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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date汽车制动特性的研究与分析汽车制动特性的研究与分析毕业设计说明书汽车制动力特性的研究与分析机电工程学院0701014149陈棠 学生姓名： 学号： 车辆工程学 院： 张赛飞专 业： 指导教师： 2011年 6 月-汽车制动力特性的研究与分析摘 要本文针对汽车的制动力特性进行分析研究，最后对制动性能进行仿真。在分析汽车制动系统的结构和基本原理的基础上，以制动性的三个评价指
2、标为切入点对制动性能分析，然后探讨前、后制动器制动力的比例关系对汽车方向稳定性的影响，最后用Matlab软件进行仿真。本文最后分别对不带ABS的汽车和带ABS的汽车的制动性能进行Simulink仿真，对比分析仿真结果表明，不带ABS的汽车容易发生抱死拖滑，带ABS的汽车具有更好的制动性能。关键词：制动性能 评价指标 ABS 仿真Automobile braking characteristics of research and analysisABSTRACTThe article analysised and studied the braking characteristics of ca
3、r,then took simulation of braking performance. On the basis of analysis of brake system structure and basic principle, With the braking three evaluation indexes as the breakthrough point, we analysised braking performance, And then studied the effect of front and back braking force scale on the stab
4、ility of the automobile direction,and finally took the simulation of the front and back braking force scale with Matlab software.This paper finally took simulation of the car braking performance without ABS and with ABS by simulink. After analysised comparative Simulation results,we foud that car wi
5、thout ABS would slip easily,but the car with ABS would have better braking performance.Key words: braking performance evaluation index Antilock Brake System simulation 目录1 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外制动系统发展现状11.2.1 国外发展现状11.2.2 国内发展情况22 汽车制动系统42.1 汽车制动系统的组成42.2 汽车制动系统的基本结构和原理42.2.1 基本结构42.2.2 制动力的产生42.3 汽
6、车制动系统的分类52.4 汽车制动器52.4.1 鼓式制动器62.4.2盘式制动器73 汽车的制动性93.1 制动性能的评价指标93.2 制动时车轮受力103.2.1 制动器制动力103.2.2 地面制动力103.2.3 制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系103.3 汽车的制动效能及其恒定性113.3.1 制动过程分析及制动距离113.3.2 制动效能的恒定性133.4 制动时汽车的方向稳定性143.4.1 制动跑偏143.4.2 制动侧滑153.4.3 转向能力的丧失153.5 制动力分配153.5.1 制动时，前、后轮的地面法向反作用力163.5.2 理想的前、后轮制动器制动力分配
7、曲线173.5.3 具有固定比值的前、后制动器制动力及同步附着系数193.6 汽车在各种路面上制动过程的分析203.6.1 f线组与r线组203.7.2 制动过程分析223.7.3 同步附着系数0的选择233.8制动力的调节243.9 汽车制动性能的Matlab仿真253.9.1 MATLAB简介253.9.2 BJ1042货车制动性能的Matlab仿真254 ABS的基本原理及组成284.1 ABS 的基本原理284.2 ABS系统的组成304.3 ABS 控制算法介绍315 汽车制动系统制动性能仿真335.1 SIMULINK仿真平台335.2 传统汽车制动系统制动性能的仿真模型345.2
8、.1 车辆动力学模型345.2.2 轮胎模型355.2.3 滑动率的计算模型355.3 汽车制动系统制动性能仿真及结果分析365.3.1 不带ABS的汽车制动系统仿真365.3.2 带ABS的汽车制动系统仿真38结 论42参 考 文 献43致 谢45附 录461 绪论1.1 研究背景及意义汽车制动系统是车辆行驶安全的关键装置。近年来，随着人类安全意识的提高,行车安全已是汽车发展的一个主要趋势之一。为了保证行车安全，如今汽车制动系的作用愈显重要，也只有制动性能良好，制动工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。据有关部门数据显示，2009年，中国汽车保有量约占世界汽车保有量的百分之三，但交通事故死
