基于路面附著系數(shù)的汽車制動效能分析.doc

基于路面附著系數(shù)的汽車制動效能分析 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文基于路面附著系數(shù)的汽車制動效能分析姓名:范威申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):機(jī)械設(shè)計及理論指導(dǎo)教師:樊社新20110630基于路面附著系數(shù)的汽車制動效能分析摘要本文通過分析路面附著系數(shù)對制動性能的影響,考慮我國道路的實際情況和影響附著系數(shù)的因素,建立基于路面附著系數(shù)的汽車制動距離數(shù)學(xué)模型。與傳統(tǒng)的計算制動距離的方法相比,本文按照制動過程的實際情況分為三個部分:純滾動、邊滾邊滑和車輪抱死,得到了更加準(zhǔn)確的汽車制動距離的數(shù)學(xué)模型。分析了路面、輪胎和滑動率這三方面對路面附著系數(shù)的影響。路面越粗糙,路面的附著系數(shù)也越大,但隨著使用年限的增加,道路出現(xiàn)老化,變得光滑,路面的附著性能也隨之下降。輪胎花紋在胎面和路面間切向力的作用下,能產(chǎn)生較大的切向彈性變形,增強(qiáng)了接觸面的磨擦作用,提高輪胎的附著性能。保持滑動率在%范圍內(nèi),制動系統(tǒng)才能夠利用峰值附著系數(shù)%獲得最大的地面制動力,使制動距離最短。最后,在建立的制動距離數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,選取柏油、水泥、碎石、土路、積雪等典型路面,以馬自達(dá)汽車為研究對象,運用語言對其空載與滿載時制動距離與路面附著系數(shù)關(guān)系進(jìn)行仿真。得到了在特定初速度下路面附著系數(shù)與汽車制動距離的關(guān)系曲線。以我國和國際上主要的制動距離管理條例為參考依據(jù),選取路面附著系數(shù)分別為伊.、汽車空載與滿載時制動距離與制驢.和矽.的較差路面,對馬自達(dá)動初速度之間的關(guān)系進(jìn)行仿真,得到具有實際參考價值的仿真曲線。關(guān)鍵詞:制動效能路面附著系數(shù)輪胎模型仿真 . , , ., .,.,., % .%, . ,. .,. .,. .: ; ; ;基于路面附鼉系數(shù)的汽車制動致熊分析廣西大掣臼炙士掌位論文第一章緒論.問題的提出汽車的制動效能是汽車制動性能最重要的評價指標(biāo),它是指汽車以一定的初速度迅速停車的能力,通常以制動距離和制動過程中的制動減速度來表征。因此,制動減速度和制動距離是評價汽車制動效能的指標(biāo)。制動減速度的大小取決于制動力的大小,而制動力的大小則依賴于路面附著系數(shù)。制動距離是指速度為的汽車,從駕駛員開始促動制動控制裝置時起到車輛停止時所行駛過的距離【】。制動距離是制動效能最直觀的反映。汽車制動時,駕駛員總是希望踏下制動踏板后,制動的距離越短越好。制動距離的長短受到制動減速度和路面附著系數(shù)的限制。所以,路面附著系數(shù)決定了制動減速度的大小和制動距離的長短。汽車的制動效能與汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)、道路條件等有關(guān)。汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了同步附著系數(shù)的大小,進(jìn)而影響汽車的制動性能。道路是汽車制動性能的存在條件,汽車在路面上行駛時必須克服來自地面與輪胎間相互作用而產(chǎn)生的滾動阻力。它的大小一方面取決于輪胎自身性能,另一方面取決于路面的附著性能。據(jù)資料顯示,很多交通事故的發(fā)生很大程度上是由于路面附著性能低造成的,尤其以濕滑路面的事故率最高。不同路面狀況的路面附著系數(shù)不同,提供的附著力就不同,汽車的制動距離也就不一樣。所以,對于不同的路面狀況下的汽車的制動距離進(jìn)行分析很重要。因此,基于路面附著系數(shù)來研究汽車制動效能是一個重要的研究問題。.