第四章 汽车制动性
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第四章 汽车制动性. 第四节 制动时汽车的方向稳定性 方向稳定性:指汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力。 制动跑偏:制动时汽车自动向左或向右偏驶。 前轮失去转向能力: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;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。. 第四章 汽车制动性. 一、汽车的制动跑偏 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。

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第四章 汽车制动性

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第四章 汽车制动性

第四节 制动时汽车的方向稳定性

方向稳定性:指汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力。

制动跑偏:制动时汽车自动向左或向右偏驶。

前轮失去转向能力: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;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。


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第四章 汽车制动性

一、汽车的制动跑偏

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)。

图4-6 制动跑偏时的受力图

图4-7 悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调引起的制动跑偏


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第四章 汽车制动性

二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失

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。由试验与理论分析得知,制动时若后轴车轮比前轴车轮先抱死拖滑,就可能发生后轴侧滑。若能使前、后轴车轮同时抱死或前轴车轮先抱死,后轴车轮再抱死或不抱死,则能防止后轴侧滑。不过前轴车轮抱死后将失去转向能力。

图4-8 前轮抱死或后轮抱死时汽车纵轴线转过的角度(航向角)


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第四章 汽车制动性

图4-9 前后轮抱死拖滑的次序和时间间隔对后轴侧滑的影响(混凝土路面,方向盘固定)


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第四章 汽车制动性

以上四项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);汽车处于稳定状态,但丧失转向能力。

2)若后轮比前轮提前一点时间(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、制动距离和制动时间越长,后轴侧滑越剧烈。


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Fj

ub

B

A

ua

C

O

第四章 汽车制动性

a.前轮抱死,后轮滚动

离心力Fj的方向与侧滑方向相反,会抑制滑动。

因此前轮侧滑是一种稳定工况。

图4-10 前轮抱死侧滑图


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Fj

ub

B

A

C

第四章 汽车制动性

b.后轮抱死,前轮滚动

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。

因此后轴侧滑是一种危险工况。

图4-11 后轮抱死侧滑图


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第四章 汽车制动性

要求:

a.不出现后轮不抱死或后轮先于前轮抱死。

b.少出现前轮抱死或前、后轮都抱死的情况。


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第四章 汽车制动性

第五节 前、后制动器制动力的比例关系

制动器制动力足够时,会出现如下三种情况:

1)前轮先抱死拖滑,然后后轮抱死拖滑。

2)后轮先抱死拖滑,然后前轮抱死拖滑。

3)前、后轮同时抱死拖滑。


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第四章 汽车制动性

一、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。

由力矩平衡:

(式4-11)


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第四章 汽车制动性

令 , 称为制动强度,则可求得地面法向反作用力为

(式4-12)

在不同附着系数的路面上制动,前、后轮都抱死(不论是同时抱死或分别先后抱死),则

得:

(式4-13)


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第四章 汽车制动性

随着制动强度的增加,前轴的负荷增加,后轴的负荷减少。

图4-12 制动时地面对前、后轮法向反作用力的变化


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第四章 汽车制动性

二、理想的前、后制动器制动力分配曲线

在任何附着系数 的路面上,前、后车轮同时抱死的条件是:前、后轮制动器制动力之和等于附着力,并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力,即

(式4-14)

(式4-15)


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代入得:

(式4-16)

消去变量 ,得

(式4-17)


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第四章 汽车制动性

由上式画成的曲线,即为前、后车轮同时抱死时前、后轮制动器制动力的关系曲线——理想的前、后轮制动器制动力分配曲线,简称 I曲线。

图4-13 理想前、后制动器制动力分配曲线


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第四章 汽车制动性

三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数

制动器制动力分配系数:

(式4-18)

故:

(式4-19)


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第四章 汽车制动性

此直线通过坐标原点,其斜率为:

(式4-20)

线与 曲线交点处的附着系数为同步附着系数,所对应的制动减速度称为临界减速度。


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第四章 汽车制动性

同步附着系数说明,前、后制动器制动力为固定比值的汽车,只有在一种附着系数,即同步附着系数路面上制动时才能使前、后车轮同时抱死。

图4-14 一货车的 线 与 曲线


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第四章 汽车制动性

用解析法求解同步附着系数,当前、后车轮同时抱死时:

整理,得

(式4-21)


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第四章 汽车制动性

四、前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析

在不同 值路面上只有前轮抱死时的前、后地面制动力的关系式

前轮抱死:

由于:

整理得:

(式4-22)


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FXb2

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。

I

FXb1

f线组

图4-15 f线组


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第四章 汽车制动性

在不同 值路面上只有后轮抱死时的前、后地面制动力的关系式:

后轮抱死:

代入:

整理得:

(式4-23)


