汽车知识讲座-汽车制动时受力分析

汽车制动的基本原理
汽车制动的基本原理是通过摩擦力将车轮的动能转化为热能，从而减缓或停止汽车运动。

制动系统由刹车踏板、刹车片、刹车盘（或鼓）、刹车油管路等组成。

当驾驶员踩下刹车踏板时，刹车液通过油管传递到刹车片上。

刹车片被推向刹车盘（或鼓），从而形成摩擦。

由于刹车盘（或鼓）与车轮相连，车轮受到阻力而减速。

刹车片与刹车盘或刹车鼓之间的摩擦力产生的热量会散发到周围空气中，形成制动效果。

制动时，撞击刹车片和刹车盘（或鼓）之间的压力会引起摩擦磨损，因此刹车片需要定期更换。

刹车油也是制动系统的重要组成部分，因为它在传递刹车踏板力量时可以提供高压力。

制动系统还包括防抱死刹车系统（ABS），它通过电子控制单元感知车轮的阻滞情况，在急刹车时阻止车轮锁死，保持车辆的稳定性。

在车辆行驶中，制动的最佳效果取决于多重因素，包括车辆的重量、速度、路况和刹车片与刹车盘（或鼓）之间的接触面积。

不正确的制动操作可能导致刹车片过热、刹车片和刹车盘（或鼓）过度磨损、刹车失灵甚至事故。

因此，正确的制动使用和维护对驾驶安全至关重要。

汽车知识讲座－汽车制动时受力分析1.摩擦阻力的因素汽车在制动过程中，有两个地方会产生摩擦阻力。

一个是车轮制动器产生的摩擦阻力，使车轮转速减慢；另一个是车轮与地面产生摩擦阻力使汽车减速。

前者称制动器制动力，后者称地面制动力，也就是我们车在检测站检测的制动力。

如果制动器产生的摩擦力偶大于轮胎与路面之间的最大摩擦力偶时,车轮即完全停止滚动,也就是车轮被抱死。

在车轮未抱死前，地面制动力始终等于制动器制动力，此时制动器制摩擦力消耗一部份动能(发热)，地面制动力消耗一部份动能。

在车轮抱死后，地面制动力等于地面附着力，它不再随制动器制动力的增加而增加，制动器制不再消耗动能(W=FS，∵S=0，∴W=0)，只有轮胎与地面摩擦消耗动能。

由于车轮抱死后，纵向附着系数(摩擦力)下降，制动器制也不消耗动能，侧向附着系数趋于0，所以刹车距离也就变长，易产生则滑。

2.前后轴载荷重心变动的因素车辆在静止时，其前后轴的垂直载荷之比仅决定于汽车重心的纵向位置。

但在车辆行驶中制动时，由于作用在重心上的向前的惯性力使汽车俯冲前倾，因而前后轴的垂直载荷比值变大，即前轴载荷加大，而后轴载荷减少；而且制动力越强，惯性力越大，前后轴垂直载荷的比值也越大。

即刹车时前轴荷随加速度变大而增大，后轴荷减少。

80年后生产的国产及进口车轿车，前后轴制动力分配按欧共体的ECE R13标准制定，即按“前后轴附着糸数利用曲线”分配比例，不允许有车轮抱死现象，前轴所占总制动力通常为80％，上限为85％。

各种轿车都是按自身的悬挂糸统的动态重心分配特性去设计前后轴制动力分配，原车的前后轴制动力分配是经过各种实验优化定案，提供良好的制动平衡。

根椐北京理工大学做的路试，国产及进口轿车前轴刹车力在800kg-1100kg以上，后轴最低173kg，最高290kg(满载车重1684kg)，路试刹车减速度、距离都符合要求。

实试正实，后轮刹车即使一轮失效，30km/h刹车距离变化很小，不跑偏。

第一章 汽车的动力性 1.1 汽车的动力性指标１）汽车的动力性指：汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。

2）汽车动力性的三个指标：最高车速、加速时间、最大爬坡度。

3）常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。

4）汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度 imax 表示的。

货车的imax=30% ≈ 16.7 °,越野车的 imax= 60%≈ 31 °。

1.2 汽车的驱动力与行驶阻力 1）汽车的行驶方程式F tF fF wF iF jT tq i g i0 TC A2duGf cosDu aG sinmr21.15dtT tq i g i0 TC D A 2durGf21.15u aGimdt2）驱动力 F t ：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生 驱动力矩 T t ，驱动轮在 T t 的作用下给地面作用一圆周力 F 0 ，地面对驱动轮的反作用力F t 即为驱动力。