國內(nèi)外研究進(jìn)展與狀況.國外研究進(jìn)展與狀況最早對汽車制動距離進(jìn)行分析并建立制動模型的是瑪 建立的制動模型考慮了輪胎特性、環(huán)境以【。姆時的研究人員及駕駛員因素對汽車制動距離進(jìn)行實車實驗。通過對數(shù)據(jù)的計算機(jī)分析得出,在考慮上述因素的情況下預(yù)測出汽車的制動效能。但是沒有考慮不同道路下路面附著系數(shù)不同的情況。,他的研最早考慮道路工況對汽車制動距離影響的是加拿大學(xué)者硼于路面附著系數(shù)的汽車制動效熊分析究還考慮了輪胎的不同【】。該項研究以三種不同等級的輪胎在干燥的瀝青路面上進(jìn)行制動,分析了制動初速度對汽車制動距離的影響。前蘇聯(lián)的.研究了路面附著系數(shù)隨滑動率和車速變化時,汽車制動距離、制動力矩和加速度的變化,并且指出了傳動的汽車制動模型的誤差可以達(dá)到%【。等人提出了兩種制動力分配策略【,。前輪制動力分配策略,可以獲得很好的能量回收并且保證制動性,但是在特定的制動強(qiáng)度和路面附著系數(shù)下,很容易導(dǎo)致前、后車輪不同程度的抱死。后輪制動力分配策略,可以在獲取一定能量的回收同時防止前、后車輪的抱死,但是能量的回收是不如第一種情況那么充分隋。網(wǎng)和 【通過光學(xué)傳感器來測量路面對光的散射和吸收,以此來識別水或是其他的可以降低路面附著系數(shù)的物質(zhì),從而研究路面附著系數(shù)的變化情況。除此之外,日本的一些學(xué)者利用峰值為的激光束裝置對路面進(jìn)行判別,這一裝置對于諸如一般的干、濕路面和冰雪路面識別的正確率可達(dá)%。該測量方法準(zhǔn)確率比較高,而且在附著力比較小的條件下就可以測試路面峰值附著系數(shù)。】發(fā)現(xiàn)橡膠在冰路面上的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而減少,并在一定速度時達(dá)到最大值。的研究進(jìn)一步證明在一般情況下橡膠的摩擦系數(shù)都會在一定速度下達(dá)到最大值,這個峰值與溫度有關(guān)。等人 通過對不同路面附著系數(shù)下汽車的安全距離進(jìn)行研究,提出了制動距離是道路附著力、平均道路附著力和速度變化的函數(shù)。.國內(nèi)研究進(jìn)展與狀況左曙光【等人建立了一種用于制動過程的非線性輪胎力學(xué)模型,通過對模型的仿真分析,得到了路面附著系數(shù)隨著路面不平度的變化和汽車行駛速度的變化而變化的規(guī)律。路面不平度對路面附著系數(shù)的影響主要是由于道路的不平整引起了車輪上垂直力和水平力變化,從而導(dǎo)致了路面附著系數(shù)的變化。路面不平度的幅度越大,路面附著系數(shù)的變化就越大。不平路面上,路面附著系數(shù)的大小隨著路形的變化而變化,隨車輪的速度升高而減小,路面不平度越大,路面附著系數(shù)隨車輪速度升高而減小的趨勢就越大。昆明理工大學(xué)的韓繼光【】通過設(shè)置路面狀態(tài)參數(shù)提出了一種只需測量制動時車輪的角速度,就可以自動識別路面狀況的方法,并建立了路面狀態(tài)觀測器。運用/語言進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明:通過設(shè)置路面狀態(tài)參數(shù)目的路面觀測器于路面附著系教的汽車制動舅眨分析能夠?qū)崟r地辨識出道路路面的狀況,可以同步地確定汽車在制動時的最大路面附著系數(shù)及其對應(yīng)的最佳滑移率。并且能夠?qū)⑵囍苿訒r的路面附著系數(shù)控制在最大值的附近,提高了汽車的制動效能和制動安全性。甘智海等人在分析附著系數(shù)與滑動率關(guān)系的基礎(chǔ)上,給出了制動時的臨界滑移率和最大附著系數(shù),設(shè)計了現(xiàn)場測試附著系數(shù)的試驗方法,可通過牽引車輛的方法測試輪胎與路面系統(tǒng)之間的附著系數(shù)與附著力。