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FXb2

r线组

I

f线组

第四章 汽车制动性

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。

FXb1

图4-16 r线组


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第四章 汽车制动性

在不同 值路面的制动过程

图4-17 不同 值路面上汽车制动过程的分析


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第四章 汽车制动性

五、利用附着系数与制动效率

1.附着力FΦ:

车轮与地面间的所能承受的最大切向力

        FΦ=Fz·Φ (式4-24)

驱动时: Ftmax≤FΦ

制动时: Fxbmax≤FΦ

  其中:Fz为车轮上法向反力; Φ为附着系数,描述的是一种极限能力。附着系数Φ为单位法向载荷转变的最大切向力。

2.附着率CΦ:

  汽车行驶时,充分发挥驱动力所要求的最低附着系数:

CΦ =Ft/Fz

在Ft一定时,Fz越大,要求的CΦ越小。描述的是附着系数的最低要求,说明附着系数被利用的程度。CΦ≤ Φ。


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第四章 汽车制动性

3.制动强度

du/dt=zg (式4-25)

反映的是制动效能,Zmax=Φ,此时汽车前、后车轮都(抱死)得到最大地面制动力。

4.利用附着系数

   如前述,前、后车轮同时抱死,或汽车在具有同步附着系数的道路上制动,地面附着系数得到充分利用。

   制动时车轮不抱死是汽车保持制动方向稳定性的要求。

   汽车不出现抱死制动时的地面切向力没有达到最大值,此时的附着系数没有被充分利用。而被利用的附着系数为:

Φ =Fxb/Fz (式4-26)

  显然,汽车在制动过程中,附着系数的利用与汽车的结构参数、车轮的抱死状态、制动强度等紧密相关。


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第四章 汽车制动性

基于Φ =Fxb/Fz,对于某一汽车,给定了一个制动强度,要求车轮不抱死,这种要求可以在一种路面上实现,相对应的制动力系数,称为利用附着系数。

换句话说,对于某一汽车,选择在某一道路上制动,要求车轮不抱死,所能得到的制动强度也就被上式确定了

   车轮不抱死,指的是首先抱死的那个车轮刚要抱死的状态,因此,利用附着系数有前、后轴利用附着系数之分:

(式4-27)


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第四章 汽车制动性

1)前轴利用附着系数

(式4-28)


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第四章 汽车制动性

r

r空车

=z

f

当0,前轮抱死, r无意义,汽车制动利用附着系数为f。

f空车

0

当>0,后轮抱死, f无意义,汽车制动利用附着系数为r。

当=0,前、后同时抱死。附着系数被充分利用。

z

Z0

图4-18 利用附着系数与制动强度的关系曲线


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第四章 汽车制动性

注意:

利用附着系数在Φ> Z区域才有意义,并应尽可能接近Φ=Z.

图4-19


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第四章 汽车制动性

ECE制动法规:

(制动时保证前轴先于后轴抱死)前轴利用附着系数应在后轴利用附着系数曲线之上。

当z=0.2-0.8

(z+0.07)/0.85

a.货车

当0.15z0.3时

图4-20 ECE法规货车的制动力分配

当z 0.3

 (z-0.0188)/0.74

z-0.08z+0.08


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第四章 汽车制动性

b.轿车

当0.2z0.8时:

前轴利用附着系数在上,且:(z+0.07)/0.85

当0.3z0.5时:

后轴利用附着系数在不超过直线=z+0.05的条件下,允许在前轴利用附着系数的上方。

图 4-21 ECE法规轿车的制动力分配


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第四章 汽车制动性

5.制动效率

(式4-29)

同理:

(式4-30)

图4-22 前、后制动效率曲线


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第四章 汽车制动性

制动力分配

的合理性

地面附着条件的

利用程度

制动效率

最大制动强度

制动效率

利用附着系数

车轮不抱死时

摩擦因数


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P2

线

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F2

P1

I曲线(满载)

P1=P2

I曲线(空载)

P2

P1

0

F1

P2不变

六、具有变比值的前后制动器制动力的分配特性

a.限压阀

空载非稳定区


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线

第四章 汽车制动性

d

F2

I曲线(满载)

I曲线(空载)

0

F1

b.比例阀

D

P2

P1

P2=P1

P2

P1

P2A2=P1A1+F


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线

第四章 汽车制动性

P2

F2

P1

I曲线(满载)

I曲线(空载)

0

F1

C.感载阀

感载限压阀

车桥


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线

线

第四章 汽车制动性

F2

F2

I曲线(满载)

I曲线(满载)

I曲线(空载)

I曲线(空载)

0

0

F1

F1

c. 感载比例阀

d. 感载射线阀


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第四章 汽车制动性

e.减速度传感比例阀


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第四章 汽车制动性


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第四章 汽车制动性

七.制动防抱死装置

制动防抱死装置(Anti-Lock Brake System,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。

图 4-23 附着系数与滑移率的关系图


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