第四章汽车行驶安全性1节.ppt

1、第四章 汽车行驶安全性,汽车安全性分类 汽车制动性 汽车操纵稳定性 汽车被动安全性,第一节 汽车制动性,概述 汽车制动过程分析 汽车制动效能及其恒定性 汽车制动时的方向稳定性 前、后制动器制动力的比例关系 影响汽车制动性的主要因素,一、汽车制动性,汽车制动性：是指汽车行驶时，能够强制地降低车速以至停车且维持行驶方向稳定性和下坡时维持一定车速的能力。,直接关系到交通安全 保证汽车高效运输,定义,重要性,二、制动性评价指标,制动性的 评价指标,制动时汽车的方向稳定性,制动效能的恒定性,制动效能,制动减速度,制动距离,抗热衰退性,失去转向能力,侧滑,跑偏,抗水衰退性,制动力,制动距离和制动稳定性要求

2、(GB7258-2004),三、汽车制动过程分析,汽车制动原理图,1.汽车制动原理,汽车制动性分析,2.制动时车轮的受力,1）地面制动力,制动时车轮的受力分析,制动摩擦片与制动盘 之间的摩擦力,轮胎与地面 之间的附着力,滚动阻力偶矩、惯性力偶矩忽略不计,汽车制动性分析,2）制动器制动力,制动器制动力,克服制动器 摩擦力矩所需的力,F是指在车轮抬离地面踩制动时，为克服制动器摩擦力矩M， 在轮胎周缘沿切线方向转动车轮所需施加的力,制动器制动力,制动器 制动力,制动器的形式,结构尺寸,摩擦副的摩擦系数,车轮半径,制动踏板力,制动器的 结构参数,制动器制动力和踏板力之间的关系,3）地面制动力、制动器制

3、动力与附着力之间的关系,3.制动时车轮的运动,1)车轮的运动,制动时车轮的运动,纯滚动,边滚边滑,抱死拖滑,没有制动力时的滚动半径,制动时车轮的运动,2)滑移率,纯滚动,边滚边滑,抱死拖滑,4.汽车最佳制动状态,1)硬路面上附着系数与滑移率的变化规律,汽车最佳制动状态,2)附着系数的影响因素,附着系数,道路的材料,路面的状况,轮胎的结构花纹材料,汽车的运动速度,车轮的运动状态,附着系数的影响因素,路面的材料,各种路面平均附着系数,附着系数的影响因素,路面的状况,各种路面平均附着系数,几种路面特滑的危险情况,结冰路面 刚开始下雨的滑溜路面 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

4、成粘度高的水液，滚动的轮胎无法排挤出胎面与路面间的水液膜。由于水液膜的润滑作用，轮胎的附着性能将大为降低，平滑的路面有时会同冰雪路面一样滑溜。 滑水路面 高速行驶的汽车经过有积水层的 路面时，由于水的粘滞性，轮胎 前面的水需要一定时间才能挤出， 所以轮胎前面与水层接触的面和 路面之间形成了一层楔形水膜， 如图所示。当车速提高后，高速滚动的轮胎迅速排挤水层，由于水的 惯性，楔形水膜对车轮产生动压力，当水膜动压力的升力等于垂直载 荷时，轮胎将完全漂浮在水膜上面而与路面毫不接触。 滑水车速： km/h 其中pi为轮胎气压（kPa）,附着系数的影响因素,轮胎的影响 轮胎结构 普通轮胎 宽系列轮胎 特种

5、轮胎 轮胎花纹 纵向花纹 横向花纹 混合花纹 越野花纹 轮胎气压 高压胎 低压胎 轮胎磨损程度,附着系数的影响因素,车速的影响,车速的影响,S,附着系数的影响因素,车轮的运动状态,3)汽车最佳制动状态,车轮抱死状态分析 附着系数 侧向附着系数 轮胎磨损,车轮滑移率20%左右状态 附着系数 侧向附着系数 轮胎磨损,汽车最佳制动状态,汽车最佳制动状态 由于汽车制动时，附着系数随车轮的滑移率而变，因此制 动车轮处于不同的运动形式则会有不同的制动效果。制动时， 若将各个车轮的滑移率都控制在20%左右，则能利用道路的峰 值附着系数，获得较大的侧向附着系数，从而使汽车能以最大 的地面制动力制动，在最短的制