長安大學(xué)的江文鋒【明在總結(jié)了國內(nèi)外輪胎與路面附著系數(shù)的研究狀況的基礎(chǔ)上,運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輪胎模型對附著系數(shù)進(jìn)行仿真,并用檢驗樣本在訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了附著系數(shù)的研究。通過進(jìn)行可視化仿真。只需在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輪胎模型輸入評價指標(biāo)中的各參數(shù)值,省去了繁雜的計算,即可方便的仿真出路面附著系數(shù)的數(shù)值。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的趙林輝針對縱向和橫向車速以及路面附著系數(shù)的聯(lián)合估計問題進(jìn)行了討論,提出了一種適應(yīng)路面角度和附著系數(shù)的車輛狀態(tài)非線性估計方法。該方法在估計車輛狀態(tài)的同時,能夠有效解決路面附著系數(shù)已知情況下的車輛狀態(tài)估計問題。此外,王超【、李修松和萬家慶瞄等人也通過估算方法對路面附著系數(shù)進(jìn)行了研究。.本文研究的主要內(nèi)容.主要研究內(nèi)容通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)的研究,針對自己提出的問題,本文在對汽車制動時的受力分析基礎(chǔ)上,建立三種情況下的汽車制動完整距離公式。通過對路面、輪胎和滑動率的分析,得出影響汽車制動距離的因素。運用語言,通過實例,對汽車制動距離進(jìn)行分析,得出在特定初速度下制動距離與路面附著系數(shù)之間的關(guān)系曲線,以及不同路面附著系數(shù)下制動距離與制動初速度之問的關(guān)系曲線。.主要工作分析路面附著系數(shù)與汽車制動效能的關(guān)系。從路面、輪胎和滑動率三方面考慮對路面附著系數(shù)的影響。制動距離是制動效能最直觀的反映,制動距離取決于制動初速度、制動減速度和路面附著系數(shù)。附著系數(shù)的變化會極大的影響汽車的制動性能,因此,明確附著系數(shù)對汽車制動效能的影響,為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)。于路面附簟系教的汽車制動舅。電分析掌握汽車制動的全過程,通過對汽車制動時進(jìn)行受力分析,建立地面制動力、制動器制動力與附著系數(shù)之間的關(guān)系。把汽車制動時分為三種狀態(tài):純滾動、邊滾邊滑、車輪抱死。在邊滾邊滑的狀態(tài)又分為三種情況:前輪提前抱死;后輪提前抱死;前、后輪同時抱死。建立了基于路面附著系數(shù)的汽車制動距離的數(shù)學(xué)模型。在建立的制動距離數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,以馬自達(dá)汽車為研究對象,運用語言進(jìn)行實例仿真。以我國不同地區(qū)的典型道路狀況為研究條件,得到了在特定初速度下路面附著系數(shù)與汽車制動距離的關(guān)系曲線。以我國和國際上主要的制動距離管理條例為參考依據(jù),對特定路面附著系數(shù)下汽車制動初速度和制動距離的關(guān)系進(jìn)行仿真,得到特定路面附著系數(shù)下汽車制動距離隨著制動初速度的變化過程。.本章小結(jié)本章首先介紹了汽車制動性能的重要性,以及研究汽車制動性能的必要性。提出了在考慮路面狀況、輪胎特性和滑動率的基礎(chǔ)上,基于路面附著系數(shù)來研究汽車制動性能是一個重要的研究方向。其次,回顧了汽車制動性能研究的發(fā)展歷史,對國內(nèi)外汽車制動性能方面的研究做了一定的概括總結(jié)。綜合分析得出了,中外對汽車制動性能的研究對于一些細(xì)節(jié)和特殊情況還有待完善。最后,基于分析結(jié)果,提出了本文所要研究的內(nèi)容和主要工作。