3）传动系功率 P T 损失分为机械损失和液力损失。

4）自由半径 r ：车轮处于无载时的半径。

静力半径 r s ：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。

滚动半径 r r ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。

5)汽车行驶阻力 : F F f F w F i F j6)滚动阻力 Ff：在硬路面上，由轮胎变形产生；在软路面上，由轮胎变形和路面变形产生。

7）轮胎的迟滞损失指：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。

8）滚动阻力系数 f 指：车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比。

故Ff=W*f 。

9）驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。

此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波浪形。

汽车制动系统工作原理详解为了确保行车安全，汽车制动系统成为车辆中最为关键的部件之一。

它负责控制和减缓车辆速度，使车辆能够稳定地停下或减速。

本文将详细解析汽车制动系统的工作原理，包括液压制动和刹车片的协同作用，以及制动过程中的主要部件。

一、液压制动系统的作用及构成部分液压制动系统是汽车制动系统的重要组成部分，通过将驾驶员的制动操作转化为液压信号，从而实现刹车效果。

它由主缸、助力器、制动管路以及刹车器等几个关键部分构成。

1. 主缸：主缸位于驾驶舱内，通过驾驶员的制动踏板操作来产生制动信号。

当驾驶员踏下制动踏板时，主缸内液体压力增加，将制动信号传递给制动器。

2. 助力器：助力器旨在减轻驾驶员的制动操作力度。

它通过感应驾驶员的制动踏板力度变化，产生相应的助力信号，从而降低制动的难度。

3. 制动管路：制动管路是液压制动系统中连接主缸、助力器和刹车器的管道。

它起到传递制动信号和液压力的作用。

4. 刹车器：刹车器负责把液压力转换为制动力，并施加在车轮上，从而减速或停车。

它由制动卡钳、刹车盘和刹车鼓构成。

二、刹车片的作用和工作原理刹车片是汽车制动系统中非常关键的部件，它通过与刹车盘或刹车鼓的摩擦来产生制动力。

常见的刹车片包括盘式刹车片和鼓式刹车片。

1. 盘式刹车片：盘式刹车片主要应用于轿车和一些商用车上。

当驾驶员踏下制动踏板时，制动系统会产生液压力，使得刹车盘固定在车轮轴上的刹车卡钳夹紧刹车盘。

同时，刹车片与刹车盘之间的摩擦力产生制动力，使车辆减速或停车。

2. 鼓式刹车片：鼓式刹车片常用于汽车的后轮制动系统。

它由鼓式刹车盘、刹车鼓和刹车片组成。

当制动信号传递到刹车器时，刹车鼓会扩张开，使刹车片与刹车鼓内壁之间产生摩擦力，从而减速或停车。

三、制动过程中的关键部件除了液压制动和刹车片，汽车制动系统中还有一些关键部件，它们也对制动效果发挥重要作用。

1. 刹车盘和刹车鼓：刹车盘和刹车鼓是车轮中心固定的圆盘或圆筒形零件，它们承载着制动片对刹车器施加的摩擦力。

第四章 汽车制动性第二节 制动时车轮受力分析制动时的汽车行驶方程式为)(i w f j F F F F F b ++-=(4-1)式中：b F 为汽车地面制动力。

由制动性的定义可知，滚动阻力0f ≈F ；制动时车速较低且迅速降低，即0w ≈F ；坡道阻力0i ＝F 。

所以，汽车行驶方程式可近似表达为jF F b ＝(4-2)一、地面制动力、制动器制动力和附着力假设滚动阻力偶矩、车轮惯性力和惯性力偶矩均可忽略图，则车轮在平直良好路面上制动时的受力情况如图4-1所示。

图4－1 制动时车轮受力条件制动器制动力μF 等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力。

其大小为rT F /μμ＝(4-3)式中：μT 是车轮制动器摩擦副的摩擦力矩。

制动器制动力μF 是由制动器结构参数所决定的。

它与制动器的型式、结构尺寸、摩擦副的而摩擦系数和车轮半径以及踏板力有关。

从力矩平衡可得地面制动力b F 为rT F /μb ＝(4-4)地面制动力b F 是使汽车减速的外力。

它不但与制动器制动力μF 有关，受地面附着力ϕF 的制约。

图4-2 地面制动力、车轮制动力及附着力的关系图4-2给出了地面制动力、车轮制动力及附着力三者之间的关系。

当踩下制动踏板时，首先消除制动系间隙后，制动器制动力开始增加。

开始时踏板力较小，制动器制动力μF 也较小，地面制动力b F 足以克服制动器制动力μF ，而使得车轮滚动。

此时，μb F F ＝，且随踏ϕFμxb =板力增加成线性增加。

但是地面制动力是地面摩擦阻力的约束反力，其值不能大于地面附着力ϕF 或最大地面制动力bmax F ，即⎩⎨⎧==≤zz F F F F F ϕϕϕmax b b (4-5)当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力b F 达到最大地面制动力ϕF F ＝max b ,车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。

随着制动踏板力以及制动管路压力的继续升高，制动器制动力μF 继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力b F 不再增加。