第4章 汽车的制动性4-

4.4汽车的制动效能1.制动减速度和充分发出的平均减速度（1）制动减速度

制动减速度与地面制动力有关，地面制动力受附着力的限制。地面制动力达到附着力时，地面制动力为：（4-4）

根据牛顿第二定律，地面制动力达到附着力时汽车制动有如下关系：（4-5）图4–1汽车的制动原理4.4汽车的制动效能将式（4-4）代入式（4-5），并考虑，g为重力加速度，得汽车最大制动减速度：（4-6）

为峰值制动力系数，即时，汽车最大制动减速度最大。因此，应使汽车在峰值制动力系数下制动，这样，汽车的制动距离最短，此时，滑动率s＝15%～20%，车轮一边滚动，一边滑动，并以滚动为主，这是汽车防抱死系统（ABS）工作的理论基础。4.4汽车的制动效能

（2）充分发出的平均减速度

国家标准GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》用充分发出的平均减速度评价汽车的制动性。汽车制动时的充分发出的平均减速度（英文缩写为MFDD，对应的符号为dm）：（4-7）式中，dm为充分发出的平均减速度，m/s2；为的试验车速，km/h；为的试验车速，km/h；为试验车制动初速度，km/h；为到车辆行驶的距离，m；为到车辆行驶的距离，m。4.4汽车的制动效能2.制动距离分析（1）制动距离的概念

制动距离是汽车的速度为u0时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（踏到制动踏板）开始，到汽车完全停住为止所驶过的距离。

制动距离与制动踏板力、路面附着条件、车辆载荷、发动机是否结合等许多因素有关。

在测试制动距离时，应对踏板力或制动系压力、路面附着系数以及车辆的状态做一规定。制动距离与制动器的热状况也有密切关系；若无特殊说明，一般制动距离是在冷态试验的条件下测得的，此时，起始制动时制动器的温度在100℃以下。汽车直线行驶制动4.4汽车的制动效能

（2）制动过程图4–10是驾驶员在接受了紧急制动信号后，制动踏板力、汽车制动减速度与制动时间的关系曲线。图4–10汽车的制动过程驾驶员反应时间：一般为0.3～1.0s制动器起作用的时间：一般在0.2～0.9s之间持续制动时间：制动踏板力基本不变，地面制动力基本不变，相应的减速度基本不变。制动力放松时间：4.4汽车的制动效能

（3）制动距离的计算和分析（4-8）

在制动力增长的时间内，汽车作减速度线性增长的运动，则有：1）制动器起作用的时间内的制动距离

在消除制动系统间隙的时间内，由于时间短，可以认为汽车作匀速运动，汽车驶过的距离为：（4-9）对式(4-9)积分，得：4.4汽车的制动效能求解这个积分等式，得：（4-10）根据式(4-10)，得：可得在时刻的车速为：（4-11）在时，汽车驶过的距离为：（4-12）由式(4-8)和式(4-12)，得制动器起作用的时间内的制动距离为：（4-13）4.4汽车的制动效能（4-14）

2）持续制动时间内的制动距离

在持续制动阶段，汽车以作匀减速运动，其初速为

，末速为零，根据物理学中质点等减速运动的减速度的计算公式，并代入式(4-11)中的，得持续制动时间内的制动距离：4.4汽车的制动效能（4-15）

3）总制动距离根据式(4-13)和式(4-14)，得总制动距离（m）为：因为很小，故略去上式中的项，且车速单位为km/h，则总制动距离s（m）又可写成:真空助力制动系统制动电动助力制动的电动助力器4.4汽车的制动效能根据式(4-8)，得不同制动初速度、消除制动系统间隙的时间内汽车驶过的距离。表4-3不同制动初速度、消除制动系统间隙的时间内汽车驶过的距离制动初速度

