张文春汽车理论课件45427汽车理论课件第五章 修改

第五章汽车的制动性,定义：汽车的制动性是指强制汽车在短距离内减速、停车、控制下坡速度且维持行驶方向的稳定性和保证汽车较长时间停放在斜坡上的能力。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。,第一节制动性的评价指标,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）。,制动效能指汽车在良好路面上以一定初速度制动到停车所驶过的距离、制动时汽车的减速度或制动力的大小,2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,制动效能降低的程度用热衰退率表示：,表示,汽车制动时的方向稳定性,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,第二节制动时车轮的受力,本节将取一个车轮为隔离体，分析该车轮在制动时的受力状况，以说明影响汽车地面制动力的因素，进而寻找提高地面制动力的方法。,二地面制动力,一制动器制动力,三、地面制动力、制动器制动力与附着力的关系,汽车的制动时，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。,四制动过程中车轮的运动状态与附着系数的关系,不同滑动率轮胎印迹变化规律,各种路面平均附着系数,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,路面有积水层时轮胎接地面中的三个区域,第三节汽车的制动效能及其恒定性,制动效能：指汽车迅速降低车速直至停车的能力。汽车制动效能的恒定性是指制动效能保持的程度，通常称为抗热衰退性，用抗热衰退度表示，即aL冷态汽车制动减速度；aR冷态汽车制动减速度。,一制动减速度与地面制动力在不同路面上，地面制动力为FXb=bG故汽车能达到的制动减速度amax（m/s2）amax=bg若允许前、后轮同时抱死，则amax=sg,在评价汽车制动性能时，我国行业标准采用平均减速度的概念，即,t1：为制动压力达到75%Pmax的时刻；t2：为到停车时总时间2/3的时刻。,若装有理想的自动防抱装置的汽车，则：,amax=pg,若允许前、后轮同时抱死，则amax=sg,二.制动距离,1.驾驶员反应时间1(0.31.0s),（反应、爆发力）因年龄、性别、情绪而不同。,2.制动器的作用时间2(0.20.9s),3.持续制动时间3,4.解除制动时间4(0.21.0s),取决于：踩踏板的速度制动系结构形式,从制动的全过程来看，包括：驾驶员看到信号作出反应、制动器起作用、持续制动和放松制动器四个阶段。制动距离是开始踩着制动踏板到完全停车的距离。,影响制动距离的主要因数：制动器作用时间2、制动强度、初始车速,汽车总的制动距离为：,略去最后一项小量，车速单位为km/h,某轿车的制动距离随不同制动初速度的变化关系,热衰退现象：制动器温度上升后，制动器摩擦力矩显著下降的现象。抗热衰退性能：用一系列连续制动后，制动效能的保持程度来衡量。,三.制动效能的恒定性,抗热衰退性能与制动器摩擦副材料及制动器结构有关,提高热衰退性的途径：采用耐热的粘合剂，如环氧树脂等改性的酚醛树脂。有时还用无机粘合剂；减少有机成分的含量，增加金属添加剂的成分；使摩擦片具有一定的气孔；多数树脂模制摩擦片，经初期衰退后便不再衰退，因此可在使用前先进行表面处理，使其产生表面热稳定层来缓和衰退。,1摩擦副的材料及摩擦系数,2制动器的结构型式,制动器的抗热衰退性能不仅受摩擦材料摩擦系数下降的影响，而且同制动器的结构形式有密切关系,制动器效能因数是指单位制动泵推力所产生的制动器摩擦力F,型式制动效能稳定性双从蹄式差好领从蹄式稍好一般双领蹄式好差双向自增力式最好最差盘式差好,定义：制动时的方向稳定性是制动过程中维持直线或按预定弯道行驶的能力。,不正常现象:制动跑偏侧滑失去转向能力,第四节制动时的方向稳定性,1.现象：制动时，车轮发生自动偏转，使汽车偏离预定方向。