第十章-汽車制動及其防抱系統(tǒng)動力學(xué)

第十章汽車制動及其防抱系統(tǒng)動力學(xué)

10.1制動系統(tǒng)功能及其評價指標(biāo)

10.2制動過程動力學(xué)

10.3制動率,附著系統(tǒng)利用率,品質(zhì)系數(shù)

10.4制動力分配

10.5制動防抱系統(tǒng)及其控制動力學(xué)

第十章汽車制動及其防抱系統(tǒng)動力學(xué)10.1制動系統(tǒng)功能及其評價指標(biāo)10.2制動過程動力學(xué)10.3制動率,附著系統(tǒng)利用率,品質(zhì)系數(shù)10.4制動力分配10.5制動防抱系統(tǒng)及其控制動力學(xué)返回10.1制動系統(tǒng)功能及評價指標(biāo)10.1制動系統(tǒng)功能及評價指標(biāo)制動系統(tǒng)是影響汽車行駛安全的重要部分。

其功能是：

1、減少行駛汽車的車速，必要時，可使其在一定距離內(nèi)停車。

2、在下長坡時能維持一定車速。

3、對已停駛（特別是在坡道上停駛）的汽車，應(yīng)使其可靠地駐留原地不動。

回主目錄一、制動系統(tǒng)原理

作用在行駛汽車上的滾動阻力、上坡阻力、空氣阻力都對汽車起制動作用，但這些外力的大小都是隨機的，不可控制的,，這里所指的制動系統(tǒng)是指在汽車上設(shè)置一套專門的裝置，由駕駛員操縱，對汽車進行可控制的強制制動。它由供能裝置、操縱機構(gòu)、傳動機構(gòu)和制動器等部件組成，較為完善的制動系統(tǒng)還具有制動力調(diào)節(jié)裝置、制動防抱死裝置、壓力保護裝置和報警裝置等，圖10-1示出了一種轎車所用的制動系統(tǒng)?；刂髂夸泩D１０-１圖10-1表示轎車上所用的制動系統(tǒng)回主目錄二、制動系統(tǒng)的評價指標(biāo)

由于汽車的制動性能的優(yōu)劣直接影響行車的安全性，故各國對制動性能的評價和要求都制定了一些法規(guī)，表１０-１列出了一些國家對轎車行車制動系的要求。由以上法規(guī)可見,制動系統(tǒng)的評價指標(biāo)主要有以下兩項：（１）制動效能，即制動距離與制動減速度。（２）制動穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力（方向穩(wěn)定性）。此外制動系統(tǒng)還應(yīng)有抗熱衰退、抗水衰退等恒定性要求，這里不予討論。

回主目錄各國評價指標(biāo)

項目

中國歐洲共同體

(EEC)

71/320瑞典Ｆ18美國聯(lián)邦105試驗路面干水泥路面附著良好Φ=０.８SkidN081

載重

滿載一個駕駛員或滿載任何載荷輕、滿載制動初速８０km/h

30km/h80km/h96.54km/h(60mile/h)制動時的穩(wěn)定性不許偏出３.7

m通道不抱死跑偏不抱死跑偏不抱死跑偏３.６６m(12ft)制動距離或制動減速度

≤50.7m≤50.7m≥5.8m/s2≥5.8m/s2≤65.8m(216ft)踏板力<500N<490N<490N66.7~667N(15~150lb)回主目錄表10-110.2制動過程動力學(xué)

10.2.1車輪上所受的制動力

10.2制動過程動力學(xué)

10.2.1車輪上所受的制動力當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，踏板上的力經(jīng)過傳動機構(gòu)至車輪的輪缸，將驅(qū)使車輪內(nèi)制動器中元件（指摩擦片與制動鼓或盤相對滑轉(zhuǎn)時）形成摩擦力矩Tμ阻止車輪轉(zhuǎn)動，稱這種作用在車輪上的摩擦力矩為制動器制動力矩。由于車輪與路面間有附著作用，車輪對路面作用一個向前的周緣力Ｆμ也稱制動器制動力，其大小為回主目錄地面制動力、踏板力及地面附著力三者之間的關(guān)系式中Ｔμ——制動器的摩擦力矩，Ｎ·ｍ；ｒ——車輪半徑，ｍ。同時路面對車輪作用一個向后的作用力Ｆｂ，我們稱為地面制動力。正是這個力由車輪經(jīng)車軸傳給車架和車身，迫使整個汽車產(chǎn)生一定的減速度，地面制動力愈大，制動減速度也愈大，制動距離就愈短。如忽略滾動阻力偶和減速時的慣性力，則地面制動力與Ｔμ應(yīng)有以下關(guān)系，即