于路面附鼉系囊“由汽車制動效能分析第二章 附著系數(shù)與汽車制動效能的關(guān)系制動性能是汽車最主要的性能之一。汽車在道路上行駛,道路是汽車制動性能的存在條件。路面的附著系數(shù)限制汽車的最大制動力,不同的路面其路面附著系數(shù)變化較大,這是影響附著力的主要的因素。本章主要建立路面附著系數(shù)與汽車制動效能關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。.汽車的制動全過程制動距離宣 ./一車生十墜/ . 縋,。/鍬.群/ /呂。值/ , :一 一乞 毛.一 一 一 一?一一一一?一圖一汽車的制動過程圖.如圖.所示,汽車制動時的全過程描繪出了制動距離、車速、制動減速度和制動踏板力與制動時間的關(guān)系【。駕駛員反映時間是從看到制動信號起,到踩著制動踏板所需要的時間,在圖中是從至所用的時間,其中包括反映時間和換踏時間。它取決于駕駛員的反映靈敏程度和技術(shù)熟練水平以及體力與疲勞狀況,通常為.。制動于路面附著系數(shù)的汽車,目動效能分析器起作用時間是從踏著制動踏板開始,到達(dá)一定的制動器摩擦力為止所需的時間。在圖中是從點開始,一直到點制動減速度達(dá)到最大值為止。由于制動傳動的遲滯作用,要經(jīng)過一段時問路面制動力才起作用,使汽車開始產(chǎn)生減速度,在圖中點至點為制動傳動遲滯時間一。點至點為制動器摩擦力增長時間藝。制動器起作用的時間為趴點與、點之和乞,一般液壓傳動為.,氣壓傳動為.。持續(xù)制動時間相當(dāng)于從達(dá)到指定制動力開始,至有效制動結(jié)束的時間。在圖中是口點至廠點的時間。在這段時間里汽車的減速度基本不變【。而厶則稱為實際制動時間。空駛時間和實際制動時間相應(yīng)的所行駛的距離分別稱為空駛距離和實際制動距離。根據(jù)制動距離的定義,制動距離是指在實際制動時間里所行駛的距離。制動徹底解除時間相當(dāng)于放松制動踏板至汽車制動力消失的時間。在圖中是從/點至點的時間。在液壓傳動中約.,汽車被制動住。傳統(tǒng)的計算汽車制動距離的公式為:去萼%.,其中%為初速度,口為減速度【。從傳統(tǒng)的計算制動距離的公式可以看出:汽車開始的制動車速、最大的制動減速度和汽車的制動器起作用的時間決定了汽車制動距離的大小。附著力越大、起始制動車速越低,制動距離越短,這是顯而易見的。傳統(tǒng)的計算制動距離的公式僅是從制動器起作用的時間開始計算,并且任何情況下都運用同一種計算方法。但是,實際的汽車制動過程是復(fù)雜的,可以出現(xiàn)不同的制動情況。所以,建立一種完整的汽車制動距離公式是很有必要的。.地面制動力、制動器制動力與附著力間的關(guān)系汽車制動的目的是汽車從任意速度制動到較低速度或是停車,來保證安全行駛。為此,就必須使汽車受到一個與行駛方向相反的外力的作用,這個外力只能由空氣和路面提供?？諝庾枇κ请S機(jī)的、不可控制的,且明顯的相對較小,實現(xiàn)不了制動的目的。因此地面提供了汽車制動時的主要外力,這個外力稱之為地面制動力。汽車的制動減速度和制動距離的大小也都是由地面制動力決定的,所以地面制動力對汽車制動性能具有決定性作用。墓于路面附著系數(shù)的汽車制動舅莨分析.地面制動力、附著力與制動器制動力之間的關(guān)系當(dāng)汽車制動時,制動器的制動片就產(chǎn)生一個摩擦力矩,制動器將該力矩傳到車輪后,由于車輪與路面間的附著作用,路面對車輪作用一個向后的地面制動力。因此,地面制動力取決于制動器制動力和附著力。制動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸、制動器的形式、制動器的摩擦副因素和車輪半徑等一些參數(shù)決定了制動力的大小,此外,制動器制動力還與制動踏板力成正比【。如圖?所示【,當(dāng)駕駛員的踏板力或者是制動系壓力小于某一個極限值的時候,汽車制動器產(chǎn)生的摩擦力矩也比較小,因此,地面制動力死能夠克服而使得車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動。