汽车理论第四章课件.ppt
2021/2/21,1,第四章,汽车的制动性,2021/2/21,2,第四章 汽车的制动性,汽车的制动性: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。（还包括对已停驶的汽车,特别是在坡道上已停驶的汽车，可使其可靠地驻留原地不动的驻车制动性能）,2021/2/21,3,第一节 汽车的制动性的评价指标 汽车的制动性能主要由下列3方面来评价:（1）制动效能 汽车在好路面上以一定初速开始制动直到停车时的制动距离和制动减速度,是最基本的评价指标。（2）制动效能的恒定性 指制动器的抗热衰退性能,即汽车在高速或下长坡连续制动时，制动器温度升高后，与冷态时相比，其制动效能所能维持的程度。（3）制动时汽车的方向稳定性 制动时汽车按给定轨迹（直线或预定弯道）行驶，不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。,2021/2/21,4,第二节 制动时车轮的受力 地面制动力:汽车制动时受到与行驶方向相反、由地面提供的外力,称为地面制动力。地面制动力愈大,则汽车制动减速度愈大，制动距离也愈短。,2021/2/21,5,2021/2/21,6,一、地面制动力 忽略滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力偶矩。在良好的硬路面上制动时汽车的受力如图。从力矩平衡得到 Fxb=Tp Fxb r=T式中 T制动器摩擦力矩;Fxb地面制动力;Tp车轴对车轮的推力；Fz地面对车轮的法向反力；W车轮垂直载荷。,2021/2/21,7,地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力,取决于两个摩擦副的摩擦力:（1）制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力;（2）轮胎与地面间的摩擦力附着力。,2021/2/21,8,二、制动器制动力 1.制动器制动力 在轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力。它相当于把汽车架离地面,并踩住制动踏板,在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力。,2021/2/21,9,2.制动器制动力由制动器结构参数所决定,并与制动踏板力成正比。,2021/2/21,10,三、地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系 在制动时,分车轮的运动为滚动与抱死拖滑两种状况进行分析:1.车轮滚动时 地面制动力就等于制动器制动力,且随踏板力增长成正比地增长，但它的值不能超过附着力，即,2021/2/21,11,2021/2/21,12,2.车轮抱死拖滑时 地面制动力等于附着力。制动器制动力由于制动器摩擦力矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是,若作用在车轮上的法向载荷为常数,地面制动力达到附着力后就不再增加。,2021/2/21,13,结论:汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力,但同时又受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。,2021/2/21,14,四、硬路面上的附着系数 1.汽车制动过程的三个阶段 第一阶段,车轮接近于纯滚动 轮胎花纹在地面上留下的印痕的形状与轮胎花纹基本上一致,此时式中:uw车轮中心的速度;rr0没有车轮制动力时的车轮滚动半径;w车轮的角速度；,2021/2/21,15,2021/2/21,16,第二阶段,车轮处于边滚边滑状态 轮胎花纹的印痕可以辨别出来,但逐渐模糊，轮胎不只是单纯的滚动，胎面与地面发生一定程度的相对滑动，即地面制动力已接近附着力，此时 随着制动强度的增加，滑动成分的比例越来越大。,2021/2/21,17,第三阶段,车轮作完全的拖滑 车轮被制动器抱住,看不出花纹的印痕，形成一条粗黑的印痕，此时,2021/2/21,18,2.滑动率 一般用滑动率s来说明制动过程中滑动成分的多少。滑动率定义为 在纯滚动时,滑动率s0;在纯拖滑时,滑动率s100%;边滚边滑时，0s100%。滑动率越大，滑动成分越多。,2021/2/21,19,（1）地面制动力与滑动率的关系 1）制动力系数 地面制动力与垂直载荷之比。2）制动力系数曲线（s）制动力系数与滑动率间的关系曲线。