汽車的制動性能

§4-3汽車的制動效能及其恒定性本節(jié)主要介紹汽車制動距離的計算方法，分析影響制動效能及其恒定性的因素。第四章汽車的制動性能思考：根據(jù)駕駛員的操縱特點，整個制動過程可以分為幾個階段？本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容：制動效能評價指標(biāo)：制動距離s制動減速度ab影響制動效能的主要因素。影響制動效能恒定性的主要因素。鄒旭東zxd@一、制動距離與制動減速度制動距離定義：是指汽車以給定的初速u0時，從踩到制動踏板至汽車完全停住所行駛的距離。影響因素：踏板力、地面附著條件、車輛載荷、發(fā)動機是否結(jié)合、制動器的熱狀況試驗要求：制動踏板力、附著系數(shù)、汽車狀態(tài)做規(guī)定。設(shè)計要求：轎車、輕型貨車車速高，制動效能高；重型貨車車速低，要求稍低一些。鄒旭東zxd@一、制動距離與制動減速度制動減速度定義：制動時車速對時間的導(dǎo)數(shù)，反映地面制動力的大小。影響因素：制動器制動力（車輪滾動時）、附著力（車輪抱死拖滑時）。推導(dǎo)：忽略空氣阻力，排除坡度阻力，制動時汽車受力平衡方程為：鄒旭東zxd@一、制動距離與制動減速度各分量展開代入平衡方程式，得汽車制動減速度：鄒旭東zxd@一、制動距離與制動減速度忽略滾動阻力和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量，則如果前后輪同時抱死

b=

s

，則采用ABS制動時，鄒旭東zxd@當(dāng)汽車既沒有裝ABS，又不允許車輪抱死時，制動減速度是？一、制動距離與制動減速度鄒旭東zxd@評價制動效能時，一般采用充分發(fā)出的平均減速度。u0為起始車速，

ub=0.8u0，ue=0.1u0

，sb為u0到ub經(jīng)過的距離，se為u0到ue經(jīng)過的距離。二、制動距離分析制動過程鄒旭東zxd@二、制動距離分析鄒旭東zxd@汽車的制動距離是指制動器起作用和持續(xù)制動兩個階段汽車駛過的距離。制動器起作用時間駕駛員反應(yīng)時間持續(xù)制動時間放松制動器時間二、制動距離分析制動過程按時間劃分可分為四段：1.駕駛員反應(yīng)時間（人為因素）τ1（0.3~1s）

1）意識反應(yīng)時間τ'1 2）動作反應(yīng)時間τ"12.制動器起作用時間τ2（0.2~0.9s）

1）制動器協(xié)調(diào)時間τ'2 2）制動器動力增長時間τ"23.持續(xù)制動時間τ34.放松制動器時間τ4（0.2~1s）鄒旭東zxd@二、制動距離分析由前面的分析可知，制動距離就是τ2和τ3時間段內(nèi)汽車行駛的距離。計算制動距離：1.τ2時間段s=s'2+s"2 1）s'2段為等速行駛：鄒旭東zxd@二、制動距離分析計算制動距離：1.τ2時間段s=s'2+s"2 2）s"2段為變減速行駛，制動減速度線性增長：鄒旭東zxd@二、制動距離分析2.τ3時間段行駛距離 汽車做等減速運動，末速度為0，初速度為：鄒旭東zxd@所以τ3時間段行駛距離為：二、制動距離分析總的制動距離為（忽略τ"22

）：將 代入上式，可得函數(shù)關(guān)系鄒旭東zxd@二、制動距離分析影響制動距離的因素為：制動器起作用的時間τ'2、τ"2制動力系數(shù)b或最大地面制動力制動初速度u0鄒旭東zxd@二、制動距離分析提高制動效能的措施：縮短τ'2、τ"2

，可采用液壓制動系取代壓縮空氣；液壓制動系起作用時間可以<0.1s，而真空助力和氣壓制動系為0.3~0.9s，掛車或汽車列車0.4~2s。采用ABS制動系，使用最大地面附著力

