41 汽车制动性能的评价指标.docx

4.1 汽车制动性能的评价指标

4.1.1 制动效能
制动效能是指汽车迅速降低行驶速度直至停车的能力，是制动性能最基本的评价指标。他是由制动力、制动减速度、制动距离和制动时间来评价的。
4.1.1.1 制动力
汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车在受一外力作用下迅速地降低车速至停车，这个外力称为汽车的制动力。
图4－1为汽车在良好的路面上制动时的车轮受力图，图中 为车轮制动器的摩擦力矩， 为汽车旋转质量的惯性力矩， 车轮的滚动阻力矩，F为车轴对车轮的推力，G为车轮的垂直载荷， 是地面对车轮的法向反作用力。
在制动工程中滚动阻力矩 ，惯性力矩 相对较小时可忽略不计。地面制动力 可写为：

图4－1 制动时车轮受力
式中：r――车轮半径。
地面制动力 是汽车制动时地面作用于车轮外力， 值取决于车轮的半径与制动器的摩擦力矩 ，但其极限值受到轮胎与地面间附着力 的限制。
在轮胎周缘克服车轮制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力 即

式中： ――车轮制动器（制动蹄与制动鼓相对滑转时）的摩擦力矩。
制动器制动力 取决于制动器结构、型式与尺寸大小，制动器摩擦副系数和车轮半径。一般情况下其数值与制动踏板成正比，即与制动系的液压或气压大小成线性关系。对于机构、尺寸一定的制动器而言，制动器动力主要取决于制动踏板与摩擦副的表面状况，如接触面积大小，表面有无油污等。
图4－2是在不考虑附着系数 变化的制动过程，地面制动力 及附着力 随制动系的压力（液压或气压）的变化关系。
车辆制动时，车轮有滚动或抱死滑移两种运动状态。当制动踏板力 ( )较小时，踏板力和制动摩擦力矩不大，地面与轮胎摩擦力即地面制动力 足以克服制动器摩擦力矩使车轮滚动。车轮滚动时的地面制动力等于制动器制动力（ ）时，且随踏板力 的增长成正比增长。

图4－2 地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系
但当制动踏板力 时地面制动力 等于附着力 时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象，显然，地面制动力 受轮胎与路面附着条件的限制，其最大值 不可超过附着力，即

当车轮抱死而拖滑后，随着制动踏板力继续增大（ ），制动器制动力 由于制动器摩擦力矩的增长而直线上升，当地面制动力 达到极限值 后不再增长。
因此，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。所以汽车制动时必须具有足够的制动器制动力（制动器摩擦力矩），同时路面又能提供高的附着力，才能获得足够的地面制动力。
由上述分析可知，制动器制动力是评价汽车制动性能的最本指标之一。通过对制动力的检测，不仅可以测得各车轮的制动力的大小，还可了解汽车前后轴制动力合理分配，以及各轴两侧轮制动力平衡状况。若同时测得制动协调时间便能全面的检验车辆的制动性能。
在试验台检验车轮制动时，与车辆行驶中情况类似，车轮也会出现两种运动状态，一种是，车轮转动状态，此时试验台将测得与制动踏板力相应的最大车轮制动力（等于制动器制动力）；另一种是车轮处于停转（试验台滚筒相对车轮轮胎滑转）状态，此时试验台测得的车轮制动力（相当于前述的地面制动力）将等于轮胎与试验台滚筒之间的附着力。往往小于车轮制动器制动力，而无法测得车轮制动器制动力的最大值。因为附着力大小和轮胎与滚筒之间的正压力及附着系数有关。
正压力与轴荷大小，以及车轮在试验台上与滚筒之间的安置角有关，在试验检测时该轴荷多半是车辆空载状态。为排除这种检测的不确切性，在GB7258－2003，《机动车运行安全技术条件》内规定可通过增加相应车轴上的附加质量和作用力来获得足够的附着力。
4.1.1.2 制动距离
制动距离与行车安全有直接关系，而且最直观。驾驶员可按预计停车地点的来控制制动强度，故政府职能部门通常按制动距离的要制定安全法规。
各国对制动距离的定义不一致，在我国安全法中，是指在指定的道路条件下，机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板（或手触动制动手柄）时起至车辆停止车辆驶过的距离（见GB7258-2003, 6.14.1.1）。制动距离与制动过程的地面制动力以及制动传动机构与制动器工作滞后时间有关，而地面制动力与检验时在制动踏板上的踏板力或制动系的压力（液压或气压）以及路面的附着条件有关，因此，测试制动距离时必须对制动踏板力或制动系的压力以及轮胎与地面的附着条件作出相应的规定。
4.1.1.3 制动减速度
制动减速度j与地面制动力 及车辆总质量有关，以下式表示：

式中：G――汽车总重力；
g――重力加速度；
――汽车旋转质量换算系数。
对某一具体车辆而言，制动减速度与地面制动力是等效的。因此也常用制动减速度作为评价制动效能的指标。制动减速度在一次制动过程中是变化的，如图所示。当车辆制动到全部车轮抱死滑移时，回转质量换算系数 等于1，而此时地面制动力 ，由此可得最大减速度：

通常，车辆检测时用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，在我国的安全法中则采取充分发出的平均减速度MFDD（Mean Fully Development Deceleration）
（m/s）
式中： ―― ，车辆速度，km/h；
―― ，车辆速度，km/h；
－－制动初速度；km/h
――在速度 和 之间车辆驶过的距离（m）；
――在速度 和 之间车辆事故的距离（m）。
充分发挥的平均减速度MFDD的表达式可通过舞体运动过程功能平衡的原理推导得到。当汽车由制动初速度 经制动到 的过程中，其动能变化为 ，应等于地面制动力对汽车做的阻力功 ，即：

