1、第四章第四章汽车的行驶安全性汽车的行驶安全性汽车的制动性汽车的制动性汽车的制动性汽车的制动性 汽车的制动性指汽车在行驶过程中，强制地减速以致视需要停车，或在下长坡时维持一定行驶速度的能力。制动性是汽车的主要性能之一，是汽车行驶安全的保证。第一节第一节 制动性的评价指标制动性的评价指标 汽车制动性有如下三个方面的评价指标。汽车的制动性主要由下列三方面来评价：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，即抗热衰退性能。3)制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。1、制动效能 制动效能指迅速减速直至停车的能力。即在良好路面上，汽车以一定初速度制动到
2、停车，所产生的制动减速度、所经过的制动距离和制动时间。常用的是制动减速度和制动距离。一些国家轿车制动规范对行车制动器制动性的部分要求2、制动效能的恒定性 指抗热衰退性，即在高速制动或下长坡连续制动时制动效能的稳定程度。汽车连续地较长时间制动时，制动器由于吸收汽车的动能转化为热能而使本身的温度升高以后，制动力矩下降，制动减速度减小，制动距离增大，称为制动器的热衰退。用热衰退率 表示制动效能降低的程度。式中 冷状态(制动器起始温度在100以下)下的制动减速度、制动距离；制动器温度升高以后的制动减速度、制动距离。t%100冷热冷jjjt%100冷热冷SSSt冷冷、Sj热热、Sj3、制动时的方向稳定性
3、 指汽车在制动时按指定轨迹行驶的能力，即不发生跑偏，侧滑或失去转向能力。制动跑偏：制动时汽车偏驶，但后轮沿前轮的轨迹运动。制动侧滑：制动时汽车一轴或双轴发生横向滑动，前、后轮轨迹不重合。失去转向能力；如前轮抱死拖滑，汽车将失去转向能力。第二节第二节 汽车制动时车轮的受力汽车制动时车轮的受力 一、汽车制动 制动是使汽车减速以至停车的过程。制动与驱动相反，必须人为地强制增加与汽车行驶方向相反的外力。外力主要来自地面，其次是空气。制动过程的实质是利用这些外力消耗汽车的动能或下坡时的位能。这些机械能由于制动器内的摩擦和滚动阻力最终转变为热能。一般情况下，汽车制动时总是全轮制动的。而且一般说来，制动力矩
4、和由它而产生的圆周力的绝对值比驱动时的大，所以减速度也比加速度大。不同的行驶条件下使用制动的目的不同，制动系的功用有如下各项：(1)减速制动 降低车速，必要时停车。(2)惯性制动 克服下坡时不希望有的加速度。(3)驻车制动 防止静止车辆不希望有的运动。(4)持续制动 当汽车下长坡时，需要持续地制动。因此应有能减轻摩擦制动器负荷的持续制动器。为产生制动力矩，可以采用的制动方式有以下三种：(1)放松加速踏板，离合器仍处于接合状态。发动机和变速器被驱动轮带动旋转，因而对驱动轮作用一个阻力矩。档位越低对驱动轮的阻力矩越大。在预见性滑行或下长坡时，用它作辅助制动可以减轻车轮制动器的热负荷。(2)踩下离合
5、器踏板和制动踏板，或变速器挂入空档踩下制动踏板。这时利用车轮制动器可以得到较大的制动减速度。此时要克服汽车平移质量的惯性力；在变速器未挂入空档时要克服变速器的惯性力矩，还要克服车轮旋转质量的惯性力矩。(3)踩下制动踏板，离合器仍处于接合状态，这时发动机也对驱动轮作用一个阻力矩，使总的制动力矩较大。这种方法仅在制动强度不大或下长坡时有效。紧急制动时，发动机的惯性力矩很大，应当分离离合器。汽车制动时的驱动力平衡方程 汽车的制动过程是汽车减速行驶的过程，即加速度为负值的行驶过程。因此，汽车的驱动力平衡方程也同样适用于汽车的制动过程，只是汽车制动时维持汽车行驶的动力是汽车减速行驶的惯性力。汽车制动时的
6、驱动力平衡方程可写成如下的形式：式中：作用于车轮的总制动力;汽车减速行驶时的惯性力，即维持汽车行驶的动力;汽车制动时的道路阻力;汽车制动时的空气阻力。wxbjxbFFFFxbFjxbFFwFxbF二、汽车制动时车轮受力分析 汽车制动时，使汽车减速行驶的外力主要来自地面，即地面作用于车轮的制动力，我们把它叫做地面制动力。当汽车总质量一定时，地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离就越小。因此，地面制动力对汽车制动性具有决定性的影响。由此可见，要研究汽车制动性，应当首先研究汽车制动时的地面制动力。下面我们就分析地面制动力是怎样产生的，地面制动力的大小主要受哪些因素的影响。(一)制动器摩擦力矩与制动