9、亡人数却占世界的百分之十六。从二十世纪八十年代末中国交通事故年死亡人数首次超过五万人至今，中国(未包括港澳台地区)每年交通事故50万起，因交通事故死亡人数均超过10万人，已经连续十余年居世界第一1。而在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的452。可见，提高制动系统的制动质量将有助于减少事故的发生,将大幅度地提高汽车的安全性。本文以ZB7160轿车后轮制动器为研究对象，进行制动力特性的研究。1.2 国内外制动系统发展现状近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，制动系统越来越重要。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中不断努力。目前关于汽车制动控制的研究
10、包括制动控制的理论和方法,以及采用新的技术等。汽车制动时让它停下来的力是地面制动力,它来源于制动器制动力,但受制于地面最大附着力。如果地面制动力超过最大附着力，汽车将发生抱死现象，且这时地面附着系数较小，汽车将滑行很长距离才停止，即制动距离过长。为解决这一问题，现在汽车上普遍装有ABS，它将滑移率控制在15%-30%3之间，防止汽车抱死，并且附着系数最大，制动距离缩短。但ABS仍有缺陷，制动系统并未完善，交通事故依然不断，为此世界各国在制动控制和制动技术上进行着不懈地的研究。1.2.1 国外发展现状德国的博世公司几十年来一直致力于制动系统的研究，1978年的时候，它推出了全球首个ABS，198
11、6年博世推出全球首个TCS，而 1995年推出的ESP系统，则使得德国及其他国家的交通事故不断下降，80%的侧滑得到了避免，现在在汽车的使用率已达到40%以上4。2008年博世又推出了辅助制动系统。在紧急情况下当驾驶者想要尽快停车，他通常会快速踩刹车，但往往由于力度不够而浪费了宝贵的制动距离，而制动辅助系统可以在这种情况下提供最大制动力5。另外，在当前宝马7系中配备的博世ESP至尊版是全球第一个带有FlexRay界面的制动控制系统。通过这一新数据总线，系统能够与相应的传感器、自适应巡航控制(ACC)、集成底盘管理系统(ICM)、发动机以及传输控制单元通信。与过去使用的CAN总线相比，FlexR
12、ay总线系统能以更高的速率传输更大的信息包，并且能够自动防止故障的发生。正如CAN一样，FlexRay也能够传输驱动信息，此外它还能够实现信号的实时传输。在危急驾驶状况下，电子稳定程序(ESP)能够通过对单个轮胎的制动稳定车辆6。瑞德的沃尔沃公司在2009年日本汽车技术展示会演示了装配于新款SUV车型XC60上的低速紧急制动技术City Safety，沃尔沃装配在XC60上的这套City Safety低速紧急制动系统，能够有效防止撞车事件的发生。车辆以430km/h的速度行驶时，系统才会启动，与前方车辆的速度差加大，感知到存在碰撞危险时，就会自动制动7。目前世界上的主要制动技术还有：皆可博技术
13、，福伊特缓速器等8。1.2.2 国内发展情况中国的制动系统的理论研究和技术发展水平不断在进步。2006年中国北车集团四方车辆研究所自主研发的“微机控制直通电控制动控制系统”，开创国产城轨制动控制系统载客运用先河9。而2006年中国福马机械集团有限公司所属林海集团公司的“全地形车后轮制动系统中置蝶刹装置”获得国家知识产权局授予的专利权。全地形车后轮制动系统中置蝶刹装置已经应用于该公司制造的特种车辆上，明显地提高了制动的可靠性和安全性，有效地克服了目前国内全地形车普遍使用的后轮液压制动系统的缺陷10。同样在2006年，一种与汽车行驶安全息息相关，却又长期受制于国外核心技术，严重影响我国汽车产业国产
14、化进程的汽车核心部件气压盘式制动器总成，近日由江苏恒力制动器制造有限公司研制成功。这一项拥有多项自主知识产权和核心技术的重要成果被江苏省申报为2006年度国家火炬计划重点项目。气压盘式制动器总成引进消化国际先进的设计理念，采用气压式双推盘双调节制动技术，对汽车制动系统因摩擦片与制动盘摩擦组件的磨损而产生的过量间隙能进行自动报警、自动调节，并实施自动补偿，促使高速运行的车辆通过灵敏、快捷、有效的紧急制动刹车，应变各种突发事件，极大地减少和避免汽车运行中的事故隐患11。2011年，广州地铁第一列国产化制动系统列车开始运行。这标志着我国已成功研制出具有完全自主知识产权的地铁制动系统，并一举打破该领域
15、的国外技术垄断12。目前中国的制动控制理论和技术水平和发达国家相比仍有很大的差距，很多厂商仍然是引进和模仿外国的技术。中国和外国的主要差距主要体现在智能化和自动化上，发达国家依靠电子信息技术的领先地位，已经在智能化方向上远远地走在了前面。2 汽车制动系统 2.1 汽车制动系统的组成汽车制动系统的功用是使行驶中的汽车减速甚至停车使 下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动。汽车制动系统的基本组成部分：（1）供能装置 包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。其中，产生制动能量的部分称为制动能源，人的肌体亦可作为制动能源。（2）控制装置 包括产生制动动作和控制制动效
16、果的各种部件。（3）传动装置 包括将制动能量传输到制动器的各个部件。（4）制动器产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力(制动力)的部件，其中也包括辅助制动系中的缓速装置。（5）其它附加装置制动力调节装置、报警装置、压力保护装置。2.2 汽车制动系统的基本结构和原理2.2.1 基本结构1、制动踏板 2、推杆 3、制动主缸活塞 4、制动主缸 5、制动油管 6、制动轮缸 7、轮缸活塞 8、制动鼓 9、制动蹄片 10、制动蹄 11、制动底板 12、支承销 13、制动蹄回位弹簧图2.1汽车制动系统的基本结构132.2.2 制动力的产生制动系不工作时，制动鼓的内圆面与制动蹄摩擦片的外圆面之间保持一定的间隙，使车