此時的地面制動力死和汽車制動器制動力。的大小相等,并隨著制動系管路壓。力制動器制動力的增長成正比的增長。時蒔時,。圖制動器制動力巴、地面制動力圪、與踏板力的關(guān)系 . , 但地面制動力的值不能超過附著力,即圪匕伊 .蓉于路面附毫系數(shù)的汽車制動旁嚆皂分析或最大地面制動力歷一為:吣伊?式.和?中各參數(shù)意義如表.所示。表參數(shù)表 制動力矩地面制動力不車輪半徑 制動器制動力毛路面附著系數(shù) 附著力伊 踏板力 地面對車輪的法向反力昂如圖.,在某一極限值,地面制動力不再隨著制動管路壓力繼續(xù)增加,而達(dá)到最大值附著力。制動器制動力巴卻隨著制動系壓力摩擦力矩?繼續(xù)增大。因此,地面制動力受到了路面附著條件的限制,它的大小則決定于制動器制動力,。若要繼續(xù)提高地面制動力以使汽車具有更大的制動能力,就只有改善車輪與路面間的附著條件,提高附著系數(shù)了。.制動時汽車受力分析圖制動時的汽車受力圖.圖.為在書評的道路路面上汽車制動時的受力狀況引。圖.中忽略了汽車制動時所產(chǎn)生的滾動阻力以及空氣對汽車產(chǎn)生的阻力,并且忽略了車輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力偶矩。根據(jù)圖.,對后軸和前軸的接地點取力矩,得平于路面附簟系奢的汽.車:制動效能分析衡式為:吖害%?聊一肌老唿式中各參數(shù)的意義見表.。表參數(shù)表地面對前軸法向反力 地面對后軸的法向反力, 汽車軸距質(zhì)心高%前軸距 后軸距 朋汽車重力 汽車質(zhì)量矗制動減速度 制動強(qiáng)度前軸地面制動力 后軸地面制動力前軸制動器制動力 后軸制動器制動力,墨:用于質(zhì)心的制動慣性力所宰,即:四伊聊警.露%詈害一?？疾钇蜻?。?,驢扣知孚弛一劬基于路面附著系教的汽車制動效能分析通過上面的公式可以看出:在路面附著系數(shù)為緲的路面上汽車進(jìn)行制動時,路面的附著力并不是一個定值。它是汽車的制動強(qiáng)度或是地面制動力磊的函數(shù)。通過對汽車前、后軸制動器制動力的分配以及汽車的載荷情況和路面附著系數(shù)等因素的分析。在制動力足夠的情況下,汽車的制動過程可以分為三種情況:.前輪先抱死拖滑,然后后輪抱死拖滑;.后輪先抱死拖滑,然后前輪抱死拖滑;.前、后輪同時抱死拖滑。顯然,當(dāng)前、后車輪同時抱死時路面附著條件利用的最好,則由式.和.可得附著力同時被充分利用的條件為:。陽.壘:盈:塵墮匕:一班 式中各參數(shù)的意義見表.。.制動力分配系數(shù)、同步附著系數(shù)%肼%四圖某一汽車線與線. 如所示,在路面附著系數(shù)為緲的路面上汽車制動時,能夠使前、后汽車車輪同時抱死的汽車制動器制動力匕。、:的關(guān)系曲線稱之為理想制動力分配曲線,簡稱為線【】?，F(xiàn)代的汽車中大部分為前、后制動器制動力比值為定值的制動系統(tǒng)。用制動力分配系數(shù)來表明巴。與巴對汽車制動力分配比,即:基于路面附著系數(shù)的汽車制動舅電分析:孕:線與,線的交點位于刀點,曰點所代表的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)。汽車的結(jié)構(gòu)決定了汽車的同步附著系數(shù),它是汽車的制動過程中影響制動效能的一個重要參數(shù),用%表示瞰】。其表達(dá)式為:五警 .同步附著系數(shù)是影響汽車制動性能的一個重要參數(shù),通過對有固定比值的前、后制動器制動力的汽車,在不同的路面上的制動過程的分析說明,只有在同步附著系數(shù)的路面上制動時才能使前、后車輪同時抱死,此時的制動強(qiáng)度。當(dāng)路面附著系數(shù)小于汽車的同步附著系數(shù),即時,汽車制動時總是前輪先抱死拖滑。當(dāng)緲時,在制動時總是后輪先抱死拖滑。.制動過程分析根據(jù)文獻(xiàn)【】的說明可以知道,通過對路面印跡的觀察,得出的結(jié)果是汽車的制動過程中,在路面上留下的輪胎印跡形狀從車輪滾動到抱死拖滑為一個漸變過程。