第四章 汽车的制动性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 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,第二节 制动时车轮的受力,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,第四节 制动时汽车的方向稳定性,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第一节 制动性的评价指标,汽车制动性的评价指标,：,1,）,制动效能，即制动距离和制动减速度；,制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的,制动距离或制动时汽车的减速度；,2,）制动效能的恒定性，即抗热衰退性能；,汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称,为抗热衰退性能；,制动器温度升高后能否保持在冷状态时的制,动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题；另外，,涉水行驶后，制动器还存在水衰退问题,）,3,）制动时汽车的方向稳定性，即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,车轮在制动时的受力分析（如图）,一、地面制动力,是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对,滑转时的摩擦力矩，单位为,是地面制动力，单位为,为车轮垂直载荷、为车轴对车轮的推力,为地面对车轮的法向反作用力，单位为,二、制动器制动力,地面制动力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间的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力,附着力。,制动器制动力仅有制动器结构参数所决定，即取决于制动器的形式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数以及车轮半径，并与制动踏板力，即制动系的液压或空气压力成正比。（如图）,三、地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系,制动时，对于车轮的运动只考虑滚动与抱死拖滑两种状况，当制动踏板力较小时，显然此时，车轮滚动时的地面制动力等于制动器制动力，且随踏板力增长成正比地增长；但地面制动力是滑动摩擦的约束反力，它的值不能超过附着力，即,当制动器踏板力 或制动系液压力 上升到某一值、地面制动力 达到附着力 值时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。然而，制动器制动力 由于制动器摩擦力矩的增长仍按直线关系继续上升。,由此可见，,地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受到地面附着 条件的限制,。,四、硬路面上的附着系数,如图，此为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，基本上可分为三段：,1,）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，,2,）轮胎花纹的印痕可以辨别出来，但花纹逐渐模糊，轮胎不只是单纯的滚动，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，此时，,3,）看不出花纹的印痕，车轮被抱死，此时，,由以上可得，随着制动强度的增加，车轮滚动成分越来越少，而滑动成分越来越多。一般用滑动率 来说明滑动成分的多少。滑动率的定义是,令地面制动力与垂直载荷之比为,制动力系数,，则制动力系数与滑移率的关系曲线右如图所示，图上,B,点制动力系数达到最大，称为,峰值附着系数,，滑动率达到,100%,时的制动力系数称为,滑动附着系数,。,思考题：分析右图？,图,4-5,是在轮胎没有受到侧向力的条件下测得的；实际行驶中，轮胎常常受到侧向力而侧偏或发生侧滑；图,4-6,是在有侧偏时测得的关系曲线。,侧向力系数,是侧向力与垂直载荷之比；,由曲线可得，滑动率越低，同一侧偏角条件下的侧向力系数越大，即轮胎保持转向、防止侧滑的能力越大。,问题：试分析影响附着系数的因素？,附着系数的数值决定于道路的材料、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等因素；如图,问题,：试解释滑水现象？滑水现象对车辆制动的影响？,F,h,A u,a,2,升力分量,F,h,与轮胎接地面积,A,、,水密度,及车速,u,a,的平方成正比,u,h,=6.34,p,i,式中,:,滑水车速,u,h,（,单位为,km/h),p,i,轮胎内压，单位为,kP,a,问题,：试解释滑水现象？滑水现象对车辆制动的影响？,F,h,A u,a,2,升力分量,F,h,与轮胎接地面积,A,、,水密度,及车速,u,a,的平方成正比,u,h,=6.34,p,i,式中,:,滑水车速,u,h,（,单位为,km/h),p,i,轮胎内压，单位为,kP,a,第,三节 汽车的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至停车的能力。