7、器制动力 汽车的制动系统装有车轮制动器。汽车制动时，驾驶员踏下制动踏板使制动器起作用，即使制动蹄与制动鼓(或制动盘)压紧，制动蹄与制动鼓(或制动盘)的摩擦作用形成制动器摩擦力矩,也称为制动力矩。由于制动力矩作用于车轮，在车轮与地面接触处将产生地面对车轮的切向反作用力，阻止汽车运动，这就是地面制动力。可见，制动器摩擦力矩是产生地面制动力的必要条件，也是汽车本身所具有的制动条件。因此，为了使汽车具有良好的制动性能，制动器必须能产生足够的制动力矩。制动时车轮受力分析图 为了讨论问题方便，也常采用制动器制动力来说明制动器的作用。汽车在良好路面上制动时，车轮受力情况如图所示。W W车轮的法向载荷，车轮的
8、法向载荷，N N;F FZ Z地面对车轮的法向地面对车轮的法向反力，反力，N N;T TP P车轴对车轮的推力，车轴对车轮的推力，N N;T T制动制动器摩擦力矩，器摩擦力矩，N N;r r车轮半径，车轮半径，m m.F Fxbxb 作用于作用于车轮的总制动力。车轮的总制动力。为克服制动器摩擦力矩 在轮胎周缘所需施加的切向力，称为制动器制动力，用符号 来表示。它相当于把汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需施加的力。显然，由上式可知，制动器制动力首先决定于制动器的摩擦力矩，即决定于制动器的型式，结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦系数及车轮半径。对于一定型式的汽车，
9、各结构参数为定值，制动器制动力则与制动踏板力成正比。故驾驶员踩制动踏板用的力不同，则一般可得到不同的制动强度。但应指出，制动器摩擦副的摩擦系数及摩擦作用的大小，在使用中有很大变化，应注意正确保养和调整，以保证制动器技术状况良好，才能保证摩擦系数基本不变。分析制动器制动力 NrTF,FT(二)地面制动力 参照图来分析地面制动力。由图可知 地面制动力 地面制动力 是实际使汽车减速行驶的外力，的产生源于制动力矩 ,是在 的作用下，地面作用于车轮使汽车减速行驶的外力。因此，地面制动力的数值取决于两个摩擦副的作用，其一是制动器内制动蹄摩擦片与制动鼓间的摩擦力，另一个是轮胎与地面间的附着力。rFTxbrT
10、FxbFFTT(三)地面制动力 、制动器制动力 及附着力 之间的关系 xbFFF汽车制动时，由于制动强度不同，车轮的运动大体上可有减速滚动和抱死滑拖两种状况，因而地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系也不同，如图所示。按车轮滚动和滑拖两种情况分别讨论 1、当车轮为滚动时 制动踏板力较小尚未达到某一极限值时，制动器摩擦力矩不大，地面制动力足以克服制动器摩擦力矩而使车轮维持滚动。显然，车轮滚动时的地面制动力就等于制动器制动力，并且随着制动踏板力的增加，地面制动力与制动器制动力均随踏板力的增长成正比地增长。如图示。但地面制动力的最大值不能超过附着力。即 或最大地面制动力 ZFFFZxbFFmax
11、2、当车轮抱死滑拖时 制动器制动力及附着力的关系 如不考虑制动过程中 值的变化，即 设为常数，则当制动踏板力或制动系压力上升到某一值时，地面制动力达到附着力 值时，车轮即抱死不转而出现滑拖现象。踏板力再增大时，制动器制动力 由于制动器摩擦力矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是若作用在车轮上的法向载荷为常数，地面制动力 达到附着力 时就不再增加了。若想再提高 ，只有再提高附着系数。由此可见，汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制。所以只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供足够的附着力时，才能获得足够的地面制动力。FFxbFFxbF三、硬路面上的附着系数与滑
12、动率的关系 附着系数在制动过程中并不为常数，它不仅和轮胎结构及路面状况有关，也和车轮的运动状态有关。制动时轮胎留在地面上的印痕制动时轮胎留在地面上的印痕(一)车轮的三种运动状态 附着系数在制动过程中并不为常数，它不仅和轮胎结构及路面状况有关，也和车轮的运动状态有关。仔细观察汽车制动的过程，可以发现轮胎留在地面上的印痕从车轮滚动到抱死滑拖是一个渐变的过程。通过试验还发现，在此过程中附着系数的变化很大。轮胎印痕基本上可分为三段，这说明车轮在制动时有三种运动状态。第一阶段 第一阶段：车轮作单纯滚动时，印痕的形状与轮胎胎面花纹基本一致，可以认为 式中：车轮中心的速度，车轮角速度，没有地面制动力时的车轮
