汽车发动机原理与汽车理论第15章课件.pptx

1、第一节制动性的评价指标第二节制动时车轮的受力分析第三节汽车的制动效能及其恒定性第四节制动时汽车的方向稳定性第五节前后制动器制动力的比例关系第六节自动防抱死系统第七节制动能量的回收第八节汽车行驶安全性发展动向第十五章汽车的制动性定义：汽车在行驶时能在定义：汽车在行驶时能在短距离停短距离停车车且维持行驶且维持行驶方向稳定性方向稳定性和在下长坡时和在下长坡时能能维持一定车速维持一定车速的能力。另外的能力。另外,也包括在也包括在一定坡道上一定坡道上 能能 够够长时间停放长时间停放的能力。的能力。汽车制动性是汽车的主要使用性能汽车制动性是汽车的主要使用性能之一。它属于之一。它属于 汽汽 车主动安全的范畴

2、。车主动安全的范畴。行车制动行车制动俗称脚制动或脚刹车。俗称脚制动或脚刹车。驻车制动驻车制动俗称手刹车或手制动俗称手刹车或手制动。第一节制动性的评价指标三个评价指标三个评价指标制动效能（含制动距离和制动减速度）；制动效能（含制动距离和制动减速度）；制动效能的恒定性（抗衰退性能）；制动效能的恒定性（抗衰退性能）；制动时汽车方向稳定性（包括制动时汽车方向稳定性（包括抗跑偏、抗侧滑抗跑偏、抗侧滑和和保持转向能力保持转向能力的性能）。的性能）。制动效能的定义制动效能的定义在良好的路面上，汽车以一定的在良好的路面上，汽车以一定的初车速初车速制动到制动到停车的停车的制动距离制动距离或制动时汽车的或制动时汽

3、车的减速度减速度。它是。它是制动性能制动性能的最基本指标。的最基本指标。Evaluation Criteria of Braking Performance制动效能的恒定性制动效能的恒定性抗热衰退性能抗热衰退性能：汽车在高速行驶或下长坡道连汽车在高速行驶或下长坡道连续制动时制动效能的稳定程度。续制动时制动效能的稳定程度。抗水衰退性能抗水衰退性能：是指汽车涉水后对制动性能的是指汽车涉水后对制动性能的保持能力保持能力汽车制动时的汽车制动时的方向稳定性的评价方向稳定性的评价：常用：常用制动时汽车按给定路径行驶的能力。制动时汽车按给定路径行驶的能力。制动时发生制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力跑偏、侧

4、滑或失去转向能力时，则汽车将偏离给定的行驶路径。这时，则汽车将偏离给定的行驶路径。这时，汽车的制动方向稳定性能不佳。时，汽车的制动方向稳定性能不佳。项项目目 中中国国 GB7258 EEC 71/732 瑞瑞典典 F18 美美国国联联邦邦 105 试试验验路路面面 0.7 附附着着良良好好 0 0.8 8 Skid No81 载载重重 空空载载（满满载载）1 人人或或满满载载 任任何何载载荷荷 轻轻载载、满满载载 制制动动初初速速 50km/h 80km/h 80km/h 80km/h 方方向向稳稳定定性性 偏偏出出2.5m 不不抱抱死死跑跑偏偏 不不抱抱死死跑跑偏偏 不不抱抱死死，偏偏出出3

5、.7m 距距离离或或减减速速度度 19(20)m 6 6.2(5.9)m/s2 5 50 0.7 7m m,5 5.8 8m/s2 5 5.8 8m/s2 6 65 5.8 8m m (2 21 16 6f ft t)踏踏板板力力 5 50 00 0N N 4 49 90 0N N 4 49 90 0N N 6 66 6.7 7 6 66 67 7N N 轿车制动规范轿车制动规范aupFzFxbFTWrTFxbrTFF1 地面制动力2 制动器制动力Braking ForceaupFzFxbFTWF图151 制动时车轮受力条件zxbzxbFFFFFmaxN踏板力，FFFFxbmaxFFxbCN踏

6、板力，fbFF 3 地面制动力、制动器制动力与附着力的关系地面制动力、制动器制动力与附着力的关系地面制动力首先取决与地面制动力首先取决与制动器制动力制动器制动力，但同时，但同时受到受到地面附着条件地面附着条件的限制，它们的限制，它们同时大才好。同时大才好。仔细观察汽车仔细观察汽车 的制动过程可发现，轮胎留的制动过程可发现，轮胎留在地面上的在地面上的印痕印痕从车轮滚动到滑动从车轮滚动到滑动是一个渐变是一个渐变的过程。的过程。第一阶段：单纯滚动第一阶段：单纯滚动，印痕的形状基本与，印痕的形状基本与轮胎胎面花纹相一致。轮胎胎面花纹相一致。第二阶段：边滚边滑可辨别轮胎花纹的第二阶段：边滚边滑可辨别轮胎

