汽车理论 余志生第四章

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1、 第四章 汽车的制动性汽车的制动性: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。（还包 括对已停驶的汽车，特别是在坡道上已停 驶的汽车，可使其可靠地驻留原地不动的 驻车制动性能）第一节 汽车的制动性的评价指标汽车的制动性能主要由下列3方面来评价 ：（1） 制动效能 汽车在好路面上以一定初速开 始制动直到停车时的制动距离和制动减速度，是最基本 的评价指标。（2） 制动效能的恒定性 指制动器的抗热衰 退性能，即汽车在高速或下长坡连续制动时，制动器温 度升高后，与冷态时相比，其制动效能所能维持的程度 。（3） 制动时汽车的方向稳定性 制动时汽

2、 车按给定轨迹（直线或预定弯道）行驶，不发生跑偏、 侧滑以及失去转向能力的性能。第二节 制动时车轮的受力地面制动力: 汽车制动时受到与行 驶方向相反、由地面提供的外力，称为 地面制动力。地面制动力愈大，则汽车制动减速 度愈大，制动距离也愈短。 一、地面制动力忽略滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力偶矩。在良 好的硬路面上制动时汽车的受力如图。从力矩平衡得到Fxb=TpFxb r=T式中 T制动器摩擦力矩；Fxb地面制动力；Tp车轴对车轮的推力；Fz地面对车轮的法向反力；W车轮垂直载荷。地面制动力是使汽车制动而减 速行驶的外力，取决于两个摩擦副 的摩擦力：（1）制动器内制动摩擦片与制 动鼓或制动

3、盘间的摩擦力；（2）轮胎与地面间的摩擦力 附着力。 二、制动器制动力1. 制动器制动力 在轮胎周缘为了克服 制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力。它相当于把汽车架 离地面，并踩住制动踏 板，在轮胎周缘沿切线 方向推动车轮直至它能 转动所需的力。 2.制动器制动力由制动器结构参数所决定，并 与制动踏板力成正比。 三、地面制动力、制 动器制动力与附着力之间 的关系在制动时，分车轮的运动为滚动与抱死拖滑两 种状况进行分析：1.车轮滚动时地面制动力就等于制 动器制动力，且随踏板力 增长成正比地增长，但它的值不能超过附着力， 即2. 车轮抱死拖滑时地面制动力等于附着力。制动器制动力由于制动器摩擦力矩的

4、增长而仍按直线 关系继续上升。但是，若作用 在车轮上的法向载荷为常数， 地面制动力达到附着力后就不 再增加。结论：汽车的地面制动力首先取决于制动器制动 力，但同时又受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。四、硬路面上的附着系数1.汽车制动过程的三个 阶段第一阶段，车轮接近于 纯滚动 轮胎花纹在地面上留下的印 痕的形状与轮胎花纹基本上一 致，此时式中： uw车轮中心的速度；rr0没有车轮制动力时的车轮滚动半径； w车轮的角速度；第二阶段，车轮处于边滚 边滑状态 轮胎花纹的印痕可以辨别 出来，但逐渐模糊，轮胎不只

5、 是单纯的滚动，胎面与地面发 生一定程度的相对滑动，即地 面制动力已接近附着力，此时随着制动强度的增加， 滑动成分的比例越来越大。第三阶段，车轮 作完全的拖滑 车轮被制动器抱住， 看不出花纹的印痕，形 成一条粗黑的印痕，此 时2. 滑动率一般用滑动率s来说明制动过程中滑动成分的多少 。 滑动率定义为在纯滚动时，滑动率s0；在纯拖滑时，滑动率s100%；边滚边滑时，0s100%。滑动率越大，滑动成分越多。 （1）地面制动力与滑动率的关系1）制动力系数 地面制动力与垂直载荷之比。2）制动力系数曲线（ s） 制动力系数与滑动 率间的关系曲线。在不同滑动率时，制动 力系数不同。a.峰值附着系数 制动力

