汽車制動性能檢測與數(shù)據(jù)分析

1、汽車制動性能檢測與數(shù)據(jù)分析1.汽車的制動系統(tǒng)1.1制動系的功用汽車作為交通運輸工具，應(yīng)在保證安全行駛的前提下，提高平均行駛車速，以提高運輸生產(chǎn)率。同時在需要時，應(yīng)能實現(xiàn)車輛的減速或停車，以及能夠使停駛的車輛可靠地停住在原地不動。因此，制動系的功用是根據(jù)需要使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動。1.2制動系的組成及類型一般汽車應(yīng)包括兩套獨立的制動系：行車制動系和駐車制動系。行車制動系是由駕駛員用腳來操控的，故又稱腳制動系。它的功用是使正在形式中的汽車減速或在最短的距離內(nèi)停車。駐車制動系是由駕駛員用手來操縱的，故又稱手制動系。它的功用是使已經(jīng)停在各

2、種路面上的汽車駐留原地不動。但是，在緊急情況下，兩套制動系統(tǒng)可通過使用，以增加汽車的制動效果。汽車制動系主要由以下四部分組成。見圖1。 制動器：產(chǎn)生制動力矩，阻止車輪轉(zhuǎn)動的裝置。 制動操縱機構(gòu)：控制制動器工作的機構(gòu)，制動踏板、真空助力器等。 制動傳動機構(gòu)：將操縱力傳到制動器。 制動力的調(diào)節(jié)機構(gòu)：用來調(diào)節(jié)前后車輪制動力的分配。圖1 制動系組成示意圖此外，經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車以及某些特殊用途的汽車，為了提高行車的安全性和減輕行車制動性能的衰退及制動器的磨損，還應(yīng)裝配輔助制動系，用以在下坡時穩(wěn)定車速。按照制動能源不同，制動系還可分為人力制動系，動力制動系和伺服制動系三種。以駕駛員的肌體作為唯一制動能

3、源的稱為人力制動系。完全靠以發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓作為制動能源的制動系則為動力制動系。兼用人力和發(fā)動機動力作為制動能源的制動系稱為伺服制動系。按制動能量的傳輸方式不同，制動系統(tǒng)可分為機械式、液壓式、氣壓式、電磁式等。同時采用兩種以上傳能方式的制動系稱為組合式制動系統(tǒng)。1.3制動系的工作原理制動系的工作原理是，利用車身或車架相連的非旋轉(zhuǎn)元件和和車輪或傳動軸相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦，來阻止車輪的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動趨勢，并將運動著的轎車的動能轉(zhuǎn)化為摩擦副的熱能耗散到大氣中。摩擦制動器可分為鼓式和盤式兩大類。鼓式制動原理是：旋轉(zhuǎn)元件是制動鼓，其工作表面是圓柱面，制動蹄摩擦片與制動鼓發(fā)生摩擦，將機

4、械能轉(zhuǎn)化為熱能。盤式制動原理是：旋轉(zhuǎn)元件為圓盤狀的制動盤，以端面為工作表面，與片狀制動摩擦片發(fā)生摩擦，將機械能變?yōu)闊崮苌l(fā)到大氣中。圖2所示為一種簡單的液壓制動系的功過原理示意圖，它由制動器、操縱機構(gòu)和液壓傳動機構(gòu)組成。車輪制動器主要由旋轉(zhuǎn)部分、固定部分和張開機構(gòu)組成。旋轉(zhuǎn)部分是制動鼓8，它固定在車輪輪轂上，隨車輪一起旋轉(zhuǎn)，它的工作面是內(nèi)圓柱面。固定部分包括制動蹄10和制動底板11等。制動底板用螺栓與轉(zhuǎn)向節(jié)凸緣（前輪）或橋殼凸緣（后輪）固定在一起。在固定不動得制動底板上，有兩個支撐銷12，支撐著兩個弧形制動蹄10的下端。制動蹄的外圓面上裝有 摩擦片9，上端用制動蹄回位彈簧13拉緊壓靠在輪缸活塞

