側(cè)向加速度為40.4 ，相應(yīng)車速為72 km/h。保持轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角不變，關(guān)節(jié)氣門，迅速踩制動踏板，離合器可以分離也可以不分離，使汽車以不同的等減速度制動。記錄制動減速度、汽車橫擺角速度、航向角的變動量、制動時側(cè)向路徑偏離量等參數(shù)。 濕路面附著系數(shù)降低很多，轉(zhuǎn)彎制動試驗也常在濕路面上進(jìn)行，也可在汽車兩側(cè)車輪駛過的路面具有不同附著系數(shù)的情況下進(jìn)行，如左輪駛過 =0.7的路面，右輪駛過 =0.3的路面。2s/m2s/m 6）防抱死制動系統(tǒng)試驗 駕乘人員多于9人，滿載質(zhì)量超過3.5t的載貨汽車要進(jìn)行制動防抱

40、死系統(tǒng)試驗。包括直線行駛緊急制動試驗和轉(zhuǎn)向行駛緊急制動試驗。直線行駛試驗道路包括均勻的各種附著系數(shù)路面，非對稱的各種組合路面，以及階躍附著系數(shù)路面（先高后低，或先低后高。試驗時，測定有無防抱死系統(tǒng)的制動性能比和防抱死系統(tǒng)工作時的地面最大附著力利用程度。在非對稱路面上測定跑偏控制；在階躍路面測定防抱死系統(tǒng)對路面的識別能力。轉(zhuǎn)向行駛試驗內(nèi)容是濕路面上的換道試驗和彎道試驗，測定可通過的最高制動初速度以及車輛躲避距離，用以評定制動方向穩(wěn)定性。 2室內(nèi)制動試驗 道路試驗雖能全面地反映汽車的制動性，但試驗需要有特定的場地，且頗費(fèi)時間。因此，在汽車生產(chǎn)與使用企業(yè)及一般實驗單位，也常在室內(nèi)使用制動試驗臺檢測、

41、試驗汽車的制動性。 制動試驗臺有多種類型：按試驗臺測量原理不同，可分為反力式和慣性式兩類；按支承車輪形式不同，可分為滾筒式和平板式兩類；按檢測參數(shù)不同，可分為測制動力式、測制動距離式和多功能綜合式三類；按測量裝置至指示裝置間信號傳遞方式不同，可分為機(jī)械式、液壓式和電氣式三類；按同時能測車軸數(shù)不同，又可分為單軸式、雙軸式和多軸式三類。 1）反力式滾筒制動試驗臺結(jié)構(gòu)及工作原理 反力式滾筒制動試驗臺（測制動力式）獲得了廣泛應(yīng)用。特別是單軸反力式滾筒制動試驗臺應(yīng)用最為普遍，國內(nèi)外汽車檢測站和維修企業(yè)所用制動檢測設(shè)備多為這種形式。我國目前生產(chǎn)和使用的制動試驗臺絕大多數(shù)也為反力式滾筒制動試驗臺。 單軸反力

42、式滾筒制動試驗臺由框架、驅(qū)動裝置、滾筒裝置、測量裝置、舉升裝置、指示與控制裝置等組成，如圖所示。為使制動試驗臺能同時檢測同一車軸左右車輪的制動力，除框架、指示與控制裝置外，其他裝置是分別獨立設(shè)置的。 測量時，汽車開上反力式滾筒制動試驗臺，使被測車軸的左右車輪處于每對滾筒之間，放下舉升器，起動電動機(jī)，通過減速器、鏈傳動使主、從動滾筒帶動車輪低速旋轉(zhuǎn)，然后用力踩下制動踏板。此時，車輪制動器產(chǎn)生的摩擦力矩作用在滾筒上，與滾筒的轉(zhuǎn)動方向相反，因而產(chǎn)生一反作用力矩。減速器殼體在這一反作用力矩作用下，其前端發(fā)生繞其輸出軸向下的偏轉(zhuǎn)，帶動連接在減速器殼體上的測力杠桿偏轉(zhuǎn)，測力杠桿前端接觸在測力傳感器上，其作

