第五章 轮式机械的制动性

从这三段印痕变化情况可以看出，随着制动强度的增加， 车轮滚动成分越来越少，而滑动成分越来越多。
一般用滑动率S说明滑动成分的多少：
S Vw rr0 w Vw 100%
（ ）车轮纯滚动时：Vw rr0 w，滑动率S 0; 1 (2)车轮纯拖滑时： w 0，滑动率S 100%; （3）车轮边滚边滑时： S 100%。 0
第二段内，轮胎花纹的印痕可以辨别出来，但花纹逐渐模糊， 车轮不是单纯的滚动。胎面与地面发生一定程度的相对滑动，
即车轮处于边滚边滑的状态，此时车轮轮心的速度为：
Vw rr0 w 而且随着制动强度的增 加，滑动成分的比例越 大。
第三段形成一条粗黑的印痕，车轮被制动器抱住，在路面 上作完全的拖滑。此时ωw＝0。
（4）总制动距离为： S S S 2 S 3
jmax 2 2 2 值很小，可略去 项，并将车速的单位变换为km / h，则有： 24 V02 2 1 S ，km 2 V0 3.6 2 25.9 jmax
从上式可以看出，决定轮式机械制动距离的主要因素是： 制动器起作用时间、最大制动 制动时车轮受力分析
轮式机械受到与行驶方向相反的外力时，才能降低
车速或停车，这个外力是由地面和空气提供的，但 由于空气阻力较小，所以实际上外力是由地面提供 的，称之为地面制动力。地面制动力愈大，制动减 速度愈大，制动距离也愈短，所以地面制动力对轮 式机械制动性具有决定性的作用。
制动力系数的最大值称为峰值附着系数φp。φp一般出现在S ＝15％~20％。滑动率S＝100％的制动力系数称为滑动附着系 数φs。在干燥路面上φs与φp的差别较小，而在湿路面上差别较 大。
上图是在轮胎没有受到侧向力条件下测得的，而下图给
出了有侧向力作用而发生侧偏时的制动力系数、侧向力系数 与滑动率的关系曲线。侧向力系数为侧向力与垂直载荷之比， 也称为侧向附着系数。曲线表明，滑动率愈低，同一侧偏角 条件下的侧向力系数愈大，即轮胎保持转向、防止侧滑的能 力愈大。所以，制动时若能使滑动率保持在较低值，便可获 得较大的制动力系数与较高的侧向力系数，此时的制动性能 最好，侧向稳定性也很好。 一般制动系的轮式机械是无法做到这一点的。车轮自动
不能超过附着力。即：
Fxb W 或：Fxb max W
当制动器踏板力或制动系压力上升到某一值(上图中为制 动系液压力Pa)、地面制动力Fxb达到附着力时，车轮抱死不 转而出现拖滑现象。制动系液压力大于Pa时，制动器制动 力Fμ由于制动器摩擦力矩的增长而仍按直线关系继续上升。 但作用在车轮上的法向载荷为常数，地面制动力Fxb达到附
τ2″：制动力由零增加到稳定值，故制动减速度由零增至稳 定值所经历的时间 。 τ2称为制动系协调时间，其大小一方面取决于驾驶员踩踏板 的速度，另一方面受制动器结构形式的影响，τ2约0.2~0.9s。
（3）τ3：以稳定制动减速度制动的时间。 （4）τ4：从开始放松制动踏板的瞬时起，到制动力完全
消除，制动减速度为零所经历的时间，称为完全释放时间， 一般为0.2~1s。 从以上分析可知，制动过程分为（1）驾驶员见到信号后做出 的行动反应；（2）制动器起作用时间；（3）持续制动时间； （4）制动解除时间。 一般制动距离是指开始踩着踏板到完全停车的距离，它包括制
W为车轮垂直载荷，Fp是车桥对车轮的推力、Fz为地面对车 轮的法向反作用力，它们的单位均为N。
由力矩平衡得：
Fxb M
r 式中：r — 车轮半径。
N
地面制动力的大小取决于制动器内制动摩擦片与制动鼓或 制动盘间的摩擦力，以及轮胎与地面的摩擦力——附着力。
二、制动器制动力 定义：在轮胎周缘克服制动器摩擦力所需的力称为制动器制
而需要经过时间τ1′后才意识到应用紧急制动，并移动右脚，
再经过τ1″时间后才至制动踏板，这段时间称为驾驶员反应时
间，其长短约0.6~0.8s，这段时间内车辆以v0的初速度作等速 运动；
（2）τ2：b点后随着驾驶员踏下制动踏板，踏板力迅速增
大，到d点达到最大值，τ2又分为两部分： τ2′：制动系反应时间，用于克服制动系机械传动部分的间隙、 克服制动蹄与制动毂的间隙、克服制动蹄回位弹簧的弹力等， τ2′时间内车辆的减速度为0，仍作等速运动；
动器起作用时间和持续制动时间两个阶段。
２、公式推导
（ ）在 2时间内，S V0 2，V0为起始制动车速； 1 （2）在 2时间内，为变减速直线运动， 1 jmax 2 2 6 （３）在３ 时间内，为持续制动阶段，机械以jmax作匀减速运动，末速度为零。 S 2 V0 2 S 3 V02 V0 2 jmax 2 2 2 jmax 2 8 V02 jmax 2 2 2 V0 2 2 2 jmax 24
滑动率S的数值说明了车轮运动中滑动成分所占比例，滑 动率越大，滑动成分越多。
制动力系数φb：制动过程中，制动力与垂直载荷之比，即
制动过程中的附着系数。 制动过程中，在不同滑动率时制动力系数φb的数值也不同。 下图给出了试验所得的制动力系数曲线。 OA段近似于直线，φb随S的增加而迅速增大。过A点后φb上 升缓慢，至B点φb达到最大值。此后，滑动率再增加，制动力 系数有所下降，直至滑动率为100％。
