汽车制动器的设计(4)

第 3 章     制动系的主要参数及其选择

 

3.1    制动力与制动力分配

    前、后制动器制动力分配关系将影响汽车的制动方向稳定性和附着条件的利用，是汽车制动系设计时必须考虑的问题。一般根据前、后轴制动器制动力的分配、装载情况、道路附着条件和坡度等因素，当制动器制动力足够时，汽车制动纬炭赡艹鱿秩种情况：前后轮同时抱死拖滑；前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。

如前所述，前后轮同时抱死工况可避免后轴侧滑，并保证前轮只有在最大制动强度下，才使汽车失去转向能力，这种工况道路附着条件利用较好。前轮较后轮先抱死，虽然不会发生侧滑，但是汽车丧失转向能力。在一定速度下，后轮较前轮先抱死一定时间，会造成汽车后轴侧滑。

 

3.1.1   制动时前、后轮的地面法向反作用力

 

           图3-1制动时汽车受力情况

图3-1所示为，忽略汽车的滚动阻力偶和旋转质量减速时的惯性阻力偶矩，汽车在水平路面上制动时的受力情况。因为制动时车速较低，空气阻力可忽略不计，则分别对汽车前后轮接地点取矩，整理得前、后轮的地面法向反作用力为

                          （3-1） 

  

                        （3-2）

 

式中：和分别为前后轮因制动形成的动载荷。如果假设汽车前后轮同时抱死，则汽车制动减速度为

或                          （3-3）

式中：为附着系数。

    将式（3-3）代入式（3-1），有

                           （3-4）

 

由式（3-4）可知，制动时汽车前轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而增大；后轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而减小1随大轴距汽车前后轴的载荷变化量小于短轴距汽车载荷变化量。例如，某载货汽车满载在干燥混凝土水平路面上以规定踏板力实施制动时，为静载荷的90％，为静载荷的38％，即前轴载荷增加90％，后轴载荷降低38％。

 

3.1.2   前、后制动器制动力的理想分配曲线

在汽车制动系设计时，如果在不同道路附着条件下制动均能保证前、后制动器同时抱死，则此时的前、后制动器制动力和的关系曲线，被称为前、后制动器制动力的理想分配曲线，通=简称为I曲线。

在任何附着吸尘的路面上前、后轮制=器同时抱死，则前、后制动器制动力必定等于各自的附着力，且前、后制动器制动力（或地面制动力）之和等于附着力，即

                             （3-5）

将式（3-5）中的第二公式除以第三个公式，并将式（3-4）代入，有

                         （3-6）

联立方程组（3-6），并消除变量后，将方程表示的形式，即得到前后制动器制动力的理想分配关系式为

                   （3-7）

 

           图3-2  I曲线示意图

 

       图3-3  I曲线的一种制作方法

如已知汽车轴距、质心高度、总质量、质心的位置(质心至后轴的距离)，就可用式（3-7）绘制前、后制动器制动力的理想分配关系曲线，简称I曲线。图3-2就是根据式（3-7）绘制的汽车在空载和满载两种工况的I曲线。

根据方程组（3-6）的两个方程也可直接绘制I曲线。假设一组值（＝0.1,0.2,0.3,……,1.0）,每个值代入方程组（3-6），就具有一个交点的两条直线，变化值，取得一组交点，连接这些交点就制成I曲线，见图3-3。

I曲线时踏板力增长到使前、后车轮制动器同时抱死时前、后制动器制动力的理想分配曲线。前、后车轮同时抱死时，，，所以I曲线也是前、后车轮同时抱死时，和的关系曲线。

 

3.2    具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系n

两轴汽车的前、后制动器制动力的比值一般为固定n常数。通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数，它可表示为

                              （3-8）

因为，所以

                         （3-9）

整理式（3-9）得

                            （3-10）

或表示为，即

                         （3-11）

式（3-10）为一线性方程。它是实际前、后制动器制动力实际分配线，简称为线。线通过坐标原点，其斜率为

 

具有固定的线与I线的交点处的附着系数,被称为同步附着系数。它表示具有固定线的汽车只能在一种路面上实现前、后轮同时抱死。同步附着系数时由汽车结构参数决定的，它是反应汽车制动性能的一个参数。

同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只能在一种路面上，即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。

同步附着系数也可用解析方法求出。设汽车在同步附着系数的路面上制动，此时汽车前、后轮同时抱死，将式（3-6）代入式（3-10），得

                           （3-12）

整理后，得出

                               （3-13）

3.3    制动器的制动力矩

假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为

                   Mµ=2f／FoR

式中，f为摩擦因数；Fo为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。

   对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽l不很大，取R等于平均半径Rm，或有效半径Re，在实际上已经足够精确。

图3-4 钳盘式制动器的作用半径计算参考图

   如图3-4，平均半径为

                  Rm=(R₁+R₂)/2

式中，R₁和R₂为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径s

故有效半径为

          Re=Mμ/2fFo=2(R₂³-R₁³)/3(R₂²-R₁²)

可见，有效半径Re即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。上式也可写成

Re=4/3[1-R₁R₂/(R₁+R₂)²](R₁+R₂)/2=4/3[1-m/(1+m)²]Rm

式中，m= R₁/R₂

因为m<1，m/(1+m)²<1/4，故Re>Rm，且m越小则两者差值越大。

应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，磨损将不均匀，因而单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。m值一般不应小于0．65。

制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为0．012mm，表面粗糙度为Ra0.7—1.3μm，两摩擦表面的平行度不应大于0．05mm，制动盘的端面圆跳动不应大于0．03mm。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造。为保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不应低于HT250。

 

3.4    利用附着系数与制动效率

汽车制动减速度，其中被称为制动强度。由前述可知，若汽车在具有同步附着系数的路面上制动，汽车的前、后轮将同时达到抱死的工况，此时的制动强度。在其他路面上制动时，既不出现前轮抱死也不发生后轮抱死的制动强度必然小于地面附着系数，即。就是说，只有在的路面上，地面的附着条件才能被充分地利用。而在的路面上，因出现前轮或后轮先抱死的现象，地面附着条件未被很好地被利用。为了定量说明地面附着条件的利用程度，定义利用附着系数为

                              ,  

设汽车前轮刚要抱死或前、后轮同时刚要抱死时，汽车产生的减速度（或表示为），则由式（3-1）得前轮地面法向反作用力为

                            （3-14）

前轮制动器制动力和地面制动力为

                           （3-15）

将式（3-14）和式(3-15)代入式（3-13），则

                 （3-16）

同理可推导出后轮利用附着系数。

后轮刚要抱死时，后轮地面制动力和地面法向反作用力

                 （3-17）

                            （3-18）

将式（3-17）和式(3-18)代入式（3-13），则

                          （3-19）

对于已知汽车总质量、轴距、质心位置、、等结构参数，则可绘制出利用附着系数与制动强度的关系曲线图。

   附着效率是制动强度和利用附着系数之比。

它是也用于描述地面附着条件的利用程度，并说明实际制动力分配的合理性。根据附着效率的定义，有

                            （3-20）

                         （3-21）

式中；和分别时前轴和后轴的附着效率。