第十章-汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

第十章汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

10.1制動(dòng)系統(tǒng)功能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)

10.2制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)

10.3制動(dòng)率,附著系統(tǒng)利用率,品質(zhì)系數(shù)

10.4制動(dòng)力分配

10.5制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)

第十章汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)10.1制動(dòng)系統(tǒng)功能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)10.2制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)10.3制動(dòng)率,附著系統(tǒng)利用率,品質(zhì)系數(shù)10.4制動(dòng)力分配10.5制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)返回10.1制動(dòng)系統(tǒng)功能及評(píng)價(jià)指標(biāo)10.1制動(dòng)系統(tǒng)功能及評(píng)價(jià)指標(biāo)制動(dòng)系統(tǒng)是影響汽車行駛安全的重要部分。

其功能是：

1、減少行駛汽車的車速，必要時(shí)，可使其在一定距離內(nèi)停車。

2、在下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車速。

3、對(duì)已停駛（特別是在坡道上停駛）的汽車，應(yīng)使其可靠地駐留原地不動(dòng)。

回主目錄一、制動(dòng)系統(tǒng)原理

作用在行駛汽車上的滾動(dòng)阻力、上坡阻力、空氣阻力都對(duì)汽車起制動(dòng)作用，但這些外力的大小都是隨機(jī)的，不可控制的,，這里所指的制動(dòng)系統(tǒng)是指在汽車上設(shè)置一套專門的裝置，由駕駛員操縱，對(duì)汽車進(jìn)行可控制的強(qiáng)制制動(dòng)。它由供能裝置、操縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器等部件組成，較為完善的制動(dòng)系統(tǒng)還具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置、制動(dòng)防抱死裝置、壓力保護(hù)裝置和報(bào)警裝置等，圖10-1示出了一種轎車所用的制動(dòng)系統(tǒng)。回主目錄圖１０-１圖10-1表示轎車上所用的制動(dòng)系統(tǒng)回主目錄二、制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

由于汽車的制動(dòng)性能的優(yōu)劣直接影響行車的安全性，故各國(guó)對(duì)制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)和要求都制定了一些法規(guī)，表１０-１列出了一些國(guó)家對(duì)轎車行車制動(dòng)系的要求。由以上法規(guī)可見,制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有以下兩項(xiàng)：（１）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度。（２）制動(dòng)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（方向穩(wěn)定性）。此外制動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)有抗熱衰退、抗水衰退等恒定性要求，這里不予討論。

回主目錄各國(guó)評(píng)價(jià)指標(biāo)

項(xiàng)目

中國(guó)歐洲共同體

(EEC)

71/320瑞典Ｆ18美國(guó)聯(lián)邦105試驗(yàn)路面干水泥路面附著良好Φ=０.８SkidN081

載重

滿載一個(gè)駕駛員或滿載任何載荷輕、滿載制動(dòng)初速８０km/h

30km/h80km/h96.54km/h(60mile/h)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性不許偏出３.7

m通道不抱死跑偏不抱死跑偏不抱死跑偏３.６６m(12ft)制動(dòng)距離或制動(dòng)減速度

≤50.7m≤50.7m≥5.8m/s2≥5.8m/s2≤65.8m(216ft)踏板力<500N<490N<490N66.7~667N(15~150lb)回主目錄表10-110.2制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)

10.2.1車輪上所受的制動(dòng)力

10.2制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)

10.2.1車輪上所受的制動(dòng)力當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板上的力經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)至車輪的輪缸，將驅(qū)使車輪內(nèi)制動(dòng)器中元件（指摩擦片與制動(dòng)鼓或盤相對(duì)滑轉(zhuǎn)時(shí)）形成摩擦力矩Tμ阻止車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，稱這種作用在車輪上的摩擦力矩為制動(dòng)器制動(dòng)力矩。由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周緣力Ｆμ也稱制動(dòng)器制動(dòng)力，其大小為回主目錄地面制動(dòng)力、踏板力及地面附著力三者之間的關(guān)系式中Ｔμ——制動(dòng)器的摩擦力矩，Ｎ·ｍ；ｒ——車輪半徑，ｍ。同時(shí)路面對(duì)車輪作用一個(gè)向后的作用力Ｆｂ，我們稱為地面制動(dòng)力。正是這個(gè)力由車輪經(jīng)車軸傳給車架和車身，迫使整個(gè)汽車產(chǎn)生一定的減速度，地面制動(dòng)力愈大，制動(dòng)減速度也愈大，制動(dòng)距離就愈短。如忽略滾動(dòng)阻力偶和減速時(shí)的慣性力，則地面制動(dòng)力與Ｔμ應(yīng)有以下關(guān)系，即

制動(dòng)器的制動(dòng)力與踏板力成正比，但地面制動(dòng)力卻受車輪與地面間附著力Ｆφ的限制，圖１０-２表示了三者的關(guān)系。回主目錄圖１０-２圖10-2回主目錄制動(dòng)力表達(dá)式

