第四章 汽车的制动性能.ppt

1、第四章 汽车的制动性能,第四章 汽车的制动性,制动过程,第四章 汽车的制动性,汽车的制动性,短距离内停车,维持行驶方向的稳定性,下长坡,维持一定的车速,第四章 汽车的制动性,汽车的制动性,主要性能之一,交通安全,制动距离,制动稳定性,第一节 制动性的评价指标,制动性的 评价指标,制动时汽车的方向稳定性,制动效能的恒定性,制动效能,制动减速度,制动距离,抗热衰退性能,失去转向能力,侧滑,跑偏,水衰退性能,轿车制动规范,第二节 制动性时车轮的受力,汽车行驶,外力 （与行驶方向相反）,减速或停车,制动过程,地面,空气,地面 制动力,第二节 制动性时车轮的受力,制动时车轮的受力分析,第二节 制动性时车

2、轮的受力,地面制动力,制动时车轮的受力分析,制动摩擦片与制动盘 之间的摩擦力,轮胎与地面 之间的摩擦力,第二节 制动性时车轮的受力,制动器制动力,第二节 制动性时车轮的受力,制动器制动力,制动器制动力,克服制动器 摩擦力矩,第二节 制动性时车轮的受力,制动器 制动力,制动器的形式,结构尺寸,摩擦副的摩擦因数,车轮半径,制动踏板力,制动器的 结构参数,第二节 制动性时车轮的受力,制动器制动力和踏板力之间的关系,第二节 制动性时车轮的受力,地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系,地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时受到地面附着条件的限制，它们同时大才好。,第二节 制动性时车轮的受力,第二节

3、 制动性时车轮的受力,第二节 制动性时车轮的受力,滑动率,单纯的滚动,边滚边滑,抱死拖滑,第二节 制动性时车轮的受力,制动力系数,垂直载荷,地面制动力,制动力系数随滑移率变化,2、滑移率:,制动力系数 b ,s, b ,(OA段) 峰值附着系数p , (bmax) 滑动附着系数s , (s=100%),第二节 制动性时车轮的受力,制动力系数与滑移率的关系曲线,不受侧向力,第二节 制动性时车轮的受力,制动力系数与滑移率关系曲线分析,b随s增加而增加,OA段曲线,FXb也随 s在增加,出现滑移？,轮胎的滚动 半径增大,实际行驶中制动时，轮胎常常受到侧向力而侧偏或发生侧滑现象。,侧向力系数l 为侧向

4、力与垂直载荷之比。曲线表明，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。,第二节 制动性时车轮的受力,侧向力系数,垂直载荷,侧向力,第二节 制动性时车轮的受力,附着系数,道路的材料,路面的状况,轮胎的结构花纹材料,汽车的运动速度,第二节 制动性时车轮的受力,各种路面上的制动力系数与滑移率的关系曲线,车速对制动力系数与滑移率的关系曲线的影响,汽车行驶时附着能力很小的危险情况： （1）刚开始下雨，路面上只有少量雨水，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，附着性能大为降低，平滑的路面有时

5、会合冰雪路面一样滑溜；,（2）高速行驶的汽车经过有积水层的路面，出现滑水现象。,第二节 制动性时车轮的受力,滑水现象,滑水现象,轮胎无法排挤出 胎面与路面之间的水液膜,附着性能降低,发生滑水现象的车速的确定： 对于光滑胎面、细花纹胎面等胎面无排水沟槽的轮胎及一般花纹轮胎，当胎面水层深度超过沟槽深度时，可根据流体动力学的原理确定发生滑水现象的车速。 设动水压力升力Fh与轮胎接地面积A、水密度及车速ua的平方成正比，即,出现滑水现象时，动水压力的升力分量等于作用于轮胎的垂直载荷。因此，刚出现滑水的车速与平均接地压力的平方根成正比。据此，Horne等根据试验数据给出下式来估算滑水速度（km/h）。,

6、式中：pi为轮胎充气气压（kpa）,第二节 制动性时车轮的受力,滑水车速与轮胎气压的关系,第二节 制动性时车轮的受力,不同水层深度的附着系数,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,汽车的制动效能：汽车迅速降低车速直至停车的能力。,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动距离与制动减速度,汽车速度u,制动开始,停车,制动距离s,制动器的状态,制动力,路面附着条件,车辆的状态,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动减速度,地面制动力,制动器的制动力,附着力,地面制动力,制动减速度,附着系数b,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,平均减速度,我国行业标准,ECE R13,整个制动时间的2/3,制动压