7、花纹的印痕，但印痕，但花纹逐渐模糊花纹逐渐模糊，轮胎胎面相对地面发，轮胎胎面相对地面发生一定的相对滑动，随着生一定的相对滑动，随着滑动成分的增加，花滑动成分的增加，花纹越来越模糊纹越来越模糊。第三阶段：第三阶段：拖滑拖滑车轮抱死拖滑，车轮抱死拖滑，粗黑印粗黑印痕，看不出花纹痕，看不出花纹。wrwru000wwrwruwrwwrwruru00不不同同滑滑动动率率轮轮胎胎印印迹迹变变化化规规律律随着制动强度的增加，车轮的滑动成分越来越大。它随着制动强度的增加，车轮的滑动成分越来越大。它通常用滑动率通常用滑动率S表示。表示。lspbw0rwww0rw%100S0%100S,00Sru%100uruS

8、侧向力系数滑动附着系数峰值附着力系数制动力系数为边滚边滑为纯滑动为纯滚动20100psbS滑动率bl关关系系曲曲线线、Sslb20100psbS滑动率bl图图43关关系系曲曲线线、Sslb滑动率滑动率s:车轮运动中从滚动至滑动过程滑车轮运动中从滚动至滑动过程滑动成分所占的比例动成分所占的比例现象分析现象分析mgF,mgF%,100urus%100s0100s00srumaxbpbbww0rwww0rw边滚边滑纯滑动纯滚动s1002015blpsmgFSS各种路面各种路面平均平均附着系数附着系数路路面面 p p S S 柏柏油油或或砼砼（干干）0.8 0.9 0.75 柏柏油油（湿湿）0.5 0

9、.7 0.45 0.60 砼砼（湿湿）0.8 0.7 砾砾石石 0.6 0.55 土土路路（干干）0.68 0.65 土土路路（湿湿）0.55 0.4 0.5 雪雪（压压实实）0.2 0.15 冰冰 0.1 0.07 道路的类型、路况道路的类型、路况汽车运动速度汽车运动速度轮胎结构、花纹、材料轮胎结构、花纹、材料sbb柏油（干）松砾石光滑冰面auAdhisive Coefficients轮胎的磨损轮胎的磨损会影响其附着能力。会影响其附着能力。路面的路面的宏观结构宏观结构应有一定的不平度而有应有一定的不平度而有自自排水排水能力；路面的能力；路面的微观结构微观结构应是应是粗糙粗糙且有一定的且有一定

10、的棱角棱角，以穿，以穿透水膜透水膜，让路面，让路面与胎面直接接触。与胎面直接接触。增大轮胎与地面的增大轮胎与地面的接触面积接触面积可提高附着可提高附着能力：低气压、宽断面和子午线轮胎附能力：低气压、宽断面和子午线轮胎附着系数大。着系数大。滑水现象滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力，减小了轮胎与地面的附着能力，影响制动、转向能力。影响制动、转向能力。潮湿路面且有尘土、油污与冰雪、霜类。潮湿路面且有尘土、油污与冰雪、霜类。高速行驶经过积水层出现滑水现象。高速行驶经过积水层出现滑水现象。A水膜区水膜区 B过渡区过渡区 C接触区接触区区Aau区C区BWihahpuAuF34.62pFHome模型Hyd

11、roplanning第三节第三节 汽车制动效能及其恒定性汽车制动效能及其恒定性汽车制动效能，是汽车制动效能，是指汽车迅速降低车速直至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停车的能力。汽车制动效能的评价指标是制动距离离S S（单位单位m m）和制动减速度和制动减速度 （单位单位m/sm/s2 2）。）。1.1.制动距离制动距离与制动减速度与制动减速度制动距离制动距离S S，是是指汽车指汽车速度为速度为u u0 0（空挡）时，（空挡）时，从从驾驶人驾驶人踩踩着着制动踏板制动踏板开始开始至汽车至汽车停止为止停止为止所驶所驶过过的距离。制动距离与踏板力（或者制动系管路的距离。

