汽车理论第四章 汽车的制动性（4.34.4）.ppt

1、1/10,4.3 汽车制动效能及其恒定性,汽车制动效能，是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。汽车制动效能的评价指标是制动距离S（单位m）和制动减速度 （单位m/s2）。 1. 制动距离 制动距离S，是指汽车以给定的初速u0，从踩到制动踏板至汽车停住所行驶的距离。制动距离与踏板力（或者制动系管路压力）以及地面的附着情况有关，也与制动器的热工况有关。 制动减速度是地面制动力的反映，而与地面制动力与制动器制动力有关。,2/10,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,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,一、制动距离及制动

2、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,3/10,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。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,4/10,第三节 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）。,5/10,放大,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,二、制动距离分析,

3、6/10,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,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,7/10,2 、制动距离分析,8/10,9/10,当 时,在 时间内,在 时间内,式中,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,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=0,10/10,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。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,2.持续制动阶段汽车驶过的距离s3,将 代入,11/10,12/10,制动距离计算公式,13/10,决定汽车制

4、动距离的主要因素是： 制动器起作用时间； 最大制动减速度(即地面制动力的制约因素：附着力或最大制动器制动力) 制动的起始车速。 制动距离一般不是算出，而是实测出来的，制动距离公式从本质上反应了S和其影响因素的关系，有理论分析价值。,14/10,1）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轿车的制动距离,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,4.影响制动距离s的因素,15/10,制动系作用时间对制动距离影响,制动系作用时间是影响制动距离的重要因素！,1

5、6/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,2）起始车速ua0,17/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,制动效能的恒定性即抗热衰退性能。 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。 山区行驶的货车和高速行驶的轿车，对抗热衰退性能有更高的要求。,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。,18/10,以上的讨论仅限于在冷制动情况(制动器起始温度在100以下)的制动效能。 汽车在繁重的工作条件下制动时，汽车制动器由于频繁使用，蹄和鼓之间摩擦很历害，制动器热量散不出，那么很快温度上升，制动器摩擦力矩下降，出现了热衰退现象。 此时

6、制动器温度常在300以上，尤其是矿用上，重车下长坡，连续制动，有时高达600-700。高速制动时，制动器温度也会很快升高。,19/10,为此我们将制动分为： 冷制动：制动器制动鼓起始温，温度在100以下，一般车辆人出的指标指的是冷状况下的测试结果。 热制动：即热状况下的制动，即抗热衰退性能，一般在300左右。 制动器温度升高后，摩擦力矩将显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。 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。制动效能的恒定性主要指的是抗热衰退性能。,20/10,评价方法,要求汽车以规定车速连续制动15次，制动强度为3m/s2,最后不低于冷试验效能的60 （5.8m/s2)

7、 。 我们用抗热衰退率来评价，以t表示:,21/10,第三节 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，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7

8、00m，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。,22/10,第三节 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。,23/10

9、,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,凯迪拉克GTS 100km/h0的制动距离,24/10,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。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,1）摩擦副材料,温度/,温度/,25/10,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；还应注意到两种车前轮的温升都大于后轮。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,保时捷911使用了特殊的陶瓷制动盘,26/10,（2）制动器结构型式： 制动器的抗热衰退性能不仅受摩擦材料

10、摩擦系数下降的影响，而且与制动器的结构型式有密切关系。 1)结构设计的合理性： 如齐齐哈尔汽车厂QQ56122自卸汽车，制动时温度上升很快且爆胎，当制动鼓直径由440改为420时，增大了间隙，增大了散热，改进了爆胎问题。 所以，结构影响很大。,27/10,r制动鼓半径。,制动效能因数Kef：单位制动轮缸推力 所产生的制动摩擦力F。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,2）制动器结构形式,28/10,温度 升高,摩擦因 数下降,摩擦力明显下降,盘式制动器 Kef有所下降,摩擦力有所下降,增力式制动器恒定性差，盘式制动器恒定性好。 轿车制动系统的配置通常是前通风盘、后盘式。,第三节 汽车的制动效能及

11、其恒定性,鼓式制动器 Kef明显下降,思考,为什么增力式制动器的恒定性差？,29/10,这里要特别强调的是盘式制动器，其制动效能没有鼓式制动器大(一般盘式别动器常加装真空助力器以增大制动效能)，但其稳定性好。高强度制动时，摩擦材料的摩擦因数虽有下降，但对制动效能影响不大。 盘式制动器和鼓式制动器相比，反应时间短且不会因为热膨胀而增加制动间隙。 盘式制动器已普遍用做轿车的前制动器，用做轿车后制动器的也不少；目前各种吨位的货车，包括长途运输的重型货车、牵引车采用盘式制动器的也日益增多。盘式制动器越来越广泛地用于高速轿车、重型矿用车。,30/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,很多轿车的前后轮都

12、采用盘式制动器,31/10,保时捷911 GT2制动系统 前轮制动器：六活塞卡钳、钻孔内通风制动盘、直径350mm、厚34mm。 后轮制动器：四活塞卡钳、钻孔内通风制动盘、直径350mm，厚28mm。,凌志SC430制动系统 前轮制动器：单活塞浮式卡钳、内通风制动盘、直径96mm、厚28mm。 后轮制动器：单活塞浮式卡钳、实心制动盘、直径88mm、厚10mm。,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,32/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,注意观察前后制动块有何不同，为什么？,思考,33/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,通风盘式制动器,34/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,钻孔

