汽车理论(第五版)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,*,*,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。,制动性是汽车,主动安全性,的重要评价指标。,第四章,汽车的制动性,返回目录,1,制动性的评价指标包括：,第一节制动性的评价指标,第四章 汽车的制动性,返回目录,根据对汽车制动性的定义,，,如何确定制动性的评价指标？,思考,制动效能,制动距离,与制动减速度,；,制动效能恒定性；,制动时的方向稳定性。,2,路面条件,载荷条件,制动初速度,1.,制动效能,制动效能即制动距离和制动减速度。,制动距离,制动距离主要与哪些因素有关？,第一节 制动性的评价指标,思考,3,制动时汽车按给定路径行驶的能力。,即在制动中不发生跑偏、侧滑或失去转向能力的性能。,3.,制动时汽车的方向稳定性,2.,制动效能的恒定性,制动效能的恒定性即抗热衰退性能。,本章研究的重点是：如何使汽车在保证方向稳定性的前提下，获得最好的制动效能。,第一节 制动性的评价指标,4,项目,中国,ZBT24007,1989,欧洲共同体,（,EEC,）,71/320,中国,GB7258,2004,美国,联邦,135,试验路面,干水泥路面,附着良好,0,.7,Skid no81,载重,满载,一个驾驶员或满载,任何载荷,轻、满载,制动初速度,80km/h,80km/h,50km/h,96.5km/h,（,60mile/h,）,制动时的稳定性,不许偏出,3.7m,通道,不抱死跑偏,不许偏出,2.5m,通道,不抱死偏出,3.66m,（,12 ft,）,制动距离或制动减速度,50.7m,50.7m,，,5.8m/s,2,20m,5.9m/s,2,65.8m,（,216ft,）,踏板力,500N,490N,500N,66.7,667N,(15,150,lbf,),表,4-1,乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求,第一节 制动性的评价指标,5,车型,制动距离,/m,捷达,48.8,别克,GL8,45.8,桑塔纳,2000,45.0,帕萨特,43.9,奥迪,A6 1.8T,42.3,宝来,1.8T,40.0,宝马,745i,37.1,制动距离有时也用在良好路面条件下，汽车以,100km/h,的初速度制动到停车的最短距离来表示。,几种车型,100km/h 0,的制动距离,第一节 制动性的评价指标,6,下一节,本节内容结束,第一节 制动性的评价指标,7,本节主要介绍地面制动力、制动器制动力及其与附着力的关系；介绍滑动率的概念；分析制动力系数、侧向力系数与滑动率的关系。,第四章 汽车的制动性,第二节,制动时车轮的受力,返回目录,8,制动力矩,T,地面附着力,由制动力矩所引起的、地面作用在车轮上的切向力。,第二节 制动时车轮的受力,一、地面制动力,9,二、制动器制动力,F,在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的切向力。,与附着力无关,F,取决于制动器的类型、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数及车轮半径，并与踏板力成正比。,第二节 制动时车轮的受力,10,第二节 制动时车轮的受力,11,三、,F,X,b,、,F,与,的关系,F,Xb,=F,F,第二节 制动时车轮的受力,12,车轮接近纯滚动,车轮边滚边滑,车轮抱死拖滑,第二节 制动时车轮的受力,四、硬路面上的附着系数,13,从制动过程的三个阶段看，随着制动强度的增加，车轮几何中心的运动速度因滚动而产生的部分越来越少，因滑动而产生的部分越来越多。,1.,滑动率,第二节 制动时车轮的受力,滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的比值。,滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。,14,第二节 制动时车轮的受力,滑动率,s,的计算,15,第二节 制动时车轮的受力,滑动率,s,的计算,纯滚动时,u,=0,，,s,=0,；,纯滑动时,w,=0,，,=,u,，,s,=100%,；,边滚边滑时,0,s,F,X,1r,使前轮偏转、汽车跑偏,F,X,1,形成,转向力矩,F,Y,1,F,Y,2,地面侧向,力形成的,反力矩,F,Y,1,将使前轮绕主销偏转，加剧跑偏,第四节 制动时汽车的方向稳定性,F,X,1,对主销的力矩会使前轮发生偏转,67,思考：为什么转向盘锁住对制动跑偏有明显的抑制作用,?,第四节 制动时汽车的方向稳定性,68,思考：为什么转向盘锁住对制动跑偏的抑制作用不明显了？,第四节 制动时汽车的方向稳定性,69,2.,悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调,第四节 制动时汽车的方向稳定性,70,F,X,b1,F,X,b1,前轮抱死时，,F,j,的方向与前轴侧滑的方向相反，,F,j,能阻止或减小前轴侧滑，汽车处于稳定状态。,u,A,A,B,F,Y,2,u,B,O,C,F,j,（离心力）,1.,前轮抱死拖滑,二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失,第四节 制动时汽车的方向稳定性,F,X,b2,F,X,b2,71,o,F,j,后轮抱死时，,F,j,与后轴侧滑方向一致，惯性力加剧后轴侧滑，后轴侧滑又加剧惯性力，汽车将急剧转动，处于不稳定状态。,A,C,B,u,A,u,B,F,Y,1,F,Y,2,0,2.,后轮抱死拖滑,第四节 制动时汽车的方向稳定性,F,X,b1,F,X,b1,F,X,b2,F,X,b2,72,3.,前轮抱死或后轮抱死时汽车纵轴线转过的角度,试验是在一条一侧有,2.5%,横向坡的平直混凝土路面上进行。,为了降低附着系数，使之容易发生侧滑，在地面上洒了水。,试验用轿车有调节各个车轮制动器液压的装置，以控制每根车轴的制动力，达到改变前后车轮抱死拖滑次序的目的，调节装置甚至可使车轮制动器液压为零。