6、系数的最大值。一般出现在s1520%，此时地面制动力最大。b.滑动附着系数 s100%时的制动力系数。（2）侧向力与滑动率的关系 侧向力系数 轮胎侧向力与垂直载荷之比。实验表明，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。结论：制动时若能使滑动 率保持在较低值（15 20之间），便可获 得较大的制动力系数与 较高的侧向力系数。这 样，制动性能最好，侧 向稳定性也很好。ABS能实现这个要 求，能显著地改善汽车 在制动时的制动效能与 方向稳定性。（3）附着系数的数值主要取决于道路的材料、 路面的状况、轮胎的结构、胎面花纹、轮胎的材料和 行驶车速。 路面的

7、结构对排水能力有很大影响。 为了增大潮湿时的附着能力，路面的宏观 结构应具有一定的不平度而有自动排水的 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。增大轮胎与地面的接触面会提高附着 能力。因此，低气压、宽断面和子午线轮 胎的附着系数要较一般轮胎为高。（4）两种附着能力很小的情况 刚开始下雨和滑水现 象出现时。1）刚开始下雨，路面上只有少量雨水时此时，雨水与路面上的尘土、油污相混合，形成粘度 高的水液，滚动的轮胎无法排挤出胎面与路面间的水液膜 ；由于水液膜的润滑作用，附着性能将大为降低，平滑的 路面有时会同冰雪路面一样滑溜。2）滑水现象 在某一车速下，积

8、水中行驶的汽车，车 轮接地面下动水压力的升力等于垂直载荷时，轮胎将完全 漂浮在水膜上面而与路面毫不接触，这种现象叫做滑水现 象。动水压力 高速滚动的车轮迅速排挤水层，由于惯性 ，接触区的前部水中产生动压力，其值与车速的平方成正 比。滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力，影响汽车的 制动、转向等性能。授课章节：5.3汽车的制动效能及其恒定性 目的要求：掌握制动效能的评价指标；了解对制动距离 的分析；了解影响制动效能恒定性的因素。 重点难点：制动效能的评价指标 参考书目：余志生.汽车理论.P102-108第三节 汽车的制动效能及其恒定性评定制动效能的指标 制动距离s和制动减速 度ab。 一、制动距离

9、与制动减速度1. 制动距离制动距离 指的是汽车速度为u0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 。制动距离与汽车制动时的起始速度、制动踏板力 、制动器的热状况和路面状况有关。一般是在一定起始速度（空挡），制动器的温度为 100以下的冷试验条件下（路面平坦、良好干燥、清 洁）测得的。2. 制动减速度 是制动时车速对时间的导数。制动减速度是检验汽车制动效能的基本指标之一，其大 小直接影响制动距离的长短。如允许前后车轮同时抱死，则如装有理想的ABS系统，则（1）我国行业标准采用平均减速度来评价制 动效能，即 （2）ECER13和我国国标采用的是充分发出 的减速度评价制动效能

10、，即二、制动距离的分析 （设附着系数不变）1. 驾驶员反应时间 （0.31.0s） 从驾驶员 接到紧急停车信号到踩着踏板所经过的时间。= +式中： 接到紧急 停车信号后，意识到应进 行紧急制动所需时间；移动右脚，踩着踏板所 需时间。2. 制动器的作用时间 （0.20.9s） 从 驾驶员踩着踏板到制动减速度达到最大值所需时间 。= +式中： 驾驶员 踩着踏板到地面制动 力起作用所需时间（消 除制动器间隙）； 制动 器制动力增长过程 所需时间。3. 持续制动时间 制动减速度维持不变所 持续的时间。由e到f为持续制动时间，其减速度基本不变。4.放松制动器时间 （0.21.0s） 驾驶员 松开踏板到制

