安大汽车理论习题4

第四章
名词解释：
制动距离：是指汽车以一定的速度行驶时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（制动踏板）到汽车完全停住为止所驶过的距离。

制定效能的恒定性：制定效能的恒定性主要是指抗热衰退性能，指汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。

汽车的制动效能：是指在良好路面上，汽车迅速降低车速直至停车的能力，评价制动效能的指标有制动减速度、制动距离、制动力和制动时间。

f 线组：表示在各种ϕ值路面上只有前轮抱死时的前、后轮地面制动力的分配关系。

r 线组：表示在各种ϕ值路面上只有后轮抱死时的前、后轴地面制动力的分配关系。

前轴利用附着系数：即汽车以一定的减速度制动时，除去制动强度0ϕ=z 外不发生前轮抱死所要求的总大于其制动强度的最小路面附着系数。

滑动率：%100u u S ⨯⋅-=ω
ωωr ，其中u ω为车轮中心速度，ω为车轮的角速度，r 为车轮半径。

汽车的制动效率：车轮将要抱死时的制动强度与被利用的附着系数之比。

汽车滑动附着系数：滑动率为100%时的制动力系数。

峰值附着系数：制动力系数的最大值称为峰值附着系数，峰值附着系数一般出现在s=15%~20%。

填空：
1）汽车制动距离包括制动 制动器起作用 和 持续制动 两个阶段中汽车行驶的距离。

2）汽车制动大致分为四个阶段。

即 驾驶员作反应 、 制动器起作用 、 持续制动 和 放松制动 。

3）汽车制动器的作用时间是制动器起作用时间 和 持续制动时间 之和。

4）汽车的β线在I 曲线的 下 方，制动时总是 前 轴首先抱死。

选择：
1）纵向附着系数随着滑动率的增大而（ A ）
A ．减小
B ．增大
C ．不发生变化
2）峰值附着系数所对应的滑动率为（A ）
A ．（15~20）%
B ．50%
C ．70%
D ．100%
3）某轿车的同步附着系数为（ A ）
A ．0.7
B ．0.5
C ．0.3
4）富康轿车的附着利用率随着附着系数的增大而（B ）
A ．增大
B ．减小
C ．没有变化
注：附着利用率即汽车附着力与四轮驱动附着力之比，表示汽车对附着潜力的利用程度。

前轮驱动汽车附着利用率1ϕE 为ϕ
ϕϕϕg g h L fh b F F E ++==11 5）滑动附着系数所对应的滑动率为（ D ）。

A ．（15~20）%
B ．50%
C ．70%
D ．100%
6）与汽车制动距离无关的因素是（ A ）。

A ．制动减速度
B ．制动初速度
C ．制动器作用时间
D ．前、后制动力分配
判断：
1）汽车制动器制动力总是等于地面制动力。

（×）
2）汽车在道路上行驶时，其最大制动减速度主要取决于汽车制动初速度的大小。

（×）
3）滑动率越大，轮胎和道路之间的制动力系数就越大。

（×）
4）某汽车的同步附着系数为0.5，路面附着系数为0.7，此时前轴利用附着系数有意义，而后轴附着系数没有意义。

（×）
5）滑动附着系数出现在滑动率为15%~20%时。

（×）
6）一般情况下，前轮驱动汽车的附着利用率大于后轮驱动汽车的后轴利用率。

（×）
7）同步附着系数与地面附着特性有关。

（×）
8）汽车制动时发生侧滑是汽车技术状况不佳，经维修调整可以消除。

（×）
9）地面制动力的大小取决于汽车具有足够的制动器制动力和较高附着力。

（√）
10）雨雪天汽车下长坡，驾驶员常需长刹车。

（×）
11）路滑时不应急刹车。

（√）
12）汽车β线在I 曲线下方，制动时总是前轴先于后轴抱死。

（√）
13）与满载相比，载货汽车空载制动时，后轴较易于抱死。

（√）
问答分析计算：
（1）什么是汽车制动效能恒定性？如何评价？
答：汽车制动效能恒定性，即抗热衰退性能，是指汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。

汽车制动器的抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。

（2）什么叫汽车的同步附着系数？某汽车在空载和满载两种工况下的同步附着系数是否相同？并请分析说明理由？用I 线、β线、f 线、r 线分析汽车在大于同步附着系数路面上行驶时采用紧急制动的过程？
答：β线与I 曲线（满载）交于B 点，我们称交点处的附着系数0ϕ为同步附着系数。