13、通风盘式制动器,35/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,法拉利跑车采用的特殊材料的钻孔通风盘,36/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,布加迪跑车制动冷却空气流动示意图,37/10,第三节 汽车的制动效能及其恒定性,布加迪跑车制动冷却空气流动示意图,38/10,当汽车涉水后，因水进入制动器，短时间内制动效能的降低，称为水衰退现象。,39/10,40/9,4.4 汽车制动时的方向稳定性,汽车试验时常规定一定宽度的试验通道(如15倍车宽或37m)，制动时方向稳定性合格的车辆，在试验过程中不允许产生不可控制的效应使其离开该通道。 制动跑偏、侧滑与前轮失去转向能力是造成交通事故的重要原因。,

14、41/9,汽车试验时常规定一定宽度的试验通道(如15倍车宽或37m)，制动时方向稳定性合格的车辆，在试验过程中不允许产生不可控制的效应使其离开该通道。 制动跑偏、侧滑与前轮失去转向能力是造成交通事故的重要原因。,42/9,43/9,跑偏与侧滑是有联系的，严重的跑偏有时会引起后轴侧滑，易于发生侧滑的，严重的侧滑 也有加剧跑偏的趋势。 失去转向能力和后轴侧滑也是有联系的，一般汽车如后轴不会侧滑，前轮就可能失去转向能力；后轴侧滑，前轮仍有转向能力。,44/9,因制造或调整误差造成汽车左、右车轮，特别是左、右转向轮制动器制动力不等。 因结构原因使制动时悬架导向杆系与转向杆系在运动学上的不协调或干涉。,

15、1 汽车制动跑偏,第一个原因是制造、调整误差造成的，汽车究竟向左或向右跑偏，要根据具体情况而定； 第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左(或向右)一方向跑偏。,45/9,Fx1l Fx1r,产生、； Fx1l Fx1r，会产生绕主销左传的力矩，消除转向系各处的间隙及零部件的弹性变形，产生向左转动的角度而使汽车有轻微的转弯行驶，即发生跑偏。 同时由于主销有后倾，也使FY1对转向轮产生同一方向的侧偏力矩，增大了向左转动的角度。,左、右转向轮制动器制动力不等,46/9,FX1lFX1r 使前轮偏转、汽车跑偏,FX1形成 转向力矩,FY1,FY2,地面侧向 力形成的 反力矩,FY1将使前轮绕主销偏

16、转，加剧跑偏,第四节 制动时汽车的方向稳定性,FX1对主销的力矩会使前轮发生偏转,47/9,左右车轮制动器制动力之差用不相等度表示： 试验的结果用车身横向位移(cm)和汽车的航向角（）来表示。航向角为制动时汽车纵轴线与原定行驶方向的夹角； 试验结果由图可见。,48/9,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,49/9,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,50/9,试验结果分析： （1）在方向盘撒手的情况下，跑偏远比方向盘固定加剧， 原因是：锁住方向盘，车轮附着转角受到限制，只取决于系统间隙和弹性变形

17、（2）后轴抱死同不抱死相比，在相同的不相等度下，跑偏加剧； （3）随着时间的延长，跑偏加剧； 总的来看，制动跑偏取决于： 不相等度，方向盘是否固定，后轴是否抱死,51/9,2.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,52/9,53/9,原因：转向节上节臂处的球头销离前轴中心线太高，且悬架钢板弹簧的刚度又太小；,54/9,55/9,3.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

18、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,56/9,（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,57/9,（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,58/9,（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,59/9,制动时发生侧滑，尤其是后轴侧滑，会引起汽车急剧的回转运动，严重时可使汽车调头。,后轮抱死,前轮抱死,若前、后轴同时抱死，或者前轴先抱死而后轴抱死或不抱死，则能防止汽车后

19、轴侧滑，但是汽车丧失转向能力。,实验和理论分析结果： 制动时若后轴比前轴先抱死拖滑，就可能发生后轴侧滑。,2 后轴侧滑和前轴转向能力的丧失,60/9,前轮无制动力，后轮有足够的制动力：随ua的提高侧滑趋势增加， ua45km/h，回转180； 后轮无制动力，前轮有足够的制动力：即使速度达到ua65km/h，回转角只有10。汽车保持直线行驶状态； 前、后轮都有足够的制动力，但先后次序和时间间隔不同：若ua64.5km/h，后轮比前轮先抱死或后轮比前轮先抱死，但时间间隔小于0.5s，则汽车基本保持直线行驶；若时间间隔大于0.5s，则后轴发生严重的侧滑。 起始车速和附着系数的影响： ua48.2m/h,即使后轮抱死比前轮早0.5s，汽车纵轴也仅转动25，而ua72.3km/h,则发生剧烈侧滑。,61/9,制动过程中，若只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车基本沿直线向前行驶，汽车行驶处于稳定状态，但是汽车丧失转向能力。 若后轮比前轮先抱死一定时间，且车速超过某一数值，只要汽车受到轻微的侧向力，就会发生侧滑。制动距离越长，后轴侧滑越剧烈。,结论,62/9,FXb1,FXb1,前轮抱死时，Fj的方向与前轴侧滑的方向相反，Fj能阻止或减小前轴侧滑，汽车处于稳定状态。,uA,A,B,FY2,uB,O,C,Fj（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