(km)12010080消除制动系统间隙的时间(s)0.050.10.150.050.10.150.050.10.15汽车驶过的距离(m)1.6673.3335.01.3892.7784.1671.1112.2223.3334.4汽车的制动效能根据式(4-8)，得不同制动初速度、下的汽车制动距离，见表4-4，计算中取附着系数，。表4-4不同制动初速度下的汽车制动距离制动初速度(km)1201008060消除制动系统间隙的时间(s)0.10.150.10.150.10.150.10.15制动力增长的时间(s)0.40.60.40.60.40.60.40.6汽车制动距离s(m)75.02779.19353.25956.73235.19737.97520.84022.9234.5汽车制动效能的恒定性1.制动器的抗热衰退性能（1）制动器的热衰退现象制动器的热衰退：汽车在繁重的工作条件下制动时，制动器温度常在300℃以上，有时高达600℃～700℃。高速制动时，汽车动能大，制动器吸收能量多，温度也会很快上升。制动器温度上升后，摩擦力矩常会有显著下降，制动器的制力矩下降，这种现象称为制动器的热衰退。制动器热衰退后，如制动器的制力矩下降到所产生的地面制动力小于地面附着力，汽车下长坡时紧急制动，会出现汽车不仅不减速反而加速行驶、不能停车的现象，这将产生严重的交通事故。不同结构形式的制动器，热衰退的速度及程度有差别。制动效能的恒定性主要指的是抗热衰退性能。4.5汽车制动效能的恒定性

2004年10月14日，一辆载着20多t汽油的东风油罐车行驶到有“死亡谷”之称的八达岭高速进京方向51km处，由于制动失灵撞向专为制动失灵而设计的紧急避险区，整个驾驶室及罐体前部悬在空中，驾驶室内5人半空迅速逃生。4.5汽车制动效能的恒定性

（2）摩擦副的材料对制动器热衰退的影响

鼓式制动器的摩擦片的材料中含有有机聚合物，如环氧树脂。环氧树脂是粘接剂。生产加工摩擦片的过程中，它们都在加热加压的条件下固化，加热的温度为180℃～250℃，不同的环氧树脂，加热的温度不同。为了提高材料的耐热能力，通常在使摩擦材料保持良好、均匀的摩擦性能与耐磨能力的前提下，尽量提高其加热的温度。在正常和中等负荷的制动工况下，摩擦片的温度没有超过生产时的最高温度。但在重负荷的情况下，摩擦片温度很高，大大超过合成树脂的汽化温度。于是，材料中的有机物发生分解，产生了一些气体和液体，它们在制动鼓和摩擦片之间形成有润滑作用的薄膜，使摩擦系数下降，而出现了热衰退现象。盘式制动器的制动块由金属颗粒等烧结而成，温度高时，其金相组织发生变化，使摩擦系数下降，而出现了热衰退现象。制动蹄及摩擦片制动块4.5汽车制动效能的恒定性制动器效能因数是指单位制动泵推力Fpu所产生的制动器摩擦力F，即：图4–11制动效能因数曲线双向自增力式及双领蹄式制动器，具有较大的制动效能因数,摩擦系数增大时制动效能按非线性关系迅速增大,曲线的斜率大，摩擦因数的微小改变，能引起制动效能大幅度变化，即制动器的稳定性差。盘式制动器的情况与之相反。领、从蹄式制动器介于二者之间。增力式制动器双领蹄式制动器盘式制动器领从蹄式制动器4.5汽车制动效能的恒定性

（4）抗热衰退性能的措施1）优先采用盘式制动器，2）汽车下长坡时，采用发动机制动，发电机回收能量，减小制动器消耗的汽车动能，降低制动器的温升。3）采用缓速器制动，消耗的汽车动能。山区行驶的货车和客车对抗热衰退性能有更高的要求。国家标准GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》中规定，车长大于9m的客车（对专用校车为车长大于8m）、总质量大于或等于12000kg的货车和专项作业车、所有危险货物运输车，应装备缓速器或其他辅助制动装置，以保持其在山区道路上行驶的制动效能。4.5汽车制动效能的恒定性

4）采用水冷或风冷制动盘、制动鼓，使制动盘、制动鼓降温，冷却水不能流入制动块与制动盘、制动鼓与摩擦片之间，也不能流到地面，具体结构和方法可参考有关专利。5）采用通风制动盘，在制动盘打散热孔。制动鼓外表面上设计散热片。6）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。7）减少有机成分的含量，增加金属添加剂的成分。8）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。通风盘式制动器4.5汽车制动效能的恒定性2.制动器的抗水衰退性能