印跡基本分三個階段:在第一階段內(nèi),輪胎留在路面上的印跡形狀和輪胎胎面花紋的形狀大致上是相同的,此時可以認(rèn)為車輪為單純的滾動狀態(tài),即:,在第二階段內(nèi),汽車輪胎留在路面上的印跡形狀還是能夠識別出來,但是已經(jīng)開始逐漸地模糊,此時可以認(rèn)為輪胎不僅僅是單純的滾動,同時還與地面發(fā)生一定的滑動,也就是邊滾邊滑的狀態(tài),即:,汽車制動強(qiáng)度會不斷的增加,進(jìn)而滑動的比例會逐漸增強(qiáng)。在第三階段內(nèi),看不出輪胎留在路面上的印跡形狀,輪胎在地面上形成一條粗黑的印跡,表明車輪在路面上作完全拖滑狀態(tài),而此時車輪已被制動器牢牢抱死,則:于路面附簟系數(shù)的汽車制動舅。眨分析通過分析以上三個階段不難得出:車輪滑動的成分逐漸增強(qiáng)是制動強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)引起的,同時也表明滾動成分逐漸減少,而滑動成分的多少一般用滑動率來表明:型竺%,根據(jù)上面的分析,司以把汽車制動時分為三種情況:純滾動、邊滾邊滑和車輪抱死。以下選取路面附著系數(shù)為影響參數(shù),對制動距離進(jìn)行分析。.制動時車輪純滾動過程在汽車制動時為純滾動的過程時,可以認(rèn)為此時汽車做勻速運動,因為汽車未受到外力作用,也就是說沒有受到地面的制動力作用。汽車作純滾動的時間包括駕駛員的反應(yīng)時間、克服彈簧變形的時間和消除制動裝置間隙所需要的時間。即圖一的。不同的制動系取值不同,一般情況下需要.鏟。在這段時間內(nèi),汽車仍以原來的初速度行駛,在這段過程中汽車的制動距離為,建立運動學(xué)方程:?.制動時車輪邊滾邊滑的過程汽車制動邊滾邊滑時,地面制動力和制動器制動力不斷地增大,直到達(dá)到極值。在這一過程中,對于不同的路面條件,汽車可能出現(xiàn)三種狀況幽,】:當(dāng)伊?xí)r,前輪提前抱死,后輪邊滾邊滑;當(dāng)緲時,后輪提前抱死,前輪邊滾邊滑;當(dāng)緲時,前、后輪均邊滾邊滑。制動器作用的時間為前面圖?中的乞,它主要取決于駕駛員踩踏板的速度。另外由前面的分析,可以看出制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響著制動器作用時問。通常在在.之間。.前輪提前抱死,后輪邊滾邊滑伊如圖.所示為制動時前輪抱死,后輪邊滾邊滑時,前、后輪地面制動力增長曲線。線表示前輪地面制動力死。的增長情況,在點也就是時刻汽車的前輪被抱死,而后輪邊滾邊滑。線代表后輪制動力瓦:的增長情況,由圖?可以看出線在點后輪于路面附著系數(shù)的汽車制動囊嚆巨分析也被抱死,由圖?可得:阜乞時,心勻圖當(dāng)緲時,前、后輪地面制動力. 伊當(dāng)制動力分配為固定值時,有下面關(guān)系式:?恥警%.通過式.和.可以求得:。?:半垮一訕一通過式?、和可以求得,在時間內(nèi),前、后輪制動力為:恥一嗍丟眍鹺囈 ?【。.伊匕仍一丟通過式、和?可以求得,時間內(nèi),制動減速度為:基于瑚面附.系數(shù)的汽車制動舅眨分析呔繼毗丟熾。一巒乞礦鰣一三一?礦伶時間內(nèi),對式進(jìn)行積分可得汽車的行駛速度屹。為:五驢%一尚四,一詈攔舞以如時間內(nèi),對式?進(jìn)行積分可得汽車的行駛距離島。為:,一,警伊伊乞一等。,一唿伊一;一爭錯.后輪提前抱死,前輪邊滾邊滑伊鯤如圖所示為制動時后輪抱死,前輪邊滾邊滑時,前、后輪地面制動力增長曲線。線表示后輪地面制動力磊:的增長情況,在點也就是時刻汽車的后輪被抱死,前輪邊滾邊滑。線代表后輪制動力。的增長情況,由圖?？梢钥闯鼍€在點前輪也被抱死。心時。,一毋噶幻圖當(dāng)伊?xí)r,前、后輪地面制動力 . 緲基于路面附系敦的汽車制動效雉分析由圖?中可得:恥譬通過?和.可以求得:衛(wèi)塵墮一乞緲唿通過式、和可以求得,在時間內(nèi),前、后輪制動力為:乞%恥驢孵丟糾、【伊囈通過式、和?可以求得,島時間內(nèi),制動減速度為:?一帆?一?,囈,唿伊,時間內(nèi),對式.