车轮制动分析

1、制动时的汽车行驶方程式为 (4-1)式中：为汽车地面制动力。 由制动性的定义可知，滚动阻力；制动时车速较低且迅速降低，即；坡道阻力。所以，汽车行驶方程式可近似表达为 (4-2)4.2.2.1 地面制动力、制动器制动力和附着力 假设滚动阻力偶矩、车轮惯性力和惯性力偶矩均可忽略图，则车轮在平直良好路面上制动时的受力情况如图4-1所示。 图4-1 制动时车轮受力条件 制动器制动力等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力。其大小为 (4-3) 式中：是车轮制动器摩擦副的摩擦力矩。制动器制动力是由制动器结构参数所决定的。它与制动器的型式、结构尺寸、摩擦副的而摩擦系数和车轮半径以及踏板力有关。 从力

2、矩平衡可得地面制动力为 (4-4) 地面制动力是使汽车减速的外力。它不但与制动器制动力有关，受地面附着力的制约。 图4-2 地面制动力、车轮制动力及附着力的关系 图4-2给出了地面制动力、车轮制动力及附着力三者之间的关系。当踩下制动踏板时，首先消除制动系间隙后，制动器制动力开始增加。开始时踏板力较小，制动器制动力也较小，地面制动力足以克服制动器制动力，而使得车轮滚动。此时，且随踏板力增加成线性增加。但地面制动力是地面摩擦阻力的约束反力，其值不能大于地面附着力或最大地面制动力，即 (4-5)当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力达到最大地面制动力,车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。随着制动踏板力以

3、及制动管路压力的继续升高，制动器制动力继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力不再增加。上述分析表明，汽车地面制动力取决于制动器制动力，同时又受到地面附着力的限制。只有当制动器制动力足够大，而且地面又能够提供足够大的附着力，才能获得足够大的地面制动力。4.2.2.2 地面附着系数仔细观察汽车的制动过程，就会发现轮胎胎面在地面上的印迹从滚动到抱死是一个逐渐变化的过程。轮胎印迹的变化基本上可分为三个阶段。在第一阶段内，轮胎的印迹与轮胎的花纹基本一致，车轮近似为单纯滚动状态，车轮中心速度与车轮角速度存在关系式 (4-6)在第二阶段内，花纹逐渐模糊，但是花纹仍可辨别。此时，轮胎除了滚动之外，胎面和地

4、面之间的滑动成份逐渐增加，车轮处于边滚边滑的状态。这时，车轮中心速度与车轮角速度的关系为 (4-7)且随着制动强度的增加滑移成份越来越大，即。在第三阶段，车轮被完全抱死而拖滑，轮胎在地面上行程粗黑的拖痕，此时 (4-8)随着制动强度的增加，车轮的滚动成份逐渐减少，滑动成份越来越多。一般用滑动率描述制动过程中轮胎滑移成份的多少，即 (4-9)滑动率的数值代表了车轮运动成份所占的比例，滑动率越大，滑动成份越多。一般将地面制动力与地面法向反作用力（平直道路为垂直载荷）之比成为制动力系数。它是滑动率的函数（见图4-3）。由图4-3可知，当较小时，近似为的线性函数，随着的增加急剧增加。当趋近于时，随着的

5、增加，增加缓慢，直到达到最大值。通常被成为峰值附着系数。很多试验表明，。然后，随着继续增加，开始下降，直至,。通常被成为滑动附着系数。在实际中，汽车轮胎经常受到侧向力的作用而发生侧偏或侧滑现象。图4-3中的侧偏力系数曲线。侧偏力系数是指，侧向反作用力（侧偏力）与地面法向反作用力之比。滑动率越小，侧偏力系数越大。图4-4所示为不同侧偏角时，的关系曲线。由图4-4可知，侧偏角增加时，汽车的和均下降，相应地和也均下降。图4-5所示为不同道路情况下，制动力系数随滑动率的变化规律。在其它条件不变时，潮湿水泥路面制动力系数低于干燥水泥路面的制动力系数；冰雪路面制动力系数制动力系数非常低；另外，小制动力系数

6、路面的峰值附着系数相应也降低，且对应的滑动率也低。图4-3 制动力系数b与滑动率s之间的关系 图4-4 不同侧偏角时，关系曲线 图4-5 制动力系数b与滑动率s的关系 图4-6 制动力系数b与法向反作用力fz之间的关系图4-7 滑动附着系数与汽车行驶速度之间的关系 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。滑水现象是指，轮胎在有积水的路面上行驶时，随着车速的增加，轮胎实际接地面积逐渐减小，而被水膜隔开的面积逐渐增加，当达到一定车速时，在胎面下的动液压升力等于垂直载荷时，轮胎将完全飘浮在水膜上面而与路面毫不接触的现象。图4-6所示为不同法向反作用力对附着力系数的影响。在其它条件不变的情况下，的增加稍有下降，但影响不大。滑动附着系数道路的类型与路况、汽车运动速度以及轮胎结构、花纹、材料等因素有关。图4-7所示为滑动附着系数与汽车行驶速度的关系。无论在干燥还是在潮湿路面上，随着车速的增加滑动附着系数明显下降；但是，在冰面上滑动附着系数很小，车速对其影响很小；在积雪路面