汽车制动性_汽车理论_西南大学_冀杰

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1、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。 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,第四章. 汽车的制动性,制动性的评价指标包括：,第一节 制动性的评价指标,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，抗热衰退性能；,制动时的方向稳定性，跑偏、侧滑、失去转向能力。,4.1 制动性的评价指标,路面条件,载荷条件,制动初速度,1.制动效能(基本评价指标),制动效能: 在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车 的制动距

2、离和制动时的汽车制动减速度。,制动距离,制动距离主要与哪些因素有关？,思考,4.1 制动性的评价指标,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和水衰退问题。 汽车高速行驶或长下坡连续制动时制动效能保持的程度,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。,4.1 制动性的评价指标,表4-1 乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求,4.1 制动性的评价指标,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

3、表示。,几种车型100km/h 0的制动距离,4.1 制动性的评价指标,下一节,本节内容结束,第一节 制动性的评价指标,4.1 制动性的评价指标,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。,第二节 制动时车轮的受力,返回目录,4.2 制动时车轮的受力,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。,一、地面制动力,4.2 制动时车轮的受力,良好路面制动时的受力情况,忽略滚动阻力偶矩和惯性力 和惯性力偶,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

4、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。,4.2 制动时车轮的受力,4.2 制动时车轮的受力,三、 FXb、F与 的关系,FXb=F,F,4.2 制动时车轮的受力,只考虑滚动和抱死拖滑两种状况,地面制动力取决于 前期：制动器制动力 后期：地面附着条件 两者兼备！,车轮接近纯滚动,车轮边滚边滑,车轮抱死拖滑,四、硬路面上的附着系数,4.2 制动时车轮的受力,车轮渐变制动三个阶段,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,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。,

5、滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。,4.2 制动时车轮的受力,滑动率s的计算,4.2 制动时车轮的受力,纯滚动时 u= 0，s = 0； 纯滑动时 w=0， =u，s =100%； 边滚边滑时 0 s 100%。,2.制动力系数 与滑动率s,制动力系数：地面制动力与作用在车轮上的垂直载荷的比值。,峰值附着系数,滑动附着系数,s =15%20%,制动力系数随滑动率而变化,4.2 制动时车轮的受力,峰值和滑动附着系数在干燥路面上差距不大，而在湿路面上较大,附着系数与轮胎变形之间的关系,侧向力系数：地面作用于车轮的侧向力与车轮垂直载荷之比。,侧向力系数也随滑动率而变化 滑动率越低，同一

6、侧偏角下侧向力系数越大。,3.侧向力系数,4.2 制动时车轮的受力,1）制动力系数大，地面制动力大，制动距离短； 2）侧向力系数大，地面可作用于车轮的侧向力大，方向稳定性好； 3）减轻轮胎磨损。,ABS（防抱死制动系统）将制动时的滑动率控制在15%20%之间，有如下优点：,4.2 制动时车轮的受力,如果汽车直线行驶，在侧向外力作用下，容易发生侧滑； 如果汽车转向行驶，地面提供的侧向力不能满足转向的需要，将会失去转向能力。,由 、 与 s 之间的关系可知，当滑动率 s=100% 时， ，即地面能产生的侧向力FY很小。,4.2 制动时车轮的受力,4.2 制动时车轮的受力,什么情况下汽车会受到侧向外

7、力的作用？,为什么弯道要有一定的侧倾角？ 向内倾还是向外倾？ 倾角的大小依什么而定？,思考,车身受到侧向风作用 路面侧倾 汽车转向行驶,4.2 制动时车轮的受力,平地转向时，离心力Fl由地面侧向力FY平衡。,4.2 制动时车轮的受力,当汽车在倾斜弯道转向时，离心力Fl可由重力的分力平衡。,弯道内倾，可以减小所需的地面侧向力；倾角依道路转弯半径和设计车速而定。,4.2 制动时车轮的受力,环形跑道（视频）,（注意观察弯道的倾斜情况）,4.2 制动时车轮的受力,表4-2 各种路面的平均附着系数,（1）路面,4.影响制动力系数的因素,4.2 制动时车轮的受力,（1）路面,4.影响制动力系数的因素,4.

8、2 制动时车轮的受力,各种路面上的附着系数,（2）车速,4.2 制动时车轮的受力,车速对货车轮胎附着系数的影响,4.2 制动时车轮的受力,附着系数具有分散性,子午线轮胎接地面积大、单位压力小、滑移小、胎面不易损耗，制动力系数较高。 轿车普遍采用宽断面、低气压、子午线轮胎。,（3）轮胎结构,4.2 制动时车轮的受力,（4）胎面花纹,4.2 制动时车轮的受力,沥青路面上的轮胎附着系数变化比较大 而在石英岩路面上不同胎面的差别较小 胎面花纹深度减小，附着系数显著下降。 低气压、宽断面和子午线轮胎的附着系数一般较高,（4）胎面花纹,4.2 制动时车轮的受力,为了增加潮湿时的附着能力， 路面的宏观结构应