6、动距离内停车，并具有良好的 制动方向稳定性，同时轮胎的磨损也减少。这就是汽车的最佳 制动状态。,汽车最佳制动状态,通常，汽车制动器的制动力都足够大，若能获得较好的附着 条件，则制动时就可得到较大的地面制动力。一般当汽车其他 条件一定时，附着系数越大，附着力就越大，则地面产生的最 大制动力也就越大；而侧向附着系数越大，则汽车抵抗侧滑的 能力就越强。 由于汽车制动时， 附着系数随车轮的滑移率而 变，因此制动车轮处于不同的运动形式则会有不同的制动效果。 制动时，若将各个车轮的滑移率都控制在20%左右，则能利 用道路的峰值附着系数，获得较大的侧向附着系数，从而使汽 车能以最大的地面制动力制动，在最短的

7、制动距离内停车，并 具有良好的制动方向稳定性，同时轮胎的磨损也减少。这就是 汽车的最佳制动状态。,4)ABS装置,ABS的作用 ABS组成原理,ABS的作用,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,四、汽车制动效能及其恒定性,1.制动时间,制动过程分析,驾驶员接到 停车信号,意识到,踩制动踏板,地面制动力 起作用,蹄片与制动鼓 之间的间隙,制动器制动力 增加至最大,松开踏板,持续制动过程,制动时间,制动过程时间曲线,制动时间,制动过程,驾驶员行动反应,制动器作用,制动器持续制动,放松制动器,驾驶员反应时间 0.3 1.0 s,制动器作用时间 0.2 0

8、.9 s,持续制动时间,放松制动器时间 0.2 1.0 s,制动时间,制动协调时间：是指在紧急制动时，从踏板开始动作至车辆减速度（或 制动力）达到标准规定的充分发出的平均减速度（或制动力）75%时所需的 时间。显然，制动协调时间是制动器作用时间t2的主要部分。,2.制动距离,制动距离定义 制动距离是指汽车在规定的道路条件、规定的初始车速下紧急制动时，从脚接触制动踏板起至汽车停住时止汽车驶过的距离。,制动距离,制动器起作用下的距离s2,制动器持续作用下的距离s3,制动距离,制动距离分析,汽车的制动距离,起始的制动速度,制动器的起作用时间,最大制动减速度,附着力,制动器的结构,踩踏板的速度,制动距

9、离s,制动器的状态,制动力,路面附着条件,车辆的状态,制动距离,减少制动距离措施 改进制动系结构；减少制动器起作用时间；采用附着性能良好的轮胎；加装防抱死制动系统等都可使制动距离缩短，提高制动效果。,汽车的制动距离,制动器 起作用时间,液压制动系,真空助力制动系,气压制动系,汽车列车制动系,= 0.1s,= 0.3 0.9s,= 2s,= 0.3 0.9s,3.制动减速度,制动过程,制动减速度,地面制动力,制动器的制动力,附着力,地面制动力,制动减速度,水平路面最大制动力,水平路面最大强度制动,制动减速度,充分发出的平均减速度（MFDD） MFDD是车辆在制动过程中较为稳定的数值，能够真实地反

10、映汽车制动系 统的实际情况。因此，在GB72582004机动车运行安全技术条件中， 用充分发出的MFDD作为评价指标。,0.8v0,0.1v0,v0 ve的距离,v0 vb的距离,4.地面制动力,地面制动力是指汽车制动时，通过车轮制动器的作用，地面 提供的对车轮的切向阻力。汽车在制动力作用下迅速降低车速 以至停车。汽车制动力作为评价指标，是从汽车制动过程的实 质出发的，它是评价汽车制动性的最本质因素。显然，汽车制 动力越大，则汽车的制动减速度就越大，汽车的制动距离就越 短。检测时，制动力应满足GB72582004机动车运行安 全技术条件的要求。 地面制动力现已作为一个主要的制动效能评价指标。,

11、5.制动效能的恒定性,制动效能热衰退现象,制动器的温度,冷制动,热衰退,100C,300，甚至600700,摩擦力矩下降,制动效能的恒定性,抗热衰退性能,制动效能的恒定性,制动效能恒定性试验,抗热衰退性能,连续制动15次 制动强度为3m/s2,制动效能不低于 制动强度为 5.8m/s2的60,国家行业标准,冷制动,摩擦副材料,制动器结构,制动效能的恒定性,影响因素 制动器摩擦系数 当200为0.30.4，温度升高时， 其摩擦系数大幅下降。 制动器结构 为了进行定量比较，采用制动效能 因数这一指标，即： kef F/p 其意义为单位制动泵推力p所产生 的制动器摩擦力F。 kef 越大，则摩擦系数