13、滚动半径。wrowruuror第二阶段 第二阶段：车轮处于边滚边滑状态，印痕内还可以辨认出轮胎花纹，但花纹逐渐模糊。轮胎已不再作单纯的滚动，胎面与地面发生一定程度的相对滑动。此时 且随着制动强度的增长，滑动成份的比例越来越大，即 wroruwroru第三阶段 第三阶段：车轮抱死滑拖，印痕粗黑，看不出轮胎花纹。此时从这三段的变化情况可以看出，随着制动强度增加，车轮滚动成份逐渐减小，滑动成份逐渐增加。上述过程中滑动成份的多少，般用滑动率来说明。0w（二）滑动率 纯滚动时：，纯滑动时:，边滚边滑时:0s 。此时前轴和后轴分别受到地面侧向反作用。此时前轴和后轴分别受到地面侧向反作用力力 和和 。由于。
14、由于 、绕重心的力偶矩必须和绕重心的力偶矩必须和 、绕重心的力矩相平衡，所以绕重心的力矩相平衡，所以 、的方向如图的方向如图所示。所示。由于由于 绕主销的力矩小于绕主销的力矩小于 绕主销的力矩，两者失绕主销的力矩，两者失去平衡，虽然转向盘固定不动，但由于转向系各零部件去平衡，虽然转向盘固定不动，但由于转向系各零部件的配合间隙和弹性变形，转向轮将向左偏转某一角度，的配合间隙和弹性变形，转向轮将向左偏转某一角度，而使汽车向左偏驶。此外因为前轮有主销后倾角，而使汽车向左偏驶。此外因为前轮有主销后倾角，F FY1Y1对对转向轮也产生一个偏转力矩，也增加前轮的跑偏。转向轮也产生一个偏转力矩，也增加前轮的
15、跑偏。试验证明：前轴左、右轮制动力之差超过试验证明：前轴左、右轮制动力之差超过5 5，后轴左、，后轴左、右轮制动力之差超过右轮制动力之差超过1010，将引起制动跑偏现象。，将引起制动跑偏现象。lXF1rXF11YF2YF1YF2YFlXF1rXF1rXF1lXF1lXF1rXF1 试验证明：前轴左、右轮制动力之差超过试验证明：前轴左、右轮制动力之差超过5 5，后轴，后轴左、右轮制动力之差超过左、右轮制动力之差超过1010，将引起制动跑偏现象。，将引起制动跑偏现象。所以制动规范中对台试左、右轮制动力之差作了相应所以制动规范中对台试左、右轮制动力之差作了相应的规定，在路试时要求紧急制动及点制动过程
16、中均不的规定，在路试时要求紧急制动及点制动过程中均不得跑偏。得跑偏。由试验中得出的结论：由试验中得出的结论：(1)(1)当左、右轮制动力之差为定值时，随着制动时间当左、右轮制动力之差为定值时，随着制动时间的延长，横向位移的延长，横向位移SS和航向角和航向角增加。增加。(2)(2)对于相同的制动时间，随左、右轮制动力之差增对于相同的制动时间，随左、右轮制动力之差增加，横向位移加，横向位移SS和航向角和航向角增加。增加。(3)(3)转向盘锁住时比不锁住时跑偏较小。转向盘锁住时比不锁住时跑偏较小。(4)(4)当后轮抱死滑拖时，跑偏的程度增加。当后轮抱死滑拖时，跑偏的程度增加。左，右车轮制动力之差用不
17、相等度表示：左，右车轮制动力之差用不相等度表示：大的制动器制动力；小的制动器制动力。%100blbrFFFbFlF 由于左，右车轮制动力不相等引起的车身由于左，右车轮制动力不相等引起的车身跑偏的特点，其跑偏的方向不固定。它多跑偏的特点，其跑偏的方向不固定。它多是由于装配调整误差而造成的，是非系统是由于装配调整误差而造成的，是非系统性的，是可以通过维修调整消除的。性的，是可以通过维修调整消除的。2 2、悬架导向杆系和转向系拉杆的运动不协调、悬架导向杆系和转向系拉杆的运动不协调 例如过去试验的例如过去试验的EQ240EQ240汽车在制动时总是向右汽车在制动时总是向右跑偏。在车速为跑偏。在车速为30
18、km30kmh h制动时最严重的跑偏制动时最严重的跑偏距离为距离为1.7m1.7m。其原因主要是转向上节臂处的球。其原因主要是转向上节臂处的球销离前轴中心太高，而前悬架钢板弹簧的刚度销离前轴中心太高，而前悬架钢板弹簧的刚度又太小造成的。又太小造成的。下图给出了下图给出了EQ240EQ240前部简图。前部简图。在紧急制动时，前轴向前扭转了某一角度在紧急制动时，前轴向前扭转了某一角度，但由于转向上节臂球销同时连接在转向系纵拉但由于转向上节臂球销同时连接在转向系纵拉杆上，而不能随前轴相应的向前移动。仅能克杆上，而不能随前轴相应的向前移动。仅能克服转向拉杆的间隙和使拉杆有少许弹性变形。服转向拉杆的间隙
19、和使拉杆有少许弹性变形。致使转向节臂相对于前轴向右偏转，于是引起致使转向节臂相对于前轴向右偏转，于是引起了转向轮向右转动，造成向右跑偏。了转向轮向右转动，造成向右跑偏。降低转向节上节臂处球销位置，加强钢板降低转向节上节臂处球销位置，加强钢板弹簧的扭转刚度，基本上可消除上述跑偏弹簧的扭转刚度，基本上可消除上述跑偏现象。现象。这种跑偏是设计造成的，方向固定，是系这种跑偏是设计造成的，方向固定，是系统性的。统性的。二、制动时的侧滑二、制动时的侧滑 制动时发生侧滑会对汽车的稳定性带来制动时发生侧滑会对汽车的稳定性带来极其不利的影响。特别是高速行驶的汽极其不利的影响。特别是高速行驶的汽车，汽车发生后轴侧
