汽車的制動性課件

1、第五章 汽車的制動性定義：汽車的制動性是指強制汽車在短距離內(nèi)減速、停車、控制下坡速度且維持行駛方向的穩(wěn)定性和保證汽車較長時間停放在斜坡上的能力。 汽車制動性是汽車的重要使用性能之一。它屬于 汽 車主動安全的范疇。行車制動俗稱腳制動或腳剎車。駐車制動俗稱手剎車或手制動。第一節(jié) 制動性的評價指標 三個評價指標制動效能（含制動距離和制動減速度）；制動效能的恒定性（抗衰退性能）；制動時汽車方向穩(wěn)定性（包括抗跑偏、抗側(cè)滑和保持轉(zhuǎn)向能力的性能）。制動效能 指汽車在良好路面上以一定初速度制動到停車所駛過的距離、制動時汽車的減速度或制動力的大小 機動車類型制動初速度（km/h）制動距離（m）充分發(fā)出的平均減速

2、度（m/s2）允許操縱力不應(yīng)大于（N）手操縱腳操縱乘用車5038.02.9400500客車3018.02.5600700其它汽車（三輪汽車除外）3020.02.26007002 制動效能的恒定性抗熱衰退性能：汽車在高速行駛或下長坡道時制動性能的保持程度?？顾ネ诵阅埽菏侵钙嚿嫠髮χ苿有阅艿谋３帜芰χ苿有芙档偷某潭扔脽崴ネ寺时硎荆罕硎?汽車制動時的方向穩(wěn)定性制動時汽車按給定路徑行駛的能力。 制動時發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時，則汽車將偏離給定的行駛路徑。這時，汽車的制動方向穩(wěn)定性能不佳。轎車制動規(guī)范第二節(jié) 制動時車輪的受力 本節(jié)將取一個車輪為隔離體，分析該車輪在制動時的受力狀況，以說明影

3、響汽車地面制動力的因素，進而尋找提高地面制動力的方法。二 地面制動力一 制動器制動力制動時車輪受力條件 三、地面制動力、制動器制動力 與附著力的關(guān)系汽車 的制動時，輪胎留在地面上的印痕從車輪滾動到滑動是一個漸變的過程。第一階段：單純滾動，印痕的形狀基本與輪胎胎面花紋相一致。第二階段：邊滾邊滑可辨別輪胎花紋的印痕，但花紋逐漸模糊，輪胎胎面相對地面發(fā)生一定的相對滑動，隨著滑動成分的增加，花紋越來越模糊。第三階段：拖滑車輪抱死拖滑，粗黑印痕，看不出花紋。四 制動過程中車輪的運動狀態(tài) 與附著系數(shù)的關(guān)系不同滑動率輪胎印跡變化規(guī)律各種路面平均附著系數(shù)路面pS柏油或砼（干）0.80.90.75柏油（濕）0.

4、50.70.450.60砼（濕）0.80.7礫石0.60.55土路（干）0.680.65土路（濕）0.550.40.5雪（壓實）0.20.15冰0.10.07滑動率s:車輪運動中從滾動至滑動過程滑動成分所占的比例路面有積水層時輪胎接地面中的三個區(qū)域第三節(jié) 汽車的制動效能及其恒定性 制動效能：指汽車迅速降低車速直至停車的能力。汽車制動效能的恒定性是指制動效能保持的程度，通常稱為抗熱衰退性，用抗熱衰退度表示，即aL冷態(tài)汽車制動減速度；aR冷態(tài)汽車制動減速度。 一 制動減速度與地面制動力 在不同路面上，地面制動力為 FXb=bG 故汽車能達到的制動減速度amax（m/s2） amax=bg 若允許前