7、力达到最大压力的75时刻,0.8u0,0.1u0,u0 ue的距离,u0 ub的距离,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动距离的分析,驾驶员接到 停车信号,意识到,踩制动踏板,1,1,地面制动力 起作用,2,蹄片与制动鼓 之间的间隙,制动器制动力 增加过程,松开踏板,持续制动过程,2,3,假定值不变,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动距离的分析,汽车的制动过程,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动过程,驾驶员行动反应,制动器作用,制动器持续制动,放松制动器,驾驶员反应时间 0.3 1.0 s,制动器作用时间 0.2 0.9 s,持续制动时间,放松制动器时间 0.2 1.0 s,第

8、三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动距离,制动器起作用下的距离s2,制动器持续作用下的距离s3,S2的计算（制动器起作用阶段）,制动器起作用阶段,制动减速度 线性增加,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,S2的计算（制动器起作用阶段）u0 ue,制动器起作用阶段,制动减速度 线性增加,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,S3的计算（制动器持续作用阶段）ue 0,制动器持续作用阶段,制动减速度 不变,单位换算后,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,汽车的制动距离,起始的制动速度,制动器的起作用时间,最大制动减速度,附着力,制动器的结构,踩踏板的速度,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,汽车的制

9、动距离,制动器 起作用时间,液压制动系,真空助力制动系,气压制动系,汽车列车制动系,= 0.1s,= 0.3 0.9s,= 2s,= 0.3 0.9s,= 0.4s,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,红旗CA770不同制动系性能比较,经验的制动距离公式,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动效能的恒定性,制动器的温度,冷制动,热衰退,100C,300C,摩擦力矩下降,制动效能的恒定性,抗热衰退性能,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,抗热衰退性能,连续制动15次 制动强度为3m/s2,制动效能不低于 制动强度为 5.8m/s2的60,国家行业标准 ZBT-24007-89,冷制动,摩擦副材

10、料,制动器结构,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,第三节 汽车的制动性效能及其恒定性,制动效能因数曲线,第四节 制动时汽车的方向稳定性,制动过程,制动跑偏,后轮侧滑,前轮失去转向能力,制动时的 方向稳定性,向左、向右 偏驶,一轴或两轴 横向移动,不能按照 给定方向行驶,制动时的方向稳定性：汽车在制东过程中维持直线行驶或按弯道行驶的能力。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,制动跑偏情况,第四节 制动时汽车的方向稳定性,汽车的制动跑偏,制动跑偏受力图,制动跑偏,左、右轮的制动器 制动力不相等,悬架导向杆系与 转向系拉杆干涉,制造原因,设计原因,左、右车轮制动力不

11、相等的程度对制动跑偏的影响： 试验方法：试验车的前轴左右车轮制动泵装有可以调节液压的限压阀，以产生不同的制动器制动力。后轴上也装有一个可调节的限压阀，以改变前、后轴制动力之比，使汽车在制动时产生后轴车轮抱死与不抱死两种工况。转向盘可以锁住。 左右车轮制动力之差用不相等度表示，即,我国GB7258-2004规定，前轴的不相等度不应大于20%，后轴的不应大于24%。 试验结果用车身横向位移和汽车的航向角来表示。 航向角：制动时汽车纵轴线与原定行驶方向的夹角。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,制动器制动力不相等,结论：制动跑偏随着不相等度的增加而增大,第四节 制动时汽车的方向稳定性,制动器制动力不相

12、等,结论：制动跑偏随着不相等度的增加而增大；当后轮抱死时，跑偏的程度加大。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,悬架导向杆与制动跑偏的关系,例：试制中的货车，在紧急制动时总是向右跑偏，在车速30Lnh时，最严重的跑偏距离为1.7m。 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。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失,后轴侧滑,汽车剧烈的 回转运动,汽车调头,后轴车轮抱死,前轴车轮不抱死,后轴侧滑,后轴车轮抱死,前轴车轮抱死,失去 转向能力,第四节 制动时汽车的方向稳定性,直线行驶制动试验,制动试验,一侧有2.5%横向坡度的路面,低的附着