5、7上。制動蹄可用液壓輪缸（凸輪）等張開機構(gòu)使其張開。液壓輪缸也裝在制動底板上。操縱機構(gòu)主要是制動踏板1.傳動機構(gòu)主要由推桿2、制動主缸4、制動輪缸6和油管5等組成。裝在車架上的制動主缸4用油管5與制動輪缸6相連通。主缸活塞3可由駕駛員通過制動踏板1來操縱。圖2 制動系的工作原理示意圖1制動踏板 2推桿 3主缸活塞 4制動主缸 5油管 6制動輪缸7輪缸活塞 8制動鼓 9摩擦片 10制動蹄 11制動底板 12支撐銷13制動蹄回位彈簧制動系不工作時，制動鼓的內(nèi)圓面與制動蹄摩擦片的外圓面之間保留有一定的間隙，是制動鼓可以隨車輪自由旋轉(zhuǎn)。制動時，踩下制動踏板1，推桿2便推動主缸活塞3，使主缸中的油液以一

6、定壓力流入制動輪缸6，通過輪缸活塞7,是兩制動蹄10的上端向外張開，從而使摩擦片壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上，這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動蹄就對旋轉(zhuǎn)著的制動鼓產(chǎn)生一個摩擦力矩m，其作用方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，摩擦力矩大小取決與輪缸的張力、摩擦因數(shù)和制動鼓及制動蹄的尺寸等。制動鼓將該力矩m傳到車輪后，由于車輪與路面間餓附著作用，車輪即對路面作用一個向前的周緣力f，與此同時路面給車輪作用一個向后的反作用力fb，即制動力。制動力fb由車輪經(jīng)車橋和懸架傳遞給車架和車身，迫使整個汽車產(chǎn)生一定的減速度。制動力越大，減速度也越大。當(dāng)松開制動踏板時，制動蹄回位彈簧13即將制動蹄拉回原位，摩擦力矩m 和制動力fb消失，制動作用

7、即行解除。制動時車輪上的制動力fb不僅取決于制動力矩m還取決于輪胎與路面間的附著條件。如果完全喪失附著，就不會產(chǎn)生制動效果，即車輪停止轉(zhuǎn)動而被抱死，汽車仍然向前滑移。2.汽車的制動性能2.1汽車制動性評價指標(biāo)汽車的制動性主要由以下三方面來評價：制動效能，即制動距離與制動減速度。制動效能是指在良好的路面上，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(biāo)。制動效能的恒定性，即抗熱衰退性能。它是指汽車高速制動，短時間內(nèi)重復(fù)制動或下長坡連續(xù)制動時制動效能的熱穩(wěn)定性。因為制動過程實質(zhì)是把汽車的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)化為熱能。制動過程中制動器溫度不斷升高，制動器摩擦系數(shù)

8、下降制動器摩擦阻力矩減小，從而使制動能力降低，這種現(xiàn)象稱熱衰退現(xiàn)象。因此，可以用制動器處于熱狀態(tài)時能否保持有冷狀態(tài)時的制動效能來評價汽車制動抗熱衰退性能。此外，涉水行駛后，制動器還存在水衰退問題。制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。制動時汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動時汽車按給定路徑行駛的能力來評價。若制動時發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力，則汽車將偏離原來的路徑。2.1. 1汽車的制動效能及其恒定性 汽車的制動效能時指汽車迅速降低車速直至停車的能力。評定制動效能的指標(biāo)時制動距離s和制動減速度ab 。 （1）制動距離的分析制動距離與汽車的行駛安全有直接的關(guān)系，它

