制動時汽車的方向穩(wěn)定性

1、制動時汽車的方向穩(wěn)定性在對汽車實施制動過程中，有時會出現(xiàn)制動跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力等現(xiàn)象， 從而造成汽車失去控制而離開原來的行駛方向，甚至發(fā)生撞入對方車輛行駛軌道、下溝、滑 下山坡的危險情況。一般稱汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力為制動 時汽車的方向穩(wěn)定性。制動跑偏是指制動時汽車自動向左或向右偏駛的現(xiàn)象。制動側(cè)滑是指制動時汽車的某一 軸或兩軸發(fā)生橫向移動的現(xiàn)象。最危險的情況是在高速制動時發(fā)生后軸側(cè)滑，此時汽車常發(fā) 生不規(guī)則的急劇回轉(zhuǎn)運動而失去控制。跑偏與側(cè)滑是有聯(lián)系的，嚴(yán)重的跑偏有時會引起后軸 側(cè)滑，易于發(fā)生側(cè)滑的汽車也有時加劇跑偏的趨勢。圖畫出了單純制動跑偏和由跑

2、偏引起 后軸側(cè)滑時輪胎留在地面上的印跡的示意圖。前輪失去轉(zhuǎn)向能力，是指彎道制動時汽車不再按原來的彎道行駛而沿彎道切線方向駛 出；直線行駛制動時，雖然轉(zhuǎn)向盤但汽車仍按直線方向行駛的現(xiàn)象。失去轉(zhuǎn)向能力和后軸側(cè) 滑也是有聯(lián)系的，一般如果汽車后軸不會側(cè)滑，前輪就可能失去轉(zhuǎn)向能力;后軸側(cè)滑，前輪 常仍有轉(zhuǎn)向能力（后面將做具體分析）。一、汽車的制動跑偏制動時汽車跑偏的原因有兩個：1）汽車左、右輪，特別是前軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）制動器的制動力不相等。2）制動時懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向桿系拉桿在運動學(xué)上的不協(xié)調(diào)（相互干涉）。其中，第一原因是制造、調(diào)整誤差造成的，汽車究竟向左或向右跑偏，要根據(jù)具體情況 而定；而第二個

3、原因是設(shè)計造成的，制動時汽車總是向左（或向右）一方跑偏。圖給出了由于轉(zhuǎn)向軸左、右車輪制動力不相等而引起跑偏的受力分析。為了簡化，假 定車速較低，跑偏不嚴(yán)重，且跑偏過程中轉(zhuǎn)向盤是不動的，在制動過程中也沒有發(fā)生側(cè)滑， 并忽略汽車做圓周運動產(chǎn)生的離心力及車身繞質(zhì)心的慣性力偶矩。設(shè)前左輪的制動器制動力大于右輪，故地面制動力FX1lFX1r時，前、后軸分別受到的 地面?zhèn)认蚍醋饔昧镕y1和FY2。顯然，F(xiàn)X1l繞主銷的力矩大于FX1l繞主銷的力矩。雖然轉(zhuǎn) 向盤不動，由于轉(zhuǎn)向系各處的間隙及零部件的彈性變形，轉(zhuǎn)向輪仍產(chǎn)生一向左轉(zhuǎn)動的角度而 使汽車有輕微的轉(zhuǎn)彎行駛，即跑偏。同時，由于主銷有后傾，也使頂對轉(zhuǎn)向輪

4、產(chǎn)生一同方 向的偏轉(zhuǎn)力矩，這樣也增大了向左轉(zhuǎn)動的角度。在轎車上做了專門的試驗來觀察左、右車輪制動力不相等的程度對制動跑偏的影響：試 驗車的前軸左、右車輪制動泵裝有可以調(diào)節(jié)液壓的限壓閥，以產(chǎn)生不同的制動器制動力。后 軸上也裝有一個可調(diào)節(jié)的限壓閥，以改變前、后軸制動力之比，使汽車在制動時產(chǎn)生后軸車 輪抱死與不抱死兩種工況：轉(zhuǎn)向盤可以鎖住。左、右車輪制動力之差用不相等度表示，即AF = F 此一 F 叫 x 100/F0b式中，F(xiàn) b為大的制動器制動力；F日l為小的制動器制動力。試驗的結(jié)果用車身橫向位移和汽車的航向角來表示。航向角為制動時汽車縱軸線與原定 行駛方向的夾角。試驗結(jié)果示于圖3和圖4。由圖