進(jìn)行積分可得汽車的行駛速度,為:四屹叩南州一罨囈舞舞磁暫乞時間內(nèi),對式進(jìn)行積分可得汽車的行駛距離是為:五&啪考也一弘蝴?南畦一爭器.前、后均輪邊滾邊滑緲吼如圖.所示為制動時前、后輪都邊滾邊滑時,前、后輪地面制動力增長曲線。線代表后輪制動力。的增長情況,線表示后輪地面制動力:的增長情況,時刻汽車的前、后輪被抱死?；诼访娓街禂?shù)的汽車制動效能分析蒔時幻圖當(dāng)矽時,前、后輪地面制動力 . 通過式、和可以求得,如時間內(nèi),前、后輪制動力為:巴驢卜圣參照前面的分析可求得,時間內(nèi),制動減速度為:?厶墮叫時間內(nèi),對式進(jìn)行積分可得汽車的行駛速度%一譬乞時間內(nèi),對式?進(jìn)行積分可得汽車的行駛距離篷為:。 &%如一移墓于路面附著系效的汽車彘動舅眨分析.制動時前、后同時抱死過程當(dāng)汽車的前、后輪制動力達(dá)到了最大值一并且保持不變時,前、后輪同時抱死。制動力的大小等于附著力的大小。汽車開始做減速運動一直到汽車完全停止。由式.可得:爭二二暑巴磊:緲此時,制動減速度為:一伊面一伊對式?進(jìn)行積分可得汽車的行駛距離為:吒伊緄緲哇劬緄?伊屹伊.結(jié)論通過以上的分析總結(jié),可以求得汽車制動時總的制動距離為:毒媲一扣抑麗,妻篆吾吼,坩考”扣枷焉,釉焉?如吼,五:三生尹乞一.。.本章小結(jié)本章首先分析了汽車制動的全過程,并且給出了計算制動距離的傳統(tǒng)公式,指出了傳統(tǒng)的計算汽車制動距離的公式存在的不足之處。然后針對制動器制動力、地面制動力與附著系數(shù)之間的關(guān)系,對汽車制動時進(jìn)行受力分析。通過對路面上輪胎印跡的觀察,基于路面附著系數(shù)的汽車制動效熊.分析得出的結(jié)果是汽車的制動過程中,在路面上留下的輪胎印跡形狀從車輪滾動到抱死拖滑為一個漸變過程。以路面附著系數(shù)為界定參數(shù),把汽車制動過程分為三個階段:純滾動、邊滾邊滑、車輪抱死。在邊滾邊滑時又分為:前輪提前抱死、后輪提前抱死和前、后輪同時抱死三種情況。進(jìn)而建立了基于路面附著系數(shù)的汽車制動距離數(shù)學(xué)模型。于路面附系數(shù)的汽車制動舅。眨分析第三章 影響汽車附著生能的因素附著系數(shù)的數(shù)值主要決定于路面的狀況、輪胎結(jié)構(gòu)、輪胎花紋和滑動率等因素。附著系數(shù)會隨路面性質(zhì)不同呈大幅度變化。輪胎的磨損會影響它的附著性能。隨著胎面花紋深度的減小,它的附著系數(shù)將顯著下降。保持滑動率在%范圍內(nèi),制動系統(tǒng)才能夠利用峰值附著系數(shù)砟獲得最大的地面制動力,使制動距離最短。.路面狀況對附著性能的影響根據(jù)文獻(xiàn)】的研究表明附著系數(shù)會隨路面性質(zhì)不同呈大幅度變化。由于外界環(huán)境和自身因素的影響,無論是新建的道路還是運營多年的舊路,其路面都存在著不同程度的不平整性和破壞現(xiàn)象。路面附著系數(shù)會隨著路面被破壞而改變。對于路面的破壞形式很多文獻(xiàn)都做了深入的研究,西南交通大學(xué)的蘭波吲和長安大學(xué)的陸兆峰【對路面的破壞形式做了詳細(xì)的介紹。主要有疲勞開裂、車轍、低溫開裂和松散老化等等。路面在使用期內(nèi)經(jīng)受車輪荷載的反復(fù)作用,長期處于應(yīng)力應(yīng)變交迭變化狀態(tài),致使路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降。一定次數(shù)后,內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力就會超過結(jié)構(gòu)抗力,使路面出現(xiàn)裂紋,產(chǎn)生疲勞破壞。在寒冷的地區(qū)路面開裂現(xiàn)象普遍存在。裂紋的存在使得路面變得不平整。路面越粗糙,路面的附著系數(shù)也越大。由于路面上存在較大尺寸的微小凸體,這些微小凸體對輪胎表面具有微切削作用,提高了輪胎的彈性變形能力,并且切削力構(gòu)成附著力的一部分。