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高速列车车辆动力学性能分析与仿真

高速列车车辆动力学性能分析与仿真

高速列车车辆动力学性能分析与仿真高速列车是现代高铁交通系统中的重要组成部分,其快速、安全、高效的特点使其成为现代人们日常出行的首选方式。

而高速列车的动力学性能则直接影响着列车的运行速度、稳定性和舒适性。

因此,对高速列车的车辆动力学性能进行分析与仿真具有重要的理论和实践意义。

一、动力学性能分析1. 车辆稳定性分析高速列车在高速运行时,车辆的稳定性是一项重要的参数。

稳定性分析主要包括侧向稳定性、纵向稳定性和车轨耦合稳定性。

通过对车辆的悬挂、车轮与轨道之间的力学关系进行分析,可以评估车辆的稳定性,并采取相应的设计措施来提高稳定性。

2. 列车动力学分析列车动力学分析主要研究列车在不同运行状态下的加速度、速度、减速度等参数。

通过对列车的动力学性能进行分析,可以确定列车的最大运行速度和最大加速度,为高速列车的设计和运营提供重要依据。

3. 车辆空气动力学分析高速列车在高速运行时会受到气动力的影响,而车辆的气动性能直接影响着列车的阻力和能耗。

通过对车辆的外形和流场进行分析,可以评估车辆的气动性能,并提出相应的改进措施来降低阻力和能耗。

二、动力学性能仿真1. 建立车辆动力学模型仿真分析是研究车辆动力学性能的重要手段之一。

首先需要建立准确的车辆动力学模型,包括车体、悬挂系统、牵引系统和制动系统等。

通过建立车辆的数学模型,可以准确地描述车辆的运动状态和受力情况。

2. 仿真分析车辆运行特性利用建立的车辆动力学模型,进行仿真分析可以得到车辆在不同运行状态下的运行特性。

比如在不同速度下的加速度、制动距离、稳定性等参数。

通过对仿真结果的分析,可以评估车辆的性能,优化车辆设计,并为实际运营提供参考。

3. 仿真优化车辆设计基于仿真分析的结果,可以通过调整车辆参数、改进车辆结构和悬挂系统等方式来优化车辆设计。

通过不断的仿真和优化,可以使高速列车的车辆动力学性能得到提升,达到更高的运行效率和更好的乘坐舒适性。

总结:高速列车的车辆动力学性能分析与仿真是提高高速列车运行速度、稳定性和舒适性的重要手段。

铁路旅客列车纵向动力学试验方法与评定指标

铁路旅客列车纵向动力学试验方法与评定指标

铁路旅客列车纵向动力学试验方法与评定指标铁路旅客列车纵向动力学试验方法与评定指标铁路旅客列车纵向动力学是指列车在行驶过程中,由于列车自身重量、牵引力、制动力等因素的影响,导致列车前后车厢之间产生的相对运动。