13、系数（洒水）,制动器有调压装置,第四节 制动时汽车的方向稳定性,前轮无制动力而后轮有足够的制动力,曲线A，车速，侧滑程度更加剧烈。 车速48km/h，航向角达180。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,后轮无制动力而前轮有足够的制动力,曲线B,维持直线行驶，但汽车将失去转向能力。,第四节 制动时汽车的方向稳定性,前轮、后轮都有足够的制动力,前后车轮都有足够的制动力，但他们抱死拖滑的次序和时间间隔不同。 前轮先抱死拖滑或后轮先抱死，但间隔在0.5s以内，基本按直线行驶；后轮先抱死拖滑超过0.5s，发生严重的侧滑。,初速64.4km/h,第四节 制动时汽车的方向稳定性,起始车速和附着系数的影响,起始

14、车速超过48km/h，后轴侧滑成为危险的侧滑。,结论： 1、只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车基本按直线行 驶；汽车处于稳定状态，但丧失转向能力。 2、后轮提前一定时间先抱死拖滑，且车速超过某一数值，发生侧滑。路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。,汽车前轮抱死拖滑与后轮抱死拖滑的运动状况分析,制动时汽车方向稳定性要求： 1、不能发生后轮抱死的情况 2、尽量减少只有前轮抱死的情况 3、理想状况防抱死,第四节 制动时汽车的方向稳定性,前轴侧滑受力图,A,B,C,第四节 制动时汽车的方向稳定性,后轴侧滑受力图,A,B,C,结论： 从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先不能只出现只有后轴车

15、轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况，以防止危险的后轴侧滑； 其次，尽量少出现只有前轴车轮抱死或前、后车轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。 最理想的情况是防止任何车轮抱死，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。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,法向反作用力与附着系数的关系曲线,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,二、理想的前、后制动器制动力分配曲线,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制

16、动力的比例关系,I曲线是踏板力增长到前、后轮同时抱死拖滑时的前、后制动器制动力分配曲线。车轮同时抱死时， 所以I曲线也是车轮同时抱死时 和 的关系曲线。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,BJ1041货车的曲线,BJ1041货车的结构参数,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,四、前、后制动器制动力具有固定比值的汽车的制动过程分析,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,空载时总是后轮先抱死

17、。 满载或超载一般是前轮先抱死。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,f线组，r线组与I曲线,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,不同值路面上汽车制动过程的分析,已知同步附着系数0=0.39,线位于I曲线下方，制动时总是前轮先抱死,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,制动时，前、后轮同时抱死，减速度为0.39g。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,五、利用附着系数与制动效率,路面附着系数,结论：汽车以一定减速度制动时，除去制动强度

18、以外，不发生车轮抱死所要求的（最小）路面附着系数总大于其制动强度。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,（被）利用附着系数,制动强度z时,地面制动力,法向反作用力,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,利用附着系数与制动强度的关系曲线,理想情况是利用附着系数总是等于制动强度。图中对角线。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,前轴的利用附着系数的计算（前轴刚要抱死）,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,后轴的利用附着系数的计算（后轴刚要抱死）,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,Z=0.39，前、后轴利用附着系数均为0.39，即无任何车轮抱死所要求的（最小）地面附着系数（实际上为刚要抱死

19、）为0.39，即货车的同步附着系数。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,制动效率与附着系数曲线,当=0.6时，空载时后轴制动效率约等于0.67。 说明后轮不抱死时，汽车最多只利用可供制动时的附着力的67%，即其制动减速度不是0.6g，而是0.6g67%=0.402g。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,六、对前、后制动器制动力分配的要求,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,ECE R13制动法规,ECE制动法规,第五节 前、后制动器制

20、动力的比例关系,ECE的制动力分配曲线,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,具有变比值的前、后制动器制动力的分配特性,固定比值的前后 制动器制动力分配,曲线,I曲线,制动效率低,前轮可能抱死 丧失转向能力,后轮可能抱死 产生侧滑,制动力调节装置,载荷比例阀,比例阀,危险工况,变比值的前后 制动器制动力分配,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,具有不同制动力调节装置的制动力分配曲线,限压阀,图a是限压阀的制动力分配曲线，在其转折点后，由于后轮液压不变是一水平线，虽然分配线对空载基本是合适的，但仍有一小段是非稳定区，且满载时效率偏低。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,具有不同制动力调节装

