【文章內(nèi)容簡介】 速度制動到較小的車速或直至停車。這個外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實際外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動力。地面制動力越大，制動距離也越短，所以地面制動力對汽車制動性具有決定性影響。
下面分析一個車輪在制動時的受力情況。
（1）地面制動力 假設(shè)滾動阻力偶矩、車輪慣性力和慣性力偶矩均可忽略圖，則車輪在平直良好路面上制動時的受力情況如圖41所示。
圖31 車輪制動時受力簡圖 FIG. 31 wheel braking force diagram 是車輪制動器中摩擦片與制動鼓或盤相對滑動時的摩擦力矩，單位為；是地面制動力，單位為N；為車輪垂直載荷、為車軸對車輪的推力、為地面對車輪的法向反作用力，它們的單位均為N。
顯然，從力矩平衡得到 （31） 式中，為車輪的有效半徑（m）。
地面制動力是使汽車制動而減速行駛的外力，但地面制動力取決于兩個摩擦副的摩擦力：一個是制動器內(nèi)制動摩擦片與制動鼓或制動盤間的摩擦力，一個是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。
（2）制動器制動力 在輪胎周緣為了克服制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力，以符號表示，顯然 （32） 式中：是車輪制動器摩擦副的摩擦力矩。制動器制動力是由制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動器的型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的而摩擦系數(shù)和車輪半徑以及踏板力有關(guān)。
圖32給出了地面制動力、車輪制動力及附著力三者之間的關(guān)系。當踩下制動踏板時，首先消除制動系間隙后，制動器制動力開始增加。開始時踏板力較小，制動器制動力也較小，地面制動力足以克服制動器制動力，而使得車輪滾動。此時，=，在此處鍵入公式。且隨踏板力增加成線性增加。
圖32 地面制動力、車輪制動力及附著力之間的關(guān)系 FIG. 32 ground braking force, wheels braking force and the relationship between the adhesion 但是地面制動力是地面摩擦阻力的約束反力，其值不能大于地面附著力或最大地面制動力，即: （33） （34） 當制動踏板力上升到一定值時，地面制動力達到最大地面制動力=,車輪開始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動踏板力以及制動管路壓力的繼續(xù)升高，制動器制動力繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動力不再增加。
上述分析表明，汽車地面制動力取決于制動器制動力，同時又受到地面附著力的閑置。只有當制動器制動力足夠大，而且地面又能夠提供足夠大的附著力，才能獲得足夠大的地面制動力。
（3）地面對前、后車輪的法向反作用力 圖33所示為，忽略汽車的滾動阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動時的受力情況。
圖 33 制動時的汽車受力圖 FIG. 33 braking by trying to the car 因為制動時車速較低，空氣阻力可忽略不計，則分別對汽車前后輪接地點取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力、為 （35） 式中：，為制動強度， —汽車所受重力； —汽車軸距； —汽車質(zhì)心離前軸距離； —汽車質(zhì)心離后軸距離； —為汽車質(zhì)心高度（滿載時=850mm）； —重力加速度； 若在附著系數(shù)為的路面上制動，前、后輪都抱死（無論是同時抱死或分別先后抱死），此時。地面作用于前、后輪的法向反作用力為 （37） 式（36）、（37）均為直線方程，由上式可見，當制動強度或附著系數(shù)改變時，前后軸車輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。
（4）理想的前、后制動器制動力分配曲線 汽車總的地面制動力為： (38) 式中：—制動強度； —前軸車輪的地面制動力； —后軸車輪的地面制動力。
由式（35）、式（36）求得前、后軸車輪附著力： （39） 前已指出，制動時前、后車輪同時抱死，對附著條件的利用，制動時汽車的方向穩(wěn)定性均較為有利。此時的前、后輪制動器制動力和的關(guān)系曲線，常稱為理想的前、后輪制動器制動力分配曲線。在任何附著系數(shù)的路面上，前、后輪制動器制動力分別等于各自的附著力，即： 將（37）式代入上式，得 （310） 式中：—前軸車輪的制動器制動力，； —后軸車輪的制動器制動力，； —前軸車輪的地面制動力； —后軸車輪的地面制動力； ，—地面對前、后軸車輪的法向反力； — 汽車的重力； ，—汽車質(zhì)心離前、后軸距離； — 汽車質(zhì)心高度。
消去變量，得 （311） 如已知汽車軸距、質(zhì)心高度、總質(zhì)量、質(zhì)心的位置 (質(zhì)心至后軸的距離)，就可用式（311）繪制前、后制動器制動力的理想分配關(guān)系曲線，簡稱I曲線。圖34就是根據(jù)式（311）繪制的汽車在空載和滿載兩種工況的I曲線。
圖34 I曲線示意圖 FIG. 34 I curve schemes 根據(jù)方程組（330）的兩個方程也可直接繪制I曲線。假設(shè)一組值（＝,……,）,每個值代入方程組（330），就具有一個交點的兩條直線，變化值，取得一組交點，連接這些交點就制成I曲線，見圖35。
圖35 理想的前、后制動器制動力分配曲線 FIG. 35 ideal before and after the frictional braking power distribution curve I曲線時踏板力增長到使前、后車輪制動器同時抱死時前、后制動器制動力的理想分配曲線。前、后車輪同時抱死時，，所以I曲線也是前、后車輪同時抱死時，和的關(guān)系曲線。
在本設(shè)計中，重型貨車在滿載時的基本數(shù)據(jù)如下： 汽車的重力G==5100mm，質(zhì)心距前軸a=3480mm,質(zhì)心距后軸b=。
將以上數(shù)據(jù)代入（37）（310），得 , =，=。
