第4章 汽车的制动性
学习目标
通过本章的学习，要求掌握制动性的评价指标；掌握制动时汽车的受力情况以及地面制动力、制动器制动力与地面附着力之间的关系；掌握汽车制动距离的概念和计算方法；能对制动跑偏和制动侧滑进行正确的受力分析和运动分析；熟练分析前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上的制动过程；了解自动防抱死系统的原理。
为了保障汽车行驶安全和使汽车的动力性得以发挥，汽车必须具有良好的制动性。
对于行车制动而言，汽车的制动性能是指汽车行驶时，能在短距离内停车且维持行驶方向稳定，在下长坡时能维持较低车速的能力。
汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。
4.1节  制动性的评价指标
制动性主要用以下三方面指标来评价：
max.book118.com 制动效能。包括制动减速度、制动距离、制动时间及制动力等。
制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的肩速度。它是制动性能最基本的评价指标。
max.book118.com 制动效能的恒定性。包括抗热衰退和水衰退的能力。
汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。此外，涉水行驶后，制动器还存在水衰退问题。
max.book118.com 制动时的方向稳定性。指制动时汽车按照驾驶员给定方向行驶的能力，即是否会发
生制动跑偏、侧滑和失去转向能力等。
    制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动器发生跑片、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。
4.2节  制动时车轮受力
max.book118.com 制动器制动力
在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩(N·m)所需的力，称为制动器制动力，用(N)表示，显然
式中  ——车轮半径(m)。
由此可知，制动器制动力是由制动系的设计参数所决定的。即取决于制动器型式、尺寸、摩擦系数、车轮半径。它与制动系的油压或气压成正比。
max.book118.com  地面制动力
图4.1 车轮在制动时的受力情况
图4.1为在良好的硬路面上制动时，车轮的受力情况。图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力矩均忽略不计。为地面制动力，为车轮垂直载荷，为车轴对车轮的推力，为地面对车轮的法向反作用力。从力矩平衡得
    地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但是，地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力；一个是制动器摩擦副间的摩擦力；另一个是轮胎与地面间的附着力。
max.book118.com  制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系
图4.2 制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力的关系
    制动器制动力、地面制动力及附着力三者的关系如图4.2所示。由图可见，制动器制动力可以随制动系油压的增大而增大，而地面制动力在达到附着力的值后，就不再增加了。此时若想提高地面制动力，以使汽车具有更大的制动效能、只有提高附着系数。
由此可见，汽车的地面制动力，首先取决于制动器制动力，但同时又受到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，地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。
max.book118.com  附着系数与滑动率的关系
前面曾假设附着系数在制动过程中是常数。但实际上，附着系数与车轮的运动状态，即滑动程度有关。滑动所占的比例为滑移率，用符号表示，其表达式为
式中  ——自由滑动的车轮动态半径(m)；
      —车轮中心的速度(m/s)
     ——车轮的角速度(rad/s)。
不同滑动率时，附着系数是不一样的。图4.3为试验所得的车轮附着系数曲线，即-曲线。图上除了纵向附着系数曲线外，还给出了侧向附着系数曲线。侧向附着系数是研究制动时侧向稳定性有关的参数。
图4.3  曲线
   图4.4 各种路面上的曲线
图4.5车速对附着系数曲线的影响
max.book118.com示了不同路面上和不同行驶车速时滑动率与附着系数的关系。
4.3节  汽车的制动效能及其恒定性
max.book118.com  制动过程分析及制动距离
图4.6示出一次制动过程分成的几个阶段：
  图4.6  制动过程示意图
    （1）驾驶员反应时间：指从驾驶员识别障碍，到把脚力加到制动踏板上所经历的时间。其中包括驾驶员发现、识别障碍并作出决定；把脚从加速踏板换到制动踏板上；消除制动踏板的间隙等所需要的时间(图4.6a)。这段时间一般为0.3~1.0s。
    （2）踏板力增长时间。包括脚力由零上升到最大值所需要的时间(图4.6a)。
    （3）协调时间。从施加踏板力到产生制动力，从而产生负加速度的时间。其中包括消除各铰链和轴承问间隙的时间，以及制动摩擦片完全贴靠在制动鼓或制动盘上需要的时间(图4.6b)。
    （4）负加速度增长时间。在此期间，负加速度增加到它的最大值。(图4.6b)。
    （5）持续制动时间。脚力假定是一常数，负加速度(＞0)也不变(图4.6b)。
    如果忽略驱动部件的制动作用，则在+时间里，车速将等于初速度不变。如图4.6c所示，这段时间内，车辆行驶的距离相对来说较长 (图4.6d)。对给出的负加速度瞬态过程进行积分，即得速度和距离的瞬态过程(图4.6c和d)。
    由图4.6d可见，制动距离由下列部分组成：
（1）时间内驶过的距离。
                                            (4.1)
（2）时间内驶过的距离。时间内，汽车做的是变减速度运动，任一时刻减速度为速度为
                  (从图4.6中“1”点开始计)
速度为
                             (4.2)
所以                            (4.3)
（3）时间内驶过的距离。这段时间里汽车做的是匀减速运动,而(图4.6c)是这段时间始端速度，也就是前一段时间的末端速度，由式(4.2)得
             (4.4)
由公式(4.2)、(4.3)、(4.4)，得制动距离为
一般情况下，较小，故可略去其平方项，若车速以单位km/h表示，时间以单位s表示，则制动距离(m)为
                        (4.5)
max.book118.com  制动效能的恒定性
前述制动效能指标，是在冷制动下，即制动器温度在100℃以下讨论的。汽车下长坡制动及汽车高速制动的情况下，制动器的工作温度常在300℃以上，有时竟高达600～700℃。这使制动器的摩擦力矩显著下降，汽车的制动效能会显著降低，这种现象称为制动效能的热衰退现象。
抵抗热衰退的能力，常用一系列连续制动后，制动效能与冷制动时相比较下降的程度来表示。制动器的热衰退和制动器摩擦副材料以及制动器结构有关。
一般制动器是以
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