在不同滑动率时,制动力系数不同。a.峰值附着系数 制动力系数的最大值。一般出现在s1520%,此时地面制动力最大。b.滑动附着系数 s100%时的制动力系数。,2021/2/21,20,2021/2/21,21,（2）侧向力与滑动率的关系 侧向力系数 轮胎侧向力与垂直载荷之比。实验表明,滑动率越低,同一侧偏角条件下的侧向力系数越大，即轮胎保持转向、防止侧滑的能力越大。,2021/2/21,22,结论:制动时若能使滑动率保持在较低值（1520之间）,便可获得较大的制动力系数与较高的侧向力系数。这样,制动性能最好，侧向稳定性也很好。ABS能实现这个要求，能显著地改善汽车在制动时的制动效能与方向稳定性。,2021/2/21,23,（3）附着系数的数值主要取决于道路的材料、路面的状况、轮胎的结构、胎面花纹、轮胎的材料和行驶车速。,2021/2/21,24,2021/2/21,25,2021/2/21,26,2021/2/21,27,路面的结构对排水能力有很大影响。为了增大潮湿时的附着能力,路面的宏观结构应具有一定的不平度而有自动排水的能力;路面的微观结构应是粗糙且有一定的尖锐棱角,以穿透水膜，让路面与胎面直接接触。增大轮胎与地面的接触面会提高附着能力。因此，低气压、宽断面和子午线轮胎的附着系数要较一般轮胎为高。,2021/2/21,28,（4）两种附着能力很小的情况 刚开始下雨和滑水现象出现时。1）刚开始下雨,路面上只有少量雨水时 此时,雨水与路面上的尘土、油污相混合，形成粘度高的水液，滚动的轮胎无法排挤出胎面与路面间的水液膜;由于水液膜的润滑作用，附着性能将大为降低，平滑的路面有时会同冰雪路面一样滑溜。2）滑水现象 在某一车速下，积水中行驶的汽车，车轮接地面下动水压力的升力等于垂直载荷时，轮胎将完全漂浮在水膜上面而与路面毫不接触，这种现象叫做滑水现象。动水压力 高速滚动的车轮迅速排挤水层，由于惯性，接触区的前部水中产生动压力，其值与车速的平方成正比。滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力，影响汽车的制动、转向等性能。,2021/2/21,29,2021/2/21,30,2021/2/21,31,2021/2/21,32,授课章节:5.3汽车的制动效能及其恒定性 目的要求：掌握制动效能的评价指标;了解对制动距离的分析;了解影响制动效能恒定性的因素。重点难点：制动效能的评价指标参考书目：余志生.汽车理论.P102-108,2021/2/21,33,第三节 汽车的制动效能及其恒定性 评定制动效能的指标 制动距离s和制动减速度ab。一、制动距离与制动减速度 1.制动距离 制动距离 指的是汽车速度为u0时,从驾驶员开始操纵制动控制装置到汽车完全停住为止所驶过的距离。制动距离与汽车制动时的起始速度、制动踏板力、制动器的热状况和路面状况有关。一般是在一定起始速度（空挡）,制动器的温度为100以下的冷试验条件下（路面平坦、良好干燥、清洁）测得的。,2021/2/21,34,2.制动减速度 是制动时车速对时间的导数。制动减速度是检验汽车制动效能的基本指标之一,其大小直接影响制动距离的长短。如允许前后车轮同时抱死,则如装有理想的ABS系统，则,2021/2/21,35,（1）我国行业标准采用平均减速度来评价制动效能,即（2）ECER13和我国国标采用的是充分发出的减速度评价制动效能,即,2021/2/21,36,二、制动距离的分析（设附着系数不变）1.驾驶员反应时间（0.31.0s）从驾驶员接到紧急停车信号到踩着踏板所经过的时间。=+式中:接到紧急停车信号后,意识到应进行紧急制动所需时间;移动右脚,踩着踏板所需时间。,2021/2/21,37,2021/2/21,38,2.制动器的作用时间（0.20.9s）从驾驶员踩着踏板到制动减速度达到最大值所需时间。=+式中:驾驶员踩着踏板到地面制动力起作用所需时间（消除制动器间隙）;制动器制动力增长过程所需时间。,2021/2/21,39,3.持续制动时间 制动减速度维持不变所持续的时间。由e到f为持续制动时间,其减速度基本不变。4.放松制动器时间（0.21.0s）驾驶员松开踏板到制动力完全消除所需时间。,2021/2/21,40,5.制动的全过程分四个阶段:驾驶员见到信号后作出行动反应、制动器起作用、持续制动和放松制动器。6.制动距离是开始踩着制动踏板到完全停车的距离。它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离s2和s3。,2021/2/21,41,结论:决定汽车制动距离的主要因素是:制动器起作用的时间、最大制动减速度即附着力（或最大制动器制动力）以及起始制动车速。