20、滑后会引起汽车剧车，汽车发生后轴侧滑后会引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车调头。烈的回转运动，严重时可使汽车调头。经过大量的试验，人们已经认识到：经过大量的试验，人们已经认识到：制动时若后轴比前轴先抱死拖滑，就有制动时若后轴比前轴先抱死拖滑，就有可能发生后轴侧滑，若使前、后轴同时可能发生后轴侧滑，若使前、后轴同时抱死或前轴先抱死，后轴始终不抱死则抱死或前轴先抱死，后轴始终不抱死则可防止后轴侧滑。不过前轴车轮抱死后可防止后轴侧滑。不过前轴车轮抱死后将失去转向能力。将失去转向能力。(一一)制动侧滑试验得出的结论制动侧滑试验得出的结论 在前、后制动器制动力比例不同时，前、后轮在前、后制动器制动力
21、比例不同时，前、后轮抱死滑拖次序不同，汽车的侧滑情况不同。当抱死滑拖次序不同，汽车的侧滑情况不同。当制动力足够时制动力足够时:(1)(1)制动过程中若是前轮先抱死滑拖，汽车基制动过程中若是前轮先抱死滑拖，汽车基本上直线向前减速停车。汽车处于稳定状态，本上直线向前减速停车。汽车处于稳定状态，但在弯道上行驶时，汽车丧失转向能力。但在弯道上行驶时，汽车丧失转向能力。(2)(2)若后轮比前轮提前一定时间若后轮比前轮提前一定时间(如对试验中的如对试验中的汽车为汽车为0.5s)0.5s)以上先抱死滑拖，且车速超过某以上先抱死滑拖，且车速超过某一数值一数值(如试验中的汽车为如试验中的汽车为48km48kmh
22、)h)时，汽车时，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生后轴侧滑，汽在轻微的侧向力作用下就会发生后轴侧滑，汽车急剧转动，甚至完全调头。地面愈滑，制动车急剧转动，甚至完全调头。地面愈滑，制动距离和制动时间愈长，后轴侧滑愈剧烈。距离和制动时间愈长，后轴侧滑愈剧烈。1 1、车轮侧滑的条件、车轮侧滑的条件 汽车在实际使用中；往往是某一车轴发生侧滑，汽车在实际使用中；往往是某一车轴发生侧滑，而另一车轴仍保持与地面的附着关系。而另一车轴仍保持与地面的附着关系。制动过程中车轮侧滑受力情况如图所示。制动过程中车轮侧滑受力情况如图所示。uaWTFxyF FxbxbF Fz zFxyF Fxbxb 车轮受垂直载荷W、地
23、面法向反作用力FZ、制动力矩T，引起的地面切向反作用力Fxb的作用。此外，还受侧向力Fy的作用，地面产生相应的侧向反作用力Fxy。在俯视图上，将地平面内的切向反力Fxb与侧向反力Fxy合成为R。根据车轮与路面的附着条件可知，当车轮上无切向力作用时，其所能承受的最大侧向力为：式中 FZ 作用在车轮上法向反作用力，N，车轮对路面的附着系数。SZxyFFmaxS 若车轮承受切向力若车轮承受切向力 (驱动力或制动力驱动力或制动力)，如图所示，如图所示，则这时车轮不发生侧滑的条件为：则这时车轮不发生侧滑的条件为：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：由上式可知，抗侧滑的稳定性与作用
24、于车轮上的切向由上式可知，抗侧滑的稳定性与作用于车轮上的切向与法向反作用力有关。当切向反作用力达到车轮与地与法向反作用力有关。当切向反作用力达到车轮与地面的附着力时，即当面的附着力时，即当 ，时，则即使是微小，时，则即使是微小的侧向力的侧向力FyFy(侧向风、道路横坡引起的侧向力及转弯侧向风、道路横坡引起的侧向力及转弯行驶时的离心力行驶时的离心力)也将引起车轮的侧向滑移。这一分也将引起车轮的侧向滑移。这一分析已为实践所证实。析已为实践所证实。汽车制动时，切向反作用力汽车制动时，切向反作用力(地面制动力地面制动力)很大，容易很大，容易出现出现 的情况。当车轮被猛烈制动到完全抱的情况。当车轮被猛烈
25、制动到完全抱死时，汽车常常出现死时，汽车常常出现“甩尾甩尾”现象。现象。车轮侧滑的条件也适用于汽车的驱动工况。汽车行驶车轮侧滑的条件也适用于汽车的驱动工况。汽车行驶过程中，驱动轮经常受有驱动力的作用，故驱动轴发过程中，驱动轮经常受有驱动力的作用，故驱动轴发生单独侧滑的可能性比较大。生单独侧滑的可能性比较大。下面就前轴和后轴单独侧滑的情况加以比较。下面就前轴和后轴单独侧滑的情况加以比较。xbFbZxyxbFFFF22222maxxbbZxyFFFSZxbFFmaxSZxbFFmax2 2、汽车前轴侧滑、汽车前轴侧滑 图所示为前轮抱死而后轮滚动。设转向盘固定不图所示为前轮抱死而后轮滚动。设转向盘固
