汽车理论4制动性

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1、汽车理论汽车理论 4 4 制动性制动性第 4 章 汽车的制动性学习目标通过本章的学习，要求掌握制动性的评价指标；掌握制动时汽车的受力情况以及地面制动力、制动器制动力与地面附着力之间的关系；掌握汽车制动距离的概念和计算方法；能对制动跑偏和制动侧滑进行正确的受力分析和运动分析；熟练分析前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上的制动过程；了解自动防抱死系统的原理。为了保障汽车行驶安全和使汽车的动力性得以发挥，汽车必须具有良好的制动性。对于行车制动而言，汽车的制动性能是指汽车行驶时，能在短距离内停车且维持行驶方向稳定，在下长坡时能维持较低车速的能力。汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接

2、关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。4.1 节 制动性的评价指标制动性主要用以下三方面指标来评价：4.1.1 制动效能。包括制动减速度、制动距离、制动时间及制动力等。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肩速度。它是制动性能最基本的评价指标。4.1.2 制动效能的恒定性。包括抗热衰退和水衰退的能力。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。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，

3、所以制动器温度升高后，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。此外，涉水行驶后，制动器还存在水衰退问题。4.1.3 制动时的方向稳定性。指制动时汽车按照驾驶员给定方向行驶的能力，即是否会发生制动跑偏、侧滑和失去转向能力等。制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动器发生跑片、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。4.2 节 制动时车轮受力4.2.1 制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩 (N?m)所需的力，称为制动器制动力，用 (N)表示，显然式中 车轮半径(m)。由此可知，制动器制动力是由制动系的设计参数所决定的。即取决于制

4、动器型式、尺寸、摩擦系数、车轮半径。它与制动系的油压或气压成正比。4.2.2 地面制动力图 4.1 车轮在制动时的受力情况图 4.1 为在良好的硬路面上制动时，车轮的受力情况。图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力矩均忽略不计。 为地面制动力， 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。从力矩平衡得地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但是，地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力；一个是制动器摩擦副间的摩擦力；另一个是轮胎与地面间的附着力。4.2.3 制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系图 4.2 制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力的关系制动器制动力、地

5、面制动力及附着力三者的关系如图 4.2 所示。由图可见，制动器制动力可以随制动系油压的增大而增大，而地面制动力 在达到附着力 的值后，就不再增加了。此时若想提高地面制动力，以使汽车具有更大的制动效能、只有提高附着系数。由此可见，汽车的地面制动力，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，只有汽车具有足够的制动器制动力，同时，地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。4.2.4 附着系数 与滑动率 的关系前面曾假设附着系数在制动过程中是常数。但实际上，附着系数与车轮的运动状态，即滑动程度有关。滑动所占的比例为滑移率，用符号 表示，其表达式为式中 自由滑动的车轮动态半

6、径(m)；车轮中心的速度(m/s)车轮的角速度(rad/s)。不同滑动率时，附着系数是不一样的。图 4.3 为试验所得的车轮附着系数曲线，即 - 曲线。图上除了纵向附着系数曲线外，还给出了侧向附着系数曲线。侧向附着系数是研究制动时侧向稳定性有关的参数。图 4.3 曲线图 4.4 各种路面上的 曲线图 4.5 车速对附着系数曲线的影响图 4.4 和图 4.5 分别表示了不同路面上和不同行驶车速时滑动率与附着系数的关系。4.3 节 汽车的制动效能及其恒定性4.3.1 制动过程分析及制动距离图 4.6 示出一次制动过程分成的几个阶段：图 4.6 制动过程示意图（1）驾驶员反应时间 ：指从驾驶员识别障

7、碍，到把脚力 加到制动踏板上所经历的时间。其中包括驾驶员发现、识别障碍并作出决定；把脚从加速踏板换到制动踏板上；消除制动踏板的间隙等所需要的时间(图 4.6a)。这段时间一般为 0.31.0s。（2）踏板力增长时间 。包括脚力 由零上升到最大值所需要的时间(图 4.6a)。（3）协调时间 。从施加踏板力到产生制动力，从而产生负加速度 的时间。其中包括消除各铰链和轴承问间隙的时间，以及制动摩擦片完全贴靠在制动鼓或制动盘上需要的时间(图 4.6b)。（4）负加速度增长时间 。在此期间，负加速度增加到它的最大值。(图 4.6b)。（5）持续制动时间 。脚力假定是一常数，负加速度 ( 0)也不变(图