评定制动效能的指标是制动距离 和制动减速度 。,一、制动距离与制动减速度,制动距离,是指汽车速度为 时，从驾驶员开始操纵制动控制装置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、发动机是否结合等许多因素有关；一般制动距离是在冷试验的条件下测得的。,制动减速度,是制动时车速对时间的倒数，即 。它反映了地面制动力的大小，因此与制动器制动力及附着力有关。,在不同路面上，汽车能达到的最大减速度为：,若允许汽车的前后车轮同时抱死，则,若装有理想的制动防抱死装置来控制汽车的制动，则最大减速度为：,但在汽车制动时，一般不希望任何车轴上的制动器抱死，故 将小于,在评价汽车的制动性能时，我国行业标准采用平均减速度的概念，即,ECE R13,和,GB7258,采用的是充分发出的平均减速度,式中，为 的车速,(km/h),；,为起始制动车速,(km/h),；,为 的车速,(km/h),；,为 到 车辆经过的距离,(m),；,为 到 车辆经过的距离,(,m),。,二、制动距离的分析,从制动的全过程来看，总共包括驾驶员见到信号后作出行动反应，制动器起作用，持续制动和放松制动器四个阶段。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 和 。,图,4-14,是驾驶员在接受了紧急制动信号后，制动踏板力、汽车制动减速度与制动时间的关系曲线。图,4-14a,是实际测得的，图,4-14b,是经过简化后的曲线。,问题：根据图,4-14,，分析汽车制动过程？,经过数值推算，可得以下结果：,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以及起始制动车速。,下面仅对制动器起作用的时间加以分析。,真正使汽车减速停车的是持续制动时间，但制动器起作用时间对制动距离的影响是不小的。制动器起作用时间与制动系的结构形式有密切的关系。如下例：以“红旗”轿车为例，见下表：,表,4-3,为使用不同制动系统后，对汽车作制动试验而得到的数据；由表可知，采用压缩空气液压制动系后，制动距离缩短了,32%,，制动时间减少了,31.6%,，但最大减速度只提高,3.5%,；实验结果表明，制动器起作用的时间减少是制动距离缩短的主要原因。,图,4-15,是根据,Autocar1993,1998,年对,48,辆装有真空助力器的各种汽车在干燥、良好路面上进行制动实验得到的结果，并按最小二乘法原理拟和得到的实验曲线。拟合的公式为：,三、制动效能的恒定性,以上讨论仅限于在冷制动情况（制动器起始温度在,100,度以下）的制动效能。汽车的制动器实际经常在工作中处于高温状态。因此制动器温度上升后，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。其性能一般用一系列连续制动时的制动效能的保持程度来衡量。抗热衰退性能与制动器摩擦副材料及制动器结构有关，且与制动器的结构形式也有密切关系。,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%,（在制动踏板力相同的条下）。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,制动过程中，有时会出现制动跑偏、后轴,侧滑或前轮失去转向能力而是汽车失去控制,离开原来的行驶方向；一般称汽车在制动过,程中维持直线形式或按预定弯道形式的能力,为制动时的方向稳定性。,制动时汽车自动向左或向右偏驶称为,“制,动跑偏”,；,侧滑,是指制动时汽车的某一轴或,两轴发生横向移动。如图,4-17,所示。,前轮,失去转向能力,是指弯道制动时汽车不再按原,来的弯道行驶而沿弯道切线方向驶出。制动,跑偏、侧滑与前轮失去转向能力是造成交通,事故的重要原因。,一、汽车的制动跑偏,制动时，汽车跑偏的原因有两个：,1,）汽车的左右车轮，特别是前轴左、右车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。,其中，第一个原因是制造、调整误差造成的；而第二个原因是设计造成的。,曾在轿车上作了专门的试验来观察左、右车轮制动力不相等的程度对制动跑偏的影响。实验结果用,车身横向位移,和汽车的,航向角,来表示。航向角为制动时汽车纵轴线与原定行驶方向的夹角。对于左右车轮制动力之差常用不相等度来表示，即：,式中，为大的制动器制动力；为小的制动器制动力。,运动干涉：,紧急制动时，向前转动的车轮使前轴向前扭转一 个角度,，使转向节的上节臂球头销移动。角度,的大小和钢板弹簧 的刚度、结构有关。,C,点是板簧的中心，,A,点为转向垂臂的端点，,B,点为板簧的瞬时中心。,制动时载荷前移，,C,点以,A,点与,B,点 为园心转动形成干涉。,B,干涉量,A,C,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。以下通过四项汽车制动试验来说明。,前轮无制动力而后轮有足够的制动力,试验结果如图,4-22A,曲线所示，由曲线可知，随着车速提高，侧滑的程度更加剧烈。,后轮无制动力而前轮有足够的制动力,试验结果如图,4-22B,曲线所示，由图可知，随着车速的提高，汽车的纵轴转角不大。,前、后车轮都有足够的制动力，但他们抱死拖滑的次序和时间间隔不同,试验结果如图,4-23,曲线所示，由图可知，若前轮比后轮先抱死拖滑或后轮比前轮陷抱死且时间间隔在,0.5s,以内，则汽车基本上按直线行驶；若后轮比前轮先抱死拖滑超过,0.5s,，,则后轴将发生严重的侧滑。