1、第四章 汽車的制動性 基本概念基本概念：制動性的評價指標 制動時車輪的受力 重點內容：重點內容：制動效能及其恒定性 制動時汽車方向穩定性 前、后制動器制動力的比例關 系及制動過程分析第四章 汽車的制動性 汽車行駛時能在短距離內停車且維持行駛方向穩定性和在下長坡時能維持一定車速的能力稱為汽車的制動性汽車的制動性。第四章 汽車的制動性 汽車的制動性是汽車的主要性能之一。制動性直接關系到交通安全，重大交通事故往往與制動距離太大、緊急制動時發生側滑等情況有關，故汽車的制動性是汽車行駛的重要保障。改善汽車的制動性始終是汽車設計制造和使用部門的重要任務。 制動演示制動演示4-1 制動性的評價指標制動性的評

2、價指標 汽車的制動性主要由下列三方面來評價： （1）制動效能，即制動距離與制動減速度； （2）制動效能的恒定性，即抗衰退性能； （3）制動時汽車的方向穩定性 即制動時汽車不發生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能。 制動效能是指在良好路面上，汽車以一定初速制動到停車的制動距離或制動時汽車的減速度。它是制動性能最基本的評價指標。汽車高速行駛或下長坡連續制動時制動效能保持的程度，稱為抗熱衰退性能。因為制動過程實際上是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉換為熱能，所以制動器溫度升高后，能否保持在冷狀態時的制動效能已成為設計制動器時要考慮的重要問題。制動時汽車的方向穩定性，常用制動時汽車按給定路徑行駛的能力來

3、評價。若制動時發生跑偏、側滑或失去轉向能力，則汽車將偏離原來的路徑。 4-2 制動時車輪的受力制動時車輪的受力 汽車受到與行駛方向相反的外力時，才能從一定的速度制動到較小的車速或直至停車。這個外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實際上外力是由地面提供的，我們稱之為地面制動力地面制動力。地面制動力愈大，制動減速度愈大，制動距離也愈短，所以地面制動力對汽車制動性具有決定性影響 。一、地面制動力一、地面制動力 從力矩平衡得到 式中 r車輪半徑，單位為m。 地面制動力是使汽車制動而減速行駛的外力，但是地面制動力取決于兩個摩擦副的摩擦力：一個是制動器內制動摩擦片與制動鼓或制動盤間的摩擦

4、力；一個是輪胎與地面間的摩擦力附著力。 車輪在制動時的受力情況二、制動器制動力二、制動器制動力 在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力制動器制動力，以符號F表示。式中 T-制動器（摩擦片與制動鼓或盤相對滑轉時）的摩擦力矩，單位為Nm。 由上式可知，制動器制動力不僅由制動器結構參數所決定，即取決于制動器的形式、結構尺寸、制動器摩擦副的摩擦因數以及車輪半徑，并與制動踏板力，即制動系的液壓或空氣壓力成正比。三、地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關系三、地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關系車輪滾動時的地面制動力就等于制動器制動力，但地面制動力是滑動摩擦的約束反力，它的值不能超過

5、附著力，即Fxb F =Fz 或最大地面制動力Fxbmax為Fxbmax=FzrTF 當制動器踏板力或制動系壓力上升到某一值（圖4-3中為制動系液壓力pa），地面制動力Fxb達到附著力 值時，車輪即抱死不轉而出現拖滑現象。制動系液壓力ppa時，地面制動力Fxb達到附著力 的值后就不再增加。 FFFxb,Fu,FFFxb=FFxbmax=FF0pa制動系油壓p圖4-3 制動過程中地面制動力、制動器制動力及附著力的關系 汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受地面附著條件的限制，所以只有汽車具有足夠的制動器制動力，同時地面又能提供高的附著力時，才能獲得足夠的地面制動力。 四、硬路面上的附