由于I 曲线与汽车的质量有关，所以空载和满载时所对应的I 曲线也不同，即同步附着系数也不同。

当0ϕϕ＞时，设7.0=ϕ、6.00=ϕ，开始时：F μ1，F μ2 按β线上升；F xb1，F xb2也按β线上升；B 点为β线与7.0=ϕ的r 线相交，后轮开始抱死，此时的减速度为0.6g ，再增加踏板力F xb1、F xb2沿7.0=ϕr 线变化，F xb2有所下降，F μ1、F μ2仍沿β线增加，因前轮未抱死，F xb1仍等于F μ1，当F μ1，F μ2升到B ’点时，F xb1、F xb2沿7.0=ϕr 线变化到B 1点；B 1点为I 曲线与7.0=ϕ的f 线、r 线的交点，对应的F μ1，F μ2上升到B ’点，F μ1、F μ2达到B ’点，前轮抱死。

于是前、后轮均抱死，汽车获得最大减速度为j=0.7g 。

可见，β线位于I 曲线上
方，制动时总是后轮先抱死，后轴容易发生侧滑。

（3）某汽车的满载前轴轴载质量为满载总质量的30%，轴距为4.0m ，质心高度为1.1m ，该车制动力分配系数为0.46。

请用I 线、β线、f 线组、r 线组分析说明该车在附着系数为0.7的道路上行驶的紧急制动过程。

解：L=a+b 且a=0.7L 得到a=2.8m ，b=1.2m 。

g
h b L -=βϕ0=0.58，07.0ϕϕ＞=，开始时：F μ1，F μ2 按β线上升；F xb1，F xb2也按β线上升；B 点为β线与7.0=ϕ的r 线相交，后轮开始抱死，此时的减速度为0.58g ，再增加踏板力F xb1、F xb2沿7.0=ϕr 线变化，F xb2有所下降，F μ1、F μ2仍沿β线增加，因前轮未抱死，F xb1仍等于F μ1，当F μ1，F μ2升到B ’点时，F xb1、F xb2沿7.0=ϕr 线变化到B 1点；B 1点为I 曲线与7.0=ϕ的f 线、r 线的交点，对应的F μ1，F μ2上升到B ’点，F μ1、F μ2达到B ’点，前轮抱死。

于是前、后轮均抱死，汽车获得最大减速度为j=0.7g 。

可见，β线位于I 曲线上方，制动时总是后轮先抱死，后轴容易发生侧滑。

（4）通常，轿车的同步附着系数和载货汽车的同步附着系数的大小是否相同？为什么？并从分析轿车的制动过程来说明其道理？
答：不同，一般轿车的同步附着系数大于载货汽车的同步附着系数。

0ϕϕ＜时，前轮先抱死，制动稳定，但丧失转向能力；0ϕϕ＞时，后轮先抱死，危险工况，易产生侧滑、甩尾等危险状况。

轿车行驶路面较好，一般ϕ值较大，且车速较高，若0ϕ值小，则会出现0ϕϕ＞情形（将前几题的分析附上），加上车速较高，造成后轴侧滑、甩尾等状况后更加危险。

（5）什么叫地面制动力和制动器制动力？请说明它们和路面附着力之间的关系？
答：地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，制动器制动力是轮胎周缘为克服制动器摩擦力矩所需的力，汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，同时受到地面附着力的限制，只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。

（6）某汽车在良好的平路面上行驶，当驾驶员采取紧急制动时，汽车发生严重的侧滑现象，请从汽车结构因素和使用因素两方面分析说明产生此种现象的原因？并提出防止此现象的措施？（需说明理由）
答题要点：1）汽车发生严重的侧滑说明0ϕϕ＞情况出现，而良好路面ϕ值较大，故应从结构上保证0ϕ较大，g
h b L -=βϕ0，结构上应使质心后移和下移，同时增大制动力分配系数。