5、、后輪同時抱死，則 amax=sg 在評價汽車制動性能時，我國行業(yè)標準采 用平均減速度的概念，即t1：為制動壓力達到75%Pmax的時刻；t2 ：為到停車時總時間2/3的時刻。若裝有理想的自動防抱裝置的汽車，則 ： amax=pg若允許前、后輪同時抱死，則 amax=sg二.制動距離發(fā)現(xiàn)情況丟油門，換制動踏板開始動作制動增長持續(xù)制動解除制動1.駕駛員反應(yīng)時間1 (0.31.0s)（反應(yīng)、爆發(fā)力）因年齡、性別、情緒而不同。制動初速度（km/h）3672108180安全跟車距離（m）7.51522.537.52.制動器的作用時間2 (0.20.9s)3.持續(xù)制動時間34.解除制動時間4 (0.21

6、.0s)取決于：踩踏板的速度 制動系結(jié)構(gòu)形式 從制動的全過程來看，包括：駕駛員看到信號作出反應(yīng)、制動器起作用、持續(xù)制動和放松制動器四個階段。 制動距離是開始踩著制動踏板到完全停車的距離。影響制動距離的主要因數(shù)： 制動器作用時間2、制動強度、初始車速汽車總的制動距離為：略去最后一項小量，車速單位為km/h某轎車的制動距離隨不同制動初速度的變化關(guān)系 熱衰退現(xiàn)象：制動器溫度上升后，制動器摩擦力矩顯著下降的現(xiàn)象。 抗熱衰退性能：用一系列連續(xù)制動后，制動效能的保持程度來衡量。三.制動效能的恒定性抗熱衰退性能與制動器摩擦副材料及制動器結(jié)構(gòu)有關(guān)提高熱衰退性的途徑： 采用耐熱的粘合劑，如環(huán)氧樹脂等改性的酚醛樹

7、脂。有時還用無機粘合劑； 減少有機成分的含量，增加金屬添加劑的成分； 使摩擦片具有一定的氣孔； 多數(shù)樹脂模制摩擦片，經(jīng)初期衰退后便不再衰退，因此可在使用前先進行表面處理，使其產(chǎn)生表面熱穩(wěn)定層來緩和衰退。1摩擦副的材料及摩擦系數(shù)2制動器的結(jié)構(gòu)型式 制動器的抗熱衰退性能不僅受摩擦材料摩擦系數(shù)下降的影響，而且同制動器的結(jié)構(gòu)形式有密切關(guān)系 制動器效能因數(shù)是指單位制動泵推力 所產(chǎn)生的制動器摩擦力F 型式 制動效能 穩(wěn)定性 雙從蹄式 差 好 領(lǐng)從蹄式 稍好 一般 雙領(lǐng)蹄式 好 差雙向自增力式 最好 最差 盤式 差 好定義：制動時的方向穩(wěn)定性是制動過程 中維持直線或按預(yù)定彎道行駛的能力。不正?，F(xiàn)象: 制動跑

8、偏 側(cè)滑 失去轉(zhuǎn)向能力第四節(jié) 制動時的方向穩(wěn)定性1.現(xiàn)象：制動時，車輪發(fā)生自動偏轉(zhuǎn)，使汽車偏離預(yù)定方向。一、汽車的制動跑偏2.原因：（1）左、右轉(zhuǎn)向輪制動器制動力不相等；（2）懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系運動不協(xié)調(diào)。假設(shè)：車速小，跑偏不嚴重，無側(cè)滑，且方向盤不動。忽略：圓周運動的離心力、繞質(zhì)心的慣性力偶矩。 此時車輪未抱死，地面制動力不相等。（1）左右轉(zhuǎn)向輪制動器制動力不相等對整車：力不相等，旋轉(zhuǎn)趨勢假設(shè) F1LF 1R 相應(yīng) Fx1LF x1R 逆時針旋轉(zhuǎn)趨勢同時，地面會產(chǎn)生阻礙旋轉(zhuǎn)的力偶Fx1L繞主銷的力矩Fx1R的力矩此外，若左右主銷內(nèi)傾角不等，即使地面制動力相等，也可能向主銷內(nèi)傾角小的一邊跑偏