,一、汽车的制动跑偏,2.原因：（1）左、右转向轮制动器制动力不相等；（2）悬架导向杆系与转向系运动不协调。,假设：车速小，跑偏不严重，无侧滑，且方向盘不动。忽略：圆周运动的离心力、绕质心的惯性力偶矩。此时车轮未抱死，地面制动力不相等。,（1）左右转向轮制动器制动力不相等,对整车：力不相等，旋转趋势假设F1LF1R相应Fx1LFx1R逆时针旋转趋势同时，地面会产生阻碍旋转的力偶,Fx1L绕主销的力矩Fx1R的力矩,此外，若左右主销内倾角不等，即使地面制动力相等，也可能向主销内倾角小的一边跑偏。,由于制造、调整误差造成，表现出随机性。,b.主销后倾（使FY1产生同向偏转力矩，增大转角）,尽管方向盘未动：a.转向系间隙及弹性（左偏驶）,航向角：制动时汽车的纵轴线与原定行驶方向的夹角,后轮未抱死,试验：左、右前轮制动力不等时对制动跑偏影响,后轮未抱死,撒手,未撒手,结论：制动跑偏随着左右车轮制动力不相等度Fr的增加而增大；当后轮抱死时，跑偏程度更大。,如EQ140在试制中向右跑偏：,（2）悬架导向杆系与转向系运动不协调,紧急制动时，前板簧发生变形，前轴向前转了一个角度。转向节上的球头销本应做相应移动，但球头销又在直拉杆上，仅能克服转向拉杆间隙和产生微小弹性变形，不能移动，致使转向节臂绕主销右偏，转向轮向右偏转。,设计原因所致,改进方法：1.增加悬架刚度；2.使球头销下移,1.现象制动时，车轮无偏转，但汽车的一根或两根车轴横向滑出预定方向。,2.原因车轮抱死拖滑(s=100%)时，侧向力系数l0，汽车失去抗横向干扰的能力，产生侧滑。,二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失,试验结论：前轴侧滑侧滑不严重，但前轮失去转向能力后轴侧滑随车速增加，侧滑程度更剧烈；高速尤甚整车侧滑较少见，同时达到s，制动力大，车很快停下,3.制动时的方向稳定性试验,a.前轮比后轮先抱死拖滑或后轮比前轮先抱死且时间间隔在0.5s内，汽车基本按直线行驶；,b.后轮比前轮先抱死，时间超过0.5s，后轴必定发生侧滑。,c.附着系数小，侧滑严重。,4.前轮抱死、后轮抱死两工况的受力情况,离心力Fj的方向与侧滑方向相反，会抑制滑动。,1.前轮抱死，后轮滚动,因此前轮侧滑是一种稳定工况。但丧失了转向能力。,惯性力Fj的方向与侧滑方向一致，会加剧后轴侧滑。后轴侧滑又加剧惯性力Fj，汽车将急剧转动。,2.后轮抱死，前轮滚动,因此后轴侧滑是一种危险工况。,最理想的情况：前、后轴车轮都处于滚动状态而不出现抱死情况，以确保制动时的方向稳定性。,结论：为了保证汽车制动时的方向稳定性，首先不允许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，以防止出现危险的后轴侧滑；其次，尽量少出现只有前轴车轮抱死或前、后轴车轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。,第五节前、后制动器制动力的比例关系,制动器的制动力足够时，可能出现：1.前轮先抱死，然后后轮抱死；2.后轮先抱死，然后前轮抱死；3.前、后轮同时抱死拖滑。“理想”,一.制动时地面对前、后车轮的法向反作用力,1).忽略Tf、Fw及旋转质量的惯性力偶矩2).忽略车轮边滚边滑过程，附着系数取定值。,前半部分为静载，后半部分为动载。制动时，前轴载荷增加，后轴载荷减少。转移量与du/dt的值有关。du/dt，转移量。转移量很大，不能忽略。,若前后轮同时抱死，或分别先后抱死，则：,前后轮均抱死时，转移量随值而不同，取决于值。,式（5-6）,随着制动强度的增加，前轴的负荷增加，后轴的负荷减少。,地面附着力变化后，前、后制动器制动力的分配比例应随之变化,二、理想的前后制动器制动力分配曲线,定义：当前后轮同时抱死时，前后制动器制动力的分配关系。,在任一路面，前后轮同时抱死的条件为：前、后车轮制动器制动力之和等于附着力；前、后车轮制动器制动力分别等于各自的附着力。,或,F1,F2,I曲线,F1、F2的关系曲线理想的前、后轮制动器制动力分配曲线。