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第八章汽车的制动性能第一节汽车的制动力及分配第二节汽车制动性能的评价第三节提高制动性能的措施一、制动力的产生1。制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，称为制动器制动力，用(N)表示，显然式中，r为车轮半径，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，即取决于制动器形式、尺寸、摩擦系数、车轮半径。它是与制动系的油压或气压成正比的。2．地面制动力图8-1示出了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。第一节汽车的制动力及分配下一页返回Fxb为地面制动力，W为车轮垂直载荷，Fp为车轴对车轮的推力，FZ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。3。制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系制动器制动力、地面制动力及附着力三者的关系如图8-2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Fxb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。第一节汽车的制动力及分配上一页下一页返回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s表示，其表达式为式中，r0为自由滑动的车轮动态半径，m；为车轮中心的速度，m/S；为车轮的角速度，rad/s。不同滑动率时，附着系数是不一样的。图8-3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8-4和图8-5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。第一节汽车的制动力及分配上一页下一页返回二、制动力的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索当制动器制动力足够时，制动过程中可能出现以下三种情况：1)前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑2)后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑3)前、后轮同时抱死拖滑由以上分析可知，第一种情况是稳定工况，但在弯道上行驶时，汽车失去转向能力；第二种情况是不稳定工况，使后轴产生侧滑；第三种情况可以避免后轴侧滑，同时前转向轮只有在最大制动强度下，才使汽车丧失转向能力。所以，前、后制动器制动力分配的比例，将影响到汽车制动时的方向稳定性第一节汽车的制动力及分配上一页下一页返回1.制动时前、后轮的地面法向反作用力图8-6是汽车在水平路面制动时的受力情况分析。图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力，以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。对图8-6中后轮接地点取力矩，得式中，LZ1为地面对前轮的法向反作用力；L为汽车轴距；G为汽车总重；b为汽车重心至后轴线的距离；Fj为汽车的惯性力；hg为汽车重心高度。且故第一节汽车的制动力及分配上一页下一页返回式中，Fxb为地面总制动力；Fxb1为前轮地面制动力；Fxb2为后轮地面制动力；a为重心至前轴线的距离；Fz1为地面对前轮的法向反作用力；Fz2为地面对后轮的法向反作用力。在任意附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后车轮制动器制动力之和等于附着力，并且前、后车轮制动器制动力分别等于各自的附着力。2.附着系数的选择轿车的行驶车速较高，高速下后轴侧滑是十分危险的。因此一般采用较高的附着系数对货车而言，由于车速较低，制动时后轴侧滑的危险性较少，但在较滑的路面上制动时，汽车可能丧失转向能力。由于道路条件的改善和汽车行驶速度的提高，货车附着系数呈现提高的趋势。使用条件也影响附着系数的选择。在多雨的山区，坡路弯道多，下急弯坡制动时，如果汽车失去转向能力，将是十分危险的。因此，经常在山区使用的车辆，同步附着系数应取低值。第一节汽车的制动力及分配上一页下一页返回轻型越野汽车常选择较高的同步附着系数，即使在很低的附着系数路面上制动，也不会发生后轴侧滑。但是在多数路面上制动时，前轮先抱死可能失去转向能力。第一节汽车的制动力及分配上一页返回汽车的制动性能它主要用以下三方面指标来评价：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2)制动效能的恒定性。包括抵抗热衰退和水衰退的能力。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。一、制动效能及其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600℃～700℃，这使制动器的摩擦力矩明显下降，汽车的制动效能会明显降低，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，制动效能较冷制动时下降的程度来表示。制动器的热衰退和制动器摩擦副材料以及制动器结构有关。第二节汽车制动性能的评价下一页返回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。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为0.3～0.4。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形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Kef是单位制动泵推力Fp所产生的制动器摩擦力，即图8-7是具有典型尺寸的各种形式制动器制动效能因数与摩擦系数的关系曲线。第二节汽车制动性能的评价上一页下一页返回由图8-7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牛热量。伸制动器讯谏干燥。制动她能恢复正常第二节汽车制动性能的评价上一页下一页返回二、制动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8-8所示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。第二节汽车制动性能的评价上一页下一页返回此时，侧向附着系数为零，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。在紧急制动过程中，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。下面以汽车前轮抱死拖滑和后轮抱死拖滑两种运动情况进行分析。图8-9(a)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uA与汽车纵轴线的夹角为α，后轴的前进速度uB。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的运动，其瞬时回转中心为速度uA、uB。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Fj显然，Fj的方向与前轴侧滑的方向相反，就是说Fj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第二节汽车制动性能的评价上一页下一页返回图8-9(b)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，uB与汽车纵轴线夹角为α，uA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Fj，此时却与后轴侧滑方向一致惯性力Fj，加剧后轴侧滑；后轴侧滑又加剧惯性力Fj，汽车将急剧转动·因此后轴侧滑是一种不稳定状态。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，这是涉及总制动器制动力在前后轴间的分配的一个问题第二节汽车制动性能的评价上一页返回一、制动力的调节汽车制动时，为了防止后轮抱死而发生危险的侧滑，在汽车制动系中装有各种压力调节装置，以改变后轮制动油压，从而控制后轮制动器制动力，实现制动的平顺性和稳定性。常用的压力调节装置有限压阀、比例阀、载荷控制比例阀、载荷控制限压阀等组成二、车轮的防抱死控制系统前轮在制动过程中出现抱死，从而使汽车失去转向能力。为提高汽车抗侧滑的方向稳定性，轿车和部分客车采用了制动防抱系统(ABS)制动防抱系统(ABS)由三部分组成：传感器、电子控制单元和制动压力调节器。图8-10为某防抱制动系统的简图汽车制动时，制动主缸中的调压活塞被一个较大的弹簧力推至左端，活塞顶端有一推杆顶开单向阀，使制动主缸与制动轮缸之间的管路接通。此时系统处于常规制动状态，主缸直接控制制动器制动压力的增减。制动过程中，控制器不断分析传感器测出的车轮运动参数第三节提高制动性能的措施下一页返回在汽车制动过程中，若ECU判断出车轮即将出现抱死时，立即给制动压力调节器发出减低分泵油压信号，以减少制动器制动力。由控制器发出的电脉冲信号，使电磁线圈产生吸力，电磁阀内的柱塞移到右边，蓄能器中储存的高压液体，通过管路作用在调压活塞的左侧，产生一个与弹簧力方向相反的作用力，使调压活塞右移，单向阀关闭，主缸和轮缸间通路被切断。因调压活塞右移而使轮缸侧容积增加，制动压力减小。制动解除后，车轮转速增加，控制器又下令再制动，柱塞回到最左端位置，作用在调压活塞左侧的高压被解除，调压活塞左移，调压活塞左侧制动液进入储液器，同时制动主缸和制动轮缸的管路相通。轮缸侧容积增加量在此期间减小，制动压力增加至初始值，重新制动。这种压力升降循环的频率应早够高。以话应路面不断的心化。每秒可抹10~12次。第三节提高制动性能的措施上一页返回图8-1返回图8-2返回图8-3返回图8-4返回图8-5返回图8-6返回图8-7返回图8-8返回图8-9返回图8-10返回返回返回返回返回