43、用在測力傳感器上的壓力大小即可反映汽車制動力矩或制動力的大小，見圖所示。測力傳感器輸出的反映制動力大小的電信號，由微機(jī)采集、處理后，指令電動機(jī)停轉(zhuǎn)，并由指示裝置指示或由打印機(jī)打印檢測到的制動力數(shù)值。 反力式制動試驗臺的主要檢測項目為：制動力、制動力平衡（左右輪制動力差）、制動協(xié)調(diào)時間、車輪阻滯力等。 2）慣性式滾筒制動試驗臺結(jié)構(gòu)及工作原理 慣性式滾筒制動試驗臺的結(jié)構(gòu)如圖所示。慣性式滾筒制動試驗臺用滾筒模擬移動的路面，并用旋轉(zhuǎn)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量模擬車輛在道路上行駛時的動能，因此滾筒傳動系統(tǒng)具有相當(dāng)于汽車在道路上行駛的慣性。制動時，輪胎對滾筒表面產(chǎn)生阻力，這時雖然驅(qū)動滾筒的動力（如電動機(jī)或汽車發(fā)動機(jī)的

44、動力）已被切斷，但由于滾筒傳動系統(tǒng)具有一定的慣性，因而滾筒表面將相對于車輪移過一定距離。由此可見，在慣性式制動試驗臺上可以模擬道路制動試驗工況。慣性式滾筒制動試驗臺的主要檢測參數(shù)是各輪的制動距離，同時還可測得制動時間和減速度。 慣性式滾筒制動試驗臺的滾筒，可由電動機(jī)或車輛的驅(qū)動輪驅(qū)動，并能進(jìn)行高速試驗，因而測試結(jié)果與實際工況更為接近。 慣性式滾筒制動試驗臺的主要檢測參數(shù)是各輪的制動距離，同時還可測得制動時間或制動減速度。如果采用運(yùn)算電路計算，則可獲得整車制動距離或制動減速度。圖4-24 雙軸慣性式滾筒制動試驗臺1-飛輪；2-傳動器；3、6-變速器；4-測速發(fā)電機(jī)；5、9-光敏傳感器；7-可移導(dǎo)

45、軌；8、12-電磁離合器；10-移動架；11-傳動軸；13-萬向節(jié)；14-后滾筒；15-前滾筒；16-舉升托板；17-移動架驅(qū)動液壓缸；18-加緊液壓缸；19-第三滾筒；20-第三滾筒調(diào)節(jié)液壓缸 3）慣性式平板制動試驗臺 慣性式平板制動試驗臺不僅能檢測制動性能，而且能檢測軸重、側(cè)滑和懸架的技術(shù)狀況等。 慣性式平板制動試驗臺由測試平板、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和踏板力計等組成，如圖所示。測試平板一共有六塊。其中四塊用于測試制動、懸架、軸重，一塊用于測試側(cè)滑，還有一塊為空板，不起任何測試作用。僅就圖中承擔(dān)制動、懸架、軸重測試的平板（共計四塊）而言，安裝于每塊平板的水平拉力傳感器，用以測出汽車輪胎作用于平板上的

46、水平力，而安裝于每塊平板的垂直壓力傳感器，用于測出輪胎垂直作用于平板上的垂直壓力。 數(shù)據(jù)由水平拉力傳感器和垂直壓力傳感器采集。兩個傳感器中產(chǎn)生的模擬信號通過各自的放大器進(jìn)入數(shù)據(jù)采集板，再由微機(jī)進(jìn)行處理、顯示和打印。 踏板力計能測得制動時作用在制動踏板上的力，其形式有有線式、無線式和紅外線式，可以根據(jù)要求選用。 被測汽車以510km/h的速度開上測試平板，駕駛員根據(jù)指示信號及時踩下裝有踏板力計的制動踏板，使車輛在制動、懸架、軸重測試平板上制動并停住。與此同時，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集制動過程中的全部數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、處理，并在微機(jī)顯示屏上以圖形、符號和數(shù)字顯示，由打印機(jī)打印輸出。 第二節(jié)第二節(jié) 汽車的操縱