附着力（或制动器制动力）越大、起始车速越低,制动距离越短。真正使汽车减速停车的是持续制动时间,但制动器起作用时间对制动距离的影响是不小的。制动器起作用时间与制动系的结构形式有密切的关系。放松制动器时间会影响随后起步行驶的时间。另外，因车轮抱死而使汽车失去控制，驾驶员采取措施放松制动踏板时，又会使制动力不能完全释放。,2021/2/21,42,三、制动效能的恒定性 1.制动器的热衰退 温度升高后,制动器摩擦系数下降,摩擦力矩会显著减小，从而使制动效能显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。2.制动器的水衰退现象 制动器被水浸湿，制动效能也会降低，这种现象称为水衰退现象。制动效能的恒定性主要指的是行车制动系统抗热衰退的性能。3.影响制动器抗热衰退性能的因素（1）影响制动器抗热衰退性能的因素是:制动器摩擦副材料以及制动器结构。热衰退是目前制动器不可避免的现象，只是程度上有所差别。,2021/2/21,43,（2）常用制动效能因数与摩擦因数的关系曲线来说明各种类型制动器的效能及其稳定程度。4.衡量制动器抗热衰退性能的指标 用一系列连续制动时制动效能指标占冷制动时效能的百分数来衡量。,2021/2/21,44,授课章节:5.4 制动时汽车的方向稳定性 5.5 前、后制动器制动力的比例关系 目的要求：掌握有关概念;掌握制动跑偏、制动侧滑、前轮失去转向能力的原因和后果及三者之间的关系;熟练掌握制动过程可能出现的三种情况。重点难点：有关概念；制动跑偏、后轮侧滑和前轮失去转向能力的原因及三者之间的关系；制动过程可能出现的三种情况；参考书目：余志生.汽车理论.P102-108,2021/2/21,45,第四节 制动时汽车的方向稳定性 制动时汽车的方向稳定性（automobile directional stability during braking）制动时汽车按给定轨迹行驶,不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。一、制动跑偏 二、制动时后轴侧滑与 前轴转向能力的丧失,2021/2/21,46,一、制动跑偏 1.制动跑偏定义:汽车制动时未按原定方向行驶,而是自动向左或向右偏驶。2.制动跑偏的主要原因:汽车左右车轮制动器制动力不相等和结构问题。,2021/2/21,47,（1）汽车左右车轮,特别是左右转向轮制动器制动力不相等。是制造和调整误差造成的,向左或向右跑偏，要据具体情况而定。对于具有正主销偏移距的汽车来说，向制动器制动力大的一方跑偏。,2021/2/21,48,2021/2/21,49,1）制动器制动力不相等度Fr 试验证明:不相等度越大,制动跑偏越厉害;方向盘撒手,制动跑偏越厉害;后轮制动抱死时，制动跑偏越厉害。2）航向角（偏航角）制动时汽车纵轴线与原定行驶方向的夹角。我国GB 72582004规定:前轴的不相等度不应大于20，后轴的不应大于24。（2）结构问题 制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调。这是设计造成的，制动时汽车总是向一个方向跑偏。,2021/2/21,50,2021/2/21,51,2021/2/21,52,2021/2/21,53,二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失 1.制动侧滑 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。（1）制动侧滑危害:在高速制动时的后轴侧滑,会使汽车发生不规则的急剧回转运动而部分或完全失去控制（俗称甩尾）。（2）制动侧滑原因:由于车轮抱死后拖滑,无法抵抗侧向干扰力造成的。（3）制动跑偏和制动侧滑的联系:严重的跑偏会引起后轴的侧滑，容易发生侧滑的汽车也加剧跑偏。单纯制动跑偏时后轮沿前轮轨迹运动。制动跑偏引起制动侧滑时前后轮的行驶轨迹不重合。,2021/2/21,54,2021/2/21,55,2.前轮失去转向能力 定义:是指弯道制动时汽车不再按原来的弯道行驶而沿弯道切线方向驶出;直线行驶制动时,虽然转动方向盘,但汽车仍然按直线方向行驶的现象。原因:前轮抱死时，不能产生地面侧向反作用力，汽车无法按弯道行驶。,2021/2/21,56,3.制动时后轴侧滑与前轴转向能力丧失的关系（1）试验结果分析 试验表明（弯道试验类似）:制动过程中,若是只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑,汽车基本上沿直线向前行驶;处于稳定状态，但丧失转向能力。