汽车制动性能检测与数据分析.docx

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汽车制动性能检测与数据分析

汽车制动性能检测与数据分析

1.汽车的制动系统

1.1制动系的功用

汽车作为交通运输工具，应在保证安全行驶的前提下，提高平均行驶车速，以提高运输生产率。

同时在需要时，应能实现车辆的减速或停车，以及能够使停驶的车辆可靠地停住在原地不动。

因此，制动系的功用是根据需要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。

1.2制动系的组成及类型

一般汽车应包括两套独立的制动系：

行车制动系和驻车制动系。

行车制动系是由驾驶员用脚来操控的，故又称脚制动系。

它的功用是使正在形式中的汽车减速或在最短的距离内停车。

驻车制动系是由驾驶员用手来操纵的，故又称手制动系。

它的功用是使已经停在各种路面上的汽车驻留原地不动。

但是，在紧急情况下，两套制动系统可通过使用，以增加汽车的制动效果。

汽车制动系主要由以下四部分组成。

见图1。

1制动器：

产生制动力矩，阻止车轮转动的装置。

2制动操纵机构：

控制制动器工作的机构，制动踏板、真空助力器等。

3制动传动机构：

将操纵力传到制动器。

4制动力的调节机构：

用来调节前后车轮制动力的分配。

图1制动系组成示意图

此外，经常在山区行驶的汽车以及某些特殊用途的汽车，为了提高行车的安全性和减轻行车制动性能的衰退及制动器的磨损，还应装配辅助制动系，用以在下坡时稳定车速。

按照制动能源不同，制动系还可分为人力制动系，动力制动系和伺服制动系三种。

以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的称为人力制动系。

完全靠以发动机的动力转化而成的气压或液压作为制动能源的制动系则为动力制动系。

兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系称为伺服制动系。

按制动能量的传输方式不同，制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。

同时采用两种以上传能方式的制动系称为组合式制动系统。

1.3制动系的工作原理

制动系的工作原理是，利用车身或车架相连的非旋转元件和和车轮或传动轴相连的旋转元件之间的相互摩擦，来阻止车轮的转动或转动趋势，并将运动着的轿车的动能转化为摩擦副的热能耗散到大气中。

摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。

鼓式制动原理是：

旋转元件是制动鼓，其工作表面是圆柱面，制动蹄摩擦片与制动鼓发生摩擦，将机械能转化为热能。

盘式制动原理是：

旋转元件为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面，与片状制动摩擦片发生摩擦，将机械能变为热能散发到大气中。

图2所示为一种简单的液压制动系的功过原理示意图，它由制动器、操纵机构和液压传动机构组成。

车轮制动器主要由旋转部分、固定部分和张开机构组成。

旋转部分是制动鼓8，它固定在车轮轮毂上，随车轮一起旋转，它的工作面是内圆柱面。

固定部分包括制动蹄10和制动底板11等。

制动底板用螺栓与转向节凸缘（前轮）或桥壳凸缘（后轮）固定在一起。

在固定不动得制动底板上，有两个支撑销12，支撑着两个弧形制动蹄10的下端。

制动蹄的外圆面上装有摩擦片9，上端用制动蹄回位弹簧13拉紧压靠在轮缸活塞7上。

制动蹄可用液压轮缸（凸轮）等张开机构使其张开。

液压轮缸也装在制动底板上。

操纵机构主要是制动踏板1.

传动机构主要由推杆2、制动主缸4、制动轮缸6和油管5等组成。

装在车架上的制动主缸4用油管5与制动轮缸6相连通。

主缸活塞3可由驾驶员通过制动踏板1来操纵。

图2制动系的工作原理示意图

1—制动踏板2—推杆3—主缸活塞4—制动主缸5—油管6—制动轮缸

7—轮缸活塞8—制动鼓9—摩擦片10—制动蹄11—制动底板12—支撑销

13—制动蹄回位弹簧

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留有一定的间隙，是制动鼓可以随车轮自由旋转。

制动时，踩下制动踏板1，推杆2便推动主缸活塞3，使主缸中的油液以一定压力流入制动轮缸6，通过轮缸活塞7,是两制动蹄10的上端向外张开，从而使摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上，这样，不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓产生一个摩擦力矩Mμ，其作用方向与车轮旋转方向相反，摩擦力矩大小取决与轮缸的张力、摩擦因数和制动鼓及制动蹄的尺寸等。

制动鼓将该力矩Mμ传到车轮后，由于车轮与路面间饿附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力Fμ，与此同时路面给车轮作用一个向后的反作用力FB，即制动力。