为了保证列车的安全性和舒适性,需要对列车的纵向动力学进行试验和评定。

试验方法:1. 列车加速试验:在平坦的轨道上,通过改变牵引力的大小,使列车加速到一定速度,记录列车前后车厢之间的相对运动情况。

2. 列车制动试验:在平坦的轨道上,通过改变制动力的大小,使列车减速到一定速度,记录列车前后车厢之间的相对运动情况。

3. 列车过曲线试验:在曲线轨道上,通过改变列车速度和曲线半径,记录列车前后车厢之间的相对运动情况。

4. 列车通过道岔试验:在道岔处,通过改变列车速度和道岔的位置,记录列车前后车厢之间的相对运动情况。

评定指标:1. 列车前后车厢之间的相对位移:列车前后车厢之间的相对位移越小,说明列车的稳定性越好,乘客的舒适性越高。

2. 列车前后车厢之间的相对速度:列车前后车厢之间的相对速度越小,说明列车的稳定性越好,乘客的舒适性越高。

3. 列车前后车厢之间的相对加速度:列车前后车厢之间的相对加速度越小,说明列车的稳定性越好,乘客的舒适性越高。

4. 列车制动距离:列车制动距离越短,说明列车的制动性能越好,乘客的安全性越高。

5. 列车通过曲线和道岔时的侧向加速度:列车通过曲线和道岔时的侧向加速度越小,说明列车的稳定性越好,乘客的舒适性越高。

铁路旅客列车纵向动力学试验和评定是保证列车安全性和舒适性的重要手段。

通过科学的试验方法和评定指标,可以有效地提高列车的运行质量,为乘客提供更加安全、舒适的出行体验。

MT-2型缓冲器纵向动力学分析

MT-2型缓冲器纵向动力学分析
由上表 2 可以看 出: M T 一 2 型缓冲器能够满足 冲 击速度为 8 k m・ h 的要求 ,当冲击速度达到 9 k m・ h
时, 缓冲器的最大阻抗力将超过 M T 一 2 缓冲器的许用
选用大型数值计算软件 M A T L A B ,运用参数化 阻抗力 2 2 7 0 k N。 设计方法对缓冲器工作过程进行数值仿真 。考虑到 缓冲器动态过程需改变调车冲击速度 ,在程序设计 3 列车纵 向动力学计算 时, 将调车冲击速度作为参数化变量 , 用户可输入任 意速度值以运行其程序 。在计算动态 曲线 时首先要 3 . 1 列车纵 向动力学模型 对每节车辆 的纵向动力学微分方程进行降阶,降阶
缓冲器是车辆最基本 、 最重要的部件之一 , 是用 来缓 和列车在运行 中由于机车牵引力的变化或在起
表 1 MT _ 2型缓冲器主 要参数
参 散I 阻 抗5 " J I 正 式 辑 t ) I 工 作 行 程{ 删 I 吸 收事I % ) I 冲 击速 度衄“
散值 『 ‘2 2 7 0 I  ̄5 0 『 8 3 『 8 0 l 8
《 装备制造技术) ) 2 0 1 3 年第 3 期
MT 一 2型缓冲器纵 向动力学分析
罗 军 ( - E江大学机械工程学院, 湖北 荆州 4 3 4 0 2 3 )
摘 要: 以 MT 一 2型缓 冲器为研 究对 象, 分析 了 其静动 态特性。 在此基础上 , 建立该缓 冲器调 车冲击模型和纵向动力 学模
3 5
Eq u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y No . 3, 2 0 1 3
现出的特性为其动态特性。 众所周知 , 列车纵

第一章-5-飞行动力学-飞机的纵向运动讲解

第一章-5-飞行动力学-飞机的纵向运动讲解
有关 俯仰力矩:M a M a (V , , ,e , , q) ,还与动导数有关
基准运动为定直平飞,小扰动假设:空气密度=常值,可忽略 简化的力与力矩:
T T (V ,T ) L L(V ,,e ) D D(V , ) M a M a (V ,,e ,, q)
长周期运动分开处理, 使分析过程大为简化。 摄动理论 用于纵侧向解耦设计 非线性动态逆设计
短周期响应
长周期响应
六、短周期运动的近似传递函数
纵向运动的初始阶段,短周期运动占主导地位,其过渡过程时间很短,飞
行速度变化不大,可以认为速度增量V=0。 纵向运动方程式中第一式(切向力方程)可以删去,其他两式当V=0时,

以e为输入,为输出的传递函数:
稳定的,表现为单调发散 运动。
短周期模态在一般情况下 不会变成不稳定,只有重 心移到焦点之后的飞机, 短周期模态才变成一正一 负两个实根,其中正实根 表征不稳定的单调发散运 动,且单调发散的指数比 较大。
(二)传递函数及其频率特性 某飞机,有关数据如下:
重心之矩为正
2、升力L,垂直于飞行速度V,向上为正; 3、阻力D,平行于飞行速度V,向后为正; 4、俯仰力矩Ma(仅指气动力矩),抬头为正。
5、重力G,永远指向地心。
一、纵向运动方程
由受力图可得方程组:
速度的切向方向速度的法向方向-
m dV dt
T cos( T ) D G sin
研究初始条件为t=0时, 的扰动运动的解。
(一)扰动运动的解 用拉氏变换求解,令 考虑到前面给出的初始条件,有 代人微分方程组,得拉氏变换代数方程组:
方程的系数行列式(特征行列式)为
展开系数行列式,得特征多项式:

