吉林大学汽车理论第四章汽车制动性

" 2
2
)u0
u02 2xmax
xmax
"2 2
24
"2 2
0可忽略，将u0用ua0取代
30
制动系作用时间对制动距离影响
制动系结构形式和调整
液压制动系 2＝0.1s
真空助力制动系和气压制动系
2＝0.3 0.9s 简单气压制动系的汽车列车 2＝2s， 而采用加速阀(继动阀)的多路制动系 2＝0.4s
Foot force on the braking pedal
Fxb F Fz Fxbmax Fz
踏板力，N
Fxb F
地面制动力首先取决与制动器制动力，但同时
受到地面附着条件的限制，它们同时大才好。
13
4 硬路面上的附着系数
仔细观察汽车制动过程可发现，轮胎留在地 面上的印痕从车轮滚动到滑动是一个渐变的过程 (假设直线行驶)。
☆ 起始车速和附着系数的影响：ua=48.2km/h,即使 后轮抱死比前轮早0.5s，汽车纵轴也仅转动25º，而 ua=72.3 km/h,则发生剧烈侧滑。
37
在低附着系数路
面，侧滑增加主
要随制动持续时
间的增加。
t t 0.5s 前轮先抱死 后轮先抱死 t 0.5s
潮湿路面
u 干燥路面 a
t
制动效能定义 在良好路面上，汽车以规定的初始车速以规
定的踏板力制动到停车的制动距离或制动时 汽车的减速度。它是制动性能的最基本指标。
7
制动效能恒定性
抗热衰退性能--汽车在高速行驶或下长坡时制动 性能的保持程度。
抗水衰退性能--汽车涉水后制动性能的保持能力
汽车制动行驶方向稳定性评价常用制动 时汽车按给定路径行驶的能力。 制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力 时，汽车将偏离给定的行驶路径。这时， 汽车制动方向稳定性能不佳。
1. 制动距离
制动距离S是指汽车以给定的初速u0，从踩到 制动踏板至汽车停住所行驶的距离。制动距离与 踏板力（或者制动系管路压力）以及地面附着情 况有关，也与制动器的热工况有关。
制动减速度是地面制动力的反映。其与地面
制动力有关，有时与制动器制动力相关。
23
不同制动工况时的地面制动力
地面制动力为
Fxb bmg mx m(bg) 车轮抱死时，xmax s g 装有ABS的汽车 峰值制动力Fp pmg s g xmax p g 峰值减速度xp p g 在预见性、 非紧急情况下， 制动车轮不抱死。 x s g p g
4
4.1 汽车制动性能评价指标
Evaluation Index of Braking Performance MV
三个评价指标 制动效能（含制动距
汽车主要性能
离或制动减速度）； 制动效能恒定性（抗
汽车制动性
衰退性能）；
制动距离
制动稳定性
制动时汽车行驶方向
稳定性（包括抗跑偏、 抗侧滑、保持转向能
交通安全
不抱死，偏出≤ 3.7m
距离或减速度
≤19 (20)m ≥6.2(5.9)m/s2
≤50.7m, ≥5.8m/s2
≥5.8m/s2
≤65.8m (216ft)
踏板力
≤490N
≤490N
≤490N
≤66.7~667N
9
4.2 制动时Fra Baidu bibliotek轮受力分析
汽车制动过程
地面制动力
空气阻力
空气
地面
外力 与行驶方向相反
汽车制动性
维持行驶方向稳定性 下长坡维持一定车速
坡道长时间停放
3
汽车制动性内容
定义：汽车在行驶时能在短距离停 车且维持行驶方向稳定性的能力，在下 长坡时能维持一定车速的能力，也包括 在一定坡道上能够长时间停放的能力。
汽车制动性是汽车的重要使用性能 之一。它属于汽车主动安全的范畴。
行车制动俗称脚制动或脚刹车。 驻车制动俗称手刹车或手制动。
32
4.4 汽车制动行驶方向稳定性
定义：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。
制动行驶方向不稳定：汽车跑偏、侧滑或者转向轮失去 转向能力的现象。 制动跑偏：汽车自动向左或向右偏驶的现象。 制动侧滑：汽车某轴或多轴发生横向移动现象。
严重跑偏必然侧滑，对侧滑敏感的汽车也有跑偏的 趋势。汽车跑偏时车轮印迹重合，而侧滑时前、后印迹 不重合。 转向轮失去转向能力：制动时汽车不再按原来弯道弧线 行驶而是沿切线方向驶出；或者直线行驶时,尽管操作 转向盘汽车仍按直线行驶的现象。