9、具有一定的不平度且有自动排水的能力； 路面的微观结构应是粗糙且有一定的尖锐棱角，以穿透水膜，让路面与胎面直接接触。,在某一车速下，在胎面下的动水压力的升力等于垂直载荷时，轮胎完全漂浮在水膜上面而与路面毫不接触。,动水压力的升力；水密度；A轮胎接地面积。,滑水现象,4.2 制动时车轮的受力,什么时候最危险？ 刚开始下雨和下大雨时,4.2 制动时车轮的受力,滑水车速与路面结构、水层厚度、水液粘度和密度、轮胎充气压力、垂直载荷、花纹形式及轮胎磨损程度有关。,uh滑水车速；,pi轮胎气压。,4.2 制动时车轮的受力,车速为100km/h 水膜厚度为10mm 滑动附着系数接近于零，发生滑水现象。,下一节

10、,第二节 制动时车轮的受力,本节内容结束,4.2 制动时车轮的受力,本节主要介绍汽车制动距离的计算方法，分析影响制动效能及其恒定性的因素。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,返回目录,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,汽车能达到的制动减速度,本章假设FW=0、Ff=0，即不计空气阻力和滚动阻力对汽车制动减速的作用。,制动时总的地面制动力,一、制动距离及制动减速度,当前、后轮同时抱死时,当汽车装有ABS时,当汽车没有装ABS，又不允许车轮抱死时,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,中国行业标准采用平均减速度的概念,t1制动压力达到75%最大压力 的时刻； t2到停车时总时间的2/3的时刻。,4.3

11、 汽车的制动效能及其恒定性,ECE R13和GB7258采用的是充分发出的平均减速度（m/s2）, 0.8u0 的车速（km/h）； u0 起始制动车速（km/h）； 0.1u0 的车速（km/h）； u0 到 车辆经过的距离（m）； u0 到 车辆经过的距离（m）。,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,放大,二、制动距离分析,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,制动距离： 汽车速度为u0时，从驾驶员开始操纵制动控制装置(制动踏板)，到汽车完全停止位置所行使过的距离。,汽车的制动距离是指制动器起作用和持续制动两个阶段汽车驶过的距离。,制动器起作用时间,驾驶员反应时间,持续制动时间,放松制动器时间,

12、4.3 汽车的制动效能及其恒定性,当 时,在 时间内,在 时间内,式中,1.制动器起作用阶段汽车驶过的距离s2,当=0时，u=u0,由于,当=0 时，s=0,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,持续制动阶段汽车以 作匀减速运动，其初速度为 ，末速度为零。,2.持续制动阶段汽车驶过的距离s3,将 代入,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,3.总制动距离,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,单位转换,1）制动器起作用的时间,当 ua0=110 km/h时，1s时间汽车行驶的距离 s=30m； 如果消除制动器间隙的时间减少0.2s，制动距离可缩短6m。,表4-3 装用不同助力制动系时CA770轿车的制动距

13、离,4.影响制动距离s的因素,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,2）起始车速ua0,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,汽车制动初始速度与制动距离之间的关系,制动效能的恒定性主要指抗热衰退性能。(不可避免，程度不同。300以上，600700之间) 制动器温度上升后，制动器产生的摩擦力矩常会有显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。 山区行驶的货车(辅助制动器)和高速行驶的轿车，对抗热衰退性能有更高的要求。 其它衰退现象？,三、制动效能的恒定性,3）最大制动减速度, 主要与路面附着系数有关。,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,八达岭高速公路是北京通往大西北的一条重要交通干道。1998年该公路建成开通

14、，至2003年5月底，已经发生一般性交通事故458起，造成236人受伤、94人死亡。特别是在高速路进京方向5156km路段内就造成50人受伤、36人死亡。这段5km长的道路和道路右侧葬送了众多生命的深渊，被驾驶员称为“死亡谷”。 进京56.7 53km路段是事故的生成段，53 50km路段是事故的发生段。虽然这6km路段整体上基本满足了设计要求，但在事故生成段，却存在严重的设计缺陷。一是第3号坡段坡度为3.99%，设计要求坡长应小于700m，实际坡长却为1400m，超过设计坡长的一倍；二是第四、五、六路段坡度均超过4%，按照设计要求，连续下坡的坡段坡度超过4%时，坡长不得超过1500m，而实际

15、坡长为1600m，超过设计规范要求。这意味着这段路长距离连续下坡，汽车制动能力承受不了，最后失灵发生事故。另外，来自外地的超载车辆日益增多也是事故生成的隐性原因。,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,2004 年10月14日，一辆载着20多t汽油的东风油罐车行驶到有“死亡谷”之称的八达岭高速进京方向51km处，由于制动失灵撞向专为制动失灵而设计的紧急避险区，整个驾驶室及罐体前部悬在空中，驾驶室内5人半空迅速逃生。,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,凯迪拉克GTS 100km/h0的制动距离,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,制动抗热衰退性能： 一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。(P101),抗热衰退性能主要与制动器摩擦副材料及制动器结构有关。,制动鼓和制动盘用铸铁。 摩擦片用无石棉或半金属材料。 制动液汽化，完全失效。,1）摩擦副材料,温度/,温度/,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,这里“热”是指以100km/h的初速度连续制动10次，第10次的状态为“热”；数据表明：特殊的摩擦副材料使保时捷车温升较少，热衰退现象不明显；还应注意两种车前轮的温升都大于后轮。,保时捷911使用了特殊的陶瓷制动盘,4.3 汽车的制动效能及其恒定性,4.3 汽车的制动效