快捷与普通货车混编列车纵向动力学仿真分析

快捷与普通货车混编列车纵向动力学仿真分析

快捷与普通货车混编列车纵向动力学仿真分析陈海啸;魏伟【摘要】快捷货车与普通货车在制动特性上存在较为明显差异,在混编列车制动过程中,由于不同车辆制动缸充气时间的差异,会导致车辆间制动效果的不同步性加剧,可能会出现车辆加速度、纵向冲击力过大等问题,影响列车运行平稳性,进而危害货物运输安全.由于在实际运用中,一般不进行快速列车解列,因此,在混合编组时将整列快捷货车分别编组在列车前、中、后部.使用列车空气制动和纵向动力学联合仿真系统对3种编组方式列车在紧急制动工况下的纵向动力学性能进行仿真计算及比较分析.计算结果表明:当快捷货车编组在列车前、后部时,车辆间分别会产生较大的压钩力和拉钩力,当快捷货车编组在列车中部时,列车车辆间纵向冲动较小,编组方式较为合理;列车制动力分布不均是影响列车纵向冲动的重要因素,当制动力较强车辆编组在列车前部和中部时,最大纵向力表现为压钩力,当编组在列车后部时,最大纵向力表现为拉钩力;3种编组方式下,列车最大纵向力出现车位均在快捷货车与普通货车连接位置.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2017(037)004【总页数】6页(P60-65)【关键词】快捷货车;混编列车;制动缸充气特性;紧急制动;纵向动力学【作者】陈海啸;魏伟【作者单位】大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028【正文语种】中文【中图分类】U272.11随着我国经济的发展及产业结构的优化升级,煤炭、钢铁等传统大宗货物的运输需求量相对减小,以时效性强、多样化、高附加值等为特征的货物运输需求急剧增长。

尤其是近年来网络经济迅速占据主导地位,对货物运输的便捷性、经济性、时效性、安全性等要求越来越高。

而我国传统货运列车具有载重量大、编组长、运行速度慢的特点,且不能够有效保证日常用品运输的安全性,为适应当今国内货物运输需求的变化,提升铁路运输竞争力,提高铁路运输经济效益,开行160 km/h速度等级快捷货物运输势在必行。

纵向动力学

纵向动力学

汽车动力传递路线:发动机→离合器→变速器→ 副变速器→传动轴→主减速器→差速器→半轴→ 轮边减速器→车轮。
动力装置的匹配
P Ttq e
制动性
P e
功率Pe ---曲轴转速n
复习题
Ttq
转矩Ttq ---曲轴转速n
n
Lecture02: Longitudinal Dynamics of Vehicle System
动力性
2、加速时间 (t):
燃油经济性
动力装置的匹配
原地起步加速时间: 由I或II档起步,以amax,并考虑换 档时间,一般用0~400m或者0~ 100km/h的时间表示原地起步的加速时 间。 超车加速时间: 以最高档或次高档,以a 以最高档或次高档,以amax加速至某 一高速所用的时间。
制动性
复习题
1、最高车速 (kM/h):指在良好的路面(混凝土或 沥青)上所能达到的最高行驶车速。
制动性
复习题
Lecture02: Longitudinal Dynamics of Vehicle System
汽车动力性评价指标
SUBTITLES
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
复习题
ηt ----- 传动系的机械效率;
r ----- 车轮半径。
此式从数学、物理上容易理解,但有关参 数的意义尚需进一步探讨!
Lecture02: Longitudinal Dynamics of Vehicle System
汽车行驶方程式
SUBTITLES
1、理解发动机驱动力矩Ttq
动力性 燃油经济性
汽车行驶方程式
SUBTITLES