,试验条件,第四节 制动时汽车的方向稳定性,73,（,1,）前轮无制动力而后轮有足够的制动力（曲线,A,）或后轮无制动力而前轮有足够的制动力（曲线,B,）,第四节 制动时汽车的方向稳定性,74,（,2,）前、后轮都有足够的制动力，但抱死拖滑的次序和时间间隔不同,第四节 制动时汽车的方向稳定性,75,（,3,）起始车速和附着系数的影响,第四节 制动时汽车的方向稳定性,76,（,4,）试验的总结,1,）制动过程中，如果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，汽车处于稳定状态，但丧失转向能力；,2,）若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑，且车速超过某一数值，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑，路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,77,第四节 制动时汽车的方向稳定性,下一节,本节内容结束,78,第四章 汽车的制动性,第五节前、后制动器制动力的比例关系,本节将分析地面作用在前、后车轮上的法向反力，分析前、后车轮制动器制动力的比例关系，通过,I,曲线、,线、,f,线、,r,线分析汽车的制动过程，介绍汽车的附着利用率、附着效率的计算方法，利用单轮模型分析,ABS,的制动控制过程。,本节内容是本章的重点。,返回目录,79,制动过程的三种可能,1,）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；稳定工况，但丧失转向能力，附着条件没有充分利用。,2,）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑；后轴可能出现侧滑，不稳定工况，附着利用率低。,3,）前、后轮同时抱死拖滑；可以避免后轴侧滑，附着条件利用较好。,前、后制动器制动力的分配比例，将影响制动时前后轮的抱死顺序，从而影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,80,一、地面对前、后车轮的法向反作用力,z,制动强度,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,81,当前、后轮都抱死时,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,82,思考：为什么有些轿车采用前盘后鼓的制动系统配置？制动管路为什么采用交叉布置？,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,83,“,理想,”,的条件是：前后车轮同时抱死。,I,曲线,：在各种附着系数的路面上制动时，要使前、后车轮同时抱死，前、后轮制动器制动力应满足的关系曲线。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,二、理想的前后制动器制动力分配曲线,84,消去变量,1,.,解析法确定,I,曲线,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,由理想的条件可得,85,1,.,解析法确定,I,曲线,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,由理想的条件可得,思考：,I,曲线受哪些因素影响？对特定的汽车是唯一的吗？,86,0.4,0.2,0.3,0.3,g,0.2,g,0.4,g,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,2.,作图法确定,I,曲线,1,）按照 作图，得到一组等间隔的,45,平行线。,这组线称为,“,等制动减速度线组,”,。,线上任何一点都有以下特点：,87,0.4,0.2,0.3,2,）按 作射线束,0.3,0.2,0.4,I,曲线,0.3,g,0.2,g,0.4,g,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,88,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,89,制动器制动力分配系数,：前、后制动器制动力之比为固定值时，前轮制动器制动力与汽车总制动器制动力之比。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数,1.,线,90,线,：实际前、后制动器制动力分配线。,线,F,2,F,1,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,0,91,F,1,、,F,2,具有固定比值的汽车，使前、后车轮同时抱死的路面附着系数称为,同步附着系数。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,2.,同步附着系数,从图中看，,同步附着系数是,线和,I,曲线交点处对应的附着系数。,该点所对应的减速度称为,临界减速度,。,92,同步附着系数的计算,满足固定比值的条件,满足同时抱死的条件,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,93,后轮没有抱死、前轮抱死时，前、后轮地面制动力,F,X,b1,、,F,X,b2,间的关系曲线。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,四、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,1.,f,线组,94,一定时，,f,线为直线,与 无关,F,X,b1,=0,F,X,b2,=0,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,前轮抱死的条件是,95,F,X,b1,F,X,b2,f,线组,f,线组作图,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,0.2,0.3,0.4,0.5,96,2.,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。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,一定时，,r,线为直线,与 无关,后轮抱死的条件是,97,F,X,b1,F,X,b2,r,线组,I,曲线,r,线组作图,f,线组,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,0.2,0.3,0.4,0.5,0.2,0.3,0.4,0.5,98,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,99,当,F,X,b2,0,时是地面驱动力，无意义。,f,线与横坐标的交点,后轮制动管路失效，前轮抱死时的地面制动力。