12、对制动器的 影响就越大，抗热衰退性能就越差； kef 越小，抗热衰退性能就越好。 盘式制动器抗热衰退性最好。,五、制动时汽车的方向稳定性,方向稳定性含义,制动过程,制动跑偏,制动侧滑,前轮失去转向能力,制动时的 方向稳定性,向左、向右 偏驶,一轴或两轴 横向移动,不能按照 给定方向行驶,1.失去转向能力,定义 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，而直线行驶制动时虽然转动转向盘但汽车仍按直线方向行驶的现象称为失去转向能力。 原因 汽车失去转向能力通常是前轮制动抱死而不能承受侧向力引起的。,2.制动跑偏,定义 制动时汽车自动向左 或向右偏驶的现象称 为制动跑偏。,制动跑偏,原因

13、 左、右车轮，特别是转向轴的左、右车轮制动器制动力不相等。,制动跑偏受力图,制动跑偏原因,车身变形、车轮定位失准、前后车轴不平行以及两边钢板弹簧刚度不等。 汽车悬架导向杆系与转向系拉杆运动学不协调，如图所示时，导致向右跑偏。,3.制动侧滑,定义 制动时汽车某一轴车轮或两轴车轮发生横向滑动的现象称为制动侧滑。 制动侧滑试验,制动试验,一侧有坡度的路面,低的附着系数（洒水）,制动器有调压装置,制动侧滑试验,前轮无制动力而后轮有足够的制动力 试验结果如图中曲线A 所示。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。,制动侧滑试验,后轮无

14、制动力而前轮有足够的制动力 试验结果如图中曲线B 所示。由固可知，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，才能绕开行驶。,制动侧滑试验,前轮、后轮都有足够的制动力，但它们抱死的次序和时间间隔不同 试验结果如图所示，图中 说明，以64.4km/h起始车速制 动，若前轮比后轮先抱死拖滑 (此时前轮丧失转向能力)，或 后轮比的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 死拖滑超过0.5s，则后轴将发 生严重的侧滑。

15、 试验时还发现，前抽或后轴 的两个车轮也不是同时抱死的。 如果只有一个后轮抱死，也不 会发生侧滑，侧滑程度取决于晚抱死的后轮与晚抱死的前轮的时间间隔。,制动侧滑试验,起始车速和附着系数的影响 只有在起始车速超过某一数值时，后轴侧滑才成为一种危 险的侧滑，本例 的危险车速为48 km/h。 路面愈滑，制 动距离愈长，汽车 愈容易侧滑。干燥 路面的制动距离是 湿路面的70。,制动侧滑试验,试验总结 制动过程中，若只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车基本上沿直线减速行驶，汽车处于稳定状态，但丧失转向能力。 若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑，且车速超过某一数值时，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑。

16、路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。,制动侧滑,制动侧滑原因 车轮抱死拖滑使其丧失抵抗侧向力的能力。 侧向力作用是侧滑的根源。 较高的制动初始速度为侧滑提供了有利条件。 轮胎与路面的附着系数小为侧滑提供了可靠条件。 制动跑偏可加剧侧滑，它为侧滑提供了较大的侧向力。,制动侧滑,单轴制动侧滑分析 前轴侧滑 Fj的作用效果将 减少或阻止前轴的侧 滑。前轴侧滑对汽车 前进方向的改变不大， 汽车处于一种稳定状 态。,A,B,C,O,前轴侧滑受力图,制动侧滑,后轴侧滑 Fj的作用效果将 加剧后轴的侧滑。因 此，后轴侧滑后轴侧 滑是一种不稳定的、 危险的工况，它严重 威协行车安全。,A,B,C