,起始车速和附着系数的影响,试验结果如图,4-24,曲线所示,总结为两点：,1,）制动过程中，若是只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车基本上沿直线向前行驶（减速停车），汽车处于稳定状态，但汽车丧失转向能力；,2,）若后轮比前轮提前一定时间（如对试验中的汽车为,0.5s,以上）先抱死拖滑，且车速超过某一数值（如试验中的汽车车速超过,48km/h,）,时，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑。路面越滑，制动距离与制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。,1.,前轮抱死侧滑惯性力,F,j,与侧滑的方向相反,稳定。,2.,后轮抱死侧滑惯性力,F,j,与侧滑的方向相同,不稳定。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,对于一般汽车而言，根据其前、后轴制动器制动力的分配、载,荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动器制动力足够时，,制动过程可能出现如下三种情况，即：,前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑,后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑,前、后轮同时抱死拖滑,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，是设计汽车制动系必须妥善处理的,问题。,一、地面对前、后车轮的法向反作用力,如右图所示是汽车在水平路面上制动时的受力情形。对后轮接地点取力矩得：,对前轮接地点取力矩得：,令称 为,制动强度,，则可求得地面方向反作用力为,若在不同附着系数的路面上制动，前、后轮都抱死，则地面作用于前、后轮的法向反作用力为,图,4-27,给出了,BJ1041,和,BJ213,汽车前、后轮随减速度与四轮均抱死后随地面附着系数变化的情况。,二、理想的前、后制动器制动力分配曲线,制动时前、后车轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均较为有利。此时的前、后轮制动器制动力的关系曲线，称为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线。在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于附着力，并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即,经推导后得：,消去变量 ，得,由上式绘成的曲线即为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，简称 曲线。如右图所示,问题：,1,）如何绘出此图，由图可得到什么？,2,）若给出某一汽车的总质量、质心位置等情况，可否做出 曲线？,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为一定值。常用前制动器制动力与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，并以符号 表示，即,式中，为前制动器制动力；为总制动器制动力，,为后制动器制动力。,因此可得，,如图,4-29,，图中 线与 曲线交点处的附着系数,称为,同步附着系数,，所对应的制动减速度称为,临,界减速度,。同步附着系数是由汽车结构参数决定,的、反映汽车制动性能的一个参数。,同步附着系数说明，前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在一种附着系数，即同步附着系数路面上制动时才能使前、后车轮同时抱死。设汽车在同步附着系数路面上制动，此时前、后轮同时抱死，则有,经整理，得,前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析,为了便于分析，我们设立了两组线组（线组和 线组）。线组是后轮没有抱,死，在各种 值路面上前轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线；线组时前轮没有,抱死而后轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线。,一定时，,f,线为直线,与 无关,F,X,b1,=0,F,X,b2,=0,前轮抱死的条件是,f,线组,F,X,b1,F,X,b2,f,线组,f,线组作图,0.2,0.3,0.4,0.5,r,线组,前轮没有抱死、后轮抱死时，,F,X,b1,、,F,X,b2,间的关系曲线。,一定时，,r,线为直线,与 无关,后轮抱死的条件是,F,X,b1,F,X,b2,r,线组,I,曲线,r,线组作图,f,线组,0.2,0.3,0.4,0.5,0.2,0.3,0.4,0.5,利用,线、,I,曲线、,f,和,r,线组分析汽车在不同,值路面上的制动过程。,制动过程分析,从图中看，同步附着系数是多少？,A,点前轮抱死。,此时的制动减速度？,点前后轮同时抱死。,点前后轮同时抱死时的制动器制动力。