p。應(yīng)對路面條件合理選擇胎面和結(jié)構(gòu)，提高制動力系數(shù)。鄒旭東zxd@二、制動距離分析

性能指標(biāo)制動系形式制動時間/s制動距離/m最大制動減速度/（m·s-2）真空助力制動系2.1212.257.25壓縮空氣—液壓制動系1.458.257.65表4-3裝用不同助力制動系時CA770轎車的制動距離二、制動距離分析20世紀90年代轎車制動性水平鄒旭東zxd@三、制動效能的恒定性制動器溫度上升后，制動器產(chǎn)生的摩擦力矩常會有顯著下降，這種現(xiàn)象稱為制動器的熱衰退。山區(qū)行駛的貨車和高速行駛的轎車，對抗熱衰退性能有更高的要求。主要指標(biāo)：熱穩(wěn)定性（抗熱衰退性）冷態(tài)制動：制動起始溫度在100℃以下熱態(tài)制動：制動起始溫度在300℃以上鄒旭東zxd@八達嶺高速公路是北京通往大西北的一條重要交通干道。自1998年該公路建成開通至2003年5月底，已經(jīng)發(fā)生一般性交通事故458起，造成236人受傷、94人死亡。特別是在高速路進京方向51～56km路段內(nèi)就造成50人受傷、36人死亡。這段5km長的道路和道路右側(cè)葬送了眾多生命的深淵，被駕駛員稱為“死亡谷”。進京56.7～53km路段是事故的生成段，53～50km路段是事故的發(fā)生段。雖然這6km路段整體上基本滿足了設(shè)計要求，但在事故生成段，卻存在嚴重的設(shè)計缺陷。一是第3號坡段坡度為3.99%，設(shè)計要求坡長應(yīng)小于700m，實際坡長卻為1400m，超過設(shè)計坡長的一倍；二是第四、五、六路段坡度均超過4%，按照設(shè)計要求，連續(xù)下坡的坡段坡度超過4%時，坡長不得超過1500m，而實際坡長為1600m，超過設(shè)計規(guī)范要求。這意味著這段路長距離連續(xù)下坡，汽車制動能力承受不了，最后失靈發(fā)生事故。另外，來自外地的超載車輛日益增多也是事故生成的隱性原因。212004年10月14日，一輛載著20多t汽油的東風(fēng)油罐車行駛到有“死亡谷”之稱的八達嶺高速進京方向51km處，由于制動失靈撞向?qū)橹苿邮ъ`而設(shè)計的緊急避險區(qū)，整個駕駛室及罐體前部懸在空中，駕駛室內(nèi)5人半空迅速逃生。三、制動效能的恒定性1.抗熱衰退性的表示形式：

s=f(t℃)

ab=f(t℃)

μ=f(t℃)

都是溫度的函數(shù)鄒旭東zxd@三、制動效能的恒定性鄒旭東zxd@熱衰退率公式：制動的熱衰退性與制動器摩擦副的材料和制動器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。Why?三、制動效能的恒定性2、摩擦副材料及摩擦系數(shù)μ制動盤（鼓）：鑄鐵，其成分、金相組織、硬度對摩擦副的摩擦系數(shù)有影響。摩擦材料：一般為石棉、半金屬和陶瓷及有機聚合物高溫壓合而成。高溫時，材料中的有機物可能分解產(chǎn)生氣體或液體，在摩擦副間形成具有潤滑作用的薄膜，從而降低摩擦系數(shù)。鄒旭東zxd@三、制動效能的恒定性2、摩擦副材料及摩擦系數(shù)μ提高摩擦材料的抗熱衰退性的方法：采用耐熱粘合劑，如改性的酚醛樹脂，或用無機粘合劑減少有機成分含量，增加金屬添加劑使摩擦片具有一些氣孔可先進行表面預(yù)處理，使其產(chǎn)生表面穩(wěn)定層來緩和熱衰退。鄒旭東zxd@三、制動效能的恒定性3、制動器結(jié)構(gòu)形式制動效能因數(shù)：單位制動輪缸推力Fp所產(chǎn)生的制動器摩擦力Fμ。

Fp——制動泵推力

r——制動鼓半徑鄒旭東zxd@三、制動效能的恒定性3、制動器結(jié)構(gòu)形式常用制動效能因數(shù)和摩擦因數(shù)的關(guān)系曲線來說明各種類型制動器制動效能及其恒定性。蹄片式：效能高，但受μ影響大，熱穩(wěn)定性差盤式：效能低，熱穩(wěn)定性好，受μ影響小鄒旭東zxd@三、制動效能的恒定性鄒旭東zxd@3、制動器結(jié)構(gòu)形式要提高制動器的熱穩(wěn)定性，可考慮以下措施：1）制動鼓壁厚大一些，有足夠的熱容量，溫升低；2）盤式制動器熱穩(wěn)定性優(yōu)于鼓式制動器，可采用助力器克服效能低的缺點；3）結(jié)構(gòu)上保證散熱性好，盤式制動器可使用通風(fēng)盤。盤式——熱穩(wěn)定性好，山區(qū)選用鼓式——冷態(tài)效能高，平原選用溫度升高摩擦因數(shù)下降摩擦力明顯下降盤式制動器Kef有所下降摩擦力有所下降增力式制動器恒定性差，盤式制動器恒定性好。轎車制動系統(tǒng)的配置通常是前通風(fēng)盤、后盤式。鼓式制動器Kef明顯下降思考為什么增力式制動器的恒定性差？三、制動效能的恒定性很多轎車的前后輪都采用盤式制動器三、制動效能的恒定性保時捷911GT2制動系統(tǒng)前輪制動器：六活塞卡鉗、鉆孔內(nèi)通風(fēng)制動盤、直徑350mm、厚34mm。后輪制動器：四活塞卡鉗、鉆孔內(nèi)通風(fēng)制動盤、直徑350mm，厚28mm。雷克薩斯SC430制動系統(tǒng)前輪制動器：單活塞浮式卡鉗、內(nèi)通風(fēng)制動盤、直徑96mm、厚28mm。后輪制動器：單活塞浮式卡鉗、實心制動盤、直徑88mm、厚10mm。三、制動效能的恒定性三、制動效能的恒定性鄒旭東zxd@保時捷911GT2冷/熱雷克薩斯SC430冷/熱制動距離/m34.1/34.139.4/44.3abmax/(m·s-2)11.3/11.39.8/8.7前輪溫度/?C228/480180/685后輪溫度/?C214/278118/365注：保時捷911使用了特殊的C/C-SiC復(fù)合陶瓷基摩擦材料制動盤通風(fēng)盤式制動器三、制動效能的恒定性鉆孔通風(fēng)