5、可見，制動跑偏隨著AF四的增加而增大； 當(dāng)后輪抱死時，跑偏的程度加大。造成左右轉(zhuǎn)向輪制動力不等的原因主要有：1）同軸兩側(cè)車輪的制動蹄片接觸情況不同。2）同軸兩側(cè)車輪制動蹄、鼓間隙不一致。3）同軸兩側(cè)車輪的胎壓不一致或胎面磨損不均。4）前輪定位參數(shù)失準(zhǔn)。5）左右軸距不等。造成跑偏的第二個原因是懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿發(fā)生運動干涉，且跑偏的方向不 變。例如一試制中的貨車，在緊急制動時總是向右跑偏，在車速30km/h時，最嚴(yán)重的 跑偏距離為1.7m。分析原因主要是轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂處的球頭銷離前軸中心線太高，且懸 架鋼板彈簧的剛度又太小造成的。圖丘給出了該貨車的前部簡圖。在緊急制動時，前軸 向前扭轉(zhuǎn)了一個

6、角度，轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭銷本應(yīng)相應(yīng)的移動，但由于球頭銷又連接在轉(zhuǎn)向縱 拉桿上，僅能克服轉(zhuǎn)向拉桿的間隙，使拉桿有少許彈性變形而不允許球頭銷作相應(yīng)的移 動，致使轉(zhuǎn)向節(jié)臂相對于主銷作向右的偏轉(zhuǎn)，于是引起轉(zhuǎn)向輪向右轉(zhuǎn)動，造成汽車跑偏。 后來改進(jìn)了設(shè)計，使轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂處球頭銷的位置下移，在前鋼板彈簧扭轉(zhuǎn)相同角度時， 球頭銷位移量減少，轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)也減少；同時增加了前鋼板彈簧的剛度，從而基本上消 除了跑偏現(xiàn)象。二、制動時后軸側(cè)滑與前軸轉(zhuǎn)向能力的喪失制動時發(fā)生側(cè)滑，特別時后軸側(cè)滑，將引起汽車劇烈的回轉(zhuǎn)運動，嚴(yán)重時可使汽車調(diào)頭。 由試驗與理論分析得知，制動時若后軸車輪先抱死托滑，就可能發(fā)生后軸側(cè)滑。若能使前、 后軸車

7、輪同時抱死或前軸車輪先抱死，后軸車輪再抱死或不抱死，則能防止后軸側(cè)滑。不過 前軸車輪抱死后將失去轉(zhuǎn)向能力。下述直線行駛制動試驗可以清楚地看到這些結(jié)論。試驗是在一條一側(cè)有2.5%的橫向坡（設(shè)定正向行駛時左側(cè)為坡下）的平直混凝土路面 上進(jìn)行的。為了降低附著系數(shù)使之容易發(fā)生側(cè)滑，在地面上灑了水。試驗用的轎車有個調(diào)節(jié) 各自車輪制動器液壓的裝置，以控制每根車軸的制動力，達(dá)到改變前、后車輪抱死托滑次序 的目的。調(diào)節(jié)裝置甚至可使車輪制動器液壓為零，即在制動時時該車輪根本不制動。下面給 出四項試驗結(jié)果：（1）前輪無制動力而后輪有足夠的制動力 試驗結(jié)果如圖儂曲線A所示。曲線A說 明，隨著車速提高，側(cè)滑的程度更加

8、劇烈。車速在48km/h，汽車縱軸與行駛方向的夾角（航 向角）可達(dá)180度。（2）后輪無制動力而前輪有足夠的制動力試驗結(jié)果如圖儂曲線B所示。由圖可知，即使車速達(dá)到65km/h，汽車的縱軸轉(zhuǎn)角也不大，夾角的最大值只有10度，即汽車基本上維 持直線行駛。不過應(yīng)當(dāng)指出，前軸車輪抱死后，汽車將失去轉(zhuǎn)向能力，若遇到障礙，只有放 松制動踏板，才能繞開行駛。（3）前、后車輪都有足夠的制動力，但它們抱死托滑的次序和時間間隔不同 試驗 時利用車上制動器液壓調(diào)節(jié)器，可是前、后車輪在制動到抱死拖滑時有不同的先后次序和時 間間隔。以64.4km/h起始車速制動，若前輪比后輪先抱死拖滑（此時前輪喪失轉(zhuǎn)向能力）， 或后輪