,后轮制动严重滞后，前轮抱死后，后轮才将开始制动。,3,.,f,线组和,r,组线的分析,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,1,）,f,线组,100,思考：为什么随着,F,X,b2,F,X,b1,？,当,f,线与,r,线相交以后，前后轮都抱死，进入稳定状态。,后轮参与制动后,F,Z,1,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,101,2,）,r,线组,前轮制动管路失效，后轮抱死时的地面制动力。,随着,F,X,b1,F,X,b2,？,前轮参与制动后,F,Z,2,I,曲线以下的,r,线组没有意义,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,r,线与纵坐标的交点,前轮制动严重滞后，后轮抱死后，前轮才将开始制动。,102,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。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,4,.,制动过程分析,从图中看，同步附着系数是多少？,103,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,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。,104,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,前轮先抱死,前轮抱死时,前后轮同时抱死时,结论,105,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,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？,106,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,后轮先抱死,后轮抱死时,前后轮同时抱死时,结论,107,4,）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；,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,3,）制动过程分析得到的结论,108,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,五、利用附着系数与附着效率,1.,利用附着系数,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。,式中,F,X,bi,对应于制动强度,z,，汽车第,i,轴产生的地面制动力；,F,Z,i,制动强度为,z,时，地面对第,i,轴的法向反力；,第,i,轴对应于制动强度,z,的利用附着系数；,109,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,利用附着系数与制动强度的关系曲线,最理想的情况是,空载时总是前轮先抱死；,满载时,的路面上前轮先抱死。,110,1,），前轮先抱死,前轴利用附着系数,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,2.,利用附着系数的计算,111,2,），后轮先抱死,后轴利用附着系数,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,112,由 得,如果 ，后轮先抱死,计算,由 得,如果 ，前轮先抱死,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,3,）由利用附着系数计算车轮不抱死条件下的,113,没有,ABS,又不允许车轮抱死时的最短制动距离,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,4,）车轮不抱死条件下能达到的最大制动减速度,114,只能用后轮制动,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,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,115,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。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,3.,制动效率,E,116,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,六、对前、后制动器制动力分配的要求,1.ECE,制动法规,117,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,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。,118,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,119,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,120,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,121,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,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。,122,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,1.,汽车缓速器的制动力,123,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,发动机制动和排气制动时，制动力与车速的关系,124,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,2.,汽车缓速器对制动力分配的影响,T,缓速器的制动力矩。,125,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,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。