也称为I曲线。,3).对同一值，对应的两条曲线就有一个交点，将各下的交点连成曲线，即为F1与F2的关系曲线I曲线。,I曲线作法：,1).由F1+F2=G，令=0.1，0.2，0.3，可得到一组与坐标轴成45的平行线。,2).F1/F2=(b+hg)/(a-hg)，令=0.1，0.2，0.3，则可得到一组过原点的射线。,1).F1、F2的关系中含有参数G、a、b、hg等，它们因车而异，I曲线也因车而异，同一车辆空、满载时I曲线也不同；,2).由于前后轮同时抱死时，F=Fxb=F，I曲线也是理想的Fxb1、Fxb2关系曲线。,空载,注意：,三、具有固定比值的前后制动器制动力与同步附着系数,1.实际制动器制动力分配曲线多数两轴汽车的前后制动器制动力之比为常数。这时的F1、F2关系曲线，称为线。,制动器制动力分配系数：,线与I线的交点处满足：Fxb1=F1，Fxb2=F2即前后轮同时抱死,交点处的附着系数称为同步附着系数0。,2.同步附着系数,0的含义：对于制动器制动力分配系数为的汽车，只有在附着系数为同步附着系数的路面上制动时，才能使前后轴上的车轮同时抱死；0是由汽车的结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参数；在汽车设计、改装时，常先选定0值，由（*）式计算出要求的制动力分配系数，然后用F2/F1=(1-)/式求得前后制动力的分配关系，作为设计制动器的依据之一。,问题？,具有固定的前后制动器制动力比例的汽车,在什么情况下会产生前轮先抱死？什么情况下会产生后轮先抱死？,在B点F1与F2比例合适(因为B点在I曲线上），前后轮同时抱死；在A点相对于F1，F2过大（A点在I曲线之上），后轮先抱死；在C点相对于F2，F1过大（C点在I曲线之下），前轮先抱死。,四、前后制动器制动力为固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析,f线组简称前轮打滑线。是前轮抱死，后轮没抱死时，在各种值路面上的前、后地面制动力关系曲线。,1.f线组和r线组,r线组简称后轮打滑线。是后轮抱死，前轮没抱死时，在各种值路面上的前、后地面制动力关系曲线。,f线组：当前轮抱死时,制动时总制动力:,FXb1,FXb2,f线组,r线组：当后轮抱死时,2).当f线与I曲线相交，后轮抱死，I曲线以上的f线无意义。3).当r线与I曲线相交，前轮抱死，I曲线以下的r线无意义。,1).对于不同路面的f线与r线交点连线为I曲线。,2.汽车在不同值路面上的制动过程,结论：,假定某货车的0=0.39；、I、f、r线组如图所示,A点以前：,a.在=0.30的路面上制动,制动器制动力沿线上升，Fxb1=F1，Fxb2=F2；,A点：=0.3的f线与线相交，前轮将抱死；制动强度约为0.27。,A点以后：,F1、F2沿线上升，,Fxb1、Fxb2沿=0.3的f线上升，至A点，前后轮同时抱死，制动强度为0.3g。,在0的路面上,线与f线组先相交,前轮先抱死；或当线在I线的下方时，前轮先抱死。,b.在=0.70的路面上制动,B点以前：,制动器制动力沿线上升，Fxb1=F1，Fxb2=F2；,B点：=0.7的r线与线相交，后轮将抱死；制强度约为0.6。,B点以后：,F1、F2沿线上升，,Fxb1、Fxb2沿=0.7的r线移动，至B点前后轮同时抱死，制动强度为0.7g。,在0的路面上，线与r线组先相交,后轮先抱死；或当线在I线的上方时，后轮先抱死。,=0.7,B,B,B,c.在=0的路面上制动=0.39,制动时，前后轮同时抱死，Fxb、F沿线移动至I线的交点。制动强度为0.39g。,在=0的路面上，前、后轮同时抱死；,问题？,即将抱死时,制动强度与路面附着系数的关系？要获得某一制动强度需要多大的路面附着系数？任何时候路面附着系数全部都利用上了吗？,五同步附着系数的选择,1.0的选择应考虑的因素a.常用道路和常用车速若车速高、道路好,0可高些；反之低些b.轿车0大些,货车0小些,2.