47、穩(wěn)定性汽車的操縱穩(wěn)定性 要求汽車具備如下能力： 根據(jù)道路和交通情況的限制，能夠正確遵循駕駛員通過操縱機(jī)構(gòu)所給定方向行駛的能力。即：駕駛員以最小的修正而能維持汽車按給定方向行駛，以及按駕駛員的愿望轉(zhuǎn)動方向盤以改變汽車行駛方向的性能。 在行駛過程中，具有抵抗力圖改變其行駛方向的各種外界干擾，并保持穩(wěn)定行駛的能力。 前者指汽車要具有良好的操縱性，而后者指汽車應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。這兩個性能是相互聯(lián)系的，很難截然分開。所以，通?；\統(tǒng)稱之為操縱穩(wěn)定性。一、輪胎的側(cè)偏特性一、輪胎的側(cè)偏特性1 輪胎坐標(biāo)系 垂直于車輪旋轉(zhuǎn)軸線的輪胎中分平面稱為車輪平面。坐標(biāo)系的原點O為車輪平面和地平面的交線與車輪旋轉(zhuǎn)軸線在地平

48、面上投影線的交點。車輪平面與地平面的交線取為x軸，向前為正；z軸與地平面垂直，指向上方為正；y軸在地平面上，規(guī)定面向車輪前進(jìn)方向時指向左方為正。 地面作用于輪胎的力和力矩包括：地面切向反作用力，地面?zhèn)认蚍醋饔昧Γ孛娣ㄏ蚍醋饔昧?；地面反作用力繞z軸的力矩-回正力矩，繞y軸的力矩-滾動阻力矩和繞x軸的翻轉(zhuǎn)力矩。力和力矩的方向均以輪胎坐標(biāo)系規(guī)定的方向正，反方向為負(fù)。 側(cè)偏角是輪胎接地印跡中心位移方向與x軸的夾角，外傾角是垂直平面（xOz平面）與車輪平面的夾角，均以圖示方向為正。 2彈性輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象 剛性輪胎受到側(cè)向力作用時，會發(fā)生兩種情況：若側(cè)向力 （N）引起的地面?zhèn)认蚍醋饔昧?（N）未超過附著

49、極限時，輪胎與地面之間無側(cè)向滑移，車輪行駛方向與車輪平面一致，如圖所示；但達(dá)到附著極限后，輪胎會在地面上側(cè)向滑移，車輪行駛方向偏離車輪平面方向，如圖所示。 彈性輪胎受到側(cè)向力 時會產(chǎn)生側(cè)向變形，因此即使地面?zhèn)认蚍醋饔昧?未達(dá)到附著極限，車輪行駛方向也將偏離車輪平面（直線）方向。這種現(xiàn)象稱之為彈性輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象， 稱之為側(cè)偏力，行駛方向偏離車輪平面的角度稱之為側(cè)偏角 。 彈性輪胎受到側(cè)偏力 作用發(fā)生側(cè)偏時，其運(yùn)動情況如圖所示。當(dāng)車輪靜止不動時，由于輪胎的側(cè)向變形，輪胎與地面之間接觸印跡的中心線 與車輪平面 不重合，偏離 ，但仍與平行。而當(dāng)輪胎有側(cè)向變形而滾動時，接觸印跡的中心線 不但偏離，而且與