26、定不动，前轴如受侧向力作用将发生侧滑，因此前轴动，前轴如受侧向力作用将发生侧滑，因此前轴中点中点A A的前进速度的前进速度 与汽车纵轴线的夹角为与汽车纵轴线的夹角为 ；后轴因未发生侧滑，所以后轴因未发生侧滑，所以 的方向仍为汽车纵的方向仍为汽车纵轴方向。轴方向。此时，汽车将发生类似转弯的运动，其瞬时回转此时，汽车将发生类似转弯的运动，其瞬时回转中心为速度中心为速度 、两垂线的交点两垂线的交点O O；汽车作圆周；汽车作圆周运动时产生了作用于质心运动时产生了作用于质心c c的惯性力的惯性力 。显然，显然，的方向与汽车侧滑的方向相反，就是说的方向与汽车侧滑的方向相反，就是说 能起到减小或阻止前轴侧滑
27、的作用，即汽车能起到减小或阻止前轴侧滑的作用，即汽车处于一种稳定状态。处于一种稳定状态。AuBuAuBujFjFjF3 3、汽车后轴侧滑、汽车后轴侧滑 上图上图4-25b4-25b所示为后轮制动抱死而前轮滚动。如有侧向所示为后轮制动抱死而前轮滚动。如有侧向力作用，后轴发生侧滑的方向正好与惯性力力作用，后轴发生侧滑的方向正好与惯性力 的方向的方向一致，于是惯性力加剧后轴侧滑；后轴侧滑又加剧惯一致，于是惯性力加剧后轴侧滑；后轴侧滑又加剧惯性力性力 ，汽车将急剧转动。因此，后轴侧滑是一种不，汽车将急剧转动。因此，后轴侧滑是一种不稳定的、危险的工况。稳定的、危险的工况。因此，后轴侧滑时，汽车前进方向的
28、改变很大，甚至因此，后轴侧滑时，汽车前进方向的改变很大，甚至“甩尾甩尾”。为了消除侧滑，驾驶员必须朝后轴侧滑方。为了消除侧滑，驾驶员必须朝后轴侧滑方向适度转动转向盘，使回转半径加大，从而使惯性力向适度转动转向盘，使回转半径加大，从而使惯性力减小。当前轮转到减小。当前轮转到 与与 平行时，回转半径平行时，回转半径 ，则则 ，产生侧滑的原因消失，侧滑就停止。，产生侧滑的原因消失，侧滑就停止。若使转向盘朝后轴侧滑的方向多转过一些角度，则将若使转向盘朝后轴侧滑的方向多转过一些角度，则将产生反方向的离心力，就可更为迅速地消除侧滑产生反方向的离心力，就可更为迅速地消除侧滑。jFjFAuBuR0jF分析 若
29、使转向盘朝后轴侧滑的方向多转过一些角度，若使转向盘朝后轴侧滑的方向多转过一些角度，则将产生反方向的离心力，就可更为迅速地消则将产生反方向的离心力，就可更为迅速地消除侧滑。除侧滑。从分析可知，后轴侧滑比前轴侧滑更为危险。从分析可知，后轴侧滑比前轴侧滑更为危险。同时，对于后轮驱动的汽车来说，由于经常有同时，对于后轮驱动的汽车来说，由于经常有驱动力作用，故后轴侧滑的可能性也比较大。驱动力作用，故后轴侧滑的可能性也比较大。因此，为了保证行驶安全，必须根据道路条件，因此，为了保证行驶安全，必须根据道路条件，选择适当的行驶速度。选择适当的行驶速度。在一般情况下，转向前必须降低行驶速度，以在一般情况下，转向
30、前必须降低行驶速度，以减小转弯时的离心力，特别是在潮湿和冰雪路减小转弯时的离心力，特别是在潮湿和冰雪路面上尤应如此。汽车在无横坡的路面上转向行面上尤应如此。汽车在无横坡的路面上转向行驶时，更应降低速度。驶时，更应降低速度。第五节第五节 理想的前、后轮制动器制动力分配理想的前、后轮制动器制动力分配 在汽车制动过程中，前、后轮抱死滑拖的次序对制动在汽车制动过程中，前、后轮抱死滑拖的次序对制动时的方向稳定性和制动系工作效率都有很大影响。而时的方向稳定性和制动系工作效率都有很大影响。而前，后轮抱死滑拖的次序取决于前、后制动器制动力前，后轮抱死滑拖的次序取决于前、后制动器制动力和附着力之间的关系。因此研
31、究前、后制动器制动力和附着力之间的关系。因此研究前、后制动器制动力的分配比例就是很必要的。的分配比例就是很必要的。下面讨论不同制动情况下的制动系工作效率。下面讨论不同制动情况下的制动系工作效率。制动系工作效率制动系工作效率 ，为地面制动力，为地面制动力，为制动器制动力。如前所述，为制动器制动力。如前所述，当当 时时 ，当时当时 ，。因此若前、后轮同时抱死，则因此若前、后轮同时抱死，则 ，故，故 若前，后轮不同时抱死，当制动力足够时，则在下述若前，后轮不同时抱死，当制动力足够时，则在下述两种情况下，两种情况下，均小于均小于1 1。maxmaxFFxbbxbFFFF FFxbFF FFxbmax1