6、著系數四、硬路面上的附著系數 仔細觀察汽車制動過程，發現胎面留在地面上的印痕從車輪滾動到抱死拖滑是一個漸變的過程。圖4-4是汽車制動過程中逐漸增大踏板力時車輪留在地面上的印痕。 滑動率的定義是： %1000wwrwuwrusABp1.00.80.60.40.2020406080100縱向滑動率s100 圖4-5 b s 曲線 若令制動力與垂直載荷之比為制動力系數制動力系數 b ，則在不同滑動率時， b 的數值不同。圖4-5給出了試驗所得的制動力系數曲線，即 b -s曲線。曲線在OA段近似于直線，隨s的增加而迅速增大。過A點后上升緩慢，至B點達到最大值。制動力系數的最大值稱為峰值附著系數峰值附著

7、系數 p , 一般出現在s=15%20%。滑動率再增加，制動力系數有所下降，直至滑動率為100%。S=100%的制動力系數稱為滑動附著系數滑動附著系數 s 。在干燥路面上， s 與 p 的差別較小，而在濕路面差別較大。若令= s / p ，則在1/31之間。 附著系數的數值主要決定于道路的材料、路面的狀況與輪胎結構、胎面花紋、材料以及汽車運動的速度等因素。 汽車行駛時可能遇到兩種附著能力很小的危險情況：一是剛開始下雨，路面上只有少量雨水時;另外一種情況是高速行駛的汽車經過有積水層的路面，出現了滑水（Hydroplaning）現象。 4-3 汽車的制動效能及其恒定性 汽車的制動效能是指汽車迅速降

8、低車速直至停車的能力。評定制動效能的指標是制動距離s（單位為m）和制動減速度 j (單位為m/s2) 一、制動距離與制動減速度一、制動距離與制動減速度 制動距離是指汽車速度為u0時，從駕駛員開始操縱制動控制裝置（制動踏板）到汽車完全停住為止所駛過的距離。 汽車能達到的減速度bmax(單位為m/s2)為： bmax= bg 若允許汽車的前、后車輪同時抱死，則bmax= sg 若裝有理想的自動防抱裝置來控制汽車的制動，則制動減速度為 bmax= p g 二、制動距離的分析二、制動距離的分析 圖4-14是駕駛員在接受了緊急制動信號后，制動踏板力、汽車制動減速度與制動時間的關系曲線。圖4-14a是實際

9、測得的，圖4-14b是經過簡化后的曲線 1、 稱為駕駛員反應時間駕駛員反應時間，一般為0.31.0 S。 2、 總稱為制動器的作用時間制動器的作用時間，2一般在0.20.9s之間, 。 制動距離包括制動器起作用和持續制動兩個階段中汽車駛過的距離s2和s3。 在制動器起作用階段，汽車駛過的距離s2如下估算：在 時間內 式中u0起始制動車速。 111 22223為持續制動時間 2 2max 20 22261jusssmax200 2292.2526.31juusaa 決定汽車制動距離的主要因素是：制動器起作用的時間、最大制動減速度即附著力（或最大制動器制動力）、制動的起始車速。附著力（或制動器制動

10、力）愈大、起始車速愈低，制動距離愈短，這是顯而易見的。 高速制動時，制動器溫度也會很快上升。制動器溫度上升后，摩擦力矩將顯著下降，這種現象稱為制動器的熱衰退。熱衰退是目前制動器不可避免的現象，只是程度上有所差別。制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能。 抗熱衰退性能與制動器摩擦副材料及制動器結構有關。 一般制動器是以鑄鐵作制動鼓、盤，石棉摩擦材料作摩擦片組成的。正常制動時，摩擦副的溫度在200左右，摩擦副的摩擦系數約0.30.4。但在更高的溫度時，摩擦系數會有很大降低，而出現所謂熱衰退現象。 三、制動效能的恒定性三、制動效能的恒定性 常用制動效能因數與摩擦系數的關系曲線來說明各種類型制動器的效

11、能及其穩定程度。圖4-16是具有典型尺寸的各種制動器制動效能因數與摩擦系數的關系曲線。 由圖可知，雙向自動增力蹄及雙增力蹄制動器，由于結構上的幾何力學的關系產生增力作用，具有較大的制動效能因數。摩擦系數的微小改變，能引起制動效能大幅度變化，即制動器的穩定性差。雙減力蹄制動器情況與之相反增、減力蹄制動器介于二者之間。盤式制動器的制動效能沒有鼓式制動器大，但其穩定性好。 4-4 制動時汽車的方向穩定性 制動過程中，有時會出現制動跑偏、后軸側滑或前輪失去轉向能力而使汽車失去控制離開原來的行駛方向。 制動時汽車自動向左或向右 偏駛稱為“制動跑偏”。側滑是指 制動時汽車的某一軸或兩軸發生橫向移動。 1、