11、动力完全消除所需时间。5. 制动的全过程分四个阶段：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。6. 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s2和s3。结论：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（或最大 制动器制动力）以及起始制动车速。附着力（或 制动器制动力）越大、起始车速越低，制动距离 越短。 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。 放松制动器时间会影响随后起步行驶的时间。

12、另 外，因车轮抱死而使汽车失去控制，驾驶员采取措 施放松制动踏板时，又会使制动力不能完全释放。三、 制动效能的恒定性1. 制动器的热衰退 温度升高后，制动器摩擦系数 下降，摩擦力矩会显著减小，从而使制动效能显著下降 ，这种现象称为制动器的热衰退。2. 制动器的水衰退现象 制动器被水浸湿，制动效 能也会降低，这种现象称为水衰退现象。制动效能的恒定性主要指的是行车制动系统抗热衰 退的性能。3. 影响制动器抗热衰退性能的因素（1） 影响制动器抗热衰退性能的因素是：制动器 摩擦副材料以及制动器结构。热衰退是目前制动器不可避免的现象，只是程度上 有所差别。（2）常用制动效能因 数与摩擦因数的关系曲 线来

13、说明各种类型制动 器的效能及其稳定程度。4. 衡量制动器抗热 衰退性能的指标 用一 系列连续制动时制动效 能指标占冷制动时效能 的百分数来衡量。 授课章节：5.4 制动时汽车的方向稳定性5.5 前、后制动器制动力的比例关系 目的要求：掌握有关概念；掌握制动跑偏、制动侧滑、前轮失去转向能力的原 因和后果及三者之间的关系；熟练掌握制动过程可能出现的三种情况。 重点难点：有关概念；制动跑偏、后轮侧滑和前轮失去转向能力的原因及三者 之间的关系；制动过程可能出现的三种情况； 参考书目：余志生.汽车理论.P102-108第四节 制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性（automobile direc

14、tional stability during braking） 制动时汽车按给定轨迹行驶，不发 生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。一、制动跑偏 二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失一、制动跑偏 1.制动跑偏定义: 汽车制动时未按原定方向行驶，而是自 动向左或向右偏驶。2. 制动跑偏的主要原因:汽车左右车轮制动器制动力不相等和结 构问题。 （1）汽车左右车轮，特别是左右转向轮制动器 制动力不相等。是制造和调整误差造成的，向左或向右跑偏，要据具体 情况而定。对于具有正主销偏移距的汽车来说，向制动器制 动力大的一方跑偏。1）制动器制动力不相等度Fr 试验

15、证明：不相等度越大，制动跑偏越厉害；方向盘撒 手，制动跑偏越厉害；后轮制动抱死时，制动跑偏越厉害。2）航向角（偏航角） 制动时汽车纵轴线与原 定行驶方向的夹角。我国GB 72582004规定：前轴的不相等度不应大于20 ，后轴的不应大于24。（2）结构问题 制动时悬架导向杆系与转向系拉 杆在运动学上不协调。这是设计造成的，制动时汽车总是向一个方向跑偏。 二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失1. 制动侧滑 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。（1）制动侧滑危害: 在高速制动时的后轴侧滑，会使汽车发生不规则的急剧回转运动 而部分或完全失去控制（俗称甩尾）。 （2）制动侧滑原因: 由于车轮抱死后拖滑，无法抵抗侧向干扰力造成的。（3）制动跑偏和制动侧滑的联系: 严重的跑偏会引起后轴的侧滑，容易发生侧滑的汽车 也加剧跑偏。单纯制动跑偏时后轮沿前轮轨迹运动。制动跑偏引 起制动侧滑时前后轮的行驶轨迹不重合。2.前轮失去转向能力 定义：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；直线行驶制动时，虽然 转动方向盘，但汽车仍然按直线方向行驶的现象 。原因：前轮抱死时，不能产生地面侧向反作用力，汽车无 法按弯道行驶。3.制动时后轴侧滑与前轴转向能力丧失的关系（1）试验结果分析试验表