周小飞论文定稿.doc

紫琅职业技术学院毕业设计（论文）题 目：影响汽车制动稳定性的因素分析副 标 题：学 生 姓 名：周小飞所在系、专业：汽车运用工程系、汽车检测与维修技术班 级：08级汽维（试点班）指 导 教 师：畅静文日 期：2011年6月1日I摘 要摘 要随着汽车的逐渐普及，人们对汽车的安全性能要求越来越高。伴随着我国轿车市场的高速发展，汽车事故发生率越来越高。作为一名汽车专业的学生，通过对本课题的调研、写作可以巩固自身的分析与维修知识,提高自身的维修水平和安全意识，为日后的汽车维修工作提供技术经验参考。关键词：汽车制动；稳定性；安全； 目 录目 录摘 要I目 录II引言11、汽车制动系统11.1制动系的类型11.2制动系的组成11.3 制动器11.3.1制动器分类11.3.2盘式制动器的特点22、汽车自动防抱死系统(ABS)22.1ABS的介绍22.2 ABS的结构与工作原理23、影响汽车制动稳定性的因素33.1汽车制动时车轮的受力33.2对汽车的制动跑偏的主要因素分析43.3对汽车的制动侧滑的主要因素分析53.3.1车轮侧滑的条件53.3.2汽车侧滑时的运动分析63.3.3转向能力的丧失6结论7致 谢8参考文献9附 录10影响汽车制动稳定性的因素分析引言随着中国汽车工业的飞速发展和汽车保有量的大幅提高，我国每年由于交通事故造成的人员伤亡和财产损失也在随之大幅的增加。汽车的被动安全性能也就自然而然的越来越受到广大国人的关注。制动稳定性是关系到汽车安全的一个极重要的问题，丧失制动稳定性往往会导致重大车祸。1、汽车制动系统汽车制动系统是指为了在技术上保证汽车的安全行驶，提高汽车的平均速度等，而在汽车上安装制动装置。一般来说汽车制动系统包括行车制动装置和停车制动装置两套独立的装置。其中行车制动装置是由驾驶员用脚来操纵的，故又称脚制动装置。停车制动装置是由驾驶员用手操纵的，故又称手制动装置。1.1制动系的类型(1)行车制动系是由驾驶员用脚来把持的，故又称脚制动系。它的功用是使正在行驶中的汽车减速或在最短的间隔内停车。(2)驻车制动系是由驾驶虽用手来把持的，故又称手制动系。它的功用是使已经停在各种路面上的汽车驻留原地不动(3)第二制动系在行车制动系失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。在很多国家的制动法规中规定，第二制动系也是汽车必需具备的。(4)帮助制动系经常在山区行驶的汽车以及某些特别用处的汽车，为了提高行车的安全性和减轻行车制动系性能的衰退及制动器的磨损，用以在下坡时稳固车速。1.2制动系的组成（1）供能装置：包括供给、调节制动所需能量以及改善传动介质状态的各种部件（2）控制装置：产生制动动作和控制制动效果的各种部件，如制动踏板（3）传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件，如制动主缸、轮缸（4）制动器：产生阻碍车辆运动或运动趋势的部件制动系统一般由制动操纵机构和制动器两个主要部分组成。1.3 制动器一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都成为摩擦制动器。目前汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。旋转元件固装在车轮或半轴上，即制动力矩直接分别作用于两侧车轮上的制动器称为车轮制动器。旋转元件固装在传动系的传动轴上，其制动力矩经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器称为中央制动器。1.3.1制动器分类制动器一般分为以下几种类型：领从蹄式制动器，单向双领蹄式制动器，双向双领蹄式制动器，双从蹄式制动器，单向自增力式制动器，双向自增力式制动器，凸轮式制动器楔式制动器。1.3.2盘式制动器的特点图(1)盘式制动器盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点：一般无摩擦腐蚀作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定；浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。对于钳盘式制动器而言，因为制动盘外露，还有散热良好的优点。盘式制动器不足之处是效能较低，故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。