9、指的是汽車速度為v0時，從駕駛員開始操控制動控制裝置（制動踏板）到汽車完全停住為止所駛過的距離。制動距離與制動踏板力、路面附著條件、車輛載荷、發(fā)動機是否結(jié)合等許多因素有關(guān)。 為了分析制動距離，需要對制動過程有一個全面了解。 圖3所示為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(guān)系曲線。圖3（a）所示為實際測得的曲線，圖3（b）所示為經(jīng)過簡化后的曲線。（a）（b）圖3 汽車的制動過程駕駛員接到緊急停車信號時，并沒有立即行動，如圖3（b）所示的a點，而要經(jīng)過t1后才能意識到應(yīng)進行緊急制動，并移動右腳；再經(jīng)過t2”后才踩著制動踏板。從a點到b點所經(jīng)過的時間（t1=t1+t1

10、” ）稱為駕駛員的反應(yīng)時間。這段時間一般為0.3s1.0s；在b點以后，隨著駕駛員踩踏板的動作，踏板力迅速增大，至d點時達到最大值。不過由于制動蹄是由回位彈簧拉著的，蹄片與制動鼓間存在間隙，所以要經(jīng)過t2,即至c點，地面制動力才起作用，使汽車開始產(chǎn)生減速度。由c點到e點是制動器制動力增長過程所需要的時間t2”。 t2=（t2+t2”）稱為制動器的作用時間。t2一般在0.20.9s之間。由e點到f點為持續(xù)制動時間（t3），其減速度基本不變。到f點時駕駛員松開踏板，單制動力的消除還需要一段時間（t4），t4一般在0.21.0s之間。這段時間過長會耽誤隨后起步行駛的時間。另外，若因車輪抱死而使汽車失

11、去控制，駕駛員采取措施放松制動踏板時，又會使制動力不能立即釋放。 從制動的全過程來看，總共包括駕駛員見到信號后作出行動反應(yīng)、制動器起作用、持續(xù)制動和放松制動器四個階段。一般所指制動距離是開始踩著制動踏板到完全停車的距離。它包括制動器起作用和持續(xù)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估算如下：從式子可以看出，決定汽車制動距離的主要因素是：制動器起作用是時間、最大制動減速度即附著力（或最大制動器制動力）以及起始制動車速。附著力（或制動器制動力）越大、起始制動速度越低，制動距離越短，這是顯而易見的。 圖4是根據(jù)autocar19331988年對48輛裝有真空助

12、力器的各種轎車在干燥、良好的路面上進行制動試驗的結(jié)果，并按最小二乘法原理擬合得到的制動距離曲線。它代表了20世紀(jì)90年代轎車制動效能的水平。圖4 轎車的制動距離曲線（2）制動減速度的分析制動減速度是制動時車速對時間的導(dǎo)數(shù)，即du/dt。它反映了地面制動力的大小，因此與制動器制動力（車輪滾動時）即附著力（車輪抱死拖滑時）有關(guān)。對某一具體車輛而言，制動減速度與地面制動力是等效的。制動減速度j與地面制動力 及車輛總質(zhì)量g有關(guān)。制動減速度在制動過程中是變化的。圖5 制動過程制動減速度的變化a車輪滾動時 式中 g汽車總重力；g重力加速度；汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。b當(dāng)車輛制動到全部車輪抱死滑移時，回轉(zhuǎn)質(zhì)量換

13、算系數(shù) 等于1，而此時地面制動力 ，由此可得最大減速度：c車輛檢測時用平均減速度或最大減速度作為制動效能的評價指標(biāo)，在我國的安全法中則采取充分發(fā)出的平均減速度mfdd（mean fully development deceleration）。式中： ，車輛速度，km/h； ，車輛速度，km/h； 制動初速度；km/h 在速度 和 之間車輛駛過的距離（m）； 在速度 和 之間車輛事故的距離（m）。（3）制動效能的恒定性 制動效能的恒定性就是指抗制動效能下降的能力，只要通過制動系統(tǒng)的抗熱衰退性和水衰退性來評價。 a熱衰退汽車在高速下或短時間內(nèi)連續(xù)制動，尤其是下長坡連續(xù)制動時，都可能由于制動器內(nèi)溫度