力的性能）。
5
4.1 汽车制动性能评价指标
Evaluation Index of Braking Performance
制动效能
制动减速度 制动距离
制动性 评价指标
制动效能恒定性
汽车制动方向稳定性
抗热衰退性能 水衰退性能
跑偏 侧滑 失去转向能力
6
4.1 汽车制动性能评价指标
Evaluation Index of Braking Performance
s2
s2'
s2"
u0
' 2
u0
" 2
1 6
xmax
"2 2
在 3时间的行驶距离s3
其初速ue ,末速为0，减速度x xmax
s3
ue2 2xmax
u02 2xmax
u0
" 2
2
xmax
"2 2
8
ue
u0
1 2
xmax
" 2
29
Braking travel
s s2 s（3 制动距离）
s
(
' 2
低附着路面制动时发生 侧滑，尤其是后轴侧滑，
会引起汽车急剧回转，严
重时可使汽车调头。
实验和理论分析结果：
制动时若后轴比前轴先抱
死拖滑，就可能发生后轴
侧滑。
反向运动
后轮抱死
前轮抱死
ua
il 2.5%
路面潮湿
正向运动
若前、后轴同时抱死，或者前轴先抱 死而后轴抱死或不抱死，则能防止汽 车后轴侧滑，但汽车丧失转向能力。
Fc
ur
a) 前轴侧滑
u f
当前轮抱死，在干扰 作用下，发生前轮偏离
角(航向角)，因产生
的离心惯性力FC与偏离
角的方向相反，FC起
到减弱或阻止前轴侧滑
汽车
减速或停车
10
4.2 制动时车轮受力分析
1 地面制动力
W
ua
Fxb
T r
T
Fp
2 制动器制动力
F
T r
Braking Force
Fxb
Fxb F
F
Fz
11
W
ua
T
Fp
Fxb
F
Fz
制动时车轮受力条件
12
3 地面制动力、制动器制动力与附着力的关系
F
Fb Ff
F
C
Fxbmax F
踏板力，N
12
2
1
2
gt
3
4
27
Fp
ds dt
u
u0
1 kt 2 2
j
d
e
Fp j f
ds
(
u0
1 2
kt
2
)dt
0 ab c
' "' "
1
12
2
1
2
3
gt
4
s
u0t
1 6
kt
3＝u0t－
1 6
xmax "2
t3
s"2
u0"2
1 6
k"23＝u0"2
1 6
xmax "2 2
28
则在 2时间行驶距离s2 :
21
高速行驶经过积水层出现滑水现象
A水膜区
B过渡区 C接触区
W
Fp
ua
Home模型
Fh Aua2
uh 6.34 pi
A区 B区 C区
Hydroplaning 22
4.3 汽车制动效能及其恒定性
汽车制动效能，是指汽车迅速降低车速直至 停车的能力。汽车制动效能的评价指标是制动距
离S(单位m)和制动减速度 j (单位m/s2)。
36
☆ 高侧前滑轮趋无势制增动加力;u，a =后45轮km有/h足，够回的转制18动0º力；：随ua的提 ☆ 后轮无制动力，前轮有足够的制动力：即使速度 达到ua =65km/h，偏转角只有10º。汽车基本保持直 线行驶状态； ☆ 前、后轮都有足够的制动力，但先后次序和时间
间隔不同：若ua=64.5km/h，后轮和前轮同时抱死或 后轮比前轮先抱死的时间间隔小于0.5s，则汽车基 本保持直线行驶；若时间间隔大于0.5s，则后轴发 生严重的侧滑。
38
小结
制动过程中，若只有前轮抱死或前轮先 抱死拖滑，汽车基本沿直线向前行驶， 汽车行驶处于稳定状态，但汽车丧失转 向能力。
若后轮比前轮先抱死超过一定时间间隔， 且车速超过某一数值，只要汽车受到轻 微的侧向力，就会发生侧滑。制动距离 越长，后轴侧滑越剧烈。
39
3 从受力分析前轮或后轮抱死的制动方向稳定性
14
ua 滑
动
率
ua
轮 胎
印
迹
ua
变 化
规
律
15
随着制动强度的增加，车轮的滑动成分越来越大。它
通常用滑动率S表示。
S uw rr0w 100%
p
uw
uw rr0为纯滚动S 0
s
w 0, S 100%为纯滑动 b
0 S 100%为边滚边滑
b
l
制动力系数b 峰值附着力系数 p 滑动附着系数 s 侧向力系数l
s
100
s
uw
rr0w uw
100%,b
Fb mg
, p
Fb max mg
18
各种路面平均附着系数
路面
沥青或砼（干）
沥青（湿） 砼（湿） 砾石 土路（干） 土路（湿） 雪（压实） 冰