17、轮和制动鼓可以自由旋转。要使行驶中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板，通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞 7 推使两制动蹄绕支承销转动，上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。制动蹄对制动鼓产生摩擦力矩Mm ；摩擦力矩使车轮对路面产生向前的力Fm ，同时路面给车轮一个向后的力FB。FB是路面给车轮的制动力。制动力越大，汽车的减速度越大。影响制动力的因素有：摩擦力矩Mm和路面附着条件。原理：在汽车车轮上作用一个与汽车行驶方向或趋势相反的力矩，并使路面产生阻碍车轮转动和汽车行驶的阻力。汽车的动能被强制转化为其它形式的能量。2.3 汽车制动系统的分类（
18、1）按作用分类行车制动系统：使行驶中的汽车减速或停止的制动系统。驻车制动系统：使停止的汽车在原地驻留的制动系统。第二制动系统：在行车制动失效时，使汽车减速、停车的系统。辅助制动系统：汽车下长坡时稳定车速的制动系统。（2）按能源分类人力制动系统：以驾驶员的体力为输入能源的制动系统。动力制动系统：靠发动机的动力转化而成的气压或液压能进行制动的系统。伺服制动系统：兼用人力和发动机动力的制动系统。（3）按制动力变化方式分类渐进制动系统：制 动力矩和制动力在驾驶员的操纵控制下，在 一定的范围内逐渐变化(如行车制动系统）。非渐进制动系统：无上述特点的制动系统（如驻车制动系统）。（4）按能量传输方式分类机械
19、式、液压式、气压式、电磁式（5）按传动系统的回路分单回路系统、双回路系统双回路制动系统在一侧回路失效时，仍能提供部分制动力。目前汽车制动系统必须采用双回路制动系统。2.4 汽车制动器制动器是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。汽车制动器几乎均为机械摩擦式，即利用旋转元件与固定元件两个工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。一般摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。2.4.1 鼓式制动器鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。内张型鼓式制动器的摩擦元
20、件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半袖套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件为制动鼓。车轮制动器的制动鼓均固定在轮鼓上。制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦路片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外因柱表面与制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器，但现代汽车已很少采用。所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制
21、动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。鼓式制动器按蹄的类型分为：（1）领从蹄式制动器汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转，则相应地使领蹄与从蹄也就相互对调了。这种当制动鼓正、反方向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄式制动器。领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故又称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，故又称为减势蹄。“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进与倒车时的制动性能不变，且结构简单，
22、造价较低，也便于附装驻车制动机构，故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。（2）双领蹄式制动器若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器，则称为双领蹄式制动器。显然，当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为单向双领蹄式制动器。两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动，两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的，因此，两蹄对制动器。制动鼓作用的合力恰好相互平衡，故属于平衡式。双领蹄式制动器有高的正向制动效能，但倒车时则变为双从蹄式，使制动效能大降。这种结构常用于中级轿车的前轮制动器，这是因为这类汽车前进制动时，前轴的动轴荷及附着力大于