列车纵向动力学分析【精选】

列车纵向动力学分析【精选】

第一部分开行重载列车,就机车车辆本身来讲,重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。

而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。

而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。

下面就以制动系统来分析。

1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用,随着铁道技术的不断进步,已出现了多种制动方式,但对货物列车而言,空气制动仍是最基本的制动作用方式。

众所周知,货物列车空气制动作用的制约因素甚多,列车长度就是主要影响因素之一。

我国重载列车的发展始于20世纪80年代,至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上,编组辆数从62辆增加到210辆之多,列车最大长度已达2·6 km以上,导致空气制动作用条件严重恶化。

1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外,还有影响空走距离的空走时间,后者主要与列车长度或编组辆数有关。

笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时,对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下,由于重载列车编组辆数的增加,必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响,因此该限速表不适用于重载列车。

对于重载列车,其制动力应比普通列车高,以保持和普通列车同等的制动距离。

1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。

重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间,因此,在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。

1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因,也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。

219447156_制动工况下旅客列车纵向动力学分析

219447156_制动工况下旅客列车纵向动力学分析

运营管理2023/06CHINA RAILWAY 制动工况下旅客列车纵向动力学分析陈然(中国铁路西安局集团有限公司 西安机务段,陕西 西安 710000)摘要:以单节和谐型机车加挂19节25G 型旅客列车为计算模型,运用多体系统动力学分析软件Universal Mechanism ,对采用“大劈叉”制动方式时,制动初速、列车管减压量对旅客列车纵向动力学指标的影响进行研究,并对比分析常用与紧急制动工况下的动力学特性差异。

研究结果表明,制动初速越低、列车管减压量越大,车钩力及纵向加速度越大、冲动越大;在100 kPa 和170 kPa 两种列车管减压量下,列车纵向动力学特性差异不大;相对于常用制动,紧急制动时全列车产生很大的压钩力,车辆间的拉钩力作用较小。

在西康铁路青岔—营镇下行区段11.9‰下坡道分相处,19节编组列车断电通过时有明显冲动,且冲动发生在机后15位车。

关键词:旅客列车;制动工况;制动初速;列车管减压量;纵向加速度;冲动中图分类号:U268 文献标识码:A 文章编号:1001-683X (2023)06-0095-10DOI :10.19549/j.issn.1001-683x.2022.12.29.0020 引言列车是由机车和车辆编成的车列,机车与车辆间以及车辆与车辆间通过车钩缓冲装置连接。

在列车运行过程中,由于车钩间隙的存在,线路纵断面变化、机车工况转变都在一定程度上造成列车冲动。

对于旅客列车而言,抑制冲动产生保持列车平稳运行,对确保行车安全和提升旅客乘坐舒适度具有极为重要的意义[1-6]。

针对旅客列车开展纵向动力学分析,探索旅客列车在不同运行工况下的纵向动力学特性,不仅能掌握列车冲动的产生机理,也能为优化旅客列车平稳操纵办法提供一定的理论依据[7-8]。

西安—安康铁路(简称西康铁路)线路条件较复杂,全线坡度大、曲线半径小,列车操纵要求较高。

以西康铁路实际图定开行旅客列车编组情况为依据,选取既有国产某和谐型电力机车和120 km/h 速度等级25G 型旅客列车,利用多体系统动力学分析软件Universal Mechanism (简称UM ),通过构建一维列车纵向动力学计算模型,对常用和紧急制动工况下的旅客列车纵向动力学指标进行对比分析,同时选取该线路青岔—营镇下行区段作为研究区段,考虑其实际线路纵断面作者简介:陈然(1994—),男,助理工程师。

