【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 汽車在行駛過程中駕駛員要經(jīng)常使用制動(dòng)器，為了減輕駕駛員的工作強(qiáng)度，目前汽車基本上都采用了伺服制動(dòng)系統(tǒng)或動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。載重汽車一般均采用動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中選用的是氣壓制動(dòng)系統(tǒng)。3 制動(dòng)過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動(dòng)到較小的車速或直至停車。這個(gè)外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對(duì)較小，所以實(shí)際外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力越大，制動(dòng)距離也越短，所以地面制動(dòng)力對(duì)汽車制動(dòng)性具有決定性影響。下面分析一個(gè)車輪在制動(dòng)時(shí)的受力情況。（1）地面制動(dòng)力假設(shè)滾動(dòng)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(dòng)時(shí)的受力情況如圖41所示。圖31 車輪制動(dòng)時(shí)受力簡(jiǎn)圖FIG. 31 wheel braking force diagram是車輪制動(dòng)器中摩擦片與制動(dòng)鼓或盤相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力矩，單位為；是地面制動(dòng)力，單位為N；為車輪垂直載荷、為車軸對(duì)車輪的推力、為地面對(duì)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(dòng)力是使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力，但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤間的摩擦力，一個(gè)是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。（2）制動(dòng)器制動(dòng)力在輪胎周緣為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱為制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)表示，顯然 （32）式中：是車輪制動(dòng)器摩擦副的摩擦力矩。制動(dòng)器制動(dòng)力是由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動(dòng)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(dòng)力、車輪制動(dòng)力及附著力三者之間的關(guān)系。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，首先消除制動(dòng)系間隙后，制動(dòng)器制動(dòng)力開始增加。開始時(shí)踏板力較小，制動(dòng)器制動(dòng)力也較小，地面制動(dòng)力足以克服制動(dòng)器制動(dòng)力，而使得車輪滾動(dòng)。此時(shí)，=，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(dòng)力、車輪制動(dòng)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(dòng)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(dòng)力，即: （33） （34）當(dāng)制動(dòng)踏板力上升到一定值時(shí)，地面制動(dòng)力達(dá)到最大地面制動(dòng)力=,車輪開始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動(dòng)踏板力以及制動(dòng)管路壓力的繼續(xù)升高，制動(dòng)器制動(dòng)力繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動(dòng)力不再增加。上述分析表明，汽車地面制動(dòng)力取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)又受到地面附著力的閑置。只有當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)力。（3）地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力圖33所示為，忽略汽車的滾動(dòng)阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。圖 33 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖FIG. 33 braking by trying to the car因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)車速較低，空氣阻力可忽略不計(jì)，則分別對(duì)汽車前后輪接地點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力、為 （35）式中：，為制動(dòng)強(qiáng)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(shí)=850mm）；—重力加速度；若在附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（無論是同時(shí)抱死或分別先后抱死），此時(shí)。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(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時(shí)，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(dòng)器制動(dòng)力分配曲線汽車總的地面制動(dòng)力為： (38)式中：—制動(dòng)強(qiáng)度；—前軸車輪的地面制動(dòng)力；—后軸車輪的地面制動(dòng)力。由式（35）、式（36）求得前、后軸車輪附著力： （39）前已指出，制動(dòng)時(shí)前、后車輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用，制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性均較為有利。此時(shí)的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力和的關(guān)系曲線，常稱為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線。在任何附著系數(shù)的路面上，前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)力，；—后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；—前軸車輪的地面制動(dòng)力；—后軸車輪的地面制動(dòng)力； ，—地面對(duì)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(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系曲線，簡(jiǎn)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(gè)方程也可直接繪制I曲線。假設(shè)一組值（＝,……,）,每個(gè)值代入方程組（330），就具有一個(gè)交點(diǎn)的兩條直線，變化值，取得一組交點(diǎn)，連接這些交點(diǎn)就制成I曲線，見圖35。圖35 理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線FIG. 35 ideal before and after the frictional braking power distribution curveI曲線時(shí)踏板力增長(zhǎng)到使前、后車輪制動(dòng)器同時(shí)抱死時(shí)前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線。