23、后轴，而倒车时则相反。（3）双向双领蹄式制动器当制动鼓正向和反向旋转时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变，因此广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后车轮，但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动。（4）单向增力式制动器单向增力式制动器两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。由于制动时两 蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一种非平衡式制动器。单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高，且高于前述的各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。因此，它仅用
24、于少数轻、中型货车和轿车上作为前轮制动器。（5）双向增力式制动器将单向增力式制动器的单活塞式制动轮缸换用双活塞式制动轮缸，其上端的支承销也作为两蹄共用的，则成为双向增力式制动器。对双向增力式制动器来说，不论汽车前进制动或倒退制动，该制动器均为增力式制动器。双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多，而且常常将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器，但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动，而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉绳及杠杆等机械操纵系统进行操纵。双向增力式制动器也广泛用作汽车的中央制动器，因为驻车制动要求制动器正向、反向的制动效能都很高，而且驻车制动若不用于应急制动时也不
25、会产生高温，故其热衰退问题并不突出14。但由于结构问题使它在制动过程中散热和排水性能差，容易导致制动效率下降。因此，在轿车领域上己经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，仍然在一些经济型车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。2.4.2盘式制动器盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。（1）钳盘式钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。定钳盘式制动器：这种制动器中的制动钳固定不动，制动盘与车轮相联并在制动钳体开口槽中旋转。具有下列优点：除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差
26、不多，容易实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革；能很好地适应多回路制动系的要求。浮动盘式制动器：这种制动器具有以下优点：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管加之液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低；浮动钳的制动块可兼用于驻车制动。（2）全盘式在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差，其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。通过对盘式、鼓式制动器的分析比较可以得出盘式制动器与鼓式制动器比较有如下均一些突出优点:（1）制动稳定性好.它的效能因素与
27、摩擦系数关系的K-p曲线变化平衡，所以对摩擦系数的要求可以放宽，因而对制动时摩擦面间为温度、水的影响敏感度就低。所以在汽车高速行驶时均能保证制动的稳定性和可靠性。（2）盘式制动器制动时，汽车减速度与制动管路压力是线性关系，而鼓式制动器却是非线性关系。（3）输出力矩平衡.而鼓式则平衡性差。（4）制动盘的通风冷却较好，带通风孔的制动盘的散热效果尤佳，故热稳定性好，制动时所需踏板力也较小。（5）车速对踏板力的影响较小。3 汽车的制动性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
28、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。3.1 制动性能的评价指标车辆的制动性主要有三个方面来评价：（1）制动效能，即制动距离和制动减速度汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。评定制动效能的指标是制动距离和制动减速度。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车速度为0 u 时，汽车从驾驶员踩下制动踏板开始到停车为止所驶过的距离，它与制动踏板力及路面附着条件有关。决定汽车制动距离的主要
29、因素是：制动器起作用的时间、最大制动减速度即附着力(或最大制动器制动力)、制动的起始速度。附着力(或制动器制动力)愈大、起始速度愈低，制动距离愈短。制动减速度常指制动过程中的最大减速度，它反映了地面制动力，因此它与制动器制动力(车轮滚动时)及道路轮胎附着力(车轮抱死拖滑时)有关。驻坡制动效能是以汽车在良好路面上能可靠而无时间限制地停驻的最大坡度(%)来衡量，一般应大于25%。由于各种汽车的动力性不同，对制动效能也提出了不同要求：一般轿车、轻型货车行驶车速高，所以要求制动效能也高；重型货车行驶车速低，要求就稍微低一些。（2）制动效能的恒定性制动效能的恒定性包括热恒定性和水恒定性两方面。汽车的高速