9、。 由于制造、調(diào)整誤差造成，表現(xiàn)出隨機性。b.主銷后傾（使FY1產(chǎn)生同向偏轉(zhuǎn)力矩，增大轉(zhuǎn)角） 盡管方向盤未動：a.轉(zhuǎn)向系間隙及彈性（左偏駛）航向角：制動時汽車的縱軸線與原定行駛方向的夾角 后輪未抱死試驗：左、右前輪制動力不等時對制動跑偏影響后輪未抱死撒手未撒手結(jié)論：制動跑偏隨著左右車輪制動力不相等度F r的增加而增大；當后輪抱死時，跑偏程度更大。后輪抱死 如EQ140在試制中向右跑偏： （2）懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系運動不協(xié)調(diào) 緊急制動時，前板簧發(fā)生變形，前軸向前轉(zhuǎn)了一個角度。 轉(zhuǎn)向節(jié)上的球頭銷本應(yīng)做相應(yīng)移動，但球頭銷又在直拉桿上，僅能克服轉(zhuǎn)向拉桿間隙和產(chǎn)生微小彈性變形，不能移動，致使轉(zhuǎn)向節(jié)臂繞主

10、銷右偏，轉(zhuǎn)向輪向右偏轉(zhuǎn)。 設(shè)計原因所致改進方法：1.增加懸架剛度 ；2.使球頭銷下移1.現(xiàn)象 制動時，車輪無偏轉(zhuǎn)，但汽車的一根或兩根車軸橫向滑出預(yù)定方向。2.原因 車輪抱死拖滑(s=100%)時，側(cè)向力系數(shù)l 0，汽車失去抗橫向干擾的能力，產(chǎn)生側(cè)滑。二、制動時后軸側(cè)滑與前軸轉(zhuǎn)向能力的喪失試驗結(jié)論：前軸側(cè)滑 側(cè)滑不嚴重，但前輪失去轉(zhuǎn)向能力后軸側(cè)滑 隨車速增加，側(cè)滑程度更劇烈；高速尤甚整車側(cè)滑 較少見，同時達到s，制動力大，車很快停下3.制動時的方向穩(wěn)定性試驗a.前輪比后輪先抱死拖滑或后輪比前輪先抱死且時間間隔在0.5s內(nèi)，汽車基本按直線行駛；b.后輪比前輪先抱死，時間超過0.5s，后軸必定發(fā)生側(cè)

11、滑。c.附著系數(shù)小，側(cè)滑嚴重。4.前輪抱死、后輪抱死兩工況的受力情況 離心力Fj的方向與側(cè)滑方向相反，會抑制滑動。1.前輪抱死，后輪滾動 因此前輪側(cè)滑是一種穩(wěn)定工況。但喪失了轉(zhuǎn)向能力。ABuaubOFj 慣性力Fj的方向與側(cè)滑方向一致，會加劇后軸側(cè)滑。后軸側(cè)滑又加劇慣性力Fj ，汽車將急劇轉(zhuǎn)動。2.后輪抱死，前輪滾動 因此后軸側(cè)滑是一種危險工況。ABubOFjua最理想的情況： 前、后軸車輪都處于滾動狀態(tài)而不出現(xiàn)抱死情況，以確保制動時的方向穩(wěn)定性。結(jié)論： 為了保證汽車制動時的方向穩(wěn)定性，首先不允許出現(xiàn)只有后軸車輪抱死或后軸車輪比前軸車輪先抱死的情況，以防止出現(xiàn)危險的后軸側(cè)滑；其次，盡量少出現(xiàn)只