當(dāng)踏板力在0~Ｆp1之間時(shí)，有Ｆμ＝Ｆｂ地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力。

當(dāng)踏板力大于Ｆp1時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力Ｆμ隨踏板力成正比例繼續(xù)增長(zhǎng)，而地面制動(dòng)力由于受地面附著力限制不再增長(zhǎng)，故有以下關(guān)系式：Ｆｂ≤Ｆφ＝Ｆｚ·μ

(10

—1)即得到最大地面制動(dòng)力(10

—2)Ｆｂｍａｘ＝Ｆｚ·μ式中Ｆｚ——地面垂直反作用力

μ——附著系數(shù)

回主目錄１０.２.２制動(dòng)距離與制動(dòng)減速此時(shí)車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。10.2.2制動(dòng)距離與制動(dòng)減速制動(dòng)距離是與行駛安全直接有關(guān)的一項(xiàng)制動(dòng)效能指標(biāo)，制動(dòng)減速度是反映地面制動(dòng)力的大小，是決定制動(dòng)距離的一項(xiàng)重要因素，通常，制動(dòng)距離是指駕駛員開始踩踏板到完全停車的距離，這個(gè)距離可從分析制動(dòng)過程中求得。圖１０—３畫出了制動(dòng)過程中的汽車減速度、行駛速度和行駛距離的時(shí)間歷程。圖１０—３(a)為經(jīng)過簡(jiǎn)化后的制動(dòng)減速度曲線。對(duì)這一加速度求其時(shí)間積分，即可得到速度時(shí)間歷程。再積分得到制動(dòng)過程所走的路程，圖１０—３(b)和１０—３(c)所示。

按圖１０—３(c)停車距離是由相應(yīng)于時(shí)間回主目錄圖10-3在制動(dòng)過程中，汽車減速度，行駛速度，和行駛距離的時(shí)間歷程回主目錄間隔為Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３的四段距離s0、s1、s2、s3組成。Ｔ０是駕駛員接到制動(dòng)停車信號(hào)后的反應(yīng)時(shí)間，一般需０.４～１.５秒，這與駕駛員反應(yīng)快慢和不同處境有關(guān)，這段時(shí)間內(nèi)，汽車仍以原來的速度v0行駛。在反應(yīng)時(shí)間Ｔ０之后是從加速踏板移到制動(dòng)踏板所需的換位時(shí)間０.１５～０.３s以及為消除制動(dòng)裝置中的間隙和彈性所需的接合時(shí)間，然后才開始制動(dòng)壓力的增長(zhǎng)，這些時(shí)間的總和為Ｔ１，可?。?２～０.４５s，在這段時(shí)間內(nèi)，一旦駕駛員將腳從加速踏板移開后，由回主目錄反應(yīng)時(shí)間分析于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩和汽車行駛阻力，

將會(huì)出現(xiàn)一定的減速度

ax1，約為0.5~1.5s2之間，之后隨著駕駛員踩踏板的動(dòng)作，踏板力迅速增大，制動(dòng)力也隨之增大到最大(圖3(a)中②點(diǎn))。這段時(shí)間Ｔ２稱之為制動(dòng)器增力時(shí)間(約為0.2s)，減速度增大至

ax2，速度減至v2。由②點(diǎn)到③點(diǎn)，即汽車停止時(shí)的時(shí)間為全制動(dòng)時(shí)間Ｔ３，此時(shí)減速度保持ax2，速度由v2降至零，所需距離s3，從③點(diǎn)到④點(diǎn)為制動(dòng)力消除時(shí)間約為0.2~1.4s之間,這段時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)耽誤隨后起步行駛的時(shí)間。從以上分析可見，制動(dòng)距離是停車距離的一部分?；刂髂夸浲＼嚲嚯x計(jì)算根據(jù)圖１０-３不難算出其停車距離

s=s0+s1+s2+s3=v0[T0+T1+T2/2-(ax1T1)/(ax2T2)]+v02/(2ax2)-ax2T22/24+(ax1T12/24)(4+6T2/T1-3ax1/ax2)(10-3)

通常，由發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩引起的減速度ax1和式(10-3)中最后三項(xiàng)可忽略不計(jì)，簡(jiǎn)化后的停車距離為

s=v0[T0+T1+T2/2-(ax1T1)/(ax2T2)]+v02/(2ax2)(10-4)

在不計(jì)ax1的停車時(shí)間為

T=T0+T1+T2/2+v0/2ax2(10-5)

簡(jiǎn)化計(jì)算帶來的誤差在0.46%~0.66%范圍內(nèi)，在工程上是允許的。回主目錄10.3制動(dòng)率、附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)10.3制動(dòng)率，附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)為了評(píng)價(jià)制動(dòng)強(qiáng)度，引入制動(dòng)率Z的概念，它是制動(dòng)力與汽車重力之比。