抗水衰退性能是指汽车在潮湿的情况下或涉水行驶后，制动效能保持的程度。汽车涉水后制动效能衰退是由于制动器进水后制动器表面水膜的作用，造成制动块与制动盘、制动鼓与摩擦片之间的摩擦系数降低，汽车的制动效能降低。由于制动器初次制动的温度在100℃以上，因此，制动器涉水后，可以通过踩刹车，挤除制动块和制动盘、制动鼓和摩擦片之间的水，解决水衰退的问题。由于制动盘与地面垂直，制动鼓的摩擦在圆柱体内，使盘式制动器比鼓式制动器的挤水性好，抗水衰退性能好，恢复制动性能的时间短。汽车在水覆盖的路面上行驶4.6汽车制动时的方向稳定性1.汽车制动时方向稳定性的概念

在汽车制动过程中，有时会出现制动跑偏、制动侧滑、失去转向能力等现象，从而造成汽车失去控制而离开原来的行驶方向。汽车制动时，要求在车道内制动。制动跑偏是指制动时汽车自动向左或向右偏驶的现象。图4–12汽车制动向左跑偏时轮胎在地面上留下的印迹制动时汽车向左跑偏制动时汽车向右跑偏4.6汽车制动时的方向稳定性

制动侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移动的现象。最危险的情况是在高速制动时发生后轴侧滑，此时汽车常发生不规则的急剧回转运动而失去控制，回转运动严重时，汽车回转超过180℃，车头向后调转。跑偏与侧滑是有联系的，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。图4–13制动时汽车后轴侧滑时轮胎在地面上留下的印迹制动时汽车后轴侧滑4.6汽车制动时的方向稳定性前轮失去转向能力是指弯道制动时汽车不再按原来的弯道行驶而沿弯道切线方向驶出；汽车转弯制动时，虽然转动转向盘，但汽车仍按直线方向行驶的现象，此时，车轮抱死。失去转向能力和后轴侧滑也是有联系的，对于没有安装ABS的汽车，一般如果汽车后轴不侧滑，前轮就可能失去转向能力；如果后轴侧滑，前轮常仍有转向能力。4.6汽车制动时的方向稳定性

2.汽车制动时的跑偏分析制动时汽车跑偏的原因有两个：1）汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）制动器的制动力不相等。2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。其中，第一个原因是制造、调整误差造成的，汽车究竟向左或向右跑偏，要根据具体情况而定；而第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左（或向右）一方跑偏。4.6汽车制动时的方向稳定性（1）制动器的制动力不相等引起的跑偏分析

图4–13给出了由于转向轴左、右车轮制动力不相等而引起跑偏的受力分析。左、右车轮制动力之差用不相等度表示，即：图4–14制动跑偏时的受力图

国家标准GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》中规定，前轴的不相等度不应大于20%；轴制动力大于或等于后轴轴荷60%时，后轴的不相等度不应大于24%；轴制动力小于后轴轴荷60%时，后轴的不相等度不应大于8%。4.6汽车制动时的方向稳定性

造成左、右转向轮制动力不等的原因主要有：1)同轴两侧车轮的制动蹄片与制动鼓、制动块与制动盘的接触情况不同；2)同轴两侧车轮制动蹄与制动鼓、制动块与制动盘的间隙不等，先消除间隙的，先产生制动力，没消除间隙的，不产生制动力，造成左右转向轮制动力不等；3)同轴两侧车轮的胎压不一致或胎面磨损不均，车轮半径不同，造成左右转向轮制动力不等；4)前轮定位参数不对称；5)左、右轴距不等，产生左、右轴距不等转向；6)汽车质心不在汽车的纵向对称平面上，汽车制动时的惯性力不在汽车的纵向对称平面上，汽车制动时的惯性力使左、右转向轮的地面制动力不等。图4–14制动跑偏时的受力图4.6汽车制动时的方向稳定性（2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调引起的跑偏分析

造成跑偏的第二个原因是悬架导向杆系与转向系拉杆发生运动干涉，且跑偏的方向不变。(a)未制动时前轴不转动(b)制动时前轴绕自身轴线转动θ角图4–15悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调引起的制动跑偏4.6汽车制动时的方向稳定性