12、有前軸車輪抱死或前、后軸車輪都抱死的情況，以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力。第五節(jié) 前、后制動器制動力的比例關(guān)系制動器的制動力足夠時，可能出現(xiàn)：1.前輪先抱死，然后后輪抱死；2.后輪先抱死，然后前輪抱死；3.前、后輪同時抱死拖滑?！袄硐搿?一.制動時地面對前、后車輪的法向反作用力1).忽略Tf、Fw及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩2).忽略車輪邊滾邊滑過程，附著系數(shù)取定值。前半部分為靜載，后半部分為動載。制動時，前軸載荷增加，后軸載荷減少。轉(zhuǎn)移量與du/dt的值有關(guān)。du/dt ，轉(zhuǎn)移量。轉(zhuǎn)移量很大，不能忽略。若前后輪同時抱死，或分別先后抱死，則：前后輪均抱死時，轉(zhuǎn)移量隨 值而不同，取決于 值。式（5-6） 隨著制

13、動強度的增加，前軸的負荷增加，后軸的負荷減少。 地面附著力變化后，前、后制動器制動力的分配比例應(yīng)隨之變化F2FXbFPF1F2FF1FXb2FXb1二、理想的前后制動器制動力分配曲線定義：當前后輪同時抱死時，前后制動器制動力的分配關(guān)系。 在任一路面，前后輪同時抱死的條件為： 前、后車輪制動器制動力之和等于附著力； 前、后車輪制動器制動力分別等于各自的附著力?；騀1F2I曲線F1、F2的關(guān)系曲線理想的前、后輪制動器制動力分配曲線。也稱為I曲線。3).對同一值，對應(yīng)的兩條曲線就有一個交點，將各下的交點連成曲線，即為F1與F2的關(guān)系曲線I曲線。I曲線作法：1).由F1+F2 =G，令 =0.1，0.

14、2，0.3，可得到一組與坐標軸成45的平行線。2).F1/F2=(b+hg)/(a- hg)，令 =0.1，0.2，0.3， ，則可得到一組過原點的射線。F21.0=0.1=0.1 0.20.50.71.0 0.6F1I曲線1). F1 、F2的關(guān)系中含有參數(shù)G、a、b、hg等，它們因車而異，I曲線也因車而異，同一車輛空、滿載時I曲線也不同；2).由于前后輪同時抱死時，F(xiàn) =Fxb=F，I曲線也是理想的Fxb1、Fxb2關(guān)系曲線?？蛰d注意：三、具有固定比值的前后制動器制動力與同步附著系數(shù)1.實際制動器制動力分配曲線 多數(shù)兩軸汽車的前后制動器制動力之比為常數(shù)。 這時的F1 、F2關(guān)系曲線，稱為

15、線。 制動器制動力分配系數(shù)：線與I線的交點處滿足： Fxb1= F1，F(xiàn)xb2= F2 即前后輪同時抱死,交點處的附著系數(shù)稱為同步附著系數(shù) 0 。2.同步附著系數(shù)0 的含義：對于制動器制動力分配系數(shù)為的汽車，只有在附著系數(shù)為同步附著系數(shù)的路面上制動時，才能使前后軸上的車輪同時抱死； 0 是由汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的、反映汽車制動性能的一個參數(shù)；在汽車設(shè)計、改裝時，常先選定0值，由（*）式計算出要求的制動力分配系數(shù) ，然后用F2 /F1=(1- )/ 式求得前后制動力的分配關(guān)系，作為設(shè)計制動器的依據(jù)之一。問題？ 具有固定的前后制動器制動力比例的汽車, 在什么情況下會產(chǎn)生前輪先抱死？什么情況下會產(chǎn)生后

16、輪先抱死？在B點F1與F2比例合適(因為B點在I曲線上），前后輪同時抱死；在A點相對于F1，F(xiàn)2過大（A點在I曲線之上），后輪先抱死；在 C點相對于F2， F1過大（C點在I曲線之下），前輪先抱死。ABCF1 F2四、前后制動器制動力為固定比值的汽車在各種路面上制動過程的分析 f 線組簡稱前輪打滑線。是前輪抱死，后輪沒抱死時，在各種值路面上的前、后地面制動力關(guān)系曲線。1.f 線組和r 線組 r線組簡稱后輪打滑線。是后輪抱死，前輪沒抱死時，在各種值路面上的前、后地面制動力關(guān)系曲線。f線組：當前輪抱死時制動時總制動力:FXb1FXb2f 線組r 線組：當后輪抱死時FXb1FXb2f 線組Ir 線組