50、 不平行，其夾角即為側(cè)偏角 （或rad）。YFYFYFYFYFYFaaaacc cc aha a）沒有側(cè)向滑移 b）有側(cè)向滑移 圖4-27 有側(cè)向力作用時剛性車輪的滾動 彈性輪胎受到側(cè)偏力 作用發(fā)生側(cè)偏時，其運(yùn)動情況如圖所示。當(dāng)車輪靜止不動時，由于輪胎的側(cè)向變形，輪胎與地面之間接觸印跡的中心線 與車輪平面 不重合，偏離 ，但仍與平行。而當(dāng)輪胎有側(cè)向變形而滾動時，接觸印跡的中心線 不但偏離，而且與 不平行，其夾角即為側(cè)偏角 （或rad）。 若在輪胎胎面的中心線上標(biāo)出 、 、 等各點，隨著車輪的滾動，各點將依次落在地面上 、 、 等各點。在圖上可以看出，輪胎發(fā)生變形后， 、 、 等各點的連線是一條

51、斜線，不平行于 線，與 形成夾角 。顯然，側(cè)偏角的大小與側(cè)偏力有關(guān)。YFaaaacc cc ha1A2A3A1A1A2A2A3A3Acc cca 圖4-28 輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象 a）靜止；b）滾動3彈性輪胎的側(cè)偏特性 車輪受到的側(cè)偏力與側(cè)偏角之間的關(guān)系稱之為側(cè)偏特性，可用二者的關(guān)系曲線表示，稱為側(cè)偏特性曲線。側(cè)偏角較小時，側(cè)偏力基本上與側(cè)偏角成線性關(guān)系，且 =0時，有 =0，因此側(cè)偏特性可以用以下公式表示： 稱為側(cè)偏剛度（N/或N/rad。由輪胎坐標(biāo)系中有關(guān)符號可知，負(fù)的側(cè)偏力產(chǎn)生正側(cè)偏角，因此側(cè)偏剛度為負(fù)值。小型轎車 值約在-28000-80000N/rad范圍內(nèi)。 較大時， 快速增大，二者關(guān)系

52、由直線變?yōu)榍€，說明輪胎與地面接觸處部分側(cè)滑。 上升到附著極限時，整個輪胎側(cè)滑，曲線又轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏骄€。顯然，輪胎最大側(cè)偏力決定于附著條件，與垂直載荷、輪胎花紋、材料、結(jié)構(gòu)、氣壓、路面材料、路面狀況及車輪的外傾角等因素有關(guān)。YFYFYFakFYkkaaa 4有外傾時輪胎的側(cè)偏特性 汽車兩前輪有外傾角 ，具有繞各自旋轉(zhuǎn)軸線與地面的交點 滾動的趨勢，若不受約束，猶如發(fā)生側(cè)偏一樣，將偏離正前方而各自向左、右側(cè)滾動。實際上，由于前軸的約束，兩個車輪只能一起向前行駛。因此，車輪中心必作用有一側(cè)向力 ，把車輪“拉”回至同一方向向前滾動。與此同時，輪胎接地面中產(chǎn)生一與 方向相反的側(cè)向反作用力 ，這就是外傾側(cè)

53、向力。OyFyFyF 外傾側(cè)向力 與外傾角 的關(guān)系曲線如圖4-31a所示。 與 成線性關(guān)系，其關(guān)系式為: 按輪胎坐標(biāo)系規(guī)定， 為負(fù)值，稱作外傾剛度，單位為N/rad或N/。 不同外傾角下輪胎的側(cè)偏特性如圖4-31b所示，側(cè)偏特性具有平移的特點。圖4-31c是圖4-31b中的局部放大圖，圖上的A、B與C線條是外傾角 為正、為零和為負(fù)時，小側(cè)偏角范圍內(nèi)的側(cè)偏特性， yFyF kFyk 該圖還表明： 側(cè)偏角為零時的地面?zhèn)认蛄词峭鈨A側(cè)向力 。當(dāng)外傾角為正值時（見A線）， 為負(fù)值。 外傾角為正值且側(cè)偏角為 時，其地面?zhèn)认蚍醋饔脼?，見A線，即 為外傾角等于零時的側(cè)偏力與外傾側(cè)向力之和。 因此，有外傾角