Z=Fb/Ga=(Fb1+Fb2)

如果此制動(dòng)力產(chǎn)生減速度dv/dt，考慮到Ga=mg,則

Z=(dv/dt)/g(10-6)

這是一個(gè)無量綱的評(píng)價(jià)制動(dòng)強(qiáng)度的數(shù)值，在歐洲共同體法規(guī)中也已采用，Z在有的文獻(xiàn)中還稱為相對(duì)減速度或制動(dòng)強(qiáng)度的。上面已經(jīng)提到，地面制動(dòng)力由于受到附著力限制，其最大回主目錄制動(dòng)率、附著系數(shù)利用率定義值為

Fbmax=μGa=μFz故最大制動(dòng)率為Zbmax=μ在一般情況下，制動(dòng)力小于最大制動(dòng)力，故其制動(dòng)率小于μ。

現(xiàn)定義汽車達(dá)到的制動(dòng)率與峰值附著系數(shù)μH之比為附著系數(shù)利用率ε，則有

ε＝Z/μH≤1(10-7)

前、后輪所能達(dá)到的附著系數(shù)利用率取決于輪胎與路面間的附著特性及制動(dòng)力在各輪分配，還取決于駕駛員對(duì)制動(dòng)系的操縱，只有在四個(gè)車輪都是在μ-λ曲線上峰值μH情況下制動(dòng)回主目錄品質(zhì)因數(shù)定義時(shí)才能使ε=1。這是一種理想情況，此時(shí)制動(dòng)率稱為理想制動(dòng)率Z=ZI。汽車所能達(dá)到的最大制動(dòng)率與理想制動(dòng)率之比，稱為制動(dòng)系統(tǒng)的品質(zhì)系數(shù)εmax。

εmax=Zmax/ZI=Zmax/μH(10-8)

品質(zhì)系數(shù)愈高，制動(dòng)距離就愈短，但從安全性角度出發(fā)，品質(zhì)系數(shù)還不是用來判斷制動(dòng)系數(shù)性能的充分條件，因?yàn)樗鼪]有考慮制動(dòng)穩(wěn)定性。特別是制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，品質(zhì)系數(shù)高會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性變差，從而對(duì)安全不利。品質(zhì)系數(shù)與附著系數(shù)利用率不同，它不包含駕駛員的影回主目錄10.4制動(dòng)力分配１０.４.１理想制動(dòng)力分配響，與駕駛員是否用高的減速度制動(dòng)無關(guān)。理想情況下所能達(dá)到的最短停車距離可用s1d來表示，此時(shí)減速度ax=μh·g。

ｓ1d=v0(T0+T1+T2/2)+v0/(2μh·g)(10-9)10.4制動(dòng)力分配前、后輪動(dòng)力分配直接影響到附著條件的利用率和穩(wěn)定性問題，是設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須重視的問題，要妥善的處理和解決。10.4.1理想制動(dòng)力分配回主目錄回主目錄圖10-4作用在制動(dòng)汽車上的力回主目錄回主目錄回主目錄圖10-5圖10-5在制動(dòng)力分配簡(jiǎn)圖中的特征線：制動(dòng)率常數(shù)線，摩擦系數(shù)常數(shù)線，制動(dòng)力固定分配線回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄圖10-6不同μ

值路面上汽車制動(dòng)過程的分析回主目錄10.4.3附著系數(shù)-滑移率曲線對(duì)制動(dòng)的影響回主目錄圖10-7制動(dòng)時(shí)的抱死過程圖10-7制動(dòng)時(shí)的抱死過程當(dāng)附著摩擦系數(shù)μH=0.8時(shí)，前軸在1點(diǎn)處抱死，此時(shí)制動(dòng)率Z=0.77。如果進(jìn)一步增強(qiáng)制動(dòng)，則后軸在2點(diǎn)處也抱死，最大可能達(dá)到的制動(dòng)率為Z=0.8。如果摩擦系數(shù)μG

小于附著摩擦系數(shù)μH，則最大可能的制動(dòng)減速率也下降，本例中降到點(diǎn)3處Z=0.75回主目錄圖10-8不同輪胎-道路組合的-μ滑動(dòng)曲線

圖10-8不同輪胎-道路組合的-μ滑動(dòng)曲線回主目錄回主目錄圖10-9回主目錄回主目錄圖10-10圖10-10限壓閥及其靜特性

(a)結(jié)構(gòu)；(b)特性曲線1—閥蓋；2—閥門；3—活塞；4—活塞密封圈；5—彈簧；6—閥體；Ⅰ—滿載理想特性；Ⅱ—空載理想特性回主目錄圖10-11比例閥的原理及靜特性

(a)結(jié)構(gòu)；(b)特性曲線1—閥門；2—活塞；3—彈簧Ⅰ—滿載理想特性；Ⅱ—空載理想特性回主目錄10.5制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)回主目錄10.5.1制動(dòng)防抱裝