17、2). 當f線與I曲線相交，后輪抱死，I曲線以上的f線無意義。3). 當r線與I曲線相交，前輪抱死，I曲線以下的r線無意義。1).對于不同路面的f線與r線交點連線為I曲線。2.汽車在不同值路面上的制動過程結(jié)論：假定某貨車的0 =0.39；、I、f、r線組如圖所示A點以前：a.在 =0.30的路面上制動制動器制動力沿線上升， Fxb1=F1 ，F(xiàn)xb2=F2；A點： =0.3的f線與線相交，前輪 將抱死；制動強度約為0.27。A點以后：F1、F2沿線上升，F(xiàn)xb1、Fxb2沿=0.3的f線上升，至A點，前后輪同時抱死，制動強度為0.3g。 在 0的路面上, 線與f線組先相交, 前輪先抱死；或當線

18、在I線的下方時，前輪先抱死。 =0.7IFxb1,F1Fxb2,F2Fxb2,F2 =0.3AAAIFxb1,F1b.在 =0.7 0的路面上制動B點以前：制動器制動力沿線上升， Fxb1=F1 ，F(xiàn)xb2=F2；B點： =0.7的r線與線相 交，后輪將抱死；制 強度約為0.6。B點以后：F1、F2沿線上升，F(xiàn)xb1、Fxb2沿=0.7的r線移動，至B點前后輪同時抱死，制動強度為0.7g。在 0的路面上，線與r線組先相交,后輪先抱死；或當線在I線的上方時，后輪先抱死。 =0.7IFxb1,F1Fxb2,F2 =0.7BBBc.在 =0的路面上制動=0.39制動時，前后輪同時抱死，F(xiàn)xb、F 沿

19、線移動至I線的交點。制動強度為0.39g。在 =0的路面上，前、后輪同時抱死； =0.7IFxb1,F1Fxb2,F2 =0.39C問題？即將抱死時,制動強度與路面附著系數(shù)的關(guān)系？要獲得某一制動強度需要多大的路面附著系數(shù)？任何時候路面附著系數(shù)全部都利用上了嗎？五 同步附著系數(shù)的選擇1. 0的選擇應(yīng)考慮的因素 a.常用道路和常用車速 若車速高、道路好, 0可高些；反之低些 b. 轎車0大些,貨車0小些2. 制動力的調(diào)節(jié) 為了防止后輪抱死而發(fā)生危險的側(cè)滑，汽車制動系的實際制動力分配曲線(線)應(yīng)總是在理想分配曲線(I線)的下方; 為了減少前輪失去轉(zhuǎn)向能力的機會和提高附著效率，線應(yīng)越靠近I線越好。六、

20、利用附著系數(shù)與附著效率最高制動減速度： 即將出現(xiàn)車輪抱死，但沒有任何車輪抱死的制動減速度。 z為制動強度。 du/dt=zg 除去在= 0的路面上，汽車的最大制動強度總是小于路面附著系數(shù)。Z與z對應(yīng)的稱為利用附著系數(shù)1.利用附著系數(shù)：， Fxbi-對應(yīng)于某一制動強度Z，汽車第i軸產(chǎn)生的 地面制動力 Fzi-制動強度為Z時，地面對第i軸的法向反力 i-第i軸對應(yīng)于制動強度Z的利用附著系數(shù)求-z關(guān)系當 0，前輪抱死， r無意義，汽車制動利用附著系數(shù)為f。當 0，后輪抱死， f無意義，汽車制動利用附著系數(shù)為r。z=z，fr00f空車r空車2.制動效率 制動強度與車輪將要抱死時的利用附著系數(shù)之比。前輪

