第六章汽车的制动性能.ppt

第六章汽车的制动性能,同济大学汽车学院朱西产教授,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。制动性是汽车主动安全性的重要评价指标。,第六章汽车的制动性能,制动性的评价指标包括：,第一节制动性的评价指标,第六章汽车的制动性能,根据对汽车制动性的定义，如何确定制动性的评价指标？,思考,制动效能制动距离与制动减速度；,制动效能恒定性；,制动时的方向稳定性。,路面条件,载荷条件,制动初速度,1.制动效能,制动效能即制动距离和制动减速度。,制动距离,制动距离主要与哪些因素有关？,第一节制动性的评价指标,思考,制动时汽车按给定路径行驶的能力。即在制动中不发生跑偏、侧滑或失去转向能力的性能。,3.制动时汽车的方向稳定性,2.制动效能的恒定性,制动效能的恒定性即抗热衰退性能。,本章研究的重点是：如何使汽车在保证方向稳定性的前提下，获得最好的制动效能。,第一节制动性的评价指标,表4-1乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求,第一节制动性的评价指标,制动距离有时也用在良好路面条件下，汽车以100km/h的初速度制动到停车的最短距离来表示。,几种车型100km/h0的制动距离,第一节制动性的评价指标,本节主要介绍地面制动力、制动器制动力及其与附着力的关系；介绍滑动率的概念；分析制动力系数、侧向力系数与滑动率的关系。,第六章汽车的制动性能,第二节制动时车轮的受力,制动力矩T,地面附着力,由制动力矩所引起的、地面作用在车轮上的切向力。,第二节制动时车轮的受力,一、地面制动力,二、制动器制动力F,在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的切向力。,与附着力无关,F取决于制动器的类型、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数及车轮半径，并与踏板力成正比。,第二节制动时车轮的受力,第二节制动时车轮的受力,三、FXb、F与的关系,FXb=F,F,第二节制动时车轮的受力,车轮接近纯滚动,车轮边滚边滑,车轮抱死拖滑,第二节制动时车轮的受力,四、硬路面上的附着系数,从制动过程的三个阶段看，随着制动强度的增加，车轮几何中心的运动速度因滚动而产生的部分越来越少，因滑动而产生的部分越来越多。,1.滑动率,第二节制动时车轮的受力,滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的比值。,滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。,第二节制动时车轮的受力,滑动率s的计算,第二节制动时车轮的受力,滑动率s的计算,纯滚动时u=0，s=0；纯滑动时w=0，=u，s=100%；边滚边滑时0sFX1r使前轮偏转、汽车跑偏,FX1形成转向力矩,FY1,FY2,地面侧向力形成的反力矩,FY1将使前轮绕主销偏转，加剧跑偏,第四节制动时汽车的方向稳定性,FX1对主销的力矩会使前轮发生偏转,思考：为什么转向盘锁住对制动跑偏有明显的抑制作用?,第四节制动时汽车的方向稳定性,思考：为什么转向盘锁住对制动跑偏的抑制作用不明显了？,第四节制动时汽车的方向稳定性,2.悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调,第四节制动时汽车的方向稳定性,FXb1,FXb1,前轮抱死时，Fj的方向与前轴侧滑的方向相反，Fj能阻止或减小前轴侧滑，汽车处于稳定状态。,uA,A,B,FY2,uB,O,C,Fj（离心力）,1.前轮抱死拖滑,二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失,第四节制动时汽车的方向稳定性,FXb2,FXb2,o,Fj,后轮抱死时，Fj与后轴侧滑方向一致，惯性力加剧后轴侧滑，后轴侧滑又加剧惯性力，汽车将急剧转动，处于不稳定状态。,A,C,B,uA,uB,FY1,FY20,2.后轮抱死拖滑,第四节制动时汽车的方向稳定性,FXb1,FXb1,FXb2,FXb2,3.前轮抱死或后轮抱死时汽车纵轴线转过的角度,试验是在一条一侧有2.5%横向坡的平直混凝土路面上进行。为了降低附着系数，使之容易发生侧滑，在地面上洒了水。试验用轿车有调节各个车轮制动器液压的装置，以控制每根车轴的制动力，达到改变前后车轮抱死拖滑次序的目的，调节装置甚至可使车轮制动器液压为零。