第五章 轮式机械的制动性
轮式机械行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和下 坡时能维持一定车速的能力称为轮式机械的制动性。 轮式机械的制动性是轮式机械的重要性能之一。若机械具有良 好的动力性而缺乏可靠的制动性，则再优良的动力性也不能发 挥，而且制动性直接关系到行车安全和运输生产率，重大行车 事故约40%与制动距离长、制动时侧滑等情况有关，只有在轮 式机械具有良好的制动性能时，才能在保证安全的前提下提高 车速，充分发挥其动力性，获得较高的生产率。
制动力)、制动的起始车速等。附着力(或制动器制动力)愈
大，起始车速愈低，制动距离则愈短。其中的制动器起作 用时间对制动距离的影响较大，制动器的起作用时间与制
动系的结构型式有密切关系。当驾驶员急速踩下制动踏板
时，液压制动系的制动器起作用时间可短到0.1s；真空助 力制动系和气压制动系起作用时间0.3~0.9s。
防抱装置能满足这个要求，它可显著地改善轮式机械的制
动效能与方向稳定性。
第三节 轮式机械的制动效能
评定制动效能的指标是制动距离S和制动减
速度。 一、制动距离 1、定义:指轮式机械速度为v0时，从驾驶员
踩着制动踏板开始到轮式机械停住为止所驶
过的距离。
制动距离与制动踏板力以及路面附着条件有关，测试制动距 离时应对踏板力或制动系压力以及路面附着系数作出一定规定。 制动距离与制动器的状况也有密切的关系，若无特殊说明，一 般制动距离是在冷试验条件下测得的，开始制动时制动器的温
正比。
三、地面制动力、制动器制动力、附着力之间的关系
在制动时，车轮的运动有滚动与抱死拖滑两种情况，当制动 踏板力较小时，制动器摩擦力矩不大，地面与轮胎间的摩擦力即 地面制动力，足以克服制动器摩擦力。此时地面的制动力等于制 动器制动力，是随踏板力的增长成正比地增长(见下图)。
但地面制动力是滑动摩擦的约束反力，其数值
着力的值后就不再增加。
由此可见，轮式机械的地面制动力首先取决于制动器制 动力，同时又受地面附着条件限制。所以只有足够的制动 器制动力，同时地面又能提供大的附着力时才能获得足够 的地面制动力。
四、硬质路面上的附着系数： 1、制动过程分析：
上面分析制动力时，曾假设附着系数在制动过程中是常数， 但实际上附着系数与车轮的运动状况即其滑动程度有关。 仔细观察轮式机械制动过程，发现轮胎留在地面上的印痕从车
显然，地面制动力Fxb并不仅仅取决于制动力矩，还取决用
于轮胎与地面的附着条件，即：
Fxb W 式中： — 车轮与地面间的附着系 数； W — 车轮对地面的垂直载荷 。
下图表示了在良好路面上轮式机械制动时车轮的受力情况。
Mμ是车轮制动器产生的摩擦力矩(N· m)；Fxb是地面制动力(N)；
轮滚动到抱死拖滑是一个渐变的过程，如下图所示，在这个过程
中附着系数有很大变化。观察下图，印痕基本上可分三段：
第一段内，印痕的形状与轮胎胎面花纹基本上一致，车轮
接近于纯滚动：
Vw rr0 w
m 式中：Vw — 车轮中心的速度， / s ； m rr0 — 车轮的滚动半径， ；
w — 车轮的角速度。
二、制动减速度：
制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力(车 轮滚动时)及附着力(车轮抱死拖滑时)有关。一般认为，在 不同路面上制动时制动到车轮抱死状态时具有最大的地面 制动力，因而产生最大的制动减速度，这时车轮在路面上 拖滑，留下黑色的拖印。 在平直路面上，当所有车轮都抱死时，车辆的地面制动力为：
一、地面制动力
行驶中制动系对机械施加制动力，使其车速降低，直至停
车，制动系中重要的部分是制动器，绝大多数采用机械摩擦
式，可分为蹄式、盘式和带式三种，轮式机械多采用蹄式制 动器作为行车制动。
制动时踩下踏板1，活塞3在推杆2的作用下使制动总泵4
中产生高压油，经油管5推动分泵6中的两个活塞使制动蹄10 绕支承销12旋转而向外张开，将摩擦片9紧压在制动鼓13上 产生摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，试图“抱死” 车轮不让其旋转。由于车轮与地面间有附着作用，车轮对地 面产生一个向前的切向力，同时地面给车轮一个反作用力Fxb， 正是这个力阻止车轮向前运动，称其为地面制动力，地面制 动力Fxb越大则车的减速度也越大。当松开踏板1时，在复位 弹簧的作用下，使两制动蹄回位，摩擦力矩消失，地面制动 力Fxb也消失，制动解除。
度在100度以下。
由于各种机械的动力性不同，对制动效能的要求也不同：一 般轻型运输车行驶车速高，要求制动效能也高；重型运输车行 驶车速低，对制动效能的要求就低一点。如我国交通管理部门 规定：车速在30km/h时，轻型货车的制动距离为7m以下，中型 货车不大于8m，重型货车不大于12m，而轿车应在6m以下。