12、制動時汽車跑偏的原因有兩個： （1）汽車左、右車輪、特別是前軸左、右車輪（轉向輪）制動器制動力不相等； （2）制動時懸架導向桿系與轉向系拉桿在運動學上的不協調（互相干涉）。 第一個原因是制造、調整誤差造成的；第二個原因是設計造成的。 圖4-18給出了由于轉向軸左右車輪制動力不相等而引起跑偏的受力分析。 一、汽車的制動跑偏一、汽車的制動跑偏 設前左輪的制動器制動力大于前右輪，故地面制動力Fx1lFx1r。此時前、后軸分別受到的地面側向反作用力為FY1和FY2。顯然Fx1l繞主銷的力矩大于Fx1r繞主銷的力矩。雖然方向盤不動，由于轉向系各處的間隙及零部件的彈性變形，轉向輪仍產生一向左轉動的角度而使

13、汽車有輕微的轉向行駛，即跑偏。同時由于主銷有后傾，也使FY1對轉向輪產生一同方向的偏轉力矩，這樣也增大了向左轉動的角度。 左右車輪制動力之差用不相等度F表示。 F= 式中Fb - 大的制動器制動力 Fl - 小的制動器制動力 造成跑偏的第二個原因是懸架導向桿系與轉向系拉桿發生運動干涉，且跑偏的方向不變。 1、前輪無制動力、后輪有足夠的制動力，后輪抱死危險。 2、后輪無制動力、前輪有足夠的制動力，前輪抱死。汽車將失去轉向能力。 3 、前后輪均抱死，但抱死的循序不同，時間間隔不同。二、制動時后軸側滑與前軸轉向能力的喪失二、制動時后軸側滑與前軸轉向能力的喪失圖 4-22 前輪抱死或后輪抱死時汽車縱軸

14、線轉過的角度（航向角） 若后輪比前輪先抱死拖滑超過0.5s以內，則后軸將發生嚴重的側滑。 總結為兩點： （1）制動過程中，若是只有前輪抱死或前輪先抱死拖滑，汽車基本上沿直線向前行駛（減速停車），汽車處于穩定狀態，但汽車喪失轉向能力； （2）若后輪比前輪提前一定時間（如對試驗中的汽車為0.5s以上）抱死拖滑，且車速超過某一數值（如試驗中的汽車為48km/h）時，汽車在輕微的側向力作用下就會發生側滑。路面愈滑、制動距離和制動時間愈長，后軸側滑愈劇烈。 因此，從保證汽車方向穩定性的角度出發，首先不能出現只有后軸車輪抱死或后軸車輪比前軸車輪先抱死的情況，以防止危險的后軸側滑。其次，盡量少出現只有前軸車

15、輪抱死或前后車輪都抱死的情況，以維持汽車的轉向能力。最理想的情況就是防止任何車輪抱死，前、后車輪都處于滾動狀態，這樣就可以確保制動時的方向穩定性。 4-5 前、后制動器制動力的比例關系 制動過程可能出現上述如下三種情況：即 （1）前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑； （2）后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑； （3）前后輪同時抱死拖滑。 情況（1）是穩定工況；情況（2）后軸可能出現側滑，是不穩定工況 ；而情況（3）可以避免后軸側滑，同時前轉向輪只有在最大制動強度下使汽車失去轉向能力，較之前兩種工況，附著條件利用情況較好。由圖4-26，對后輪接地點取力矩得對前輪接地點取力矩得 可求得地面法向反作用力

16、為： gzhdtdumGbLF1gzhdtdumGaLF2dtdughbLGFgz1一、地面對前、后車輪的法向反作用力一、地面對前、后車輪的法向反作用力dtdughaLGFgZ 2 若在不同附著系數的路面上制動，前、后輪都抱死（不論是同時抱死，或分別先后抱死），此時Fxb=F=F或 。地面作用于前、后輪的法向反作用力為 gdtdu)(1gzhbLGF)(2gzhaLGF 前后車輪同時抱死的條件是：前、后輪制動器制動力之和等于附著力；并且前、后輪制動器制動力分別等于各自的附著力，即 得 （4-9）一般可用作圖法直接求得I曲線理想的前、后制動器制動力分布曲線GFF2111zFF22zFFGFF21