2）分析后轴产生侧滑的原因（后轴先抱死，为何后轴侧滑？——制动时的方向稳定性），侧滑发生时，过高车速对侧滑的加剧作用说明。

所以使用时应避免超速和过高车速。

（7）某汽车装有前、后制动器分开的双管路制动系统，在汽车前部制动管路失效或后部制动管路失效两种工况下，汽车制动性评价指标有什么变化？并分析说明其道理（有计算公式的评价指标需写出其计算公式）？
答题要点：1）汽车制动性评价指标包括、制动效能的恒定性和制动时的方向稳定性3个方面；
2）制动效能：主要用制动减速度、制动距离来评价，制动减速度计算公式为：
g p max ϕ≤=dt du zg dt du ，且，制动距离计算公式为g
Z u u S a a max 20''2'2092.25)2(6.3++=ττ，在汽车前部制动管路失效时，汽车前轮不会抱死，而为获得较大制动减速度，后轮将发生抱死，故此时汽车的利用附着系数为r ϕ（后轴的利用附着系数），此时能获得最大制动强度ϕ＜max z ，相应的制动距离也比前部制动管路未失效时前后轮同时抱死时要大；汽车后部制动管路失效时的分析方法同上。

3）由于前部或后部制动管路失效，制动效能降低，下长坡时使用制动器时间加长，使得制动效能的恒定性受到影响。

4）在汽车前部制动管路失效时紧急制动，后轮将先发生抱死，这是十分危险的工况，后轴将会发生严重侧滑甚至甩尾现象；在汽车后部制动管路失效时紧急制动，前轮将先发生抱死，汽车将失去转向能力。

（8）什么叫理想的前后制动器制动力分配曲线？画出某车在满载和空载两种工况下的理想制动力分配曲线简图？并简述其作图方法？
解：在任意附着系数ϕ的平路上，前、后轮同时制动抱死的条件是： a 、前、后轮制动器制动力之和等于整车的附着力；b 、前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力
按此系数关系式作出的曲线，即为理想的前、后轮制动器动力分配曲线，简称I 曲线。

作图方法：
1）按S G F F ϕμμ=+21，取不同的ϕ值，得一组与坐标轴成45°的直线，
2）按 21
hg
a hg
b F F ϕϕμμ-+=，取不同的ϕ值，得一组通过坐标原点的斜率不同的射线。

3）在上述两组直线中，对于某一ϕ值，均可找到两条直线，这两条直线的交点便是满足前、后轮同时制动抱死条件的F μ1值和F μ2值。

21212
2121 z z z za S F F F F F F F F G F F =⎪⎩⎪⎨⎧===+μμμμμμϕϕϕ
将对应于不同值ϕ的两直线交点A 、B 、C 连接起来，即为I 曲线。

（9）请说明用图解法求解汽车同步附着系数的方法步骤？通常轿车的同步附着系数和载货汽车的同步附着系数的大小是否相同？并说明其道理？
答：图解法求解汽车同步附着系数的方法步骤：
1）作理想的前、后轮制动器动力分配曲线——I 曲线；
2）作具有固定比值的前、后轮制动器动力分配线——β线；
3）求I 曲线和β线的交点，交点处的附着系数ϕ值即为同步附着系数0ϕ。

一般轿车的同步附着系数大于载货汽车的同步附着系数。

0ϕϕ＜时，前轮先抱死，制动稳定，但丧失转向能力；0ϕϕ＞时，后轮先抱死，危险工况，易产生侧滑、甩尾等危险状况。

轿车行驶路面较好，一般ϕ值较大，且车速较高，若0ϕ值小，则会出现0ϕϕ＞情形（将前几题的分析附上），加上车速较高，造成后轴侧滑、甩尾等状况后更加危险。

载货汽车行驶路面复杂，山区行驶较多，转向不能丧失，所以前轮不应先抱死，故ϕ值较小，同时因车速相对较低，侧滑不严重；但现在公路条件改善，车速增快，因此ϕ值有增大的趋势。

（10）试用受力图说明未装ABS 的汽车制动时前后轴发生侧滑的稳定性机制。

汽车制动时后轴发生侧滑的运动分析 汽车制动时前轴发生侧滑的运动分析 答：如图分别为汽车制动时前、后轴发生侧滑的运动分析。

先分析汽车后轴先于前轴制动抱死时的运动情况：
1）后轴因抱死，受侧向力FY 作用将发生侧滑，后轴中点的前进速度变为u2’，即与汽车纵轴线有一夹角；前轴因未发生抱死，前进速度方向仍然为汽车纵轴方向u1。