目前，盘式制动器如图图(1)所示已广泛应用于轿车，但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外，大都只用作前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期汽车有较高的制动时的方向稳定性。在货车上，盘式制动器也有采用，但离普及还有相当距离。2、汽车自动防抱死系统(ABS) 2.1ABS的介绍现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。2.2 ABS的结构与工作原理在汽车制动时，如果车轮抱死滑移，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失。如果只是前轮（转向轮）制动到抱死滑移而后轮还在滚动，汽车失去转向能力。如果只是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑（甩尾）现象。这些都极易造成严重的交通事故。因此，汽车在制动时不希望车轮制动到抱死滑移，而是希望车轮制动到边滚边滑的状态。由试验得知，汽车车轮的滑动率在1520时，轮胎与路面间有最大的附着系数。所以为了充分发挥轮胎与路面间的这种潜在的附着能力，目前在大多数车辆上都装备了防抱死制动系统，简称ABS。通常，ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的。ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持，制动压力减小和制动压力增大等阶段。在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开始减速转动。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率可达320HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。3、影响汽车制动稳定性的因素3.1：汽车制动时车轮的受力制动时地面提供的力。 地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受到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。 制动过程中胎面留在地面上的痕印从车轮滚动到抱死拖滑是一个渐变的过程：单纯的滚动、滚动滑动并存、完全的拖滑。如图(2)所示 滑动率s（vvw）/v100%vr0/v100%式中：s滑移率；v汽车相对地面的移动速度；vw车轮瞬时圆周速度；r0车轮的工件半径；车轮角速度。psbbl20100图(2)滑动附着系数s制动力系数b=地面制动力/垂直载荷 峰值附着系数p一般出现在s=15%20% 滑动附着系数s，s=100% 侧向力系数=侧向力/垂直载荷。滑动率越低，同一侧偏角条件下的侧向力系数就l就越大，即轮胎保持转向、防止侧滑的能力越大。 ABS制动防抱死系统：制动时使滑动率保持在较低值，便可获得较大的制动力系数。这样制动性能最好，侧向稳定性也很好。ABS能实现这个要求，从而显著地改善汽车在制动时的制动效能与方向稳定性。 附着系数的数值主要决定于：道路的材料、路面的状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车运动的速度等因素。 路面的结构对排水能力有很大的影响。为了增加潮湿时的附着能力，路面的宏观结构应具有一定的不平度和自动排水能力；路面的微观结构影视粗糙且有一定的尖锐棱角，以穿透水膜，使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。3.2对汽车的制动跑偏的主要因素分析制动时原期望按直线方向减速停车的汽车自动向左或向右偏驶称为制动跑偏。制动时引起汽车跑偏的原因为：（1）汽车左、右车轮，特别是左、右转向轮制动器制动力不相等由于左、右转向轮制动力不相等引起汽车跑偏的受力分析如图(3)所示。为了简化起见假定车速较低，跑偏不严重，且跑偏过程中方向盘是不动的，也没有发生侧滑，并忽略汽车作圆周运动时所产生的离心力及车身绕质心的惯性力偶矩。设前左轮的制动器制动力大于前右轮的故地面制动力Fx1lFx1r此时前、后铀分别受到地面侧向反作用力为Fy1和Fy2。由于Fx11绕主销的力矩大于Fx1r绕主销的力矩，虽然方向盘固定不动，但因转向系各处的间隙及零部件的弹性变形，转向轮仍将产生一向左偏转的角度，而使汽车有轻微的向左偏驶。即所谓的制功跑偏。