32、11FFFxb222FFFxb1bb1 1、前轮先抱死拖滑，然后后轮抱、前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑时死拖滑时 当前轮抱死时当前轮抱死时 后轮尚未抱死后轮尚未抱死 两轮抱死时两轮抱死时 111FFFxb222FFFxb111FFFxb222FFFxb1maxmaxFFxbb2 2、后轮先抱死，然后前轮抱死拖滑、后轮先抱死，然后前轮抱死拖滑时时 当后轮抱死时当后轮抱死时 前轮尚未抱死前轮尚未抱死 两轮抱死时两轮抱死时 故故 由上面的分析可见，前，后轮同时抱死滑拖是由上面的分析可见，前，后轮同时抱死滑拖是制动的最佳状态：制动的最佳状态：制动系工作效率最高，即产制动系工作效率最高，即产生最大地面
33、制动力所需的整个制动系制动器制生最大地面制动力所需的整个制动系制动器制动力最小，制动效能发挥得最充分。动力最小，制动效能发挥得最充分。222FFFxb111FFFxb222FFFxb111FFFxb1maxmaxFFxbb一、制动时前、后轮法向反作用力 由于附着力和车轮的法向反作用力有直接由于附着力和车轮的法向反作用力有直接关系，所以为研究制动器制动力的分配关系，所以为研究制动器制动力的分配比例，首先要了解制动时地面对前，后车比例，首先要了解制动时地面对前，后车轮法向反作用力的变化。轮法向反作用力的变化。图图4-264-26是汽车在制动时的受力图。是汽车在制动时的受力图。汽车是处于良好水下路面
34、汽车是处于良好水下路面 ，并略去了滚动阻，并略去了滚动阻力偶矩、空气阻力及旋转质量惯性力偶矩的影响。力偶矩、空气阻力及旋转质量惯性力偶矩的影响。附着系数只取一定值附着系数只取一定值 。0iF 汽车总重力；汽车总重力；地面对前、后轴的法向反作用力；地面对前、后轴的法向反作用力；汽车的惯性力；汽车的惯性力；汽车轴矩，汽车轴矩，汽车重心至前、后轴的距离；汽车重心至前、后轴的距离；汽车重心高度；汽车重心高度；前轮地面制动力；前轮地面制动力；后轮地面制动力。后轮地面制动力。G21ZZFF、jFLba、gh1xbF2xbF 参照图参照图4-264-26，对后轮接地点取力矩，对后轮接地点取力矩 对前轮按地点
35、取力矩，则得对前轮按地点取力矩，则得 由上式可见，由上式可见，、的变化均与汽车制的变化均与汽车制动时惯性力有关。而汽车的惯性力的数动时惯性力有关。而汽车的惯性力的数值取决于地面制动力值取决于地面制动力(或制动减速度或制动减速度)的的数值。数值。gjZhFGbLF1LhFGbFgjZ1LhFGaFgjZ21ZF2ZF 当前，后轮同时抱死拖滑时，就取决于附着力当前，后轮同时抱死拖滑时，就取决于附着力的数值。下面列出的数值。下面列出 、与上述各参数的关系：与上述各参数的关系：(1)(1)、随地面总制动力随地面总制动力 的变化关系的变化关系 由于由于 故故 得得(2)(2)、随路面附着系数的变化随路面
36、附着系数的变化 前、后轮同时抱死滑拖时前、后轮同时抱死滑拖时 ，或，或 故故 由以上各式可见：当由以上各式可见：当 (或或 )，附着系数，附着系数增大时，增大时，增大，增大，减小。减小。注意：制动减速度注意：制动减速度j j的大小取决于的大小取决于 ，jmaxjmax取于取于 。1ZF2ZF1ZF2ZFxbF21xbxbxbFFFxbxbxbjFFFF21LhFGaFLhFGbFgxbZgxbZ211ZF2ZFGFxbmaxgjmax)()(21gZgZhaLGFhbLGFxbFdtdu1ZF2ZFxbFF4-8 若在制动过程中，附着系数为常值，则若在制动过程中，附着系数为常值，则式式(4-8
37、)(4-8)为直线方程。为直线方程。随着附着系数的变化，前、后轮的法向随着附着系数的变化，前、后轮的法向反作用力的变化是很大的。反作用力的变化是很大的。例如例如NJ130NJ130型汽车，当时，亦即时，前轴型汽车，当时，亦即时，前轴法向反作用力增加了法向反作用力增加了9090，而后轴减少，而后轴减少了了3838。二、理想的前、后轮制动器制动力分配 制动时前，后轮同时抱死滑拖，是制动的理想制动时前，后轮同时抱死滑拖，是制动的理想状态，制动效果最佳。状态，制动效果最佳。在任意附着系数在任意附着系数 的路面上，均能保证前、的路面上，均能保证前、后轮同时抱死滑拖的前、后轮制动器制动力分后轮同时抱死滑拖
38、的前、后轮制动器制动力分配，称为理想分配。配，称为理想分配。在任意附着系数在任意附着系数 的路面上，前、后轮同时的路面上，前、后轮同时抱死的条件是，前、后车轮制动器制动力同时抱死的条件是，前、后车轮制动器制动力同时达到各自的附着力，前、后轮制动器制动力之达到各自的附着力，前、后轮制动器制动力之和等于附着力。和等于附着力。即即 因为因为 11ZFF22ZFFGFF212121ZZFFFF 将式 代入 得 2121ZZFFFF)()(21gZgZhaLGFhbLGFgghahbFFGFF2121要使前、后轮同时抱死，要使前、后轮同时抱死，、必须满足上述联立方程。从上式中必须满足上述联立方程。从上式
