第五章_汽车制动性能

第五章 汽车的制动性能 5 2汽车制动性能的评价 5 1汽车的制动力 汽车的制动性 5 3提高制动性的措施 AutomotiveBrakingPerformance 定义 汽车在行驶时能在短距离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 另外 也包括在一定坡道上能够长时间停放的能力 汽车制动性是汽车的重要使用性能之一 它属于汽车主动安全的范畴 行车制动俗称脚制动或脚刹车 驻车制动俗称手刹车或手制动 三个评价指标 制动效能 含制动距离和制动减速度 它是指汽车在良好的路面上以规定的初始车速和规定的踏板力制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度 它是制动性能的最基本指标 制动效能的恒定性 抗衰退性能 抗热衰退性能 是指汽车高速行驶制动或下长坡时制动性能的保持程度 抗水衰退性能 是指汽车涉水后对制动效能的保持能力 制动时汽车方向稳定性 包括抗跑偏 抗侧滑和保持转向能力的性能 EvaluationCriteriaofBrakingPerformance 5 1汽车的制动力 一 制动力的产生1 制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力 用符号Fu表示 它的测得方法是 将汽车架离地面 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 制动器制动力不仅由制动器结构参数所决定 即取决于制动器的形式 结构尺寸 制动器摩擦副的摩擦面数以及车轮半径 还与制动踏板力 即制动系的液压或空气压力成正比 2 地面制动力图所示为汽车在良好的硬路面上制动时车轮的受力情况 图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力 惯性力偶矩均忽略不计 Tu是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或制动盘相对滑转时的摩擦力矩 单位为N m Fxb是地面制动力 单位为N W为车轮垂直载荷 FP为车轴对车轮的推力 Fz为地面对车轮的法向反作用力 它们的单位均为N 图5 1制动时车轮受力条件 地面制动力Fxb是使汽车制动而减速行驶的外力 其大小取决于两个摩擦副的摩擦力 一是制动器内制动摩擦片与制动鼓 或制动盘 间的摩擦力 另一个是轮胎与地面间的摩擦力 即附着力 地面制动力 制动器制动力 BrakingForce 3地面制动力 制动器制动力与附着力的关系 地面制动力首先取决与制动器制动力 但同时受到地面附着条件的限制 它们同时大才好 仔细观察汽车的制动过程可发现 轮胎留在地面上的印痕从车轮滚动到滑动是一个渐变的过程 第一阶段 单纯滚动 印痕的形状基本与轮胎胎面花纹相一致 第二阶段 边滚边滑 可辨别轮胎花纹的印痕 但花纹逐渐模糊 轮胎胎面相对地面发生一定的相对滑动 随着滑动成分的增加 花纹越来越模糊 第三阶段 拖滑 车轮抱死拖滑 粗黑印痕 看不出花纹 4硬路面上的附着系数 不同滑动率轮胎印迹变化规律 随着制动强度的增加 车轮的滑动成分越来越大 它通常用滑移率S表示 图4 3 滑动率s 车轮运动中从滚动至滑动过程滑动成分所占的比例 现象分析 各种路面平均附着系数 道路的类型 路况 汽车运动速度 轮胎结构 花纹 材料 附着系数的影响因素 AdhisiveCoefficient 轮胎的磨损会影响其附着能力 路面的宏观结构应有一定的不平度而有自排水能力 路面的微观结构应是粗糙且有一定的棱角 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积可提高附着能力 低气压 宽断面和子午线轮胎附着系数大 滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力 影响制动 转向能力 1地面对前后车轮的法向反作用力 二制动力分配 定义 制动时前 后车轮同时抱死时的前后制动器制动力分配关系曲线 前后车轮同时抱死的条件 2理想的前 后制动器制动力分配曲线 替换 制动力分配系数 线与理想的制动器制动力分配曲线I的交点处的附着系数为同步附着系数 0 同步附着系数说明 前后制动器制动力为固定比值的汽车 只能在一种路面上 即在同步附着系数的路面上才能保证前 后轮同时抱死 三个评价指标 制动效能 含制动距离和制动减速度 制动效能的恒定性 抗衰退性能 制动时汽车方向稳定性 包括抗跑偏 抗侧滑和保持转向能力的性能 制动效能的定义 在良好的路面上 汽车以规定的初始车速以规定的踏板力制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度 它是制动性能的最基本指标 5 2汽车制动性能的评价 EvaluationCriteriaofBrakingPerformance 制动效能的恒定性抗热衰退性能 汽车在高速行驶或下长坡道时制动性能的保持程度 抗水衰退性能 是指汽车涉水后对制动性能的保持能力 汽车制动时的方向稳定性的评价 常用制动时汽车按给定路径行驶的能力 制动时发生跑偏 侧滑或失去转向能力时 则汽车将偏离给定的行驶路径 这时 汽车的制动方向稳定性能不佳 轿车制动规范 汽车制动效能 是指汽车迅速降低车速直至停车的能力 汽车制动效能的评价指标是制动距离和制动减速度 1 制动距离制动距离S 是指汽车以给定的初速u0 从踩到制动踏板至汽车停住所行驶的距离 