9、比前輪先抱死且時間間隔在0.5s以內(nèi)，則汽車基本上按直線行駛；若后來比前輪先 抱死拖滑超過0.5s，則后軸將發(fā)生嚴(yán)重的側(cè)滑。（4）起始車速和附著系數(shù)的影響試驗時還做了起始車速為48.2km/h及72.3km/h的制動。試驗表明，起始車速為48.2km/h時，即使后輪比前輪先抱死拖滑在0.5s以上，汽 車縱軸線的轉(zhuǎn)角也只有25度；起始車速為72.3km/h時，側(cè)滑的情況與64.4km.h時一樣。 這說明只有在起始車速超過48km/h時，后軸側(cè)滑才成為一種危險側(cè)滑。為了查明附著系數(shù)對側(cè)滑的影響，還在干燥路面上做了同樣的試驗。試驗時前輪無制動 力，后輪可制動到抱死拖滑。在干燥路面上的制動距離是濕路面

10、的70%,就是說在濕路面上 制動時的制動時間要長。在干燥路面上，汽車縱軸轉(zhuǎn)角比濕路面上要小。每次試驗還記錄后 輪開始拖滑的時間，在同樣的時間內(nèi)，干、濕路面的汽車縱軸轉(zhuǎn)角相差不多。可見，在低附 著系數(shù)路面上制動，側(cè)滑程度的增加主要是由于制動時間增加的緣故。以上四項試驗可以總結(jié)為兩點：制動過程中，若是只有前輪抱死或前輪先抱死拖滑，汽車基本上沿直線向前行駛(減 速停車)；汽車處于穩(wěn)定狀態(tài)，但喪失轉(zhuǎn)向能力。若后輪比前輪提前一定時間(如對試驗中的汽車為0.5s以上)先抱死拖滑，且車速 超過某一數(shù)值(如試驗中的汽車車速超過48km/h)時，汽車在輕微的側(cè)向力作用下酒會發(fā) 生側(cè)滑。路面越滑、制動距離和制動時

11、間越長，后軸側(cè)滑越劇烈。下面從受力情況分析前輪抱死拖滑或后輪抱死拖滑的兩種運動情況。圖7a所示為前輪抱死而后輪滾動。設(shè)轉(zhuǎn)向盤固定不動，汽車受到偶然并短暫的側(cè)向外 力作用后，前軸發(fā)生側(cè)滑，因此前軸中點A的前進(jìn)速度uA與汽車縱軸線的夾角為；后軸 因未發(fā)生側(cè)滑，所以uB的方向仍為汽車縱軸方向。此時，汽車將發(fā)生類似轉(zhuǎn)彎的運動，運 動其瞬時回轉(zhuǎn)中心為速度uA、uB兩垂線的交點O；汽車作圓周運動時產(chǎn)生了作用于質(zhì)心。 的慣性力與。顯然，F(xiàn)j的方向與汽車側(cè)滑的方向相反，就是說Fj能起到減小或阻止前軸側(cè) 滑的作用，即汽車處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。圖7b所示為后輪制動抱死而前輪滾動。如有側(cè)向力 作用，后軸發(fā)生側(cè)滑的方向正

12、好與慣性力耳的方向一致，于是慣性力加劇后軸側(cè)滑；后軸 側(cè)滑又加劇慣性力與，汽車將急劇轉(zhuǎn)動。因此，后軸側(cè)滑是一種不穩(wěn)定、危險工況。因此為了保證汽車制動時的方向穩(wěn)定性，首先不能出現(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，以防止危險的后軸側(cè)滑；其次盡量少出現(xiàn)只有前軸車輪抱死或前、 后車輪都抱死的情況，以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力。最理想的情況就是前、后車輪都處于滾動狀 態(tài)而不抱死，這樣就可以確保制動時的方向穩(wěn)定性。目前汽車上普遍采用的防抱死制動系統(tǒng) (ABS)就基本上解決了制動時車輪的抱死問題以上討論了評價汽車制動性的三項指標(biāo)，即制動效能、制動效能的恒定性以及制動汽車 的方向穩(wěn)定性，并分析了各種影響因素。參考文獻(xiàn)張文春汽車?yán)碚損105圖5-11張文春汽車?yán)碚損106圖5-12張文春汽車?yán)碚損106圖5-13張文春汽車?yán)碚損107圖5-14張文春汽車?yán)碚損107圖5-15張文春汽車?yán)碚損108圖5-16張文春汽車?yán)碚損109圖5-17結(jié)論：一般稱汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力為制動時汽車的 方向穩(wěn)定性。制動跑偏是指制動時汽車自動向左或向右偏駛的現(xiàn)象。制動側(cè)滑是指制動時汽車 的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動的現(xiàn)象。前輪失去轉(zhuǎn)向能力，是指彎道制動時汽車不再按原來的彎道行駛而沿彎道切線方 向駛出；直線行駛制動時，雖然轉(zhuǎn)向盤但汽車仍按直