前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，，所以I曲線也是前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，和的關(guān)系曲線。在本設(shè)計(jì)中，重型貨車在滿載時(shí)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(dòng)器制動(dòng)力兩軸汽車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動(dòng)器制動(dòng)力對(duì)汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來表明分配比例，即制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，它可表示為 （312）式中，為前制動(dòng)器制動(dòng)力；為汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力，為后輪制動(dòng)器制動(dòng)力。故，且 （313）若用表示，則其為一條直線，此直線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，且其斜率為它是實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力實(shí)際分配線，簡(jiǎn)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(dòng)距離與制動(dòng)減速度制動(dòng)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(shí)，從駕駛員開始操控制動(dòng)控制裝置到汽車完全停住為止所駛過的距離。制動(dòng)距離與制動(dòng)踏板力、路面附著條件、車輛載荷、發(fā)動(dòng)機(jī)是否結(jié)合等許多因素有關(guān)。由于各種汽車的動(dòng)力性不同，對(duì)制動(dòng)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(dòng)效能也高；重型貨車行駛速度低，要求就稍微低一點(diǎn)。制動(dòng)減速度是制動(dòng)時(shí)車速對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即。它反映了地面制動(dòng)力的大小，因此與制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力有關(guān)。在不同的路面上，由于地面制動(dòng)力為故汽車能達(dá)到的減速度（m/s）為若允許汽車的前、后輪同時(shí)抱死，則式中：—汽車所受重力，N；—滑動(dòng)附著系數(shù)；（=）—重力加速度， m/s；—制動(dòng)初速度，m/s；代入數(shù)據(jù)得到 （2）制動(dòng)距離的分析 （314）式中：—制動(dòng)機(jī)構(gòu)滯后時(shí)間，單位s；（～，）—制動(dòng)器制動(dòng)力增長(zhǎng)過程所需的時(shí)間，單位s；（）—制動(dòng)器的作用時(shí)間，～；—制動(dòng)初速度，m/s；計(jì)算時(shí)總質(zhì)量10t以上的汽車取=65km/h=；代入數(shù)據(jù)得： s綜合國(guó)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)：進(jìn)行制動(dòng)效能試驗(yàn)時(shí)的制動(dòng)減速度，～ m/s；相應(yīng)的最大制動(dòng)距離：貨車為，式中第一項(xiàng)為反應(yīng)距離；第二項(xiàng)為制動(dòng)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(jì)符合要求。由式(313)可表達(dá)為 (315)上式在圖 33中是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1)/的直線，是汽車實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)稱線。圖46中線與I曲線交于B點(diǎn)， B點(diǎn)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(jì)算公式是： （316）對(duì)于前、后制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死。當(dāng)汽車在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下情況： (1)當(dāng)，線位于I曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。(2)當(dāng)，線位于I曲線上方，制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。(3)當(dāng)，制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)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(dòng)過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時(shí)的制動(dòng)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(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為g，即=，為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度，這表明只有在=的路面上，地面的附著條件才得到充分利用。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(dòng)力；G——汽車所受重力；——制動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)=時(shí)，=，=1,利用率最高。取=1，則===在的范圍內(nèi)，+()。本設(shè)計(jì)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(jìn)而求得 （320） （321）當(dāng)=時(shí)：，故，=；=1當(dāng)時(shí)：可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛抱死的條件，即。由式和和式（39），（314）得 （322） （323） （324）當(dāng)時(shí)：可能得到的最大總制動(dòng)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(jì)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(dòng)時(shí)，總是后輪先抱死。為保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前，后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)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(shí)被充分利用或前、后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)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(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即 （329）式中：—前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；—后軸制動(dòng)器的制動(dòng)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(duì)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(dòng)