制动距离与踏板力 或者制动系管路压力 以及地面的附着情况有关 也与制动器的热工况有关 2制动距离分析 3 制动减速度检验汽车制动效能的最基本的指标之一 其大小直接影响制动距离的长短 制动减速度的大小反映了地面制动力的大小 因此它与制动器制动力 车轮滚动时 及地面附着力 车轮抱死拖滑时 有关 不同制动工况时的地面制动力及制动减速度 冷制动 制动器起始温度 100 强度制动 制动器起始温度 300 甚至600 700 t 制动性能 制动效能的热衰退现象 3制动效能的恒定性 评价方法 要求汽车以规定车速连续制动15次 制动强度为3m s2 最后不低于冷试验效能的60 5 8m s2 制动器的热衰退与制动器摩擦副材料以及制动器结构有关 影响因素 1 制动器摩擦系数当200 为0 3 0 42 制动器结构双向自动增力kef 双减力制动器kef 摩擦系数 对双向自动增力影响最大 盘式制动力制动效能没有鼓式的好 但抗热衰退性能好 稳定 当汽车涉水后 因水进入制动器 短时间内制动效能的降低 称为水衰退现象 4汽车制动时的方向稳定性 因制造或调整误差造成汽车左 右车轮 特别是左 右转向轮制动器制动力不等 因结构原因使制动时悬架导向杆系与转向杆系在运动学上的不协调或干涉 汽车制动跑偏 前轮地面制动力FX1L FX1R汽车受地面反力Fy1Fy2 Fx1L对主销的力矩 Fx1r对主销的力矩 Fy1对主销的力矩 主销有后顷 即使方向盘不动 由于间隙和变形也会向左转 制动时发生侧滑 尤其是后轴侧滑 会引起汽车急剧的回转运动 严重时可使汽车调头 后轮抱死 前轮抱死 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 实验和理论分析结果 制动时若后轴比前轴先抱死拖滑 就可能发生后轴侧滑 2后轴侧滑和前轴转向能力的丧失 前轮无制动力 后轮有足够的制动力 随ua的提高侧滑趋势增加 ua 45km h 回转180 后轮无制动力 前轮有足够的制动力 即使速度达到ua 65km h 回转角只有10 汽车保持直线行驶状态 前 后轮都有足够的制动力 但先后次序和时间间隔不同 若ua 64 5km h 后轮比前轮先抱死或前轮比后轮先抱死 但时间间隔小于0 5s 则汽车基本保持直线行驶 若时间间隔大于0 5s 则后轴发生严重的侧滑 起始车速和附着条件的影响 ua 48 2km h 即使后轮抱死比前轮早0 5s 汽车纵轴也仅转动25 而ua 72 3km h 则发生剧烈侧滑 在横坡2 5 的干燥和潮湿两种路况下 对前轮无制动力后轮抱死进行制动实验 干燥路面制动距离是潮湿路面的70 若以时间作为横坐标 汽车纵轴偏转角近似相等 这就说明 在低附着系数的路面上 侧滑程度的增加主要原因是由于制动时间增加引起的 路面越滑 制动距离和制动时间越长 后轴侧滑就约严重 制动过程中 若只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑 汽车基本沿直线向前行驶 汽车行驶处于稳定状态 但是汽车丧失转向能力 若后轮比前轮先抱死一定时间 且车速超过某一数值 只要汽车受到轻微的侧向力 就会发生侧滑 制动距离越长 后轴侧滑越剧烈 结论 从受力情况分析前轮或后轮抱死的制动方向稳定性 a 前轴侧滑b 后轴侧滑 当前轮抱死 在干扰作用下 发生前轮偏离角 航向角 因产生的离心惯性力Fc与偏离角 的方向相反 Fc起到减小或阻止前轴侧滑的作用 即汽车处于稳定状态 当后轮抱死 在干扰作用下 发生后轴偏离角 航向角 因产生的离心惯性力Fc与偏离角 的方向相同 Fc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 第三节提高制动性的措施 一 制动力的调节压力调节装置 如限压阀 比例阀等二 车辆的防抱死 ABS意为 防抱死制动系统 在没有ABS时 汽车在紧急制动时 四个车轮被完全抱死 这时汽车只要在轻微侧向力作用下 比如倾斜的路面或者地上的一块小石头 就会发生侧滑 汽车急剧摆动 甚至完全调头 而更加危险的是 当汽车行驶在弯道时 由于前轮抱死 汽车将丧失转向能力 这时转动方向盘虽然也能带动前轮转向 但由于车轮缺乏附着使汽车无法转向 而是沿着惯性方向向前直至停止 有了ABS就可以通过控制刹车油压的收放 来达到对车轮抱死的控制 当车轮制动时 安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死 并将信号传给电脑 电脑会马上降低被抱死车轮的制动力 车轮又继续转动 转动到一定程度 电脑又施加制动 保证车轮既受到制动又不致抱死 这样不断重复 直至汽车完全停下来 电脑能在一秒钟之间对车轮进行几百次的检测 并同时对制动系统进行数十次的操纵 在 抱死 松开 抱死 松开 的循环工作过程中 使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态 安装了ABS的汽车能显著改善汽车的制动性 具备一定的转向避让能力 ABS的组成 一组成传感器 车速传感器轮速传感器减速度传感器执行器 制动压力调节器液压泵abs警告灯ECU 基本原理 制动中轮速传感器不断把各个轮转速信号输送给ABS控制单元 ABS控制单元 根据设定的控制逻辑对四个转速传感器信号处理 计算汽车的参考车速 车轮速度 减速度确定滑移率 并将滑移率与设定的滑移率门限值比较 如果某个车轮的滑移率超过了控制门限值 abs控制单元发出指令 控制液压调节装置 使该车轮制动轮缸中的制动压力减小 如果某个车轮