第4章 汽车的制动性1-

第4章

汽车的制动性

汽车理论（许兆棠等编）机械工业出版社课件制作：许兆棠4.1汽车的制动原理4.2汽车制动性的评价指标4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数4.4汽车的制动效能4.5汽车制动效能的恒定性4.6汽车制动时的方向稳定性4.7前、后制动器制动力的分配特性4.8装ABS汽车的制动性4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制4.10汽车的驻车制动性讲授内容4.1汽车的制动原理汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板，前、后轮制动器产生制动力，地面分别作用在前、后车轮上与汽车前进速度方向相反的地面制动力和，同时，汽车受到空气阻力，在地面制动力和、空气阻力作用下，汽车减速直至停车。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理在汽车制动过程中，汽车的动能逐渐减少，汽车停车时，汽车的动能为零。汽车制动时，受到的在行驶方向上的外力只有空气阻力和地面制动力，因此，汽车的动能由空气阻力和地面制动力消耗。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理

空气阻力消耗汽车动能的情况：车速高时，空气阻力大，消耗汽车的动能多；车速低时，空气阻力小，消耗汽车的动能少，并可忽略不计。可以在汽车上增加装置，增大空气阻力，如增加如同降落伞的风阻装置，但不实用，降落伞的风阻装置影响后面及侧面车辆的行驶，且收回降落伞的风阻装置不方便，所以，汽车以地面制动力为主消耗汽车的动能。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理

地面制动力消耗汽车的动能，分为以下几种情况：

（1）车轮抱死制动器制动。由于制动器制动，车轮抱死，在地面上滑动，地面制动力消耗的动能转变为热能，由地面和轮胎吸收，制动器不消耗汽车的动能。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理

（2）车轮不抱死制动器制动。由制动器制动，车轮在地面上滚动且滑动，地面制动力由前、后轮制动器提供。这时，车轮在地面上滚动和滑动要消耗一部分动能；另外，制动器要消耗动能。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理

（3）车轮不抱死制动器制动，同时发动机或缓速器或电动机辅助制动。发动机或缓速器或电动机辅助制动时，车轮在地面上滚动且滑动，地面制动力由制动器提供，同时由发动机或缓速器或电动机提供。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理

（4）车轮不制动，发动机或缓速器或电动机单独制动。由发动机或缓速器或电动机单独制动时，车轮在地面上滚动且滑动，地面制动力由发动机或缓速器或电动机提供。车轮在地面上滚动和滑动要消耗一小部分汽车的动能，另一大部分汽车的动能由发动机或缓速器或电动机消耗。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理地面制动力由地面提供，其地面制动力不仅与轮胎、制动器、发动机或缓速器或电动机（发动机或缓速器或电动机辅助制动时）有关，而且还与地面有关，良好的路面，才具有提供大的地面制动力的能力；如良好的沥青路面，具有提供大的地面制动力的能力；又如，冰雪路面，就不具有提供大的地面制动力的能力。图4–1汽车的制动原理4.1汽车的制动原理汽车制动过程中，应尽量减少车轮抱死等轮胎与消耗汽车的动能，保护轮胎，尽量利用制动器、发动机或缓速器或电动机回收能量消耗汽车的动能。图4–1汽车的制动原理4.2汽车制动性的评价指标

汽车的制动性分为行车制动性和驻车制动性。汽车的行车制动性是指汽车行驶中制动的制动性能。汽车的驻车制动性是指汽车较长时间停放在斜坡上不动的制动性能。

汽车的制动性是汽车的主要性能之一，它直接关系到交通的安全性。汽车应急制动时，制动距离少0.1m，也会少发生许多汽车追尾等的交通事故。改善汽车的制动性，始终是汽车设计、制造和使用部门的重要任务。汽车行车制动性的评价指标包括：制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车行驶的方向稳定性。汽车遇前车阻碍行驶制动汽车在坡道上驻车制动驻车坡道4.2汽车制动性的评价指标

1.制动效能制动效能包括汽车的制动距离和制动减速度。它是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和制动时汽车的减速度的大小，是制动性能最基本的评价指标。乘用车在良好路面上从100km/h→0的制动距离为50m~60m，从50km/h→0的制动距离不大于20m。2.制动效能的恒定性制动效能的恒定性主要是指汽车制动器的抗热衰退性能。抗热衰退性能是指汽车高速行驶情况下制动或下长坡连续制动时，制动效能保持的程度。4.2汽车制动性的评价指标3.制动时汽车行驶的方向稳定性制动时汽车行驶的方向稳定性是指制动时汽车按给定路径行驶的能力，不跑偏，不侧滑及不失去转向能力。这个指标要求汽车在直道或弯道上制动时，必须在自己行驶的车道上制动，否则，影响相邻车道汽车的行驶。汽车直线行驶制动黄车直线行驶制动4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数1.地面制动力车轮在制动时的受力如图4–2所示。根据力矩平衡方程，得地面制动力：（4-1）式（4-1）表明：制动器的制动力矩越大，车轮的半径越小，能产生的地面制动力越大。但地面制动力受到地面附着力的限制。图4–2车轮在制动时的受力4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数2.制动器制动力制动器制动力如图4–3所示，相当于把汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向作用制动器制动力。根据力矩平衡方程，得制动器制动力：（4-2）式（4-2）表明：制动器的制动力矩越大，车轮的半径越小，能产生的制动器制动力越大。制动器制动力与地面无关，只与制动器能产生的制动力矩和车轮的半径有关，不受到地面附着力的限制。图4–3制动器制动力4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数3.地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系