30、制动、短时间内的频繁重复制动，尤其是下坡时的长时间连续制动，都会引起制动器的温升过快，导致有些摩擦片的摩擦因素会有很大降低而出现热衰退现象。另外，如果制动器结构不合理或使用不当时会引起制动液的温度急剧上升，从而引起制动液发生汽化现象，使制动完全失效；当汽车涉水时，水进入制动器，短时间内制动效能的降低称为水衰退。（3）制动的方向稳定性 制动过程中，制动车辆容易发生跑偏、侧滑以及失去转向能力，一般称汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力为制动时汽车的方向稳定性。3.2 制动时车轮受力3.2.1 制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩(Nm)所需的力，称为制动器制动力，用(N)表示，显
31、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。3.2.2 地面制动力图3.1 车轮在制动时的受力情况图3.1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。3.2.3 制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系图
32、3.2 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3.2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。3.3 汽车的制动效能及其恒定性3.3.1 制动过程分析及制动距离图3.3 一次制动过程图3.3表示出一次制动过程分成的几个阶段：（1）驾
33、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3.3a)。这段时间一般为0.31.0s。（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3.3a)。（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3.4b)。（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3.3b)。（5）持续制动时间。脚力假定是一常数，负加速度(0)也不变(图
34、3.3b)。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3.3c所示，这段时间内，车辆行驶的距离相对来说较长 (图3.3d)。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3.3c和d)。由图3.3d可见，制动距离由下列部分组成15：（1）时间内驶过的距离。 (式3.1)（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3.4中“1”点开始计)速度为 (式3.2)所以 (式3.3)（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3.3c)是这段时间始端速度，也就是前一段时间的末端速度，由式(3.2)得 (
35、式3.4)由公式(3.2)、(3.3)、(3.4)，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 (式3.5)3.3.2 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600700。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
36、以铸铁作制动鼓，石棉摩擦材料作摩擦片组成的。在制动鼓的合金成分、金相组织、硬度、工艺等要求合格的条件下，摩擦片对摩擦性能起决定作用。在一般情况下制动时，石棉摩擦片与制动鼓的摩擦系数约为0.30.4。此时摩擦系数是稳定的。在连续强 烈制动及高速制动的情况下，摩擦片温度过高，其内含的有机物发生分解，产生了一些气体和液体。它们在两接触面间形成有润滑作用的薄膜，使摩擦系数下降，而出现了热衰退现象。制动器的结构型式对抗热衰退的能力有较大的影响。常用制动器效能因数与摩擦系数的关系曲线来说明各种制动器的效能及其稳定程度。制动器效能因数是单位制动泵推力所产生的制动器摩擦力，即。图3.4是具有典型尺寸的各种型式
37、制动器制动效能因数与摩擦系数的关系曲线。由图可知；双向自动增力蹄及双增力蹄式制动器，由于结构上的几何力学关系产生增力作用，具有较大的制动效能因数。摩擦系数变大时，制动效能按非线性关系迅速增加。故摩擦系数的微小变化，能引起制动效能的大幅度改变，即制动器工作的稳定性差。双减力蹄式制动器因为有减力作用，制动效能因数低，但制动效能因数随摩擦系数变化而改变的量很小，即稳定性较好。增减力蹄式介于两者之间。这里特别要指出的是盘式制动器。盘式制动器的制动效能没有鼓式的大，但其稳定性最好。高强度制动时摩擦系数虽因热衰退而有所下降，但对制动效能的影响却不大。1双向自动增力蹄制动器 2双增力蹄制动器3增、减力蹄制动