54、時的地面?zhèn)认蚍醋饔昧εc外傾角、側(cè)偏角的關(guān)系為：式中： -只有側(cè)偏角而外傾角為零時的側(cè)偏力； -只有外傾角而側(cè)偏角為零時的外傾側(cè)向力； -側(cè)偏角； -外傾角。kakFFFyyayyaFyFayFyFadecdFyyF 5影響輪胎側(cè)偏特性的因素 1）輪胎結(jié)構(gòu)的影響 輪胎的尺寸、形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對輪胎的側(cè)偏剛度有顯著影響。 尺寸較大的輪胎具有較大的側(cè)偏剛度，見表4-2；尺寸相同的子午線輪胎接觸地面寬，其側(cè)偏剛度較大，鋼絲子午線輪胎比尼龍子午線輪胎的側(cè)偏剛度大。輪胎的斷面高度H與斷面寬度B之間的比值，即輪胎的扁平率（%）較小時，輪胎側(cè)偏剛度較大，如圖4-32所示。現(xiàn)代轎車輪胎的扁平率逐漸變小，以獲得較大

55、的側(cè)偏剛度。目前，不少轎車采用60（扁平率60%）系列輪胎，而追求高性能的運(yùn)動型轎車采用扁平率為50%或40%的輪胎。 2）輪胎工作條件的影響 輪胎垂直載荷發(fā)生變化，影響到輪胎的側(cè)偏特性。一般輪胎垂直載荷增大后，側(cè)偏剛度也隨之增大；但垂直載荷過大時，輪胎與地面間的壓力極不均勻，側(cè)偏剛度反而減小。 側(cè)偏特性還與輪胎受到的地面切向反作用力有關(guān)。在一定的側(cè)偏角時，驅(qū)動力增加，所對應(yīng)的側(cè)偏力減小，見圖所示。當(dāng)驅(qū)動力相當(dāng)大，以至于接近附著極限時，輪胎的側(cè)偏力將很小。 充氣壓力也與輪胎側(cè)偏特性有一定關(guān)系。隨著充氣氣壓的提高，輪胎彈性下降，側(cè)偏剛度增大。當(dāng)充氣壓力過高后，受附著力限制，輪胎側(cè)偏剛度不再增大。

56、 3）路面狀況對側(cè)偏特性的影響 路面粗糙程度，干濕狀況對輪胎的特偏特性，尤其對最大側(cè)偏力有很大影響。試驗證明，粗糙的路面使最大側(cè)偏力增加；干路面上的最大側(cè)偏力比濕路面大；當(dāng)路面有薄水層時，車速達(dá)到一定值，會出現(xiàn)“滑水”現(xiàn)象而完全喪失側(cè)偏力。 另外，車輪的外傾角也會對側(cè)偏特性產(chǎn)生影響。一般說來，當(dāng)車輪外傾角為正時，有助于減小側(cè)偏角；當(dāng)車輪采用負(fù)外傾時，側(cè)偏角會加大。 圖4-33 側(cè)偏剛度與垂直載荷的關(guān)系圖4-34 地面切向反作用力對側(cè)偏特性的影響圖 4-35 輪胎充氣壓力對側(cè)偏剛度的影響 二、汽車轉(zhuǎn)向時的運(yùn)動 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一定角度維持前輪轉(zhuǎn)角不變時，會引起汽車運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，稱為車輛響應(yīng)。車輛