21、將出現(xiàn)抱死的制動效率：同理：=0.6，Er（空）=67%，制動減速度為：0.67*0.6g=0.402g 它表示了汽車制動系統(tǒng)對路面附著系數(shù)利用的好壞，反應(yīng)了將地面的附著力轉(zhuǎn)換為地面制動力的效率。67a.貨車(m3.5t) 當0.15z0.3時前軸利用附著系數(shù)在上 當z=0.20.8（z+0.07）/0.85或： 當0.15z0.3時 z-0.08z+0.08 當z 0.3 （z-0.0188）/0.74（選學(xué)）ECE制動法規(guī)：b.轎車 當0.2z0.8時前軸利用附著系數(shù)在上，且：（z+0.07）/0.85 當Z=0.30.45 后軸利用附著系數(shù)曲線不超過直線 =z0.05的條件下，允許后軸利

22、用附著系數(shù)曲線在前軸利用附著系數(shù)曲線的上方七、發(fā)動機制動使用條件：山區(qū)行駛的車輛下長坡時，為避免車輪制動器長時間工作而發(fā)生過熱，或冬季行駛在冰雪路面上為避免制動力過大引起側(cè)滑，常利用發(fā)動機制動。1.關(guān)節(jié)氣門2.排氣制動器排氣制動器的主要結(jié)論 ：1）對于緊急停車制動來說，除了正常的車輪制動器之外，加用排氣制動器，只能使車輛的最大制動性能略有增加。2）當只使用發(fā)動機制動時，車輛總的平均減速度約0.015g；而采用排氣制動器時，其總的平均減速度可提高到近0.03g。3）為了使車輛在掛最高檔、下坡行駛時保持32km/h左右的穩(wěn)定速度行駛，在0.045或更小的坡道上不必使用主制動器。觀測表明，在0.1的

23、坡道上，排氣制動器可使主制動器的使用率減少33%左右。4）在正常交通情況下，使用排氣制動器可使車輪主制動器的使用率減少20%左右。發(fā)動機的制動力矩Te 式中pm在燃燒室中的平均制動壓力，kPa；ve發(fā)動機的排量，m3。車輛驅(qū)動輪上的制動力Fret 式中R輪胎的有效半徑，m； T傳動效率； i發(fā)動機與車輪之間的傳動比 附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線 第六節(jié) 汽車制動防抱裝置（ABS）和制動輔助系統(tǒng)（BAS） 縮短制動距離改善制動過程的方向穩(wěn)定性減輕駕駛員的緊張程度延長輪胎的使用壽命ABS的作用:一、制動防抱裝置（ABS） 制動防抱死裝置（Anti-Lock Brake System，ABS）是這樣

24、一種裝置，它通過不斷地降低、保持和增加制動力矩，力圖使車輪滑動率盡可能在15%20%范圍之內(nèi)。 防抱死制動系統(tǒng)ABS由傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器三部分組成。ABS的組成和工作過程:ABS的布置形式Single Channel SystemFour channel system三通道ABS Three channel system兩通道ABS Two Channel SystemABS的工作原理防抱死制動系統(tǒng)有四個工作過程。1常規(guī)制動過程2減壓制動過程3保持壓力制動過程4增壓制動過程rFZFXbuamTABS單輪模型建立微分方程ABS的控制原理（車輪抱死分析）:基本的假設(shè)車輪的抱死過程很快，忽略其車速的降低車輪的載荷不變附著力滑移曲線可以簡化成兩條直線制動力矩是時間的函數(shù)SbSpsp0當0SSp時解方程忽略過渡過程當Sp S1時即解方程得最后一項有影響，不便忽略，則求導(dǎo)得 防抱死控制基本控制策略ABS控制策略邏輯門限滑?？刂颇：刂谱顑?yōu)控制邏輯門限值的控制策略車輪運動狀態(tài)的重要參數(shù)角速度角減（加）速度滑移率單獨使用時，不能適應(yīng)各種變化的路況單獨使用時，不能充分的利用附著條件ECU根據(jù)控制策略計算AB