,试验条件,第四节制动时汽车的方向稳定性,（1）前轮无制动力而后轮有足够的制动力（曲线A）或后轮无制动力而前轮有足够的制动力（曲线B）,第四节制动时汽车的方向稳定性,（2）前、后轮都有足够的制动力，但抱死拖滑的次序和时间间隔不同,第四节制动时汽车的方向稳定性,（3）起始车速和附着系数的影响,第四节制动时汽车的方向稳定性,（4）试验的总结,1）制动过程中，如果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，汽车处于稳定状态，但丧失转向能力；2）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，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑，路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。,第四节制动时汽车的方向稳定性,第六章汽车的制动性能,第五节前、后制动器制动力的比例关系,本节将分析地面作用在前、后车轮上的法向反力，分析前、后车轮制动器制动力的比例关系，通过I曲线、线、f线、r线分析汽车的制动过程，介绍汽车的附着利用率、附着效率的计算方法，利用单轮模型分析ABS的制动控制过程。本节内容是本章的重点。,制动过程的三种可能,1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；稳定工况，但丧失转向能力，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，附着利用率低。3）前、后轮同时抱死拖滑；可以避免后轴侧滑，附着条件利用较好。,前、后制动器制动力的分配比例，将影响制动时前后轮的抱死顺序，从而影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,一、地面对前、后车轮的法向反作用力,z制动强度,第五节前、后制动器制动力的比例关系,当前、后轮都抱死时,第五节前、后制动器制动力的比例关系,思考：为什么有些轿车采用前盘后鼓的制动系统配置？制动管路为什么采用交叉布置？,第五节前、后制动器制动力的比例关系,“理想”的条件是：前后车轮同时抱死。,I曲线：在各种附着系数的路面上制动时，要使前、后车轮同时抱死，前、后轮制动器制动力应满足的关系曲线。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,二、理想的前后制动器制动力分配曲线,消去变量,1.解析法确定I曲线,第五节前、后制动器制动力的比例关系,由理想的条件可得,1.解析法确定I曲线,第五节前、后制动器制动力的比例关系,由理想的条件可得,思考：I曲线受哪些因素影响？对特定的汽车是唯一的吗？,0.4,0.2,0.3,0.3g,0.2g,0.4g,第五节前、后制动器制动力的比例关系,2.作图法确定I曲线,1）按照作图，得到一组等间隔的45平行线。,这组线称为“等制动减速度线组”。,线上任何一点都有以下特点：,0.4,0.2,0.3,2）按作射线束,0.3,0.2,0.4,I曲线,0.3g,0.2g,0.4g,第五节前、后制动器制动力的比例关系,第五节前、后制动器制动力的比例关系,制动器制动力分配系数：前、后制动器制动力之比为固定值时，前轮制动器制动力与汽车总制动器制动力之比。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数,1.线,线：实际前、后制动器制动力分配线。,线,F2,F1,第五节前、后制动器制动力的比例关系,0,F1、F2具有固定比值的汽车，使前、后车轮同时抱死的路面附着系数称为同步附着系数。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,2.同步附着系数,从图中看，同步附着系数是线和I曲线交点处对应的附着系数。,该点所对应的减速度称为临界减速度。,同步附着系数的计算,满足固定比值的条件,满足同时抱死的条件,第五节前、后制动器制动力的比例关系,后轮没有抱死、前轮抱死时，前、后轮地面制动力FXb1、FXb2间的关系曲线。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,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,一定时，f线为直线,与无关,FXb1=0,FXb2=0,第五节前、后制动器制动力的比例关系,前轮抱死的条件是,FXb1,FXb2,f线组,f线组作图,第五节前、后制动器制动力的比例关系,0.2,0.3,0.4,0.5,2.r线组,前轮没有抱死、后轮抱死时，FXb1、FXb2间的关系曲线。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,一定时，r线为直线,与无关,后轮抱死的条件是,FXb1,FXb2,r线组,I曲线,r线组作图,f线组,第五节前、后制动器制动力的比例关系,0.2,0.3,0.4,0.5,0.2,0.3,0.4,0.5,第五节前、后制动器制动力的比例关系,当FXb20时是地面驱动力，无意义。