制动力的调节为了防止后轮抱死而发生危险的侧滑，汽车制动系的实际制动力分配曲线(线)应总是在理想分配曲线(I线)的下方;为了减少前轮失去转向能力的机会和提高附着效率，线应越靠近I线越好。,六、利用附着系数与附着效率,最高制动减速度：即将出现车轮抱死，但没有任何车轮抱死的制动减速度。z为制动强度。du/dt=zg,除去在=0的路面上，汽车的最大制动强度总是小于路面附着系数。,Z,与z对应的称为利用附着系数,1.利用附着系数：,，,Fxbi-对应于某一制动强度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i-第i轴对应于制动强度Z的利用附着系数,求-z关系,当0，前轮抱死，r无意义，汽车制动利用附着系数为f。,当0，后轮抱死，f无意义，汽车制动利用附着系数为r。,2.制动效率制动强度与车轮将要抱死时的利用附着系数之比。前轮将出现抱死的制动效率：,同理：,=0.6，Er（空）=67%，制动减速度为：0.67*0.6g=0.402g,它表示了汽车制动系统对路面附着系数利用的好坏，反应了将地面的附着力转换为地面制动力的效率。,a.货车(m3.5t)当0.15z0.3时前轴利用附着系数在上当z=0.20.8（z+0.07）/0.85,或：当0.15z0.3时z-0.08z+0.08,当z0.3（z-0.0188）/0.74,（选学）ECE制动法规：,b.轿车当0.2z0.8时前轴利用附着系数在上，且：（z+0.07）/0.85,当Z=0.30.45后轴利用附着系数曲线不超过直线=z0.05的条件下，允许后轴利用附着系数曲线在前轴利用附着系数曲线的上方,七、发动机制动,使用条件：山区行驶的车辆下长坡时，为避免车轮制动器长时间工作而发生过热，或冬季行驶在冰雪路面上为避免制动力过大引起侧滑，常利用发动机制动。1.关节气门2.排气制动器,排气制动器的主要结论：,1）对于紧急停车制动来说，除了正常的车轮制动器之外，加用排气制动器，只能使车辆的最大制动性能略有增加。2）当只使用发动机制动时，车辆总的平均减速度约0.015g；而采用排气制动器时，其总的平均减速度可提高到近0.03g。3）为了使车辆在挂最高档、下坡行驶时保持32km/h左右的稳定速度行驶，在0.045或更小的坡道上不必使用主制动器。观测表明，在0.1的坡道上，排气制动器可使主制动器的使用率减少33%左右。4）在正常交通情况下，使用排气制动器可使车轮主制动器的使用率减少20%左右。,发动机的制动力矩Te,式中pm在燃烧室中的平均制动压力，kPa；ve发动机的排量，m3。,车辆驱动轮上的制动力Fret,式中R轮胎的有效半径，m；T传动效率；i发动机与车轮之间的传动比,附着系数与制动强度的关系曲线,第六节汽车制动防抱装置（ABS）和制动辅助系统（BAS）,缩短制动距离,改善制动过程的方向稳定性,减轻驾驶员的紧张程度,延长轮胎的使用寿命,ABS的作用:,一、制动防抱装置（ABS）,制动防抱死装置（Anti-LockBrakeSystem，ABS）是这样一种装置，它通过不断地降低、保持和增加制动力矩，力图使车轮滑动率尽可能在15%20%范围之内。,防抱死制动系统ABS由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成。,ABS的组成和工作过程:,ABS的布置形式,SingleChannelSystem,Fourchannelsystem,ABS的工作原理,防抱死制动系统有四个工作过程。1常规制动过程2减压制动过程3保持压力制动过程4增压制动过程,建立微分方程,ABS的控制原理（车轮抱死分析）:,基本的假设,车轮的抱死过程很快，忽略其车速的降低,车轮的载荷不变,附着力滑移曲线可以简化成两条直线,制动力矩是时间的函数,当0SSp时,解方程,忽略过渡过程,当SpS1时,即,解方程得,最后一项有影响，不便忽略，则求导得,防抱死控制基本控制策略,ABS控制策略,逻辑门限,滑模控制,模糊控制,最优控制,逻辑门限值的控制策略,将车轮的减速度（或角减速度）和加速度（或角加速度）作为主要控制门限，而将车轮的滑动率作为辅助控制门限。,ABS