制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系如图4–4所示。汽车制动时，要求汽车制动时在最大地面附着系数下制动；同时，为保证地面能提供最大的地面附着力，在设计制动器中，应使制动器制动力大于最大的地面附着力。图4–4制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数4.硬路面上的附着系数（1）制动过程中车轮的运动状态及轮胎留在地面上的印痕

汽车制动前以车速ua向前行驶，地面作用在从动轮上的滚动阻力与汽车前进方向相反，在滚动阻力作用下，车轮与地面接触处的橡胶向汽车前进相反的方向挤压变形。

驾驶员的左脚踩下离合器踏板，使离合器分离，中断发动机向驱动轮输出动力，驱动轮上的驱动力消失，驱动轮变为从动轮；车轮在地面上纯滚动，车轮与地面接触处的橡胶无向前或向后相对地面运动及运动趋势，车轮相对于地面在汽车前进方向上既无弹性滑动，也无明显地相对滑动，车轮相对地面的滑动为零，轮胎在地面上不产生摩损印痕。4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数

驾驶员踩下制动踏板后，轮胎在地面上产生摩擦印痕，其印痕可分为三段，第一段内，印痕形状与轮胎花纹基本一致。第二段内，胎面发生的滑动逐步加重。第三段内，胎面最终完全滑动。图4–5制动时轮胎留在地面上的印痕制动时轮胎留在地面上的印痕4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数（2）制动力系数、侧向力系数与滑动率的关系滑动率的定义为：（4-3）滑动率s能定量地表示制动时车轮与地面间相对滑动程度，滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。滑动率越大，滑动成分越多。

在车轮纯滚动时，，滑动率s=0；

在车轮抱死滑动时，，s=100%；

车轮边滚边滑时，0<s<100%。4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数制动力系数为地面制动力与垂直载荷之比，制动力系数也是制动时的纵向附着系数，与制动距离有关。

侧向力系数为地面侧向力与垂直载荷之比，侧向力系数也是制动时的侧向附着系数，与制动时汽车的方向稳定性有关。图4–6制动力系数、侧向力系数与滑动率关系的曲线4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数

根据图4–6中的峰值制动力系数，汽车制动时，应控制制动力系数在峰值制动力系数附近，这时，制动力最大，制动距离最短；同时，侧向力系数较大，汽车有较好地抗侧滑的能力和提供汽车弯道制动时转弯的侧向力。制动力系数在峰值制动力系数附近时，滑动率s＝15%～20%，车轮的转速较高，有利于胎面与地面的接触面制动后散热，简单说有利于胎面散热，另根据汽车的制动原理，制动器消耗汽车制动的动能也多，有利于减少汽车的制动距离。控制制动力系数在峰值制动力系数附近是通过ABS系统实现，这也是ABS系统的理论基础。图4–6制动力系数、侧向力系数与滑动率关系的曲线4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数图4–7给出了试验所得的制动力系数、侧向力系数与滑动率关系的曲线，和曲线不仅与滑动率有关，还与侧偏角有关，曲线的形状随侧偏角变化，曲线上的制动力系数、侧向力系数的大小随滑动率变化。侧偏角大，侧向力大，侧向力系数大。图4–7和曲线4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数

（3）影响附着系数的因素及不同路面的附着系数附着系数的数值主要决定于道路的材料、路面的状况、轮胎结构、胎面花纹、轮胎材料以及汽车的速度等因素。

在良好、平整的沥青路面上，有胎面花纹的轮胎，其附着性能比无花纹光胎面的轮胎要好得多。

路面的清洁度，路面上的细砂、尘土、油污、泥等都会显著地影响附着能力。

车速越高，附着时间越短，附着能力低越，附着系数越低。

增大轮胎与地面的接触面会提高附着能力，低气压、宽断面和子午线轮胎的附着系数较一般轮胎要高。轮胎花纹4.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数表4-2不同路面上的平均附着系数路

面峰值附着系数

滑动附着系数

沥青或混凝土（干）0.8~0.90.75沥青（湿）0.5~0.70.45~0.6混凝土（湿）0.80.7砾

石0.60.55土路（干）0.680.65土路（湿）0.550.4~0.5雪（压紧）0.20.15冰0.10.074.3汽车制动时车轮的受力和硬路面上的附着系数

（4）有无积水路面的附着系数

在没有积水的路面上汽车行驶时的附着系数：

刚开始下雨，路面上只有少量雨水时，雨水与路面上的尘土、油污相混合，形成黏度高的水液，滚动轮胎的挤压及胎面花纹排水作用，无法挤出和排出胎面与路面间的全部水液膜，在胎面与路面之间总有一层水液膜，由于水液膜的润滑作用，轮胎的附着性能降低；

但在经过较长时间雨水冲刷路面后，去除了路面上的尘土、油污，路面清洁了，路面的微观结构粗糙且有一定的尖锐棱角，穿透水膜，让路面