图4－3 制动过程中制动减速度变化

式中：m――汽车的总质量；
j――制动过程的平均减速度。
上式可简化为：

同理，当车辆由制动初速度经制动减速达到 的过程，有计算式：

为简化起见假设制动过程中车辆的平均减速度是相同的，则上面两式可合并得：

式中： 、 的单位为km/h，若以基本单位进行运算则应乘系数1/3.6，将上式整理得：

当制动过程比较稳定，制动减速度比较稳定也可以认为充分发出的平均减速度是采样时段的平均减速度即为：

式中 为汽车速度由 降至 所用时间。
4.1.1.4 制动时间
制动过程所经历的时间即制动时间，很少作为单纯的评价指标。但是作为分析制动过程和评价制动效能又是不可缺少的参数。如对于同一型号的两辆汽车产生同样的制动力所经历的时间不同，在两辆汽车的制动距离就可能相差很大，对行驶安全将产生不同效果。因此通常把制动时间作为一辅助的评价指标。制动过程各阶段的时间分布大致如图所示。图中所示时间t1为驾驶员反应时间，从接受制动信号到脚踩到制动踏板为止，一般需要0.7s~1.0s。该时间车辆按原车速继续行驶；t2为制动器作用时间（又称制动协调时间）。一般为0.2s~0.7s主要取决于驾驶员踩制动踏板的速度和制动系的形式和结构，该期间制动减速度逐渐增大，直至达到最大制动减速度；t3为持续制动时间，该期间制动减速度基本不变；t4为制动释放时间，一般在0.2s~1.0s之间。
在我国安全法规中还采用制动协调时间评价制动效能（见GB7258－2003，6.14.1.2）。该法规中所提到的制动协调时间，是指在急踩制动时从踏板开始工作至车辆减速度（或制动力）达到表4-3中规定的车辆充分发出的平均减速度（或表4－1中所规定的制动力）75%时所需时间。
4.1.2 制动抗热衰退性
汽车制动抗热衰退性能是指汽车高速制动，短时间内重复制动或下长坡连续制动时制动效能的热稳定性。因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动器吸收转化为热能。制动过程中制动器温度不断升高，制动器摩擦系数下降制动器摩擦阻力矩减小，从而使制动能力降低，这种现象称热衰退现象。因此，可以用制动器处于热状态时能否保持有冷状态时的制动效能来评价汽车制动抗热衰退性能。制动抗热衰退性是衡量制动效能恒定性的一个指标。随着高速公路的发展和车速的提高，汽车制动性能的恒定性也愈来愈高。但由于测试方法复杂，在一般汽车综合检测中较难实施。对于在用汽车也无需检测制动抗热衰退性。
4.1.3 制动稳定性
制动稳定性是指制动时汽车的方向稳定性。通过制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价，即汽车制动时维持直线行驶或预定弯道行驶的能力。制动稳定性良好的汽车，在试验时不会产生不可控制的效能使汽车偏离一定的试验通道。我国安全法规中对制动稳定性有相应的规定（见GB7258―1997，6.14.1）。
汽车丧失制动稳定性表现为制动跑偏和车轴侧滑现象，特别是后轴侧滑，是造成交通事故的重要原因。
汽车跑偏是指汽车制动时不能按直线方向减速停车，而无法控制地向左和向右偏驶的现象。汽车制动时出现某一轴或两轴的车轮相对地面同时发生横行移到的现象称为制动侧滑现象。
产生制动跑偏的主要原因是汽车左右车轮制动时制动力增长快慢不一致或左右轮制动力不等，特别是转向轮左右车轮制动器制动力不相等。另外轮胎的机械特性、悬架系统的结构与刚度、前轮定位、道路状况、车辆轮荷分布状况等因素也会影响制动跑偏为了控制制动跑偏，在安全法规中对左右轮制动力的平衡有相应要求（见GB7258―1997，6.15.1.2）。
汽车在制动过程中，当车轮未抱死制动时，车辆具有承受一定侧向力的能力。汽车在一般横向干扰力的作用下不会发生制动侧滑现象。当车轮抱死制动时，车轮承受侧向力的能力几乎全部丧失，汽车在横向干扰力作用下极易发生侧滑。
制动时前后轮抱死的顺序取决于设计时制动力在各轴之间的合理分配，道路状况。为了改善制动稳定性，在有的汽车上装有制动力分配调节装置如限压阀、比例阀、感载阀等，目前以发展到采用计算机如控制的汽车防抱死装置。汽车制动跑偏与汽车制动时车轮侧滑也是有联系的。严重的跑偏常会引起后轮侧滑。
上述几方面的评价指标主要评价汽车制动时制动性能的好坏，然而一旦需要解除制动力时制动装置能否迅速、彻底、解除往往也会影响行车安全严重时也会造成交通事故。例如当车轮抱死制动而汽车又失去控制时，驾驶员通过放松制动踏板不能迅速解除制动，此时汽车将可能丧失制动稳定性。
在行车中，若踩下制动踏板后再抬起踏板而不能迅速解除制动，这种现象称为制动拖滞。除上例外，一般情况下这种现象不会立即引起行车事故，但如果不及时排除其故障，将会导致制动系统损坏，特别时引起制动系过热，制动蹄片烧蚀，降低车辆制动性能，增加车辆行驶阻力。因此车轮阻滞力也应列入汽车制动性能检测项目。但需要指出的是这里所检测的车轮阻滞力除包含制动系的因素外，还与车轮安装有关，如轴承安装紧度、车轴变形以及车轮与试验台滚筒之间的安置角等。