制动力FB由车轮经车桥和悬架传递给车架和车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。

制动力越大，减速度也越大。

当松开制动踏板时，制动蹄回位弹簧13即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩Mμ和制动力FB消失，制动作用即行解除。

制动时车轮上的制动力FB不仅取决于制动力矩Mμ还取决于轮胎与路面间的附着条件。

如果完全丧失附着，就不会产生制动效果，即车轮停止转动而被抱死，汽车仍然向前滑移。

2.汽车的制动性能

2.1汽车制动性评价指标

汽车的制动性主要由以下三方面来评价：

①制动效能，即制动距离与制动减速度。

制动效能是指在良好的路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。

它是制动性能最基本的评价指标。

②制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。

它是指汽车高速制动，短时间内重复制动或下长坡连续制动时制动效能的热稳定性。

因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动器吸收转化为热能。

制动过程中制动器温度不断升高，制动器摩擦系数下降制动器摩擦阻力矩减小，从而使制动能力降低，这种现象称热衰退现象。

因此，可以用制动器处于热状态时能否保持有冷状态时的制动效能来评价汽车制动抗热衰退性能。

此外，涉水行驶后，制动器还存在水衰退问题。

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。

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。

若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。

2.1.1汽车的制动效能及其恒定性

汽车的制动效能时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时制动距离s和制动减速度ab。

（1）制动距离的分析

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v0时，从驾驶员开始操控制动控制装置（制动踏板）到汽车完全停住为止所驶过的距离。

制动距离与制动踏板力、路面附着条件、车辆载荷、发动机是否结合等许多因素有关。

为了分析制动距离，需要对制动过程有一个全面了解。

图3所示为驾驶员在接受了紧急制动信号后，制动踏板力、汽车制动减速度与制动时间的关系曲线。

图3（a）所示为实际测得的曲线，图3（b）所示为经过简化后的曲线。

（a）

（b）

图3汽车的制动过程

驾驶员接到紧急停车信号时，并没有立即行动，如图3（b）所示的a点，而要经过t1’后才能意识到应进行紧急制动，并移动右脚；再经过t2”后才踩着制动踏板。

从a点到b点所经过的时间（t1=t1’+t1”）称为驾驶员的反应时间。

这段时间一般为0.3s—1.0s；在b点以后，随着驾驶员踩踏板的动作，踏板力迅速增大，至d点时达到最大值。

不过由于制动蹄是由回位弹簧拉着的，蹄片与制动鼓间存在间隙，所以要经过t2’,即至c点，地面制动力才起作用，使汽车开始产生减速度。

由c点到e点是制动器制动力增长过程所需要的时间t2”。

t2=（t2’+t2”）称为制动器的作用时间。

t2一般在0.2—0.9s之间。

由e点到f点为持续制动时间（t3），其减速度基本不变。

到f点时驾驶员松开踏板，单制动力的消除还需要一段时间（t4），t4一般在0.2—1.0s之间。

这段时间过长会耽误随后起步行驶的时间。

另外，若因车轮抱死而使汽车失去控制，驾驶员采取措施放松制动踏板时，又会使制动力不能立即释放。

从制动的全过程来看，总共包括驾驶员见到信号后作出行动反应、制动器起作用、持续制动和放松制动器四个阶段。

一般所指制动距离是开始踩着制动踏板到完全停车的距离。

它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离s2和s3。

在制动器起作用阶段，汽车驶过的距离s2估算如下：

从式子可以看出，决定汽车制动距离的主要因素是：

制动器起作用是时间、最大制动减速度即附着力（或最大制动器制动力）以及起始制动车速。

附着力（或制动器制动力）越大、起始制动速度越低，制动距离越短，这是显而易见的。

图4是根据《Autocar》1933—1988年对48辆装有真空助力器的各种轿车在干燥、良好的路面上进行制动试验的结果，并按最小二乘法原理拟合得到的制动距离曲线。

它代表了20世纪90年代轿车制动效能的水平。

图4轿车的制动距离曲线

（2）制动减速度的分析

制动减速度是制动时车速对时间的导数，即du/dt。

它反映了地面制动力的大小，因此与制动器制动力（车轮滚动时）即附着力（车轮抱死拖滑时）有关。

对某一具体车辆而言，制动减速度与地面制动力是等效的。

制动减速度j与地面制动力

及车辆总质量G有关。

制动减速度在制动过程中是变化的。

图5制动过程制动减速度的变化

a．车轮滚动时

式中G――汽车总重力；

g――重力加速度；

——汽车旋转质量换算系数。

b．当车辆制动到全部车轮抱死滑移时，回转质量换算系数

等于1，而此时地面制动力

，由此可得最大减速度：

c．车辆检测时用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，在我国的安全法中则采取充分发出的平均减速度MFDD（MeanFullyDevelopmentDeceleration）。