制動器的制動力與踏板力成正比，但地面制動力卻受車輪與地面間附著力Ｆφ的限制，圖１０-２表示了三者的關(guān)系?；刂髂夸泩D１０-２圖10-2回主目錄制動力表達式

當(dāng)踏板力在0~Ｆp1之間時，有Ｆμ＝Ｆｂ地面制動力等于制動器制動力。

當(dāng)踏板力大于Ｆp1時，制動器制動力Ｆμ隨踏板力成正比例繼續(xù)增長，而地面制動力由于受地面附著力限制不再增長，故有以下關(guān)系式：Ｆｂ≤Ｆφ＝Ｆｚ·μ

(10

—1)即得到最大地面制動力(10

—2)Ｆｂｍａｘ＝Ｆｚ·μ式中Ｆｚ——地面垂直反作用力

μ——附著系數(shù)

回主目錄１０.２.２制動距離與制動減速此時車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。10.2.2制動距離與制動減速制動距離是與行駛安全直接有關(guān)的一項制動效能指標(biāo)，制動減速度是反映地面制動力的大小，是決定制動距離的一項重要因素，通常，制動距離是指駕駛員開始踩踏板到完全停車的距離，這個距離可從分析制動過程中求得。圖１０—３畫出了制動過程中的汽車減速度、行駛速度和行駛距離的時間歷程。圖１０—３(a)為經(jīng)過簡化后的制動減速度曲線。對這一加速度求其時間積分，即可得到速度時間歷程。再積分得到制動過程所走的路程，圖１０—３(b)和１０—３(c)所示。

按圖１０—３(c)停車距離是由相應(yīng)于時間回主目錄圖10-3在制動過程中，汽車減速度，行駛速度，和行駛距離的時間歷程回主目錄間隔為Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３的四段距離s0、s1、s2、s3組成。Ｔ０是駕駛員接到制動停車信號后的反應(yīng)時間，一般需０.４～１.５秒，這與駕駛員反應(yīng)快慢和不同處境有關(guān)，這段時間內(nèi)，汽車仍以原來的速度v0行駛。在反應(yīng)時間Ｔ０之后是從加速踏板移到制動踏板所需的換位時間０.１５～０.３s以及為消除制動裝置中的間隙和彈性所需的接合時間，然后才開始制動壓力的增長，這些時間的總和為Ｔ１，可取０.２～０.４５s，在這段時間內(nèi)，一旦駕駛員將腳從加速踏板移開后，由回主目錄反應(yīng)時間分析于發(fā)動機的阻力矩和汽車行駛阻力，

將會出現(xiàn)一定的減速度

ax1，約為0.5~1.5s2之間，之后隨著駕駛員踩踏板的動作，踏板力迅速增大，制動力也隨之增大到最大(圖3(a)中②點)。這段時間Ｔ２稱之為制動器增力時間(約為0.2s)，減速度增大至

ax2，速度減至v2。由②點到③點，即汽車停止時的時間為全制動時間Ｔ３，此時減速度保持ax2，速度由v2降至零，所需距離s3，從③點到④點為制動力消除時間約為0.2~1.4s之間,這段時間過長會耽誤隨后起步行駛的時間。從以上分析可見，制動距離是停車距離的一部分?；刂髂夸浲＼嚲嚯x計算根據(jù)圖１０-３不難算出其停車距離

s=s0+s1+s2+s3=v0[T0+T1+T2/2-(ax1T1)/(ax2T2)]+v02/(2ax2)-ax2T22/24+(ax1T12/24)(4+6T2/T1-3ax1/ax2)(10-3)

通常，由發(fā)動機阻力矩引起的減速度ax1和式(10-3)中最后三項可忽略不計，簡化后的停車距離為

s=v0[T0+T1+T2/2-(ax1T1)/(ax2T2)]+v02/(2ax2)(10-4)

在不計ax1的停車時間為

T=T0+T1+T2/2+v0/2ax2(10-5)