17、gghahbFF21二、理想的前、后制動器制動力分配曲線 對于某一 值，均可找到兩條直線，這兩條直線的交點便是滿足式（4-9）中兩式的F1值和F2值。把對應于不同 值的兩直線交點A、B、C、連接起來，便得到了I曲線。曲線上任一點代表在該附著系數路面上前、后制動器制動力應有的數值。 I 曲線是踏板力增長到前、后車輪同時抱死拖滑時的前、后制動器制動力的分配曲線。曲線也是車輪同時抱死時F 1和F 2關系曲線。 I 曲線還是前、后輪都抱死后的地面制動力Fxb1、與Fxb2，即F 1與F 2的關系曲線。 常用前制動器制動力與汽車總制動器制動力之比來表明分配的比例，稱為制動器制動力分配系數，并以符號表示，

18、即 且 此直線通過坐標原點，且其斜率為這條直線稱為實際前、后制動器制動力分配線，簡稱線。FF1121FF1tg三、具有固定比值的前、后制動器制動力與同步三、具有固定比值的前、后制動器制動力與同步附著系數附著系數10201020030I 線（空）I 線（滿）線B0=0.39 F1/kN圖4-29 一貨車的線與I 曲線 F2/KN 圖中線與I曲線（滿載）交于B點，此時的附著系數值為 0=0.39。我們稱為線與I曲線交點處的附著系數為同同步附著系數步附著系數。它是由汽車結構參數決定的、反映汽車制動性能的一個參數。 同步附著系數說明，前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在一種附著系數，即同步附著系

19、數路面上制動時才能使用、后車輪同時抱死。 同步系數也可用解析法求得。經整理計算得 0=（L-b)/hg （4-12）式中 L汽車軸距，L=a+b。 先介紹兩組線組f 線組與r 線組。f線組是假定后輪沒有抱死，在各種 值路面上前輪抱死時的前、后地面制動力關系曲線；r 線組是假定前輪沒有抱死而后輪抱死時的前、后地面制動力關系曲線。 當前輪抱死時 當后輪抱死時 gxbggxbhGbFhhLF12gXbggXbhLGaFhLhF12四、四、 前后制動器制動力具有固定比值的汽車在前后制動器制動力具有固定比值的汽車在各種路面上制動過程的分析各種路面上制動過程的分析圖 4-30 f線組與r線組.swf 對于

20、同一 值下f線與r線的交點A，B，C，既符合Fxb1= Fz1，又符合Fxb2= Fz2，所以這些交點便是前、后輪都抱死的點。因此，連結A，B，C，各點的曲線也就是前面討論過的I曲線。 貨車的同步附著系數 0=0.39，圖中還畫出了Fxb1與Fxb2之和為0.1或0.2或0.3等等的45斜直線組。同一根斜直線上的點均有同樣大小的總地面制動力Fxb，相應的制動減速度也是常數。故此45斜直線組稱為 “ 等地面制動力線組”或“等制動減速度線組”。分析制動過程時，常利用此線組來確定制動過程中的總地面制動力與制動減速度 的數值。應指出，這個線組就是前面式（4-9）中的第一式按不同 值作出的45斜直線組。 （1）當 0時，設 =0.7，見圖4-31，開始制動時，前后車輪均未抱死，故前、后輪地面制動力和制動器制動力一樣按線增長。到B點時，線與 =0.7的r 線相交，地面制動力Fxb1、Fxb2符合后輪先抱死的狀況，后輪開始抱死，此時的制動減速度為0.6g。從B點以后，再增加踏板力， Fxb1、Fxb2將沿 =0.7的r線變化。但繼續制動時，后輪法向反作用力有所減少，因而后輪地面制動力沿r線稍有下降。但前輪未抱死，當F1、F2沿線增長時，始終有Fxb1= F1 。當F1、