39、中消去参变量，则得消去参变量，则得 、的关系式的关系式即即 将上式画成曲线，即为理想的前、后轮制动器制动力分配曲将上式画成曲线，即为理想的前、后轮制动器制动力分配曲 线，简称线，简称 曲线曲线。理想的前、后轮制动器制动分配应随道路条件理想的前、后轮制动器制动分配应随道路条件()()、汽车总、汽车总 重力和重心位置而变化。重力和重心位置而变化。1F2F)(12FIF1F2F11222421FhGbFGLhbhGFgggI作图法求 曲线：若若G G、a a、b b、h hg g为常数。为常数。（1 1）将不同的值）将不同的值 (=0.1(=0.1，0.20.2，0.30.3，)代入代入 式内，并按
40、它作于图上，得到一组与坐式内，并按它作于图上，得到一组与坐标轴成标轴成450450角的平行线。上标出了直线角的平行线。上标出了直线 值与值与 值。值。当当 一定时，每条直线上任意一点的纵坐标与横坐一定时，每条直线上任意一点的纵坐标与横坐标数值之和为一常数。即标数值之和为一常数。即 ，C C为常数（即为常数（即 时，时，；，）。）。直线与纵坐标直线与纵坐标(或横坐标或横坐标)轴的交点即为在该附着系轴的交点即为在该附着系数路面上汽车的最大制动器制动力。数路面上汽车的最大制动器制动力。由此总制动力产生的制动减速度也是常数，故此组由此总制动力产生的制动减速度也是常数，故此组直线称为直线称为“等制动力线
41、组等制动力线组”或或“等减速度线组等减速度线组”。IGFF21dtduCFF21GC 01FCF202FCF1（2 2）再将不同的）再将不同的 值值(=0.1(=0.1，0.20.2，0.30.3，)代入式代入式 并按得值也作图于图上，就得到一组通过坐标并按得值也作图于图上，就得到一组通过坐标原点但斜率不同的射线束。原点但斜率不同的射线束。在这两组直线中，对应于某一在这两组直线中，对应于某一 值值(如如 =0.7=0.7)，均可找到两条直线，这两条直线的交点均可找到两条直线，这两条直线的交点(如如G G点点)，便得到满足式便得到满足式(3-19)(3-19)联立方程中的联立方程中的 值值(横坐
42、横坐标标)与与 值值(纵坐标纵坐标)，把这两组直线对应于不，把这两组直线对应于不同同 值的交点值的交点A A、B B、C C、连接起来，便得到理连接起来，便得到理想的前、后轮制动制动力分配曲线，即想的前、后轮制动制动力分配曲线，即I I曲线。曲线。gghahbFF212F1F I I曲线上任意一点代表在该附着系数路面曲线上任意一点代表在该附着系数路面上，前、后轮制动器制器动力应有的数上，前、后轮制动器制器动力应有的数值。值。应当指出，应当指出，I I曲线是踏板力增长到前、后曲线是踏板力增长到前、后车轮同时抱死拖滑时的前、后轮制动器车轮同时抱死拖滑时的前、后轮制动器制动力分配曲线，因为车轮抱死时
43、，制动力分配曲线，因为车轮抱死时，所以所以I I曲线也是车轮抱死时的曲线也是车轮抱死时的 和和 关系曲线关系曲线。xbFFF1F2F三、具有固定比值的前、后轮制动器三、具有固定比值的前、后轮制动器制动力及同步附着系数制动力及同步附着系数 目前一般汽车前、后，轮制动器制动力之目前一般汽车前、后，轮制动器制动力之比为常数。比为常数。因此，不能适应轴间负荷再分配所引起的因此，不能适应轴间负荷再分配所引起的各轴附着力的变化，只能在某一种路面上各轴附着力的变化，只能在某一种路面上使前、后轮同时抱死拖滑，而在其它路面使前、后轮同时抱死拖滑，而在其它路面上不是前轮先抱死拖滑就是后轮先抱死拖上不是前轮先抱死拖
44、滑就是后轮先抱死拖滑。滑。为了说明前、后轮制动器制动力之比，通常用前轮制为了说明前、后轮制动器制动力之比，通常用前轮制动器制动力与汽车全部制动器制动力之比来表示分配动器制动力与汽车全部制动器制动力之比来表示分配的比例，称为制动器制动力分配系数。的比例，称为制动器制动力分配系数。式中：式中：前轮制动器制动力，前轮制动器制动力，总制动器制动力，总制动器制动力，因为：因为：故：故：若用若用 ，则，则 为一直线，此直线通过为一直线，此直线通过坐标原点，其斜率为坐标原点，其斜率为 。此直线称为实际的前、后轮制动器制动力分此直线称为实际的前、后轮制动器制动力分 配曲线，俗称配曲线，俗称 线。线。FF1FF