14、過高，摩擦系數(shù)下降，制動器摩擦阻力矩減小而導(dǎo)致制動效能降低，這種現(xiàn)象稱為制動效能的熱衰退性。因此用制動器處于熱狀態(tài)時能否保持有冷狀態(tài)時的制動效能來評價汽車制動抗熱衰退性能。制動抗熱衰退性是衡量制動效能恒定性的一個指標(biāo)。但由于測試方法比較復(fù)雜，在一般汽車綜合檢測站難以實施。對于汽車也檢測制動抗熱衰退性。b水衰退制動器摩擦表面浸水后，將因水德潤滑作用使摩擦系數(shù)下降，并使汽車制效能下降，這種現(xiàn)象稱為制動效能的水衰退。汽車制動時產(chǎn)生的熱量可使摩擦片干燥，因而制動器浸水后，經(jīng)過若干次（一般515次）制動后，制動器可逐漸恢復(fù)浸水前的性能。2.1.2制動時汽車的方向穩(wěn)定性制動過程中，又是會出現(xiàn)制動跑偏、后軸

15、側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力，而使汽車失去控制，離開原來的行駛方向，甚至發(fā)生撞入對方車輛行駛軌道、下溝、滑下山坡的危險情況。一般稱汽車在制動過程中維持直線行駛或按定彎道行駛的能力為制動時汽車的方向穩(wěn)定性。制動時汽車自動向左或向右偏駛稱為“制動跑偏”。側(cè)滑是指制動時汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動。最危險的情況是在高速制動時發(fā)生后軸側(cè)滑，此時汽車常發(fā)生不規(guī)則的急劇回轉(zhuǎn)運動而失去控制。跑偏與側(cè)滑是有聯(lián)系的，嚴重的跑偏有時會引起后軸側(cè)滑，易于發(fā)生側(cè)滑的汽車也有加劇跑偏的趨勢。圖6所示為單純的制動跑偏和由跑偏引起后軸側(cè)滑死輪胎留在地面上的印跡的示意圖。自動向左或右偏駛制動跑偏時輪胎在地面上留下的印跡某一軸或兩

16、軸發(fā)生橫向滑移制動跑偏引起后軸輕微側(cè)滑時輪胎留在地面上的痕跡圖6 制動時汽車跑偏的情形前輪失去轉(zhuǎn)向能力是指彎道制動時汽車不再按原來的彎道行駛而沿彎道切線方向駛出或直線行駛制動時，雖然轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤但汽車仍按直線方向行駛的跡象。失去轉(zhuǎn)向能力和后軸側(cè)滑也是有聯(lián)系的，一般地講，如果汽車后軸不側(cè)滑，前輪就可能失去轉(zhuǎn)向能力；后軸側(cè)滑，前輪仍有轉(zhuǎn)向能力。制動跑偏、側(cè)滑與前輪失去轉(zhuǎn)向能力是造成交通事故的重要原因。例如，我國某市市郊一山區(qū)公路，根據(jù)兩周（雨季）發(fā)生的七起交通事故分析，發(fā)現(xiàn)其中6起是由于制動時后軸發(fā)生側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力造成的。西方一些國家的統(tǒng)計表明，發(fā)生人身傷亡的交通事故中，在潮濕路面上約有1/3與側(cè)滑有關(guān)；在冰雪路面上有70%80%與側(cè)滑有關(guān)。根據(jù)對側(cè)滑事故的分析，發(fā)現(xiàn)有50%是由制動引起的。（1）汽車的制動跑偏制動時汽車跑偏的原因有如下兩個 汽車的左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）調(diào)節(jié)器制動力不相等或制動時制動力增長快慢不一致。 制動時懸架導(dǎo)向桿系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)拉桿