汽车制动性能
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第一节制动性能的评价指标
制动性能:指汽车行驶时,能在短时间内停车,并维持行驶方向稳定。下长坡时能维持一定车速的能力。
评价指标:
1、制动效能:即制动距离与制动减速度。
2、制动效能的恒定性:抵抗制动效能的热衰退和水衰退的能力。
3、制动时,汽车方向的稳定性:即制动时,不跑偏、侧滑,即失去转向能力的性能。
第二节制动时车轮受力
一、地面制动力(T——车轴的推力;W——车轮垂直载荷)FXb=Tu/r•N
因为:FXb受到轮胎与地面附着力,Fφ=Fzφ的限制。
所以:FXb=Tu/r≤Fzφ,当FXb=Fzφ(Xb=zφ)时,Tu上升,则FXb不再上升,即:FXbmax=Fzφ
二、制动器制动力:在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力Fu(Fu=Tu/r)。
取决于制动器的型式,结构尺寸、摩擦片摩擦系数、车轮半径与踏板力——制动系的油压(气压)成
正比。
三、地面制动力FXb,制动器制动力Fu及附着力Fφ之间的关系。
1、当FXb小于Fφ时,踏板力上升则Fu上升。
2、当Xb=Fφ时,踏板力上升,则Fu上升,而FXb=Fφ,此时,车轮抱死不转而出现滑拖现象。如果要提高地面制动力FXb,只有提高附着系数φ。即:FXbmax=Fzφ
所以:地面制动力FXb首先取决于Fu,同时又受Fφ的限制,只有Fu、Fφ都足够大时,FXb才比较大。
例:Fu很大,但在结冰路上FXb几乎为0。
四、硬路面上的附着系数φ,φ与车轮的运动状况(滑动程度)有关。
1、滑动率S:S=Vw-rωw/Vw
Vw——车轮中心速度
ωw——车轮角速度
r——不制动时的滚动半径
(1)车轮纯滚动时:Vw≈rωw,S=0,制动印痕与胎纹基本一致。
(2)车轮边滚边滑时,Vw大于rωw,0小于S小于100%,胎迹逐渐模糊。
(3)车轮纯滑动时,ωw=0,Un>>roωw,S=100%,制动印痕形成粗黑的印痕。
S的数值说明了制动过程中,滑动成分的多少,S越大,滑动越多,S不同时,φb不同(obi=制动系数)。
2、φb——S关系曲线
(1)纵向φ,沿车轮旋转平面方向。因为:FXb=Fzφb,所以:φb=FXb/Fz (2)φb峰值附着系数S=15——20%时,纵向φ的最大值——φp。
(3)φs滑动附着系数S=100%时的纵向φ——φs。(滑动附着系数)
干路面φp与φs相差不大;
湿路面φp与φs相差很大。
r =φs/φp=1/3——1
(4)侧向附着系数φ1,在Fy侧向力的作用下,φ1=Fy/F2,侧向力Fy与地面垂直力之比。
3、φb——S关系:
(1)OA段:φb直线上升,S从O——15——20%,出现峰值φp。
(2)S再上升,φS纵下降,φ1侧边下降。
(3)S上升,S=100%时,φ=φS
纵向φ较小,制动距离长。
侧向φ=0,能承受的侧向力Fy=0。
所以:极易侧滑。
最理想的制动系统应能防止车轮抱死,工作在S=15——20%以内。
4、ABS即:Antilock Braking System
ABS系统(S=15——20%)
(1)利用φp获得较大的FXbmax和最小的制动距离。
(2)同时φ侧较大,也可承受较大的侧向力Fy不致侧滑。
滑水现象:减小了胎面与地面的φ,Ua=100km/n时,水膜=10mm时。
φs≈0,滑冰现象,雨天路滑,易翻车。
第四节制动时汽车的方向稳定性
是指汽车在制动过程中,维持直线行驶,或按照预定弯道行驶、跑偏、侧滑的能力。
1、跑偏:制动时车辆自动向左或向右偏驶,试验跑道1.5倍车宽或3.75米。
2、侧滑:制动时,某一轴或两轴的车轮发生横向滑动。严重的跑偏易引起后轴侧滑,易发生后轴侧滑的汽车也加剧跑偏!
3、前轮失去转向能力:
(1)指弯道制动时,汽车不按原弯道行驶,而沿弯道切线方向驶出。
(2)直线行驶制动时,虽转动方向盘,但汽车仍直线行驶。
一、制动跑偏
原因:
1、左右车轮(特别是转向轮)制动力不相等(制造、调整误差引起)。
制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调(设计问题)。
设:FX1L>FX1r
因为:FX1L>FX1r
所以:FX1Lb-FX1rb>0
FY1L主销后倾
所以:使方向盘偏转,因为两转向轮之间装有横拉杆。
2、前后轴单轴侧滑的比较:
前轴单轴侧滑:Fy与Fj相互抵消,当Fy消失后,Fj使汽车自动回正。
所以:可以防止侧滑扩大,而且,司机容易发觉,可及时采取措施(放松制动踏板)。
后轴单轴侧滑:Fy与Fj同方向,加剧后轴侧滑趋势。
(1)掉转方向,与对面车辆相撞。
(2)甩出路面、掉沟、翻车。
所以:后轴侧滑比前轴侧滑更危险!
货车(4x2)后轴的地面制动力比前轴大。
满载时,前轴载荷比后轴轻,紧急制动时,前轴先抱死拖滑;空载时,后轴载荷减轻,紧急制动时,后轴先抱死侧滑。如果前后轴同时抱死,也是弯道行驶易失去转向能力。
所以:制动器Fu的分配比例,会影响车辆制动时的方向稳定性!
F Xb1=Fz1φ,此时,Fz1小。
所以:前轮先抱死,弯道行驶失去转向能力,侧滑,失去方向稳定性。
第五节总结
1、FXb与Fu、Fφ的关系
FXb地面制动力
Fu制动器制动力
FXb首先取决于Fu,同时又受到Fφ的限制,只有Fφ、Fu都足够大时,才能有较大的FXb。
2、最大制动减速度jmax=φg,jmax仅与φ(路面)有关。
3、φ——S关系图
φp对应的S=15——20%
当S=100%时,φs较小,φ侧——0
所以:极易侧滑。
4、前轴侧滑:Fy与Fj方向相反,可相互抵消,司机易发现(易失转向能力)后轴侧滑,Fy与Fj方向相同,增大侧滑趋势,危险性大!!
所以:尽量避免后轴侧滑!
5、货车后轮驱动型:满载时紧急制动,前轴重量小于后轴,前轴先抱死;空载时紧急制动,后轴重量小于前轴,后轴先抱死,侧滑,最危险!
所以:前后轮制动力的分配会改进制动时的方向稳定性!
6、制动器Fu的分配系数β=Fu1/Fu,β=(φohg+b)/L
同步附着系数φo,前后轮同时抱死时的φ,φo=(Lβ-b)/hg
7、制动过程分析
φ=φo,前后轮同时抱死
φ<φo,前轮先抱死,
φ>φo,后轮先抱死,
8、φo选择原则
(1)多雨山区(弯路多)应减小φo,即减小β,β=(φohg+b)/L,减小Fu1,Fu1=βFu,避免φ<φo(前轮抱死)
(2)高速公路φ值大,水泥路(φ=0.7),应增大φo,避免φ>φo(后轮抱死)
(3)经常后轴侧滑的车辆(高速轿车),应提高φo,增大β,即增大Fu1(前轮制动力),较少Fu2,防后轮先抱死而侧滑。