,f线与横坐标的交点,后轮制动管路失效，前轮抱死时的地面制动力。,后轮制动严重滞后，前轮抱死后，后轮才将开始制动。,3.f线组和r组线的分析,第五节前、后制动器制动力的比例关系,1）f线组,思考：为什么随着FXb2FXb1？,当f线与r线相交以后，前后轮都抱死，进入稳定状态。,后轮参与制动后,FZ1,第五节前、后制动器制动力的比例关系,2）r线组,前轮制动管路失效，后轮抱死时的地面制动力。,随着FXb1FXb2？,前轮参与制动后,FZ2,I曲线以下的r线组没有意义,第五节前、后制动器制动力的比例关系,r线与纵坐标的交点,前轮制动严重滞后，后轮抱死后，前轮才将开始制动。,利用线、I曲线、f和r线组分析汽车在不同值路面上的制动过程。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,4.制动过程分析,从图中看，同步附着系数是多少？,第五节前、后制动器制动力的比例关系,A点前轮抱死。此时的制动减速度？,点前后轮同时抱死。,点前后轮同时抱死时的制动器制动力。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,前轮先抱死,前轮抱死时,前后轮同时抱死时,结论,第五节前、后制动器制动力的比例关系,点前后轮同时抱死。,点前后轮同时抱死时的制动器制动力。,B点后轮抱死。此时的制动减速度？,第五节前、后制动器制动力的比例关系,后轮先抱死,后轮抱死时,前后轮同时抱死时,结论,4）只要，要使两轮都不抱死所得到的制动强度总是小于附着系数，即。,3）当时，线与I曲线相交，前、后轮同时抱死；,2）当时,线位于I曲线上方，后轮先抱死；,1）当时，线位于I曲线下方，前轮先抱死；,第五节前、后制动器制动力的比例关系,3）制动过程分析得到的结论,第五节前、后制动器制动力的比例关系,五、利用附着系数与附着效率,1.利用附着系数,利用附着系数：对于一定的制动强度z，不发生车轮抱死所要求的最小路面附着系数。,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；,第五节前、后制动器制动力的比例关系,利用附着系数与制动强度的关系曲线,最理想的情况是空载时总是前轮先抱死；满载时的路面上前轮先抱死。,1），前轮先抱死,前轴利用附着系数,第五节前、后制动器制动力的比例关系,2.利用附着系数的计算,2），后轮先抱死,后轴利用附着系数,第五节前、后制动器制动力的比例关系,由得,如果，后轮先抱死,计算,由得,如果，前轮先抱死,第五节前、后制动器制动力的比例关系,3）由利用附着系数计算车轮不抱死条件下的,没有ABS又不允许车轮抱死时的最短制动距离,第五节前、后制动器制动力的比例关系,4）车轮不抱死条件下能达到的最大制动减速度,只能用后轮制动,第五节前、后制动器制动力的比例关系,5）前轮或后轮制动管路失效时的,思考：前轮制动失效的特点？,只能用前轮制动,后轮制动失效,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。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,3.制动效率E,第五节前、后制动器制动力的比例关系,六、对前、后制动器制动力分配的要求,1.ECE制动法规,第五节前、后制动器制动力的比例关系,2.具有变化值的前、后制动器制动力的分配特性,通过使用比例阀或载荷比例阀等制动力调节装置，根据制动强度、载荷等因素，改变前、后制动器制动力的比值，使之接近于理想制动力分配曲线，满足制动法规的要求。,制动力分配曲线的设计兼顾制动稳定性和最短制动距离但优先稳定性的原则。,转折点的选择一般低于I曲线。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,第五节前、后制动器制动力的比例关系,第五节前、后制动器制动力的比例关系,第五节前、后制动器制动力的比例关系,七、辅助制动器和发动机制动对制动力分配和制动效能的影响,商用车连续制动时，容易导致制动器的温度大幅度升高，从而使摩擦因数下降，磨损加大，结果将导致制动器失去或部分失去制动效能。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,1.汽车缓速器的制动力,第五节前、后制动器制动力的比例关系,发动机制动和排气制动时，制动力与车速的关系,第五节前、后制动器制动力的比例关系,2.汽车缓速器对制动力分配的影响,T缓速器的制动力矩。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,八、防抱制动装置,在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离的安全装置。,1.ABS系统的组成,第五节前、后制动器