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2 f Fx2 it0 Fy2 / Fz2







1/2
根据ax和各车轮附着率f,计算各车轮的制动效率。
E ax / g / f
36
转弯制动动力学分析
汽 车
FIAT124车转弯制动工况下的制动效率




若不考虑旋转质量的影响,


i=1,加速能力曲线与后备
驱动力曲线一致。 重型货车低速档i较大,对 加速能力的影响也很大。 图5-8 重型货车旋转质量系数对加速能力的影响
11

汽 后备功率 车
P ex F x,ex u (i mv mc )amax u





图5-9 加速能力与后备功率关系的功率平衡图
2





图5-20 理想的制动力分配曲线 曲线形状取决于车辆质心位置和车辆装载情况。
32
汽 车
三、制动稳定性分析
后轮抱死时,在侧向干扰力的作用下,前轮侧向力将 产生不稳定力矩,使车辆侧偏角增加。





图5-21 前轮和后轮先抱死时的运动车辆情况分析
33
汽 车
四、转弯制动动力学分析
车辆在转弯制动时,轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。
换算到驱动轮上的当量转动惯量Θ ,应包括车轮、制动盘等所 有相关旋转部件的转动惯量。

25
汽 车
三、前后轴的附着率
驱动附着率f定义为纵向驱动力与法向力的比值。


Fxf ff , Fzf
Fxr fr Fzr


附着率与附着系数不同,是车辆所需驱动力与法向载荷的比值, 是附着系数中已经利用了的部分。 附着系数是车辆能得到的最大驱动力与法向载荷的比值。
电涡流缓速器能维持更高的稳定车速;


在低速范围内,发动机制动的效果更好。



图5-12 采用发动机制动和电涡流缓速器的车辆下坡 行驶稳定性分析
15
汽 车
第三节
燃油经济性
燃油消耗量的计算
单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp 根据发动机万有特性图可得到燃油消耗率曲线








图5-15 匀速工况下某货车不同档位下的燃油消耗量
21
减少油耗的途径
汽 不同动力总成匹配方案的工作特性 车 CVT系统可以根据所需功率控制传动比,在发动机特性图 上任意选择工作点,使发动机总是工作在最省油的工况。





图5-16 发动机特性曲线与功率需求曲线
22
减少油耗的途径
Ef z / ff zFzf / Fbf , Er z / f r zFzr / Fbr
30
汽 车
二、直线制动动力学分析
忽略坡度和空气对轴荷的影响,有


Fb maxb Fzs z
车辆制动时能得到的最大制动强度等于路面附着系数


zmax axb,max / g
12
汽 车
传动系统设计方案的影响
在设计传动系统时,必须校核每个档位的加速能力和 爬坡能力。 不同坡度下的驱动力(功率)平衡图
一档能爬上40%的坡度





图5-10 不同坡度情况下的驱动力和驱动功率平衡图
13
汽 车
换档策略
发动机达到最高转速;
传动系统设计方案的影响
为实现车辆的最大加速能力,换档的最佳时机应为
a
2
u2

6
汽 车
概述
第二节
动力性
车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。


驱动力平衡图
根据发动机外特性曲线计算 得到。 表示某工况的动力供求关系。



PNmax为汽车能产生的最大功率
特性曲线。
图5-4 驱动力平衡图(水平路面行驶工况)
7
汽 驱动功率平衡图 车 将某车速下的驱动力和行驶阻 力值与车速相乘得到的 传递至轮毂的功率PH 行驶时需克服的功率PDem 即功率供应和功率需求
图5-1 加速上坡时车辆受到的行驶阻力示意图
2
Байду номын сангаас
汽 等效转动惯量 车
车辆对动力的需求
等效转动惯量必须考虑所有传动部件的转动惯量,包 括所有车轮。 等效的原则是保持动能一致。


Θi Θw i Θdr i i (Θe Θc ΘTi )
2 0 2 2 0 g



图5-2 非匀速工况下需考虑的旋转质量的转动惯量
,μ ,f amax
μb fa g L (μ f R )h
27
汽 车
五、驱动效率
1、定义:驱动轴静载与整车重量的比值