12、制动距离与踏板力（或者制动系管路压力）以及地面的附着情况有关，也与制动器的压力）以及地面的附着情况有关，也与制动器的热热状状况有关。况有关。制动减速度制动减速度是地面制动力的反映，而是地面制动力的反映，而与附着与附着力力与制动器制动力有关与制动器制动力有关。x 第三节第三节 汽车制动效能及其恒定性汽车制动效能及其恒定性1.1.制动距离制动距离与制动减速度与制动减速度制动减速度一般控制在制动减速度一般控制在j(0.40.5)gj(0.40.5)g,点制动时点制动时j=0.2gj=0.2g。当。当j=(0.70.9)gj=(0.70.9)g时时,将有害于人员和货将有害于人员和货物的安全。因此物的安

13、全。因此,在保证行车安全的前提下在保证行车安全的前提下,应应尽量避免紧急制动。尽量避免紧急制动。制动减速度与制动力有直接关系制动减速度与制动力有直接关系,即地面制动力即地面制动力是使汽车强制减速直至停车的最本质因素。因是使汽车强制减速直至停车的最本质因素。因此此用制动力检验汽车的制动性能是从本质上进用制动力检验汽车的制动性能是从本质上进行检验的方法行检验的方法,也能全面地评价汽车的制动性也能全面地评价汽车的制动性。1111122222340.3 1.00.20.90.2 1.0ss驾驶员反应时间：驾驶员感知、判断、决策时间驾驶员移脚时间制动器作用时间：制动系统反应时间（滞后时间）制动减速度上升

14、时间持续制动时间制动解除时间2 制动距离分析制动距离分析汽车的制动过程1112a422pFjtpFbcdefg03j202022max2022220222212161:kuukuudkdukdtduxussusse 行行驶驶距距离离行行驶驶距距离离2maxxk 1112a422pFjtpFbcdefg03j22max203220232max030202061616161)21(21xukusxukusdkudskuudtds 1112a422pFjtpFbcdefg03j制动系作用时间对制动距离影响制动系作用时间对制动距离影响汽车在高速下制动或短时间内连续制动,尤其是下长坡连续和缓制动时,都可

15、能由于制动器内温度过高、摩擦系数下降而导致制动效能降低,称为制动效能的热衰退现象。制动器摩擦表面浸水后,将因水的润滑作用使摩擦系数下降,并使汽车制动效能降低,称为制动效能水衰退。制动初速度的影响：制动初速提高后,在相同的踏板力(制动系统压力)操纵时,制动减速度有所降低。在液压制动系统中,制动液在高温下会汽化,在制动管路形成气泡,影响液压能的传递,使制动效能降低,甚至造成制动失效,这种现象称为气阻。一、制动跑偏一、制动跑偏 制动时原期望按直线方向减速停车的汽车自动向制动时原期望按直线方向减速停车的汽车自动向左或向右偏驶现象称为制动跑偏。左或向右偏驶现象称为制动跑偏。制动时引起汽车跑偏的原因如下制

16、动时引起汽车跑偏的原因如下:1)汽车左、右车轮汽车左、右车轮,特别是左、右转向轮制动器制特别是左、右转向轮制动器制动力不相等动力不相等一、制动跑偏一、制动跑偏制动时引起汽车跑偏的原因如下制动时引起汽车跑偏的原因如下:2)悬架导向杆系和转向系统拉杆的运动不协调。悬架导向杆系和转向系统拉杆的运动不协调。二、侧滑二、侧滑 侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移动。侧滑与跑偏是有联系的动。侧滑与跑偏是有联系的,严重的跑偏有时会引严重的跑偏有时会引起后轴侧滑起后轴侧滑,易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的趋势。趋势。制动侧滑试验表

17、明制动侧滑试验表明:1)制动过程中制动过程中,若只有前轮抱死拖滑若只有前轮抱死拖滑,汽车基本上沿汽车基本上沿直线向前减速行驶直线向前减速行驶,汽车处于稳定状态汽车处于稳定状态,但会丧失转但会丧失转向能力。向能力。2)若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑,且车速且车速超过某一数值时超过某一数值时,只要有轻微的侧向力作用只要有轻微的侧向力作用,汽车就汽车就会发生后轴侧滑而急剧转动会发生后轴侧滑而急剧转动,甚至掉头。侧滑的程甚至掉头。侧滑的程度与地面的滑溜程度、制动距离及制动时间成正度与地面的滑溜程度、制动距离及制动时间成正比。比。二、侧滑二、侧滑 1.车轮侧滑的条件