8、4.6b)。如果忽略驱动部件的制动作用，则在 + 时间里，车速将等于初速度 不变。如图 4.6c 所示，这段时间内，车辆行驶的距离相对来说较长 (图 4.6d)。对给出的负加速度瞬态过程进行积分，即得速度和距离的瞬态过程(图 4.6c 和 d)。由图 4.6d 可见，制动距离由下列部分组成：（1） 时间内驶过的距离 。(4.1)（2） 时间内驶过的距离 。 时间内，汽车做的是变减速度运动，任一时刻减速度为速度为( 从图 4.6 中“1”点开始计)速度为(4.2)所以 (4.3)（3） 时间内驶过的距离 。这段时间里汽车做的是匀减速运动,而 (图 4.6c)是这段时间始端速度，也就是前一段时间的

9、末端速度，由式(4.2)得(4.4)由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)，得制动距离为一般情况下， 较小，故可略去其平方项 ，若车速以单位 km/h 表示，时间以单位 s 表示，则制动距离 (m)为(4.5)4.3.2 制动效能的恒定性前述制动效能指标，是在冷制动下，即制动器温度在 100以下讨论的。汽车下长坡制动及汽车高速制动的情况下，制动器的工作温度常在 300以上，有时竟高达 600700。这使制动器的摩擦力矩显著下降，汽车的制动效能会显著降低，这种现象称为制动效能的热衰退现象。抵抗热衰退的能力，常用一系列连续制动后，制动效能与冷制动时相比较下降的程度来表示。制动器的热衰退和制动器摩

10、擦副材料以及制动器结构有关。一般制动器是以铸铁作制动鼓，石棉摩擦材料作摩擦片组成的。在制动鼓的合金成分、金相组织、硬度、工艺等要求合格的条件下，摩擦片对摩擦性能起决定作用。在一般情况下制动时，石棉摩擦片与制动鼓的摩擦系数约为 0.30.4。此时摩擦系数是稳定的。在连续强 烈制动及高速制动的情况下，摩擦片温度过高，其内含的有机物发生分解，产生了一些气体和液体。它们在两接触面间形成有润滑作用的薄膜，使摩擦系数下降，而出现了热衰退现象。制动器的结构型式对抗热衰退的能力有较大的影响。常用制动器效能因数与摩擦系数的关系曲线来说明各种制动器的效能及其稳定程度。制动器效能因数 是单位制动泵推力 所产生的制动

11、器摩擦力 ，即 。图 4.7 是具有典型尺寸的各种型式制动器制动效能因数与摩擦系数的关系曲线。由图可知；双向自动增力蹄及双增力蹄式制动器，由于结构上的几何力学关系产生增力作用，具有较大的制动效能因数。摩擦系数变大时，制动效能按非线性关系迅速增加。故摩擦系数的微小变化，能引起制动效能的大幅度改变，即制动器工作的稳定性差。双减力蹄式制动器因为有减力作用，制动效能因数低，但制动效能因数随摩擦系数变化而改变的量很小，即稳定性较好。增减力蹄式介于两者之间。这里特别要指出的是盘式制动器。盘式制动器的制动效能没有鼓式的大，但其稳定性最好。高强度制动时摩擦系数虽因热衰退而有所下降，但对制动效能的影响却不大。图