38、器 4双减力蹄制动器 5盘式制动器图3.4 制动效能因数曲线汽车涉水后，由于制动器被水浸湿，制动效能也会降低，这种现象称为制动效能的水衰退现象。为缓解这种现象，汽车涉水后，应踩几脚制动踏板，使制动蹄与制动鼓间因摩擦而产生的热量，使制动器迅速干燥，使制动效能恢复正常。3.4 制动时汽车的方向稳定性制动过程中有时会出现制动跑偏、侧滑，使汽车失去控制而离开规定行驶方向。汽车在制动过程中维持直线行驶能力，或按预定弯道行驶的能力，称为制动时汽车的方向稳定性。3.4.1 制动跑偏制动时原期望汽车按直线方向减速停车，但有时汽车却自动向左或向右偏驶，这种现象称为“制动跑偏”。跑偏现象多数是由于技术状况不正常造
39、成的，经过维修调整是可以消除的。产生制动跑偏的主要原因是在制动过程中，左、右轮地面制动力增大的快慢不一致，左、右轮地面制动力不等。特别是前轴左、右轮制动力不等，是产生制动跑偏的主要原因。3.4.2 制动侧滑侧滑是指汽车制动时，某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况是在高速制动时，后轴发生侧滑，这时汽车常发生不规则的急剧回转运动，使之部分地或完全失去操纵。侧滑产生的原因，是在制动过程中，地面制动力达到附着极限后，继续增加制动力，车轮将处于抱死拖滑状态，此时，侧向附着系数为零，即该轮抵抗侧向干扰的能力为零，这时，即使车轮受到任何一点侧向力，都会引起沿侧向力方向的滑动。紧急制动过程
40、中，常出现一根轴的侧滑。实践证明，后轴侧滑具有很大的危险性，可以使汽车掉头；前轴侧滑对汽车行驶方向改变不大，但是已不能用转向盘来控制汽车的行驶方向。3.4.3 转向能力的丧失转向能力的丧失是指弯道制动时，汽车不再按原来的弯道行驶而是沿弯道切线方向驶出，以及直线行驶时转动方向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。转向能力的丧失和后轴侧滑也是有联系的，一般汽车后轴不会侧滑，前轮就可能丧失转向能力；后轴侧滑，前轮常仍保持转向能力。只有前轮报死和前轮先报死时，因侧向力系数为零，不能产生任何地面侧向反作用力，汽车才丧失转向能力。因此，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报死或后轴车轮比前轴车
41、轮先报死的情况，以防止危险的后轴侧滑。其次，尽量少出现只有前轴车轮报死或前、后车轮都报死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是防止任何车轮报死，前、后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。如何更有效地利用汽车前后轴制动器制动力，即提高汽车制动系的制动效率，以及如何保证汽车制动时有较好的方向稳定性，这是涉及到总制动器制动力在前后轴间的分配的一个问题。3.5 制动力分配一般汽车根据前后制动器制动力分配的比例、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动器制动力足够时，制动过程中可能出现以下三种情况：（1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。（2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑
42、。（3）前、后轮同时抱死拖滑。由上节分析可知，第一种情况是稳定工况，但在弯道上行驶时，汽车失去转向能力；第二种情况是不稳定工况，使后轴产生侧滑；第三种情况可以避免后轴侧滑，同时前转向轮只有在最大制动强度下，才使汽车丧失转向能力。 所以，前、后制动器制动力分配的比例，将影响到汽车制动时的方向稳定性。3.5.1 制动时，前、后轮的地面法向反作用力图3.5 制动时汽车受力图图3.5是汽车在水平路面制动时的受力情况分析。图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力，以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。对图3.5中后轮接地点取力矩，得式中 Fz1地面对前轮的法向反作用力； L汽车轴距； G汽车总重； b汽车重
43、心至后轴线的距离； 汽车的惯性力； hg汽车重心高度。而 且 故 （式3.6） 同理 （式3.7） 式中 地面总制动力； 前轮地面制动力； 后轮地面制动力； a重心至前轴线的距离； 地面对后轮的法向反作用力。因为 且 代入式（3.6）、式（3.7），得 （式3.8）若在不同附着系数路面上制动，前、后轮同时抱死拖滑，此时，或。前、后轮的地面法向反作用力为 （式3.9）从式（3.8）和式（3.9）可见，当制动强度或附着系数改变时，前、后车轮的法向反作用力变化是很大的。3.5.2 理想的前、后轮制动器制动力分配曲线所谓理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，是指前、后车轮同时抱死拖滑时，前、后制动器制动
44、力和的关系曲线。在任意附着系数值的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后车轮制动器制动力之和等于附着力，并且前、后车轮制动器制动力分别等于各自的附着力。即或 将式（3.9）代入上式，得 （式3.10）由式（3.10）中消去参变量，即得 （式3.11）将式（3.11）画成的曲线，即为前、后车轮同时抱死时，前、后制动器制动力的关系曲线理想的前、后制动器制动力分配曲线，简称I曲线。I曲线可采用做图法直接获得。方法如下：图3.6 理想的前、后制动器制动力分配曲线（1）在已建立如图4.10所示的坐标系上，将式（3.10）中式取不同值（=0.1，0.2，0.3，1.0）作图，得到一组与坐标轴成45的平行线。每根直线上任意一点的纵坐标与横坐标读数之和总制动力为一常数，因此总制动力产生的减速度也是常数。故此线组称为“等制动力线组”或“等减速度线