若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑，且车速超过某一数值时，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑，汽车处于不稳定状态。路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。后轴侧滑将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车调头，汽车处于不稳定状态。,2021/2/21,57,1）制动时只有后轮抱死拖滑,前轮仍在滚动 后轴发生侧滑,且随着车速的提高，侧滑程度加剧。2）制动时只有前轮抱死拖滑，后轮仍在滚动 汽车基本上维持直线行驶，但前轮抱死后，汽车将失去转向能力。,2021/2/21,58,3）前后轮抱死拖滑的次序和时间间隔不同 若前轮比后轮提前抱死拖滑（此时丧失转向能力）,或后轮比前轮先抱死拖滑时间小于某一值t,则汽车基本上按直线行驶;若后轮比前轮先抱死拖滑时间超过t，后轴将发生严重的侧滑。,2021/2/21,59,4）起始车速和附着系数的影响 只有起始车速超过一定值时,后轴才会发生严重的侧滑。路面越滑,侧滑越严重，缘于制动时间的增加。,2021/2/21,60,（2）两种制动情况的受力分析 1）前轮抱死拖滑后轮仍在滚动 汽车处于稳定状态。,2021/2/21,61,2）后轮抱死拖滑前轮仍在滚动 汽车处于不稳定状态。,2021/2/21,62,（3）制动时后轴侧滑与前轴转向能力丧失的关系 制动时若后轴车轮比前轴车轮先抱死拖滑,在一定车速下,就可能发生后轴侧滑。若能使前、后轴车轮同时抱死或前轴车轮先抱死，后轴车轮再抱死或不抱死，则能防止后轴侧滑。但前轴车轮抱死后将失去转向能力。,2021/2/21,63,2021/2/21,64,2021/2/21,65,从保证汽车方向稳定性的角度出发,首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况,以防止危险的后轴侧滑;其次，尽量少出现只有前轴车轮抱死或前、后车轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是防止任何车轮抱死，前、后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。,2021/2/21,66,第五节 前、后制动器制动力的比例关系 对于一般汽车,当制动器制动力足够时,制动过程可能出现如下三种情况:1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑 稳定工况，丧失转向能力，附着条件没有充分利用;2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑 后轴可能出现侧滑，不稳定工况，附着条件没有充分利用;3）前、后轮同时抱死拖滑 稳定工况，前转向轮只有在最大制动强度下才使汽车失去转向能力，附着条件利用情况较好。结论:前、后制动器制动力分配的比例将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度。,2021/2/21,67,2021/2/21,68,一、地面对前、后车轮的法向反作用力 忽略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,且附着系数为一定值,汽车在水平路面上制动时的受力如图。对后轮接地点取力矩得对前轮接地点取力矩得,2021/2/21,69,令 du/dt=zg（z制动强度）则地面法相反作用力为 FZ1=G(b+zhg)/L FZ2=G(a-zhg)/L 由此可见,地面法向反力与制动强度有关。当前、后轮都抱死有即 Z=,2021/2/21,70,则地面法向反力为式中:Fz1地面对前轮的法向反作用力,N;Fz2地面对后轮的法向反作用力,N;a质心距前轴距离；b质心距后轴距离；G汽车重力；L轴距；附着系数。结论:当前、后轮都抱死时，地面法向反力与附着系数有关。,2021/2/21,71,2021/2/21,72,二、理想的前、后制动器制动力分配曲线 1.理想的前、后轮制动器制动力分配曲线 制动时前、后车轮同时抱死时的前、后轮制动器制动力的关系曲线,简称I曲线。2.制动时前、后车轮同时抱死的充要条件 前、后轮制动器制动力之和等于附着力,并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力。