18、车轮侧滑的条件根据车轮与路面的附着条件可知根据车轮与路面的附着条件可知,在无切向力作用在无切向力作用时时,车轮所能承受的最大侧向力为车轮所能承受的最大侧向力为若车轮承受切向力若车轮承受切向力FXb(驱动力或制动力驱动力或制动力),则车轮不则车轮不发生侧滑的条件为发生侧滑的条件为 车轮所能承受的最大侧向力降为车轮所能承受的最大侧向力降为二、侧滑二、侧滑 1.车轮侧滑的条件车轮侧滑的条件上式表明上式表明,抗侧滑的稳抗侧滑的稳定性与作用在车轮上定性与作用在车轮上的切向力和法向力有的切向力和法向力有关。当切向力与车轮关。当切向力与车轮和地面的附着力相等和地面的附着力相等(即即FXb=FZ)时时,即使即

19、使是微小的侧向力是微小的侧向力FY(侧向风、道路横侧向风、道路横坡引起的侧向力及转坡引起的侧向力及转弯时的离心力等弯时的离心力等)都都将引起车轮的侧向滑将引起车轮的侧向滑移。移。二、侧滑二、侧滑 2.汽车侧滑时的运动分析汽车侧滑时的运动分析二、侧滑二、侧滑 2.汽车侧滑时的运动分析汽车侧滑时的运动分析 图图15-15a为汽车前轴侧滑时的运动简图。为汽车前轴侧滑时的运动简图。直线行直线行驶过程中的汽车驶过程中的汽车,制动时制动时,若前轮抱死而后轮滚动若前轮抱死而后轮滚动,则前轴在侧向力的作用下发生侧滑。汽车前轴中则前轴在侧向力的作用下发生侧滑。汽车前轴中点的速度向量点的速度向量uA将偏离汽车纵轴

20、线将偏离汽车纵轴线,其夹角为其夹角为。而后轴中点的速度向量而后轴中点的速度向量uB仍保持汽车纵轴线方向仍保持汽车纵轴线方向。汽车做类似转弯的运动。汽车做类似转弯的运动,其瞬时回转中心为速度其瞬时回转中心为速度uA和和uB两垂线的交点两垂线的交点O。汽车绕。汽车绕O做圆周运动所产做圆周运动所产生的作用于质心生的作用于质心C上的惯性力上的惯性力Fj,显然显然Fj的方向与汽的方向与汽车侧滑的方向相反车侧滑的方向相反,这就是说这就是说Fj能起到消减侧滑的能起到消减侧滑的作用。汽车在这种情况下处于稳定状态作用。汽车在这种情况下处于稳定状态行驶行驶方向不变或变化不大。方向不变或变化不大。二、侧滑二、侧滑

21、2.汽车侧滑时的运动分析汽车侧滑时的运动分析 图图15-15b为汽车后轴侧滑时的运动简图。为汽车后轴侧滑时的运动简图。此时后此时后轮制动抱死而前轮滚动。若在侧向力作用下后轴轮制动抱死而前轮滚动。若在侧向力作用下后轴发生侧滑发生侧滑,则侧滑方向与惯性力则侧滑方向与惯性力Fj的方向基本一致的方向基本一致。于是惯性力加剧后轴侧滑。于是惯性力加剧后轴侧滑;后轴进一步侧滑又加后轴进一步侧滑又加剧惯性力的增大。如此下去剧惯性力的增大。如此下去,汽车将急剧转动汽车将急剧转动,甚至甚至甩尾。因此后轴侧滑是一种不稳定的、危险的状甩尾。因此后轴侧滑是一种不稳定的、危险的状况。为消除侧滑况。为消除侧滑,驾驶人可朝后

22、轴侧滑方向适度转驾驶人可朝后轴侧滑方向适度转动转向盘动转向盘,使回转半径加大使回转半径加大,从而减小惯性力。从而减小惯性力。三、转向能力的丧失三、转向能力的丧失 2.汽车侧滑时的运动分析汽车侧滑时的运动分析 转向能力的丧失转向能力的丧失是指弯道制动时是指弯道制动时,汽车不再按原来汽车不再按原来的弯道行驶而是沿弯道切线方向驶出的弯道行驶而是沿弯道切线方向驶出,及直线行驶及直线行驶时转动转向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。时转动转向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。l 转向能力的丧失和后轴侧滑也是有联系的转向能力的丧失和后轴侧滑也是有联系的,一般汽一般汽车若后轴不会侧滑车若后轴不会侧滑,前轮就有可能丧失

23、转向能力前轮就有可能丧失转向能力;而而后轴侧滑后轴侧滑,前轮通常仍能保持转向能力。前轮通常仍能保持转向能力。l 只有前轮抱死或前轮先抱死时只有前轮抱死或前轮先抱死时,汽车才会丧失转向汽车才会丧失转向能力。能力。三、转向能力的丧失三、转向能力的丧失 2.汽车侧滑时的运动分析汽车侧滑时的运动分析 从保证汽车方向稳定性的角度出发：从保证汽车方向稳定性的角度出发：首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况轴车轮先抱死的情况,以防止危险的后轴侧滑。以防止危险的后轴侧滑。其次其次,尽量减少只有前轴车轮抱死尽量减少只有前轴车轮抱死,或前后轮都抱死或