,前轮先抱死,前轮抱死时,前后轮同时抱死时,结论,点前后轮同时抱死。,点前后轮同时抱死时的制动器制动力。,B,点后轮抱死。,此时的制动减速度？,后轮先抱死,后轮抱死时,前后轮同时抱死时,结论,4,）只要 ，要使两轮都不抱死所得到的制动强,度总是小于附着系数，即 。,3,）当 时，,线与,I,曲线相交，前、后轮同时,抱死；,2,）当 时,线位于,I,曲线上方，后轮先抱死；,1,）当 时，,线位于,I,曲线下方，前轮先抱死；,3,）制动过程分析得到的结论,五、利用附着系数与制动效率,由以上的分析可得到以下结论：汽车以一定减速度制动时，除去制动强度 以外，不发生车轮抱死所要求的（最小）路面附着系数总大于其制动强度。,利用附着系数,：对于一定的制动强度,z,，不发生车轮抱死所要求的（最小）路面附着系数。,F,xbi,-,对应于制动强度,Z,，,汽车第,i,轴产生的地面制动力,F,zi,-,制动强度为,Z,时，地面对第,i,轴的法向反力,i,-,第,i,轴对应于制动强度,Z,的利用附着系数,利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件发挥得越充分，汽车制动力分配的合理程度越高。通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线来描述汽车制动力分配的合理性。,1,），前轮先抱死,前轴利用附着系数,利用附着系数的计算,2,），后轮先抱死,后轴利用附着系数,由 得,如果 ，后轮先抱死,计算,由 得,如果 ，前轮先抱死,3,）由利用附着系数计算车轮不抱死条件下的,没有,ABS,又不允许车轮抱死时的最短制动距离,4,）车轮不抱死条件下能达到的最大制动减速度,只能用后轮制动,5,）前轮或后轮制动管路失效时的,思考：前轮制动失效的特点？,只能用前轮制动,后轮制动失效,制动效率,：车轮将要抱死时的制动强度与被利用的附着系数之比。,制动效率,E,六、对前、后制动器制动力分配的要求,通过以上讨论得到的结论是：为了防止后轴抱死发生危险的侧滑，汽车制动系的实际前、后制动力分配线（线）应总是在理想的制动力分配线（曲线）下方；为了减少制动时前轮抱死而失去转向能力的机会，提高附着效率，线应越靠近 曲线越好。同样，若按利用附着系数曲线图来考虑，为了防止后轮抱死并提高制动效率，前轴利用附着系数曲线应总在 对角线上方，即总在后轴利用附着系数曲线的上方，同时还应靠近图中的对角线（）,ECE,制动法规,具有变比值的前后制动器制动力的分配特性,1.,ECE,制动法规,为了保证制动时汽车的方向稳定性和足够的制动效率，联合国欧洲经济委员会制定了相应的法规。我国也提出了相应的规定。下面以轿车和最大总质量大于,3t,的货车为例进行说明。,对于,=0.2-0.8,之间的各种车辆，要求制动强度,Z,0.1+0.85(,-0.2),车辆在各种装载状态时，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。,但是对于轿车而言，制动强度在,0.3,0.45,之间，后轴利用附着系数曲线不超过直线,=z,0.05,的条件下，允许后轴利用附着系数曲线在前轴利用附着系数曲线的上方（见图,4-35,）,对于最大总质量大于,3.5,吨的货车，在制动强度,z=0.15,0.3,之间，每根轴的利用附着系数曲线位于,z,士,0.08,两条平行于理想的附着系数直线的平行线之间，而制动强度,z,0.3,时，后轴的利用附着系数满足关系式,z,0.3,0.74,（,-0.38,），,则认为也满足了法规的要求（见图,4-34,）。,2.,具有变化值的前、后制动器制动力的分配特性,通过使用比例阀或载荷比例阀等制动力调节装置，根据制动强度、载荷等因素，改变前、后制动器制动力的比值，使之接近于理想制动力分配曲线，满足制动法规的要求。,制动力分配曲线的设计兼顾制动稳定性和最短制动距离但优先稳定性的原则。,转折点的选择一般低于,I,曲线。,具有变比值的前、后制动器制动力的分配特性（,A),图中给出的是限压阀的制动力分配线，其分配线在转折点后由于后轮油压不变是一水平线，虽然分配线对空载基本是合适的，但仍有一小段是非稳定区，且满载时效率偏低。,具有变比值的前、后制动器制动力的分配特性,(B),图中给出了比例阀的制动力分配线，分配线在转折点以后是一条斜线，和空载,I,曲线的交点即同步附着系数超过了,0.82,（见,ECE,法规），既消除了不稳定区又提高了制动效率；但是满载时转折点下移会增加和,I,曲线的距离降低制动的效率。,具有变比值的前、后制动器制动力的分配特性,(C),图中给出了感载比例阀的制动力分配线，满载时转折点上移和满载的,I,曲线靠近，提高了制动效率。,具有变比值的前、后制动器制动力的分配特性,(D),图中给出了射线阀的制动力分配线。,具有变比值的前、后制动器制动力的分配特性,(E),图中给出了减速度传感比例阀的制动力分配曲线。还画出了根据,ECE,要求计算得到的轿车制动力分配要求范围。可以看出，,D.S.P.V.,能够满足,ECE,法规的要求。,七、辅助制动器和发动机制动对制动力分配和制动效能的影响,商用车连续制动时，容易导致制动器的温度大幅度升高，从而使摩擦因数下降，磨损加大，结果将导致制动器失去或部分失去制动效能。,1.,汽车缓速器的制动力,2.,汽车缓速器对制动力分配的影响,T,缓速器的制动力矩。,八、防抱制动装置,在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离的安全装置。,ABS,系统的组成,