Fzs / W
2、驱动效率决定着车辆的驱动能力和附着极限 3、驱动效率与车辆质心位置相关
主要取决于发动机位 置和装载情况; 与动态载荷的转移和 上坡时轴荷转移有关。
相邻高档能够提供比当前档位更高的加速度。


各档后备驱动力曲线的交点即代表了相邻两档间的最 佳换档时机。



图5-11 旋转质量换算系数对加速工况下最佳换挡时机的影响
14
汽 由于坡度阻力与汽车行驶方向相同,导致阻力曲线处于横 车 轴以下;
下长坡时的行驶稳定性分析
为增大阻力,需采用缓速装置


图5-13 发动机万有特性图
16
汽 该工况燃油消耗率的确定 车辆行驶所需发动机转矩 车
燃油消耗量的计算


M Dem
ML为转矩损失。
FDem rd ML i g i0


所需发动机缸内平均有效压力
pme
发动机转速
2 M Dem Vs i

Vs为发动机排量,i为每缸每转点火次数。
不同行驶工况,附着率是不同的;

驱动轮才有附着率,教材表5-4。
26
汽 车
四、由路面附着限制的加速或爬坡能力
若潜在的附着力全部用于克服加速或上坡阻力,则可 列出平衡方程。 计算出车辆在不同驱动形式和行驶工况下的各项性能 表达式。(表5-5) 前轮驱动汽车在水平路面的起步加速能力





汽 水平路面匀速行驶的燃油消耗曲线 车 考虑变速器的增矩作用和传动系的功率损失,将随车速 变化的滚动阻力曲线转换到发动机万有特性图上。





图5-14 发动机特性曲线与功率需求曲线
20
减少油耗的途径
汽 有级变速器车辆的油耗状况 车 相同车速下,高速档的燃油消耗量少; 常用档位的燃油消耗量曲线应当尽量靠近最省油的工 作点。
5
汽 车
车辆的动力供应
驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作 用力的的合力。


Fx M H / rd M eigi0t / rd
车辆沿前进方向的动力供求平衡方程


M et igi0 rd
( i mv mc )ax (iG f R )(mv mc ) g CD A
汽 车
车辆燃油消耗量的影响因素
轿车车辆参数变化对燃油消耗量的影响





图5-17 各参数的变化对轿车燃油消耗量的影响 对于货车,整车质量对滚动阻力和耗油量起决定作用。 常以最高车速行驶,调整空气动力学参数更为重要。
23
汽 车
第四节 驱动与附着极限和驱动效率
一、车辆所受的垂向力
车辆所受的垂向载荷Fz由静载Fzs、动载Fzd、坡道分量 Fzg和空气动力学分量FL组成。
直线制动时的最佳制动效能,转弯时不一定能达到。 当转弯加剧时,制动减速度(制动效率)将减小。





图5-22 后轴制动效率与车速和转弯半径的关系
34
转弯制动动力学分析
汽 车辆转弯制动时的受力状况 车 转弯制动时,车辆的纵向减速度、侧向加速度和车身侧 倾都会使各个轮胎的垂向载荷发生变化。


sin G,max
Fx,ex (mv mc ) g



图5-7 后备驱动力与爬坡能力关系的驱动力平衡图
10
汽 车
加速能力
车辆加速能力用可达到的最大加速度来表示。 车辆要想达到最大加速度,后备驱动力需全部用来克 服加速阻力


Fx,ex (i mv mc )amax



图5-19 不同驱动方式下车辆的驱动效率与装载情况的关系
28
汽 车
第五节 制动性
一、制动性的评价
1、车辆制动性能的评价
制动效能 ——制动距离和制动减速度 制动效能的稳定性




——连续制动时保持一定制动效能的能力
制动时的方向稳定性 ——不跑偏、不侧滑、不失去转向能力

29
制动性的评价
汽 车
2、制动强度与制动效率
制动强度定义为车辆制动减速度与重力加速度的比值, 是制动效能的评价指标。


z axb / g
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