第六章汽车的制动性能

第六章汽车的制动性能同济大学汽车学院朱西产教授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。第六章汽车的制动性能制动性的评价指标包括：第一节制动性的评价指标第六章汽车的制动性能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；制动时的方向稳定性。路面条件载荷条件制动初速度1.制动效能制动效能即制动距离和制动减速度。制动距离制动距离主要与哪些因素有关？第一节制动性的评价指标思考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。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。第一节制动性的评价指标项目中国ZBT24007—1989欧洲共同体（EEC）71/320中国GB7258—2004美国联邦135试验路面干水泥路面附着良好≥0.7Skidno81载重满载一个驾驶员或满载任何载荷轻、满载制动初速度80km/h80km/h50km/h96.5km/h（60mile/h）制动时的稳定性不许偏出3.7m通道不抱死跑偏不许偏出2.5m通道不抱死偏出3.66m（12ft）制动距离或制动减速度≤50.7m≤50.7m，≥5.8m/s2≤20m≥5.9m/s2≤65.8m（216ft）踏板力≤500N490N≤500N66.7～667N(15～150lbf)表4-1乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求第一节制动性的评价指标车型制动距离/m捷达48.8别克GL845.8桑塔纳200045.0帕萨特43.9奥迪A61.8T42.3宝来1.8T40.0宝马745i37.1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表示。几种车型100km/h→0的制动距离第一节制动性的评价指标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。第六章汽车的制动性能第二节制动时车轮的受力auWpTrμTbXFZFμbXTFr制动力矩Tµ地面附着力bXFF由制动力矩所引起的、地面作用在车轮上的切向力。第二节制动时车轮的受力一、地面制动力bXFbXFrTFμμ二、制动器制动力Fμ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Fµ取决于制动器的类型、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。第二节制动时车轮的受力第二节制动时车轮的受力三、FXb、Fμ与的关系FFFXbmaxapF第二节制动时车轮的受力wr0wruwr0wruwr0wru0w车轮接近纯滚动车轮边滚边滑车轮抱死拖滑第二节制动时车轮的受力四、硬路面上的附着系数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.滑动率第二节制动时车轮的受力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。滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。wuδur0rO（速度瞬心）rwwurr0wδruδwr0wuurδw100%usuwr0ww100%uruw第二节制动时车轮的受力滑动率s的计算wwurr0wδruδwr0wuurδw100%usuwr0ww100%uru第二节制动时车轮的受力滑动率s的计算纯滚动时uδ=0，s=0；纯滑动时ωw=0，=uδ，s=100%；边滚边滑时0s100%。wu2.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。bZXFFbb峰值附着系数滑动附着系数s=15%～20%第二节制动时车轮的受力制动力系数随滑动率而变化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。ZYFFll第二节制动时车轮的受力侧向力系数也随滑动率而变化3.侧向力系数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：第二节制动时车轮的受力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。第二节制动时车轮的受力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。bl1.0l什么情况下汽车会受到侧向外力的作用？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？第二节制动时车轮的受力思考车身受到侧向风作用路面侧倾汽车转向行驶YFYF平地转向时，离心力Fl由地面侧向力FY平衡。第二节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。第二节制动时车轮的受力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。第六章汽车的制动性能第三节汽车的制动效能及其恒定性GFXbbbmaxbag汽车能达到的制动减速度ddGugt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、制动距离及制动减速度bmaxsag当前、后轮同时抱死时bmaxpag当汽车装有ABS时?maxba当汽车没有装ABS，又不允许车轮抱死时bmax?ag21d112ttttatta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amaxp22beebMFDD25.92uuss第三节汽车的制动效能及其恒定性ECER13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）。bueuesbubseu放大第三节汽车的制动效能及其恒定性二、制动距离分析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当时在时间内在时间内22bmaxak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s22当τ=0时，u=u022e0212uuk2021ddkus由于202us2021kuukudd3061kus当τ=0时，s=0代入时，将当''2maxb''ak22bmax20261aus222sss220202bmax216suuaddkud21d20kus2e02bmax212uukak822020322bmaxbmax2auaus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bmax2eaus23/bmaxaeu32sss242222bmaxbmax20022aauu2因很小，2422bmaxa故略去bmax20aa02292.2526.31auus第三节汽车的制动效能及其恒定性3.总制动距离1）制动器起作用的时间当ua0=110km/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轿车的制动距离性能指标制动系形式制动时间/s制动距离/m最大制动减速度/（m·s-2）真空助力制动系2.1212.257.25压缩空气—液压制动系1.458.257.65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2a022a0bmax13.6225.92usua第三节汽车的制动效能及其恒定性2a022a0bmax13.6225.92usua2a00a00451.00034.0uus2）起始车速ua0第三节汽车的制动效能及其恒定性2a022a0bmax13.6225.92usua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。bmaxabmaxa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51～56km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。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。汽车制动工况制动距离/m冷车空载37.8冷车满载39.0热车满载40.6第三节汽车的制动效能及其恒定性凯迪拉克GTS100km/h～0的制动距离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/℃保时捷911冷/热凌志SC430冷/热制动距离/m34.1/34.139.4/44.3abmax/(m·s-2)11.3/11.39.8/8.7前轮温度/˚C228/480180/685后轮温度/˚C214/278118/365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puefFFKFrTμr—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puF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