21、置的制动力分配曲线,比例阀的制动力分配曲线，在其转折点以后是一条斜线，和空载I曲线的交点即同步附着系数超过了0.82 ，既消除了不稳定区又提高了制动效率；但是满载时转折点下移会增加和I曲线的距离，降低制动的效率。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,感载比例阀,具有不同制动力调节装置的制动力分配曲线,感载比例阀的制动力分配曲线，满载时转折点上移和满载的I曲线靠近，提高了制动效率。,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,具有不同制动力调节装置的制动力分配曲线,感载射线阀,第五节 前、后制动器制动力的比例关系,具有不同制动力调节装置的制动力分配曲线,减速度传感 比例阀,第五节 前、后制动器制动力

22、的比例关系,七、辅助制动器和发动机制动对制动力分配和制动效能的影响,汽车缓速器的类型和分类 1、按其扭矩的作用形式可分为 （1）一级缓速器（作用在变速箱前端的缓速器） 一级缓速器有发动机缓速器，包括通过对废气凸轮调节而使发动机变为空气压缩机JACOBS 缓速器和直接通过阀门对排气筒内废气封堵FOWA、OETIKER和SMITH缓速器。一级缓速器由于其制动功率较小，难以达到汽车制动法规的要求而只能和其他缓速器配合使用；并且由于发动机噪声、维修费用和变速箱换挡时离合器分离过程中缓速器功能失效问题，在最终用户特别是驾驶员那里都难以接受，使其发展受到限制。,（2）二级缓速器（作用在变速箱后端的缓速器）

23、 二级缓速器有直接装在变速箱上的电涡流缓速器和液力缓速器。 二级缓速器的功能不受变速箱换挡时离合器分离的影响，其可靠性较高。 电涡流缓速器由于其装配的灵活性不仅可以装在变速箱上，而且还可以装在传动轴或后桥上，即可以在汽车厂家标配也可以在出厂后加装。 液力缓速器一般是变速箱厂家随箱配置的一种缓速器，因此厂家在选择变速箱时已替最终用户把缓速器选择了。从形式上讲，液力缓速器也只能装在变速箱上，出厂加装也几乎没有可能。,1、汽车缓速器的制动力 图4-37b 几种液力缓速器的特性曲线。这几种液力缓速器在8002500rpm时有较高制动力矩。 缓速器的缓速能力分为几挡，如分为四级，即25%、50%、75%

24、和100%，以保证不同的减速要求。同时还有恒定控制功能。 没有装缓速器的汽车下坡时，变速器应挂上相应挡位，松开加速踏板，利用发动机制动或排气制动进行制动。,2、汽车缓速器对制动力分配的影响 假定： 在制动减速过程中，始终都有缓速器的制动力。 汽车装上缓速器后，前、后车轮制动器的制动力仍存在定比关系，但后轮的制动力还应该加上缓速器或发动机制动带来的制动力，即后轮的总制动力为,式中，T为缓速器的制动力矩；i0为主减速比；为传动效率；r为驱动轮半径。,解方程得到两根之和为 ，即两根之和为同步附着系数，且都小于原来不带缓速器时的同步附着系数。,第六节 制动防抱死装置(ABS),ABS的作用,缩短制动距

25、离,改善制动过程的方向稳定性,保持制动过程的操纵稳定性,减轻驾驶员的紧张程度,延长轮胎的使用寿命,ABS,提高操纵稳定性,防止侧滑,ASR/TCS,防滑控制系统,第六节 制动防抱死装置(ABS),第六节 制动防抱死装置(ABS),第六节 制动防抱死装置(ABS),第六节 制动防抱死装置(ABS),第六节 制动防抱死装置(ABS),第六节 制动防抱死装置(ABS),ABS的控制原理,m,ABS单轮模型,建立微分方程,第六节 制动防抱死装置(ABS),基本的假设,车轮的抱死过程很快，忽略其车速的降低,车轮的载荷不变,附着力滑移曲线可以简化成两条直线,制动力矩是时间的函数,第六节 制动防抱死装置(ABS),滑移率与附着系数的关系,ABS,稳定区域,不稳定区域,0=s=sp,sps=1,增压控制,减压控制,第六节 制动防抱死装置(ABS),防抱死控制基本控制策略,ABS控制策略,逻辑门限,滑模控制,模糊控制,最优控制,第六节 制动防抱死装置(ABS),逻辑门限值的控制策略,ABS逻辑门限值控制,选用的参数？,控制的参数,即将抱死，减压,抱死现象消失，增压,第六节