24、前后轮都抱死的情况的情况,以维持汽车的转向能力。以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是避免任何车轮抱死最理想的情况就是避免任何车轮抱死,以确保制动以确保制动时的方向稳定性。时的方向稳定性。1 地面法向反作用力地面法向反作用力1zF2zF1xbF2xbFmgghwFjFL1L2L12zgzgduF LGbmhdtduF LGamhdt12(b)(b)()(a)gzggzghGduGFhLg dtLhGduGFahLg dtL1zF2zF1xbF2xbFmgghwFjFL1L2L定义：定义：制动时前、后车轮同制动时前、后车轮同时抱死时的前后制动器制动时抱死时的前后制动器制动力分配关系曲线。前后车轮

25、力分配关系曲线。前后车轮同时抱死的条件：同时抱死的条件：替换22114122gggh LGGbFbFFhGh121122gzzgFFGbhFFFFah221(),:gh mLLFI FI、对于已知、，则可画出即理想的前后制动器制动力分配曲线曲线1F2F曲线I221141b22gggh LGGbFFFhGh21()FI F8.08.07.06.05.04.03.02.01.07.06.05.04.03.02.01.0曲线I1F2F121122gzzgFFGbhFFFFah为参数2F1F线)(满载线I4.00)(空载线IFFFFFFFFF)1(21211121FF0同步附着系数 制动力分配系数制动

26、力分配系数 线线与理想的制动器制动力分与理想的制动器制动力分配曲线配曲线I的交点处的附着系数为同步附着系数的交点处的附着系数为同步附着系数 0。同步附着系数说明同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定，前后制动器制动力为固定比值的汽车，比值的汽车，只能在一种路面上只能在一种路面上，即在同步附着，即在同步附着系数的路面上才能保证前系数的路面上才能保证前、后轮同时抱死。后轮同时抱死。同步附着系数也可用解析方法求出。同步附着系数也可用解析方法求出。121122bgzzgFFGhFFFFah121FF121ggbhFFah0gLbh用解析方法求同步附着系数用解析方法求同步附着系数111212121()

27、xbxbgxbzgxbxbxbxbxbgxbgxbxbggfFGF hGGbFFbhLLLFFFFFhGbFLLLhGbFFhh求 线组：1xbF2xbF(0,)gGbh221212221()xbxbgxbzgxbxbxbxbxbgxbgxbxbggrFGF hGGaFFahLLLFFFFFhGaFLLhGaFFLhLh 求 线组：2xbF1xbF(,0)gGah2F1F（满载）I2xbF1xbF（空载）I2F1FI2xbF1xbF2.04.05.0附着系数。动强度时的利用附着系数为汽车在该制路面的制动力，这个要求的制动强度附着力总是大于不发生车轮抱死的地面以外，了一定减速度制动时，除利用。汽

28、车以着条件才能得到充分地，附。只有后轮均不抱死时。前轮和制动强度，zzzzzzzgdtdub00011111()1()rxbxbzgfzggffG duFFGzg dtFGzFbzhLFbzhLbZLEfhL 前轴的利用附着系数前轴的附着效率=2222(1)(1)(1)()1()1rxbxbzgrzggrrG duFGzg dtFGzFazhLFazhLaZLErhL 后轴的利用附着系数后轴的附着效率=第六节自动防抱死系统图-防抱死制动系统简图液力蓄能器总泵制动压力调节器传感器分泵控制器电磁线圈球阀减压活塞球阀第七节制动能量的回收.制动能量回收系统的形式()电能式电能式由发电机、电动机、蓄电池构成。()动能式(飞轮式)动能式由飞轮、无级变速器()构成。()液压式液压式由液压泵液压马达和内封氮气()的蓄能器构成。.城市客车制动能量回收系统()起动阶段驾驶员进行起动操作时，开关阀打开，压力油从蓄能器中输出，驱动液压马达。()加速阶段液压马达工作，对发动机的输出转矩起助力作用。()正常运行阶段此时仅由发动机提供车辆驱动力源。()制动阶段在驾驶员踩下制动踏板的同时，油泵开始工作，将输出的压力油送入蓄能器，从而将车辆制动时的动能输出转化为油液压力能的形式蓄存起来。图-客车制动能量回收系统示意图第八节汽车行驶安全性发展动向图-的概念