φp 0.8~0.9 0.5~0.7 0.8 0.6 0.68 0.55 0.2 0.1
φS 0.75 0.45~0.60 0.7 0.55 0.65 0.4~0.5 0.15 0.07
制动系作用时间是影响制动距离的重要因素！
31
3 汽车制动效能的恒定性
高速制动或下长坡制动，制动器温度迅 速上升，摩擦力矩显著下降，即热衰退现 象。要求汽车以规定车速范围(0.8~0.4) u制ma动x和强时度间为间3隔m/(s425,~最60后s)不,连低续于制冷动试1验5~效20能次， 的60％(5.8m/s2)。或者i=6~10%, l=7~10km, 以30km/h下坡,检查制动性能指标。 当汽车涉水后，因水进入制动器，短时 间内制动效能的降低，称为水衰退现象。
第一阶段：单纯滚动。印痕的形状基本与轮
胎胎面花纹相一致。 uw rr0w
第二阶段：边滚边滑。轮胎胎面相对地面发
生一定的相对滑动，花纹逐渐模糊，可辨别轮胎
花纹的印痕。随着滑动成分的增加，花纹越来越
模糊。
uw rr0w uw rr0w
第三阶段：拖滑。车轮抱死拖滑，形成粗黑
印痕，看不出花纹。uw rr0w w 0
Vehicle braking performance
1
4.1 汽车制动性能评价指标 4.2 车轮制动受力学分析 4.3 汽车制动效能及其恒定性 4.4 汽车制动行驶方向稳定性 4.5 前后制动器制动力分配
Automotive Braking Performance 2
汽车制动性内容
短距离内停车
24
2 制动距离分析
驾驶员反应时间：1 1' 1"＝0.3 1.0s
1'驾驶员感知、判断、决策时间
1"驾驶员移脚时间,大约0.1s
制动器作用时间：
2＝
' 2
" 2
0.2
0.9s
' 制动系反应时间（协调时间或滞后时间）
2
"制动力增长时间
2
持续制动时间 3
放松制动器时间 4 0.2 1.0
25
20
100
滑动率S
b s、l－S关系曲线
16
制动力系数
p
b
s
b
l
l
滑转率S
20
S 100
b s、l－S关系曲线 17
滑动率s:车轮运动中从滚动至滑动过程
滑动成分所占的比例
现象
p
纯滚动uw rr0w s
b
S
FS mg
s 0
纯滑动w＝0
s 100％
边滚边滑0 s 100%
l
16 ~ 22
19
Adhesive Coefficient 道路的类型、路况
影响附着系 汽车行驶速度
数的因素
轮胎结构、花纹、材料
b
b
柏油（干）
松砾石
光滑冰面
s
ua s
20
轮胎的磨损会影响其附着能力。 路面的宏观结构应有一定的不平度而有自
排水能力；路面的微观结构应是粗糙且有 一定的棱角，以穿透水膜，让路面与胎面 直接接触。 增大轮胎与地面的接触面积可提高附着能 力：低气压、宽断面和子午线轮胎附着系 数大。 滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力， 影响制动、转向能力。 潮湿路面且有尘土、油污与冰雪、霜类, 轮胎与地面的附着能力下降。
8
轿车制动规范
项目
中国 GB7258 EEC 71/732 瑞典 F18 美国联邦 105
试验路面 φ≥0.7
附着良好 φ＝0.8 Skid No81
载重
空载（满载） 1 人或满载 任何载荷 轻载、满载
制动初速 50km/h
80km/h
80km/h
80km/h
方向稳定性 偏出≤2.5m
不抱死跑偏
不抱死跑偏
33
1 汽车制动跑偏
因制造或调整误差造成汽车左、右车轮， 特别是左、右前轮制动器制动力不等。
现象：紧急制动时汽车向有制动印迹一侧行驶。
FY 2
Fx1r
u1
u Fx2r 2
Fj
Fx 2l
Fx1l
FY 1 34
因结构原因使制动时悬架导向杆系与转向杆系 在运动学上的不协调或干涉。
车架
35
2 后轴侧滑和前轴转向能力的丧失
Fp j x du
Fp
d
dt f
j
e
0 ab c
' "' "
gt
1
12
2
1
2
3
4
汽车制动过程简化模型
26
2 行驶距离s2 : s2 u02
du dt
kt
du
ktdt
k
xmax
" 2
"2行驶距离s"2
:
s"2
u0 "2
1 6
xmax "22
Fp
j
d
Fp j f
e
0 ab c
' "' "
1