57、響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)兩種。對于處于等速直線運(yùn)動的汽車，如果駕駛員突然將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一定角度保持不變，一般汽車經(jīng)過短暫的時間后即進(jìn)入等速圓周行駛狀態(tài)，并且不再隨時間而改變，這就是穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。由一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的過渡過程為瞬態(tài)，相應(yīng)的響應(yīng)稱為瞬態(tài)響應(yīng)。以下主要討論汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。 1裝用剛性輪胎的汽車轉(zhuǎn)向時的幾何關(guān)系 汽車轉(zhuǎn)向時，為減小輪胎磨損和提高汽車行駛的穩(wěn)定性，所有輪胎都應(yīng)保持純滾動，都必須在同一瞬時圍繞轉(zhuǎn)向中心作曲線運(yùn)動。若不考慮輪胎的側(cè)偏特性，其轉(zhuǎn)向簡圖如圖所示。 轉(zhuǎn)向時，內(nèi)外車輪的偏轉(zhuǎn)角度是不同的。由圖中的三角關(guān)系可知：因此：式中： 、 -左、右轉(zhuǎn)向節(jié)E、F的轉(zhuǎn)角，； d-左、右

58、轉(zhuǎn)向節(jié)主銷中心的距離，m； B-輪距，m； L-軸距，m。 上式就是裝用剛性車輪的汽車轉(zhuǎn)向時，內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角關(guān)系的理論特性。此關(guān)系由正確選擇轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)參數(shù)來保證，如：轉(zhuǎn)向梯形臂的長度、梯形臂與汽車前軸的夾角（底角）、及前軸左右主銷之間的距離。如果轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度改變，就改變了轉(zhuǎn)向梯形的底角，破壞了左右轉(zhuǎn)向輪的正確轉(zhuǎn)角關(guān)系。 圖中：從轉(zhuǎn)向中心O到汽車縱向?qū)ΨQ軸線之間的距離R，稱為汽車的轉(zhuǎn)向半徑；前軸中點速度方向與汽車縱向?qū)ΨQ軸線間的夾角稱為轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 ，并?。?LdRctg21LdRctg22LBLdctgctg2112)(2121 圖中：從轉(zhuǎn)向中心O到汽車縱向?qū)ΨQ軸線之間的距離R，稱為汽

59、車的轉(zhuǎn)向半徑 R ；前軸中點速度方向與汽車縱向?qū)ΨQ軸線間的夾角稱為轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 ，并?。?因此，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎速度為V（m/s）時，裝用剛性車輪汽車的轉(zhuǎn)向半徑 （m）和轉(zhuǎn)向角速度 （rad/s）分別為： LtgLR0LVRV0)(21210R0 2裝用彈性輪胎的汽車轉(zhuǎn)向時的幾何關(guān)系 現(xiàn)代汽車均裝用彈性輪胎，受到側(cè)向力時，由于彈性輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)向時的幾何關(guān)系將因此而發(fā)生變化。當(dāng)以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)向行駛時，汽車產(chǎn)生作用于質(zhì)心的離心力，使汽車的前后輪產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)偏角 、 。此時前軸中點運(yùn)動速度 方向與汽車縱向軸線成 角，后軸中點運(yùn)動速度 方向與汽車縱向軸線成角 ，過前、后軸中點作垂直于速度的垂線，其交

60、點即為此時的瞬時轉(zhuǎn)向中心 。由此可見，考慮彈性輪胎的側(cè)偏特性后，汽車轉(zhuǎn)向時的瞬時轉(zhuǎn)向中心從 移到 點。此時，汽車的轉(zhuǎn)向半徑R（m）為：1a2a1a1V2V2aOOO)(12atgtgaLR 汽車高速行駛時，其前輪轉(zhuǎn)角 較小，而側(cè)偏角值一般不超過68，故上式可寫為： 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎速度為V（m/s）時，轉(zhuǎn)向角速度 （rad/s）為： 圖4-37 裝用彈性輪胎汽車的轉(zhuǎn)向簡圖 12aaLR)(12aaLV3汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 根據(jù)汽車受到側(cè)向力時所產(chǎn)生的前后車輪側(cè)偏角 、 的相對大小，可把汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分為如下三類。 當(dāng) = 時，汽車的轉(zhuǎn)向半徑 和轉(zhuǎn)向角速度 ，與裝用剛性輪胎汽車的轉(zhuǎn)向半徑 和轉(zhuǎn)向角