2）此时汽车将发生类似转弯的运动，其瞬时回转中心为速度u2’和u1两垂线的交点O ；汽车作圆周运动时产生了作用于汽车质心的惯性力Fj 。

3）显然Fj 的方向与后轴发生侧滑的方向一致，于是惯性力加剧后轴侧滑；后轴侧滑有加剧惯性力，汽车将急剧转动，是不稳定、非常危险的工况。

汽车前轴先于后轴制动抱死时的分析方法同上，结论是稳定工况，但前轮丧失转向能力。

（11）试说明防抱死制动系统（ABS ）的理论依据。

答：如图为纵向附着系数（制动力系数）b ϕ和横向附着系数（侧向力系数）l ϕ随滑动率s 变化的关系曲线。

答案要点：1）ABS 可充分利用制动力系数，通过控制s 的范围使制动力系数b ϕ在峰值附着系数p ϕ附近变化，以获得较大的制动减速度和较短的制动距离；
2）由于车轮不发生抱死，既不会出现前轮抱死失去转向能力，也不会出现后轮先抱死造成侧滑甩尾现象的发生。

（12）已知某轿车：满载质量为1600kg ，轴距为2700mm ，质心到前轴距离为1250mm ，质心高度为500mm ，制动器制动力分配系数为0.60，制动系反应时间s 02.02='τ，制动减速度上升时间s 02.02="τ，行驶车速h km u a /300=。

试计算该车在附着系数为0.7的路面上制动时不出现车轮抱死的制动距离。

解：1）同步附着系数34.05
.0)25.17.2(6.07.20=--⨯=-=g h b L βϕ； 2）34.00=ϕ，7.0=ϕ，0ϕϕ＞，后轮先抱死，故汽车的利用附着系数为r ϕ（后轴的利用附着系数）；
3）)(1)1(g r Zh a L Z --=βϕ，即)5.025.1(7
.21)6.01(7.0Z Z --=，解得612.0=Z ； 4）m Zg u u S a a 04.68
.9612.092.2530)202.002.0(6.33092.25)2(6.32
20''2'20=⨯⨯++=++=ττ。

（13）某汽车满载时的前轴轴载质量为满载总质量的52%，轴距为2.7m ，质心高度为0.50m ，该车制动力分配系数为0.60。

请求：
1）该车的同步附着系数为多少？
2）请用I 线、β线、f 线组、r 线组分析该车在附着系数为0.8的道路上制动时的制动过程。

3）当汽车高速行驶中紧急制动时，可能会发生什么现象？为什么？
（14）汽车同步附着系数？简略作出某汽车前、后轴的利用附着系数曲线，并利用该图分析汽车在不同的道路上的制动状况。

（15）什么叫制动强度？什么叫利用附着系数？请说明求作利用附着系数与制动强度关系曲线的方法？ 解：令Zg dt
du =，Z 称为制动强度； 分地利用。

，附着条件才能得到充。

只有前轮和后轮均不抱死时00ϕϕ=<z z 着系数。

该制动强度时的利用附路面附着系数为汽车在的制动力，这个要求的制动强度的地面附着力总是大于
以外，不发生车轮抱死时，除了汽车以一定减速度制动z z 0ϕ=当0ϕϕ＜时，前轮先抱死，可推导出前轴利用附着系数f ϕ
)()()()()(1111111g f g xb xb g g xb g Z xb Zh b L Z Z G Zh b L
G Z G dt
du g G F F F F h Z b L
G h g Z g G Gb L F h dt
du g G Gb L F F F +⋅=⇒=+⇒==⋅=⋅==⋅+=⋅⋅⋅+=⋅+=
⋅==βϕβϕββββϕϕϕϕμμϕ 当0ϕϕ＞时，后轮先抱死，可推导出后轴利用附着系数r ϕ
)(1)1()1()()1()1()1()()(122
222g r g xb xb g g Z xb Zh a L Z
GZ
Zh a L G GZ F F F F Zh a L G h dt du g G Ga L F F F --=
⇒-=-⇒-=-=-==-=⋅-=
⋅==βϕβϕβββϕϕϕμμϕ 根据上述f ϕ、r ϕ的关系式作出利用附着系数与制动强度关系曲线如下图：
需指出的是该图在Z =ϕ曲线的下方没有意义。