式中：

――

，车辆速度，km/h；

――

，车辆速度，km/h；

－－制动初速度；km/h

――在速度

和

之间车辆驶过的距离（m）；

――在速度

和

之间车辆事故的距离（m）。

（3）制动效能的恒定性

制动效能的恒定性就是指抗制动效能下降的能力，只要通过制动系统的抗热衰退性和水衰退性来评价。

a．热衰退

汽车在高速下或短时间内连续制动，尤其是下长坡连续制动时，都可能由于制动器内温度过高，摩擦系数下降，制动器摩擦阻力矩减小而导致制动效能降低，这种现象称为制动效能的热衰退性。

因此用制动器处于热状态时能否保持有冷状态时的制动效能来评价汽车制动抗热衰退性能。

制动抗热衰退性是衡量制动效能恒定性的一个指标。

但由于测试方法比较复杂，在一般汽车综合检测站难以实施。

对于汽车也检测制动抗热衰退性。

b．水衰退

制动器摩擦表面浸水后，将因水德润滑作用使摩擦系数下降，并使汽车制效能下降，这种现象称为制动效能的水衰退。

汽车制动时产生的热量可使摩擦片干燥，因而制动器浸水后，经过若干次（一般5—15次）制动后，制动器可逐渐恢复浸水前的性能。

2.1.2制动时汽车的方向稳定性

制动过程中，又是会出现制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力，而使汽车失去控制，离开原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶轨道、下沟、滑下山坡的危险情况。

一般称汽车在制动过程中维持直线行驶或按定弯道行驶的能力为制动时汽车的方向稳定性。

制动时汽车自动向左或向右偏驶称为“制动跑偏”。

侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移动。

最危险的情况是在高速制动时发生后轴侧滑，此时汽车常发生不规则的急剧回转运动而失去控制。

跑偏与侧滑是有联系的，严重的跑偏有时会引起后轴侧滑，易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的趋势。

图6所示为单纯的制动跑偏和由跑偏引起后轴侧滑死轮胎留在地面上的印迹的示意图。

自动

向左

或右

偏驶

制动跑偏时轮胎在地面上留下的印迹

某一

轴或

两轴

发生

横向

滑移

制动跑偏引起后轴轻微侧滑时

轮胎留在地面上的痕迹

图6制动时汽车跑偏的情形

前轮失去转向能力是指弯道制动时汽车不再按原来的弯道行驶而沿弯道切线方向驶出或直线行驶制动时，虽然转动转向盘但汽车仍按直线方向行驶的迹象。

失去转向能力和后轴侧滑也是有联系的，一般地讲，如果汽车后轴不侧滑，前轮就可能失去转向能力；后轴侧滑，前轮仍有转向能力。

制动跑偏、侧滑与前轮失去转向能力是造成交通事故的重要原因。

例如，我国某市市郊一山区公路，根据两周（雨季）发生的七起交通事故分析，发现其中6起是由于制动时后轴发生侧滑或前轮失去转向能力造成的。

西方一些国家的统计表明，发生人身伤亡的交通事故中，在潮湿路面上约有1/3与侧滑有关；在冰雪路面上有70%—80%与侧滑有关。

根据对侧滑事故的分析，发现有50%是由制动引起的。

（1）汽车的制动跑偏

制动时汽车跑偏的原因有如下两个

●汽车的左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）调节器制动力不相等或制动时制动力增长快慢不一致。

●制动时悬架导向杆系统与转向系统拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）

其中，第一个原因是制造、调整误差造成的汽车究竟向左或向右跑偏，要根据具体情况而定；而第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左（或向右）一个方向跑偏。

图7给出了由于转向轴总左、右车轮制动力不相等而引起跑偏的受力分析。

为了简化，假定车速较低，跑偏不严重，且跑偏过程中转向盘是不动的，在制动过程中也没有发生侧滑，并忽略汽车左圆周运动死产生的离心力以及车身绕质心的惯性力偶矩。

图7制动跑偏时的受力分析

设前左轮的制动器制动力与前右轮不相等。

或

式中，为大的制动器制动力，为小的制动器制动力。