12、 4.7 制动效能因数曲线1双向自动增力蹄制动器 2双增力蹄制动器3增、减力蹄制动器 4双减力蹄制动器5盘式制动器汽车涉水后，由于制动器被水浸湿，制动效能也会降低，这种现象称为制动效能的水衰退现象。为缓解这种现象，汽车涉水后，应踩几脚制动踏板，使制动蹄与制动鼓间因摩擦而产生的热量，使制动器迅速干燥，使制动效能恢复正常。4.4 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、侧滑，使汽车失去控制而离开规定行驶方向。汽车在制动过程中维持直线行驶能力，或按预定弯道行驶的能力，称为制动时汽车的方向稳定性。4.4.1 制动跑偏制动时原期望汽车按直线方向减速停车，但有时汽车却自动向左或向右偏驶，这

13、种现象称为“制动跑偏” 。跑偏现象多数是由于技术状况不正常造成的，经过维修调整是可以消除的。产生制动跑偏的主要原因是在制动过程中，左、右轮地面制动力增大的快慢不一致，左、右轮地面制动力不等。特别是前轴左、右轮制动力不等，是产生制动跑偏的主要原因，如图 4.8 所示。图 4.8 制动跑偏时受力图4.4.2 制动侧滑侧滑是指汽车制动时，某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况是在高速制动时，后轴发生侧滑，这时汽车常发生不规则的急剧回转运动，使之部分地或完全失去操纵。侧滑产生的原因，是在制动过程中，地面制动力达到附着极限后，继续增加制动力，车轮将处于抱死拖滑状态，此时，侧向附着系数为

14、零，即该轮抵抗侧向干扰的能力为零，这时，即使车轮受到任何一点侧向力，都会引起沿侧向力方向的滑动。紧急制动过程中，常出现一根轴的侧滑。实践证明，后轴侧滑具有很大的危险性，可以使汽车掉头；前轴侧滑对汽车行驶方向改变不大，但是已不能用转向盘来控制汽车的行驶方向。下面从受力情况分析汽车前轮抱死拖滑和后轮抱死拖滑两种运动情况。图 4.9 汽车侧滑时的运动状况a)前轴侧滑 b)后轴侧滑图 4.9a 是前轮抱死拖滑而后轮滚动，并设转向盘固定不动。前轴如受侧向力作用将发生侧滑，因此前轴中点 A 的前进速度 ，与汽车纵轴线的夹角为 ，后轴的前进速度 ，因后轴未发生侧滑而仍沿汽车纵轴线方向。此时汽车将发生类似转弯

15、的运动，其瞬时回转中心为速度 、 两垂线的交点 O，汽车做圆周运动时，产生了作用于重心C 的惯性力 。显然， 的方向与前轴侧滑的方向相反，就是 能起减少或阻止前轴侧滑的作用，因此汽车处于一种稳定状态。图 4.9b 是前轴滚动、后轴制动到抱死拖滑，如有侧向力作用，后轴将发生侧滑， 与汽车纵轴线夹角为 ， 的方向仍按汽车纵轴线方向。此时汽车也发生回转运动，作用于重心 C 的圆周运动惯性力开，此时却与后轴侧滑方向一致。惯性力巧加剧后轴侧滑；后轴侧滑又加剧惯性力开，汽车将急剧转动。因此后轴侧滑是一种不稳定状态。4.4.3 转向能力的丧失转向能力的丧失是指弯道制动时，汽车不再按原来的弯道行驶而是沿弯道切

16、线方向驶出，以及直线行驶时转动方向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。转向能力的丧失和后轴侧滑也是有联系的，一般汽车后轴不会侧滑，前轮就可能丧失转向能力；后轴侧滑，前轮常仍保持转向能力。只有前轮报死和前轮先报死时，因侧向力系数为零，不能产生任何地面侧向反作用力，汽车才丧失转向能力。因此，从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先不能出现只有后轴车轮报死或后轴车轮比前轴车轮先报死的情况，以防止危险的后轴侧滑。其次，尽量少出现只有前轴车轮报死或前、后车轮都报死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是防止任何车轮报死，前、后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。如何更有效地利用汽车前后轴制动器制动力，即提高汽车制动系的制动效率，以及如何保证汽车制动时有较好的方向稳定性，这是涉及到总制动器制动力在前后轴间的分配的一个问题。4.5 节 制动力分配一般汽车根据前后制动器制动力分配的比例、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