,126,1.ABS,系统的组成,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,127,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,2.ABS,的液压原理,128,m,F,Z,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,3.ABS,单轮模型,129,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,为了分析方便，假设,1,）车轮抱死过程很快，忽略车速的降低。,2,）车轮的载荷是一个常数，,F,Z,=,mg,。,3,）附着力滑移曲线可以用两直线段来近似，即,130,4,）制动力矩是时间的线性函数。,设车轮制动器的制动效能为,K,ef,，制动轮缸的压力,=,p,0,t,，,p,0,液压增长斜率。,制动器的制动力矩,F,s,轮缸面积；,r,k,制动器摩擦力的等效作用半径。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,为了分析方便，假设,131,1,）当,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,4.,求解微分方程,132,解方程得,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,忽略过渡过程,133,2,）当,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,解方程得,134,路面,峰值附着系数,滑动附着系数,干沥青,0.9,0.78,309.1,1.019,462.2,23.16,湿沥青,0.6,0.5,213.5,1.529,364.3,22.64,雪路,0.2,0.15,103.7,4.244,239.7,21.75,冰路,0.1,0.07,86.1,6.048,212.4,21.68,/,ms,/,g,/,ms,/g,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,表,4-5,用,法解算的实例,135,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,136,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,137,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,5.,制动抱死过程,138,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,5.,制动抱死过程,139,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,5.,制动抱死过程,140,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,5.,制动抱死过程,141,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,5.,制动抱死过程,左侧轮滑动率,142,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,143,下一节,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,本节内容结束,144,第四章 汽车的制动性,第六节汽车制动性的试验,返回目录,145,一、高附着系数路面的制动试验,1.,基本条件,试验路段应为干净、平整、坡度不大于,1%,的硬路面。,路面附着系数不应小于,0.720.75,。,风速应小于,5m/s,，气温在,035,。,试验前汽车应充分预热，以,(0.80.9),u,amax,行驶,1h,以上。,2.,试验仪器,路面试验需要第五轮仪、减速度计和压力传感器。,第六节 汽车制动性的试验,146,3.,冷制动试验,制动器温度不能超过,100,。,汽车加速超过起始制动车速,35km/h,，摘挡滑行，待车速降至起始制动车速时，紧急制动直至停车。,如果汽车航向角变动大于,8,或超过试验路段宽度,3.5m,界限时，应重新调整被试汽车的制动系，再进行试验。,第六节 汽车制动性的试验,147,1,）加热制动器与测定制动性指标,令汽车加速到,0.8,u,amax,，以,3m/s,2,减速度制动到,0.4,u,amax,。,再加速，再制动，每次的时间间隔为,4060s,，共制动,1520,次。,加热前后及中间应进行数次制动性指标测定，以评价制动系统的热衰退性能。,4.,高温工况试验,2,）下长坡连续制动,令汽车由坡度为,6%10%,、长,710km,的坡道上以车速,30km/h,制动下坡，最后检查制动性指标。,第六节 汽车制动性的试验,148,5.,汽车转弯制动试验,制动的初始条件,：转弯半径为,40m,或,50m,，侧向加速度为（,50.5,）,m/s,2,，车速为,51km/h,或,57km/h,或转弯半径为,100m,，侧向加速度为（,40.4,）,m/s,2,，车速为,72km/h,。,保持转向盘转角不变动，关节气门，迅速踩制动踏板，离合器可脱开或不脱开，使汽车以不同的等减速度制动。,记录制动减速度、汽车横摆角速度、汽车航向角的变化量、制动时侧向路径偏离量等参数。,绘制最大横摆角速度、汽车航向角变动量、制动时侧向路径偏离量等参数与制动减速度的关系曲线。,第六节 汽车制动性的试验,149,第六节 汽车制动性的试验,150,试验时测量附着系数利用率。,附着系数利用率是防抱制动装置工作时的最大制动强度与附着系数的比值 。,附着系数利用率,应在,和 的两种路面上测量，且 。,同时还应保证在对接路面和对开路面上，以,50km,/h,起始制动车速制动，车轮不能抱死。,6.,采用防抱制动装置的轿车,第六节 汽车制动性的试验,151,7.,制动距离、制动减速度和车辆的侧向路经偏移量,1,）制动距离的测量,制动初速度在极限偏差为,3%,的范围内，制动距离按下式修正。,采用制动踏板开关和制动灯开关测量。,2,）制动减速度的测量,用减速度计或五轮仪的速度信号微分。,3,）侧向路径的偏移量,用皮尺测量汽车相对行驶航道的偏离；采用航向陀螺仪测量航向角。,第六节 汽车制动性的试验,152,二、制动性能的室内试验,第六节 汽车制动性的试验,153,下一章,第六节 汽车制动性的试验,本章内容结束,154,