同时由于主销有后顿也使Fy1，对转向轮产生一同方向的偏转力矩，从面增大了向左转的角度。试验证明，前轴左、右制动轮制动力之差超过5，后铀左、右制动轮制动力之差超过10，将引起制动跑偏现象。所以制动规范中对后铀左、右轮制动力之差作了相应的规定；在路试时要求紧急制动及点制动过程中均不得有跑偏。Fx11Fy1Fx2lFJFx2rFx1rFx2r图（3）汽车制动跑偏受力图前左轮前右轮试验结果表明：制动跑偏随左、右车轮制动力之差的增大而增大，当后轮抱死时跑偏的程度加大。左、右车轮制动力不相等的原因是制造、装配误差的存在。（2）悬架系导向杆和转向系拉杆的运动不协调例如过去试验的EQ240汽车在制动时总是向有跑偏在车速为30km41制动时最严重的跑侗距离为17m。分析其原因主要是转向节上节臂处的球销离前轴中心太高，而前悬架钢板弹簧的扭转刚度又太小造成的。在紧急制动时，前轴向前扭转了一角度，转向节臂球头销本应相应的移动，但由于球头销同时又连接在转向纵拉杆上，仅能克服转向拉杆的间隙，使拉杆有少许弹性变形，致使转向节臂相对于前轴向右偏转，于是引起了转向轮向右转动，造成向右跑偏。降低转向节上节臂处球销位置，加强钢板弹簧的刚度，基本上可以消除这种跑偏这种跑偏是设计造成的跑偏方向固定不变。3.3对汽车的制动侧滑的主要因素分析侧滑是指制动时汽车的某一轴或两软发生横向移动。侧滑与跑偏是有联系的，严重的跑偏有时会引起后轴侧滑，易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的趋势。制动时发生侧滑，特别是后轴侧滑，会引起汽车的剧烈回转运动，严重时可使汽车调头。由实验和理论分析得知；制动时若后轴比前轴先抱死拖滑，就有可能发生后轴侧滑；若使前、后轴同时抱死或前领先抱死，后轴始终不抱死则可防止后轴侧滑。制动侧滑试验表明：(1)制动过程中，若只有前轮抱死拖滑，汽车基本上沿直线向前减速行驶定状态，但汽车丧失转向能力。(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时，只要有轻微的侧向力作用，汽车就会发生后轴侧滑而急剧转动，甚至调头。侧滑的程度与地面的滑溜程度、制动距离及制动时间成正比3.3.1车轮侧滑的条件制动过程中车轮侧滑,根据车轮与路而的附着条件可知，在无切向力作用时，车轮所能承受的最大侧向力若车轮承受切向力，则车轮不发生侧滑的条件为车轮所能承受的最大侧向力下降。这表明抗侧滑的稳定性与作用在车轮上的切向力和法向力有关。当切向力与车轮和地面的附着力相等时，即使是微小的侧向力 (侧向风、道路模坡引起的侧向力及转弯时的离心力等)都将引起车轮的侧向滑移。3.3.2汽车侧滑时的运动分析实验结果分析表明：制动时若后轴比前轴先抱死拖滑，就可能发生后轴侧滑。若前、后轴同时抱死，或者前轴先抱死而后轴抱死或不抱死，则能防止汽车后轴侧滑，但是汽车丧失转向能力。图4汽车侧滑分析图从受力情况分析，可以确定前轮或后轮抱死对制动方向稳定性的影响。图(4)中a)是当前轮抱死、后轮自由滚动时，在干扰作下，发生前轮偏离角。若保持转向盘固定不动，因前轮侧偏转向产生的离心惯性力与偏离角的方向相反,起到减小或阻止前轴侧滑的作用，即汽车处于稳定状态。图(4)中b)为当后轮抱死、前轮自由滚动时，在干扰作用下，发生后轴偏离角。若保持转向盘固定不动，因后轮侧偏产生的离心惯性力与偏离角的方向相同， 起到加剧后轴侧滑的作用，即汽车处于不稳定状态。由此周而复始，导致侧滑回转，直至翻车。在弯道制动行驶条件下，若只有后轮抱死或提前一定时间抱死，在一定车速条件下，后轴将发生侧滑；而只有前轮抱死或前轮先抱死时，不能产生地面侧向反作用力，汽车无法按照转向盘给定的方向行驶，而是沿着弯道切线方向驶出道路，即丧失转向能力。3.3.3转向能力的丧失转向能力的丧失是指弯道制动时，汽车不再按原来的弯道行驶而是沿弯道切线方向驶出，及直线行驶时转动方向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。转向能力的丧失和后轴侧滑也是有联系的，一般汽车如后轮不会侧滑，前轮就可能丧失转向能力，后轴侧滑，前轮常持转向能力只有前轮抱死或前轮先抱死时，因侧向力系数为零，不能产生任何地而侧向反作用力，汽车才丧失转向能力。因此，从保证汽车方向稳定的角度出发，首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前车轮先抱死的情况，以防止危险的后轴测滑。其次，尽量减少只有前轴车轮抱死，或前后轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是避