（5）具有固定比值的前、后制動器制動力 兩軸汽車的前、后制動器制動力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動器制動力對汽車總制動器制動力之比來表明分配比例，即制動器制動力分配系數(shù)，它可表示為 （312） 式中，為前制動器制動力；為汽車總制動器制動力，為后輪制動器制動力。故 ， 且 （313） 若用表示，則其為一條直線，此直線通過坐標原點，且其斜率為 它是實際前、后制動器制動力實際分配線，簡稱為線。如圖36所示。
圖36載貨汽車的I曲線和曲線 FIG. 36 manifest car I curve and curve （1）制動距離與制動減速度 制動距離與汽車的行駛安全有直接關(guān)系，它指的是汽車速度為時，從駕駛員開始操控制動控制裝置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)。由于各種汽車的動力性不同，對制動效能也提出了不同的要求：一般轎車、輕型貨車行駛車速高，所以要求制動效能也高；重型貨車行駛速度低，要求就稍微低一點。
制動減速度是制動時車速對時間的導數(shù)，即。它反映了地面制動力的大小，因此與制動器制動力及附著力有關(guān)。
在不同的路面上，由于地面制動力為 故汽車能達到的減速度（m/s）為 若允許汽車的前、后輪同時抱死，則 式中：—汽車所受重力，N； —滑動附著系數(shù)；（=） —重力加速度， m/s； —制動初速度，m/s； 代入數(shù)據(jù)得到 （2）制動距離的分析 （314） 式中：—制動機構(gòu)滯后時間，單位s；（～，） —制動器制動力增長過程所需的時間，單位s；（） —制動器的作用時間，～； —制動初速度，m/s；計算時總質(zhì)量10t以上的汽車取=65km/h=； 代入數(shù)據(jù)得： s 綜合國外有關(guān)標準和法規(guī)：進行制動效能試驗時的制動減速度，～ m/s；相應(yīng)的最大制動距離：貨車為，式中第一項為反應(yīng)距離；第二項為制動距離，單位為m；單位為m/s。
代入數(shù)據(jù)得： 顯然，故本設(shè)計符合要求。
由式(313)可表達為 (315) 上式在圖 33中是一條通過坐標原點且斜率為(1)/的直線，是汽車實際前、后制動器制動力分配線，簡稱線。圖46中線與I曲線交于B點， B點處的附著系數(shù)=,則稱為同步附著系數(shù)。
同步附著系數(shù)的計算公式是： （316） 對于前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上，前、后車輪制動器才會同時抱死。當汽車在不同值的路面上制動時，可能有以下情況： (1)當
(2)當，線位于I曲線上方，制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。
(3)當，制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。
將以下數(shù)據(jù) 汽車的重力G==5100mm，質(zhì)心距前軸a=3480mm,質(zhì)心距后軸b=。
代入式（316），得 把值代入式(415)得： tan==；=176。 為了防止汽車的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時的制動減速度，為該車可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時，其制動減速度為g，即=，為制動強度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動時，達到前輪或后輪即將抱死時的制動強度
附著條件的利用情況用附著系數(shù)利用率(附著力利用率)表示： (317) 式中：——汽車總的地面制動力； G——汽車所受重力； ——制動強度。
當=時，=，=1,利用率最高。取=1，則=== 在的范圍內(nèi)，+()。
本設(shè)計中， （滿足要求） 根據(jù)所定的同步附著系數(shù)，由式（310）及式（313）得 （318） （319） 進而求得 （320） （321） 當=時：，故，=；=1 當時：可能得到的最大總制動力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即。由式（36）、式（37）、式（313）和式（315）得 （325） （326） （327） 本設(shè)計中汽車的值恒定，其值小于可能遇到的最大附著系數(shù)，使其在常遇附著系數(shù)范圍內(nèi)不致過低。在的良好路面上緊急制動時，總是后輪先抱死。
為保證汽車有良好的制動效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前，后輪制動器的制動力矩。
最大制動力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時制動力與地面作用于車輪的法向力,成正比。由式(410)可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時被充分利用或前、后輪同時抱死時的制動力之比為 （328） 式中：,—汽車質(zhì)心離前、后軸距離； ——同步附著系數(shù)； ——汽車質(zhì)心高度。
制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，即 （329） 式中：—前軸制動器的制動力，； —后軸制動器的制動力，； —作用于前軸車輪上的地面法向反力； —作用于后軸車輪上的地面法向反力； —車輪有效半徑。
對于常遇的道路條件較差，車速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù)值的汽車，為了保證在的良好的路面上（例如=）能夠制動到后軸和前軸先后抱死滑移（此時制動強度），前、后軸的車輪制動器所能產(chǎn)生的最大制動力力矩為 （330） （331） 對于選取較大值的汽車，從保證汽車制動時的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動力矩。當時，相應(yīng)的極限制動強度，故所需的后軸和前軸的最大制動力矩為 （330） （331） 式中：—該車所能遇到的最大附著系數(shù)； —制動強度，由式確定； —車輪有效半徑。
本設(shè)計中，所以應(yīng)用式（324）、（325）進行計算。將以下數(shù)據(jù) 汽車的重力G==5100mm，質(zhì)心距前軸a=3480mm,質(zhì)心距后軸b=。汽車車輪的有效半徑 代入式（330）、（331）中，得 一個車輪制動器的最大制動力矩為上列計算結(jié)果的半值。
4 制動器的結(jié)構(gòu)及主要零部件設(shè)計 制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 制動鼓內(nèi)徑D