设前、后车轮同时抱死时，前、后轮制动器制动力为 和，有,2021/2/21,73,或即得,2021/2/21,74,3.I曲线上的任一点代表了在某一附着系数的路面上,前、后车轮同时抱死时前、后制动器制动力应达到的数值。4.车轮同时抱死时 所以I曲线也是车轮同时抱死时 和 以及Fxb1和Fxb2 的关系曲线。,2021/2/21,75,三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数 1.制动器制动力分配系数（）对于前、后制动器制动力之比为一固定值的两轴汽车,其前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比,称为制动器制动力分配系数。式中:F1前制动器制动力;F汽车总制动器制动力，F=F1+F2，F2为制动器制动力。,2021/2/21,76,2.实际前、后制动器制动力分配线（线）前、后制动器制动力之比为一固定值的两轴汽车,其后制动器制动力与前制动器制动力之间为一直线关系,这条直线称为实际前、后制动器制动力分配线，简称 线。3.同步附着系数 线与I曲线交点处的附着系数为同步附着系数。结论:前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在一种附着系数，即同步附着系数路面上制动时才能使前、后车轮同时抱死。同步附着系数是由汽车结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参数。4.临界减速度 线与I曲线交点处所对应的制动减速度称为临界减速度。,2021/2/21,77,2021/2/21,78,2021/2/21,79,四、前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析 1.f线组 是后轮没有抱死,在各种 值路面上前轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线。2.r线组 是前轮没有抱死,在各种 值路面上后轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线。f线组的推导如下,2021/2/21,80,2021/2/21,81,3.前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析 结论:1）线位于I曲线下方 制动时总是前轮先抱死。前轮先抱死虽是一种稳定工况,但丧失转向能力。2）线位于I曲线上方 制动时总是后轮先抱死,因而容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。3）线与I曲线相交处 在制动时汽车的前、后轮将同时抱死，此时也是一种稳定工况，但也失去转向能力。这类汽车在设计中常使 偏大，以防在一般道路上制动时出现 的情况。,2021/2/21,82,2021/2/21,83,五、利用附着系数与制动效率 1.应当以即将出现车轮抱死但还没有任何车轮抱死时的制动减速度作为汽车能产生的最高制动减速度。2.汽车以一定减速度制动时,除去制动强度z 以外,不发生车轮抱死所要求的（最小）路面附着系数总大于其制动强度。3.利用附着系数（又称为被利用的附着系数）其定义为,2021/2/21,84,式中,Fxbi对应于制动强度z,汽车第i轴产生的地面制动力;Fzi制动强度为z时，地面对第i轴的法向反力;第i轴对应于制动强度z的利用附着系数。结论:利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件发挥得越充分，汽车制动力分配的合理程度越高。,2021/2/21,85,4.通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线来描述汽车制动力分配的合理性。最理想的情况是利用附着系数总是等于制动强度这一关系。前、后制动力分配曲线与利用附着系数曲线是一一对应的。,2021/2/21,86,5.前轮或后轮提前抱死时,前轴和后轴的利用附着系数（1）前轮提前抱死时,前轴的利用附着系数 设汽车前轮刚要抱死或前、后轮同时刚要抱死时产生的减速度为du/dt=zg，则而故,2021/2/21,87,（2）后轮提前抱死时,后轴的利用附着系数 同理,后轴的利用附着系数可求得如下故,2021/2/21,88,6.制动效率 车轮将要抱死时的制动强度与被利用的附着系数之比。通常用制动效率来描述地面附着条件的利用程度,并说明实际制动力分配的合理性。前轴的制动效率为后轴的制动效率为,2021/2/21,89,2021/2/21,90,