45、1FF 121FF)(21FFF121FF12FF12FF1tg 图图4-294-29给出了某载货汽车（给出了某载货汽车（BJ1041BJ1041）的）的 线，同时线，同时也给出了空载和满载时的也给出了空载和满载时的I I曲线，该载货汽车的有关曲线，该载货汽车的有关参数如表参数如表4-44-4所示。所示。从图从图4-294-29上可以看出上可以看出 线和线和I I曲线相交于曲线相交于B B点，我们点，我们称这一点的附着系数称这一点的附着系数 =0.786=0.786为同步附着系数。所为同步附着系数。所对应的制动减速度称为临界减速度。同步附着系数是对应的制动减速度称为临界减速度。同步附着系数是由
46、汽车结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参由汽车结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参数。数。同步附着系数是汽车制动系统的一个重要参数。它说同步附着系数是汽车制动系统的一个重要参数。它说明前、后轮制动器制动力之比为明前、后轮制动器制动力之比为 固定比值的汽车，固定比值的汽车，只有在某一种路面上，即附着系数为的路面上制动时，只有在某一种路面上，即附着系数为的路面上制动时，才能使前、后车轮同时抱死。才能使前、后车轮同时抱死。由图由图4-294-29也可以看出，对于空车，也可以看出，对于空车，I I曲线总是在线下曲线总是在线下方。因此，后轮总是先于前轮抱死。方。因此，后轮总是先于前轮抱死。00
47、同步附着系数可用作图法求得，也可用同步附着系数可用作图法求得，也可用解析法求得。解析法求得。设汽车在同步附着系数为的路面上制动，设汽车在同步附着系数为的路面上制动，前后轮同时抱死滑拖，则由式前后轮同时抱死滑拖，则由式(4-29)可可知知 又因为又因为 比较以上两式，可得比较以上两式，可得 经整理，得经整理，得 或gogohahbFF21121FFgogohahb1gohbLLbhgoBJ1041BJ1041货车的结构参数货车的结构参数 四、制动过程分析 利用利用 线与线与I I曲线的配合，就可以分析前、后曲线的配合，就可以分析前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面制动器制动力具有固定比
48、值的汽车在各种路面上的制动情况。上的制动情况。为了便于分析，先介绍两组线组为了便于分析，先介绍两组线组 线组与线组与 线组。线组。线组是后轮没有抱死，在各种线组是后轮没有抱死，在各种 值路面值路面上前轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线；上前轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线；线组是前轮没有抱死而后轮抱死时的前、线组是前轮没有抱死而后轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线。后地面制动力关系曲线。线组与线组与 线组的交点的连线便得到理想的线组的交点的连线便得到理想的前、后轮制动制动力分配即前、后轮制动制动力分配即I I曲线。曲线。frfrfr作线组与线组图：1 1、先求线组。、先求线组。当前轮抱死时当
49、前轮抱死时 由于由于 故整理得故整理得 （4-13）即在不同即在不同 值路面上只有前轮抱死时的前、后地面制值路面上只有前轮抱死时的前、后地面制动力的关系式。动力的关系式。显然，当前、后轮都抱死后，式显然，当前、后轮都抱死后，式(4-13)(4-13)亦成立，只是此亦成立，只是此时的后轮地面制动力亦已达到后轮附着力的数值。时的后轮地面制动力亦已达到后轮附着力的数值。以不同以不同 值代入式值代入式(4-13)(4-13)，即得到，即得到 线组，并线组，并 画于图画于图4-304-30。LhFLGbFFgxbZxb1121xbxbxbFFFgxbxbxbhLFFLGbF211gxbggxbhGbFh
50、hLF12f 从式从式(4-13)(4-13)可以看出，此线组与纵坐标的交点可以看出，此线组与纵坐标的交点为为()()，而与，而与 值无关。应指出值无关。应指出 为负为负 值时已是地面驱动力，此处不再讨论。值时已是地面驱动力，此处不再讨论。当当 时，时，利用此式可求出在不同利用此式可求出在不同 值时相应的值时相应的 值，值，即线组与横坐标的交点即线组与横坐标的交点a,b,ca,b,c，。根据汽车结构参数的具体数值，可以知道此情根据汽车结构参数的具体数值，可以知道此情况下的总地面制动力况下的总地面制动力 ，即，即后轮未抱死。后轮未抱死。随着随着 与与 的增加的增加 也增加，最后也增加，最后 线组