3.制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失（1）直道上制动试验的结果及分析制动时侧滑是指制动时汽车的某一轴或多轴发生侧向运动。制动时发生侧滑，特别是后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车调头。下面对制动时侧滑试验结果分析。试验是在一条一侧有2.5%的横向坡的平直混凝土路面上进行的。为了降低附着系数使之容易发生侧滑，在地面上洒了水。试验用的轿车有调节各个车轮制动器液压的装置，以控制每根车轴的制动力，达到改变前、后车轮抱死拖滑次序的目的。调节装置甚至可使车轮制动器液压为零，即在制动时该车轮根本不制动。4.6汽车制动时的方向稳定性

1）前轮无制动力而后轮有足够的制动力的试验。

试验结果如图4–16曲线A所示。曲线A说明，随着车速提高，侧滑的程度更加剧烈。车速在48km/h时，汽车纵轴与行驶方向的夹角（航向角）可达180°（称为甩尾）。图4–16前轮抱死或后轮抱死时汽车纵轴线转过的角度（航向角）制动时汽车后轴侧滑4.6汽车制动时的方向稳定性

2）后轮无制动力而前轮有足够的制动力的试验。试验结果如图4–16曲线B所示。由图可知，即使车速达到65km/h，汽车的纵轴转角也不大，夹角的最大值只有10°，即汽车基本上维持直线行驶。不过应当指出，前轴车轮抱死后，汽车将失去转向能力，若遇到障碍，只有放松制动踏板，才能转向并绕开障碍行驶。图4–16前轮抱死或后轮抱死时汽车纵轴线转过的角度（航向角）4.6汽车制动时的方向稳定性

3）前、后车轮都有足够的制动力，但它们抱死拖滑的次序和时间间隔不同的试验。试验时利用车上制动器液压调节装置，可使前、后车轮在制动到抱死拖滑时有不同的先后次序和时间间隔；试验路面为混凝土路面，试验时转向盘固定。以64.4km/h起始车速制动，试验结果如图4–17所示。若前轮比后轮先抱死拖滑（此时前轮丧失转向能力），或后轮比前轮先抱死且时间间隔在0.5s以内，则汽车基本上按直线行驶；若后轮比前轮先抱死拖滑且时间间隔超过0.5s，则后轴将发生严重的侧滑。图4–17前、后轮抱死拖滑的次序和时间间隔不同对后轴侧滑的影响4.6汽车制动时的方向稳定性4）起始车速和附着系数的影响。试验时还做了起始车速为48.2km/h及72.3km/h的制动。试验表明，起始车速为48.2km/h时，即使后轮比前轮先抱死拖滑在0.5s以上，汽车纵轴线的转角也只有25°；起始车速为72.3km/h时，侧滑的情况与64.4km/h时一样。这说明只有在起始车速超过48km/h时，后轴侧滑才成为一种危险的侧滑。图4–17前、后轮抱死拖滑的次序和时间间隔不同对后轴侧滑的影响4.6汽车制动时的方向稳定性

5）仅后轮制动时的后轴侧滑。如图4–18所示，试验在干燥和潮湿路面上进行。试验时前轮无制动力，后轮可制动到抱死拖滑。干燥路面的制动距离是潮湿路面的70%，就是说在潮湿路面上制动时的制动时间要长，这是因为附着系数小。在干燥路面上，汽车纵轴转角比潮湿路面上要小，这是因为侧滑时间短。每次试验还记录后轮开始拖滑的时间，在同样的时间内，干、潮湿路面的汽车纵轴转角相差不多。(a)纵轴转角与车速关系(b)纵轴转角与时间关系图4–18仅后轮制动时的后轴侧滑4.6汽车制动时的方向稳定性以上直道上五项制动试验可以总结为两点：

1）制动过程中，若是只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车基本上沿直线向前行驶（减速停车），汽车的纵轴转角不大（如试验中的汽车车速达到65km/h时，夹角的最大值只有10°），基本上不生产生前、后轴侧滑，汽车处于稳定状态，但丧失转向能力。2）若制动时后轮比前轮提前一定时间（如对试验中的汽车为0.5s以上）先抱死拖滑，且车速超过某一数值（如试验中的汽车车速超过48km/h）时，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑。路面越滑、制