17、,O,后轴侧滑受力图,六、前、后制动器制动力的比例关系,前、后轴制动器 制动力分配,载荷情况,道路附着系数,制动过程,前轮先抱死拖滑 后轮再抱死拖滑,后轮先抱死拖滑 前轮再抱死拖滑,前、后轮同 时抱死拖滑,1.地面对前后车轮的法向反作用力,制动时汽车受力图,对后轮接地点取矩,对前轮接地点取矩,制动强度,地面对前后车轮的法向反作用力,对于前后轮都抱死情况（水平路面）,前、后轮的法向反作用力分别为,制动时前后轮法向反作用力的变化（载荷转移）,法向反作用力与附着系数的关系曲线，反映了制动时前后轮载荷转移情况,2.理想的前、后轮制动器制动力分配曲线,前、后轮 同时抱死,前轮制动器制动力,后轮制动器制动

18、力,理想的前、后轮 制动器制动力分配,附着条件的充分利用、方向稳定性较为有利,理想的前、后制动器制动力分配曲线,前、后轮同时抱死的条件,理想的前、后制动器制动力分配曲线,制动器制动力分配曲线,I 曲线,与坐标轴成-45 的一组平行线,经过原点的 一组射线,不同的,理想的制动器 制动力分配,地面 制动力关系,理想的前、后制动器制动力分配曲线,3.具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数,实际的前后制动器制动力分配曲线,前后制动器制动力 之比为一固定值,制动器制动力 分配系数,实际的前后制动器 制动力分配曲线,曲线,具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数,线与I曲线,具有固定比值的前

19、、后制动器制动力与同步附着系数,同步附着系数,I曲线,曲线,交点处的 附着系数,同步附着系数,汽车的结构参数,汽车的制动性能,同步附着系数,同步附着系数,I曲线,曲线,图解法,解析法,固定制动力分配的汽车只有一种附着系数时才能达到前后轮同时抱死,4.不同路面上制动过程分析,当 时，汽车制动时总是 前轮先抱死，后轮后抱死，是 一种稳定工况 。,当 时，汽车制动时总 是后轮先抱死，前轮后抱死， 易发生后轴侧滑而使汽车失 去方向稳定性，是一种不稳 定工况。,当 时，汽车制动时总是前后轮同时抱死，汽车具有良好的制动 效能和方向稳定性，是一种较为理想的制动工况。,5.同步附着系数的选择,同步附着系数一般

20、根据车型及使用条件来选择。 对于经常在多雨的山区弯多的路面行驶的汽车，同步附着系数应选低些，以避免制动时前轮失去控制方向的能力。 对于高速行驶的汽车，同步附着系数应选高些，保证制动时让前轮先抱死，以避免高速制动时后轴侧滑的危险。 对于一般汽车，应与经常行驶的路面附着系数相当，以保证汽车在经常行驶的路面制动具有良好的制动效能和方向稳定性。 目前，汽车同步附着系数的取值，轿车约为0.60.9，货车约为0.50.8。,七、对前、后制动器制动力分配的要求,防止后轴抱死侧滑,曲线应在 I曲线的下方,防止前轴抱死失去 转向能力,曲线应 靠近I曲线,对前、后制动器制动力分配的要求,ECE R13制动法规,联

21、合国欧洲经济委员会ECE制动法规,八、制动力的调节,固定比值的前后 制动器制动力分配,曲线,I曲线,制动效率低,前轮可能抱死 丧失转向能力,后轮可能抱死 产生侧滑,制动力调节装置,载荷比例阀,比例阀,危险工况,变比值的前后 制动器制动力分配,制动力调节 调节原则：尽量使线在I线下方；尽量使线靠近I线,制动力的调节,限压阀,制动力的调节,感载限压阀,制动力的调节,比例阀,制动力的调节,感载比例阀,制动力的调节,感载射线阀,制动力的调节,ABS装置 ABS的作用 ABS组成原理,ABS的作用,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,九、影响汽车制动性的主要因素,1制动系管路的布置,双管路制动系统的布置 1制动总泵；2一套管路；3另一套管路,影响汽车制动性的主要因素,2车轮制动器 车轮制动器是制动力的源泉，若要具有良好的制动效能，必须要有足够的制动器制动力。而制动器制动力则取决于车轮制动器的结构型式、技术状况和制动系的工作介质压力等。 3. 汽车质心位置 汽车质心位置发生改变，会引起前后轮地面制动力和同步附着系数发生变化，从而影响汽车的制动性能。,影响汽车制动性的主要因素,4汽车装载质量 对于前后轮制动器制动力具有固定比值的汽车，满载同步附着