车辆动力学基础

• 车辆的制动装置通过以下几种方式制动： • 1）惯性制动： • 阻止下坡行驶时产生不希望的加速。 • 2）减速制动： • 降低车速，必要时直到停车。 • 3）驻车制动防止静止车辆发生不希望有的
移动。
制动性的评价指标
思考
根据对汽车制动性的定义，如何确定制动性的评价指标？
制动性的评价指标包括： ➢制动效能—制动距离与制动减速度； ➢制动效能恒定性； ➢制动时的方向稳定性。
制动器
目前车辆使用的制动器一般有两种形式——鼓式 制动器和盘式制动器，如图所示。
制动原理
• 汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能 转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。
制动原理
车辆的制动问题与车辆的加速驱动同属车辆的纵向动力 学问题，前面的表达式和方程式继续有效，通常只需加一负 号即可，制动力矩是负的驱动力矩，减速度是负的加速度， 下坡就是负的坡度。
l 0.1，即地面能产生的侧向力FY很小。
➢如果汽车直线行驶，在侧向外力作用下，容易发生侧滑； ➢如果汽车转向行驶，地面提供的侧向力不能满足转向的需 要，将会失去转向能力。
思考
什么情况下汽车会受到侧向外力的作用？
车身受到侧向风作用 路面侧倾
汽车转向行驶
➢为什么弯道要有一定的侧倾角？ ➢向内倾还是向外倾？ ➢倾角的大小依什么而定？
➢子午线轮胎接地面积大、单位压力小、滑移小、胎面 不易损耗，制动力系数较高。
➢轿车普遍采用宽断面、低气压、子午线轮胎。
（4）胎面花纹
滑水现象
FhAua2
Fh —动水压力的升力；ρ—水密度；A—轮胎接地面积。
uh 6.34 pi uh—滑水车速； pi—轮胎气压。
➢滑水车速与路面结构、水层厚度、水液粘度和密度、 轮胎充气压力、垂直载荷、花纹形式及轮胎磨损程度有关。
峰值附着系数 滑动附着系数
沥青或混凝土路面
0.8～0.9
0.75
沥青（湿）
0.5～0.7
0.45～0.6
混凝土（湿）
0.7
0.7
砾石
0.6
0.55
土路（干）
0.68
0.65
土路（湿）
0.55
0.4～0.5
雪（压紧）
0.2
0.15
冰
0.1
0.07
4.影响制动力系数的因素 （1）路面
（2）车速
（3）轮胎结构
汽车的制动效能及其恒定性
➢本节主要介绍汽车制动距离的计算方法，分析 影响制动效能及其恒定性的因素。
一、制动距离及制动减速度
➢本章假设FW=0、Ff=0，即不计空气阻力和滚动阻 力对汽车制动减速的作用。
制动时总的地 dt
汽车能达到的制动减速度
abmax b g
abmax g ?
hg
制动中的车辆
一、地面制动力FXb
FXb
Tμ r
由制动力矩所引起的、地
面作用在车轮上的切向力。
ua
W
Tp
制动力矩Tµ
Tμ
r
FXb
FXb
地面附着力
FXb F
FZ
二、制动器制动力Fμ
与附着力无关
Fμ
Tμ r
在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的切向力。
Fµ取决于制动器的类型、结构尺寸、制动器摩擦
副的摩擦因数及车轮半径，并与踏板力成正比。
FY
FY
➢平地转向时，离心力Fl由地面侧向力FY平衡。
当汽车在倾斜弯道转向时，离心力Fl可由重力的分力平衡。
➢弯道内倾，可以减小所需的地面侧向力；倾角依道路 转弯半径和设计车速而定。
环形跑道（视频）
（注意观察弯道的倾斜情况）
4.影响制动力系数的因素
（1）路面
表4-2 各种路面的平均附着系数
路面
当前、后轮同时抱死时
abmax s g
当汽车装有ABS时
abmax p g
当汽车没有装ABS， 又不允许车轮抱死时
abmax ?
中国行业标准采用平均减速度的概念
a
1
t2
at dt
t2 t1 t1
t1—制动压力达到75%最大压力 pa max 的时刻；
t2—到停车时总时间的2/3的时刻。
滑动率s的计算
uw rw
rr0w uδ
uδ u w rr0w
s uδ 100%
uw
r
uw rr0w 100%
uw
w
uw
uδ
rr0
O（速度瞬心）
滑动率s的计算
uw rw
rr0w uδ
uδ u w rr0w
s uδ 100% uw
纯滚动时 uδ= 0，s = 0； 纯滑动时 ωw=0，
三、 FXb、Fμ与 F的关系
F
FXbmax F
pa
四、硬路面上的附着系数
车轮接近纯滚动
uw rr0w
车轮边滚边滑
uw rr0w
车轮抱死拖滑
uw rr0w w 0
1.滑动率
➢从制动过程的三个阶段看，随着制动强度的增加，车 轮几何中心的运动速度因滚动而产生的部分越来越少，因 滑动而产生的部分越来越多。 滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的 比值。 ➢滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。
➢研究的重点是：如何使汽车在保证方向稳定性的前 提下，获得最好的制动效能。
制动时车轮的受力
➢本节主要介绍地面制动力、制动器制动力及其与附 着力的关系；介绍滑动率的概念；分析制动力系数、侧 向力系数与滑动率的关系。
制动中的车辆
FZ1L
Gb
m
du dt
hg
FZ1
L
Gb
m
du dt
hg
FZ
2
L
Ga
m
du dt
1.制动效能
制动效能即制动距离和制动减速度。
思考
制动距离主要与哪些因素有关？
制动距离
路面条件 载荷条件 制动初速度
第一节 制动性的评价指标
2.制动效能的恒定性
制动效能的恒定性即抗热衰退性能。
3.制动时汽车的方向稳定性
制动时汽车按给定路径行驶的能力。 即在制动中不发生跑偏、侧滑或失去转向能力的性能。
l
FY FZ
侧向力系数也 随滑动率而变化
➢ABS（防抱死制动系统）将制动时的滑动率控制 在15%～20%之间，有如下优点：
1）制动力系数大，地面制动力大，制动距离短； 2）侧向力系数大，地面可作用于车轮的侧向力大， 方向稳定性好； 3）减轻轮胎磨损。
➢由 b 、l 与 s 之间的关系可知，当滑动率 s=100% 时，
uw =uδ，s =100%；
边滚边滑时 0 < s <100%。
uw rr0w 100%
uw
2.制动力系数 b与滑动率s
制动力系数：地 面制动力与作用在 车轮上的垂直载荷 的比值。
b
FX b FZ
峰值附着系数
滑动附着系数 s =15%～20%
制动力系数随 滑动率而变化
3.侧向力系数 l
侧向力系数：地面 作用于车轮的侧向力 与车轮垂直载荷之比。