簡化計算帶來的誤差在0.46%~0.66%范圍內(nèi)，在工程上是允許的。回主目錄10.3制動率、附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)10.3制動率，附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)為了評價制動強度，引入制動率Z的概念，它是制動力與汽車重力之比。

Z=Fb/Ga=(Fb1+Fb2)

如果此制動力產(chǎn)生減速度dv/dt，考慮到Ga=mg,則

Z=(dv/dt)/g(10-6)

這是一個無量綱的評價制動強度的數(shù)值，在歐洲共同體法規(guī)中也已采用，Z在有的文獻中還稱為相對減速度或制動強度的。上面已經(jīng)提到，地面制動力由于受到附著力限制，其最大回主目錄制動率、附著系數(shù)利用率定義值為

Fbmax=μGa=μFz故最大制動率為Zbmax=μ在一般情況下，制動力小于最大制動力，故其制動率小于μ。

現(xiàn)定義汽車達到的制動率與峰值附著系數(shù)μH之比為附著系數(shù)利用率ε，則有

ε＝Z/μH≤1(10-7)

前、后輪所能達到的附著系數(shù)利用率取決于輪胎與路面間的附著特性及制動力在各輪分配，還取決于駕駛員對制動系的操縱，只有在四個車輪都是在μ-λ曲線上峰值μH情況下制動回主目錄品質(zhì)因數(shù)定義時才能使ε=1。這是一種理想情況，此時制動率稱為理想制動率Z=ZI。汽車所能達到的最大制動率與理想制動率之比，稱為制動系統(tǒng)的品質(zhì)系數(shù)εmax。

εmax=Zmax/ZI=Zmax/μH(10-8)

品質(zhì)系數(shù)愈高，制動距離就愈短，但從安全性角度出發(fā)，品質(zhì)系數(shù)還不是用來判斷制動系數(shù)性能的充分條件，因為它沒有考慮制動穩(wěn)定性。特別是制動轉(zhuǎn)彎時，品質(zhì)系數(shù)高會導(dǎo)致穩(wěn)定性變差，從而對安全不利。品質(zhì)系數(shù)與附著系數(shù)利用率不同，它不包含駕駛員的影回主目錄10.4制動力分配１０.４.１理想制動力分配響，與駕駛員是否用高的減速度制動無關(guān)。理想情況下所能達到的最短停車距離可用s1d來表示，此時減速度ax=μh·g。

ｓ1d=v0(T0+T1+T2/2)+v0/(2μh·g)(10-9)10.4制動力分配前、后輪動力分配直接影響到附著條件的利用率和穩(wěn)定性問題，是設(shè)計制動系統(tǒng)時必須重視的問題，要妥善的處理和解決。10.4.1理想制動力分配回主目錄回主目錄圖10-4作用在制動汽車上的力回主目錄回主目錄回主目錄圖10-5圖10-5在制動力分配簡圖中的特征線：制動率常數(shù)線，摩擦系數(shù)常數(shù)線，制動力固定分配線回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄回主目錄圖10-6不同μ

值路面上汽車制動過程的分析回主目錄10.4.3附著系數(shù)-滑移率曲線對制動的影響回主目錄圖10-7制動時的抱死過程圖10-7制動時的抱死過程當(dāng)附著摩擦系數(shù)μH=0.8時，前軸在1點處抱死，此時制動率Z=0.77。如果進一步增強制動，則后軸在2點處也抱死，最大可能達到的制動率為Z=0.8。如果摩擦系數(shù)μG

小于附著摩擦系數(shù)μH，則最大可能的制動減速率也下降，本例中降到點3處Z=0.75回主目錄圖10-8不同輪胎-道路組合的-μ滑動曲線

圖10-8不同輪胎-道路組合的-μ滑動曲線回主目錄回主目錄圖10-9回主目錄回主目錄圖10-10圖10-10限壓閥及其靜特性

(a)結(jié)構(gòu)；(b)特性曲線1—閥蓋；2—閥門；3—活塞；4—活塞密封圈；5—彈簧；6—閥體；Ⅰ—滿載理想特性；Ⅱ—空載理想特性回主目錄圖10-11比例閥的原理及靜特性

(a)結(jié)構(gòu)；(b)特性曲線1—閥門；2—活塞；3—彈簧Ⅰ—滿載理想特性；Ⅱ—空載理想特性回主目錄10.5制動防抱系統(tǒng)及其控制動力學(xué)回主目錄10.5.1制動防抱裝