但是隨著使用年限的增加,道路出現(xiàn)老化,變得光滑。路面的附著性能也隨之下降。對于這樣的現(xiàn)象普遍采用機(jī)械打毛的方法,增加粗糙度,提高附著性能。另外,在行車荷載的反復(fù)作用下,車輪行駛印跡處比旁邊明顯凹陷或是瀝青面層壓縮變形而形成車轍。當(dāng)車轍達(dá)到定的深度時,在轍槽內(nèi)積水,路面變得潮濕,路面附著性能降低。路面的潮濕程度對附著性能也具有較高的影響。路面越潮濕,說明路面積水越多,則路面附著系數(shù)越小。針對這一情況,主要以改善路面排水性和輪胎排水性為主來抑制。路面排水主要使路面橫向做成兩側(cè)傾斜的坡度,便于及時排水。而對于輪胎而言,可以從輪胎的設(shè)計入手在胎面上設(shè)計出又寬又深的排水溝,使輪胎與路面間形成較大的排水空間。廣西大掌碩士學(xué)位論文 基于路面附著系數(shù)的汽車制動效能分析為了增加潮濕時的路面附著能力,路面的宏觀結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的不平度而有自動排水的能力;路面微觀結(jié)構(gòu)應(yīng)是粗糙且具有一定的尖銳棱角,以穿透水膜,讓路面與輪胎直接接觸,提高路面附著系數(shù)。.輪胎特性對附著性能的影響輪胎是汽車上一個重要部件,支承整車,緩和路面不平對車輛的沖擊力,為驅(qū)動和制動提供良好的附著作用,汽車的許多使用性能與輪胎有關(guān)。因此對輪胎的要求也很高,主要有以下幾點【】:.要有足夠強(qiáng)度和壽命、氣密性好,保持行駛安全;.良好的彈性和阻尼特性,和懸架一起緩和由路面不平引起的振動和沖擊,噪聲要小,保證乘坐舒適和安全;.胎而花紋要增強(qiáng)與地面的附著性,保證必要的驅(qū)動力和制動效能;.輪胎變形時,材料中摩擦損失或遲滯損失要小,以保證滾動阻力小;.輪胎側(cè)偏特性好,保證轉(zhuǎn)向靈敏和良好的方向穩(wěn)定性。輪胎對附著性能的影響主要表現(xiàn)在輪胎的結(jié)構(gòu)型式和胎面花紋。.輪胎結(jié)構(gòu)型式的影響。如圖?,按照輪胎的結(jié)構(gòu)分類方式劃分為子午線輪胎和斜交線輪胎、斜交輪胎膊叮圓 圈熊一一一/,圖一子午線輪胎與斜交線輪胎結(jié)構(gòu).?廣西大掌碩士掌位論文 基于路面附著系數(shù)的汽車制動效能分析斜交線輪胎與子午線輪胎的根本區(qū)別在于胎體。斜交線輪胎是把橫紋編織的簾線布斜裁后相互粘合而形成的;而子午線輪胎的結(jié)構(gòu)特點是胎體簾線方向與輪胎圓周方向垂直,是聚合物多層交叉材質(zhì),可減少輪胎被異物刺破的幾率。從設(shè)計上講,斜交線輪胎由于胎面部分在地面上滑移,所以耐磨性不如子午線輪胎好。交叉的簾線強(qiáng)烈摩擦易生熱,也加速了胎紋的磨損。子午線輪胎則具有較好的柔韌性以適應(yīng)路面的不規(guī)則沖擊,又經(jīng)久耐用。它的數(shù)層由鋼絲編成的鋼帶簾布結(jié)構(gòu)可以使行駛中的汽車得到更小的摩擦,而得到更長久的使用壽命。同時,子午線輪胎的出現(xiàn)讓無內(nèi)胎輪胎變?yōu)榱丝赡?。無內(nèi)胎輪胎最主要的有點在于輪胎被扎破了以后,并不會與斜交線輪胎一樣的爆裂,而是在一段時間內(nèi)能保持住氣壓,這樣能夠提高汽車行駛過程中的安全性。相比較斜交線輪胎,子午線輪胎的耐磨性可以提高%,滾動阻力可降低%,可以節(jié)油%。另外,子午線輪胎的耐機(jī)械損傷性能好,發(fā)熱少,緩沖性能好,適合高速下行駛,提高了乘坐舒適性,并可減少零件的損壞。因此,子午線輪胎具有一系列斜交輪胎不可比擬的優(yōu)點,所以,子午線輪胎附著性能明顯優(yōu)于斜交輪胎。.胎面花紋的影響目前廣泛使用的胎面花紋型式主要有縱溝型花紋、橫溝型花紋和混合型花紋,如圖.。縱溝型花紋臻縱性口穩(wěn)定.洼較出色;靜藩動阻力較小,。輪胎睬青較,、,己, 。生,。,。圖輪胎花紋形式仃 . 于路面附著系數(shù)的汽車制動舅眨分析通過文獻(xiàn)【】可以知道,輪胎花紋的主要作用就是增加胎面與路面間的摩擦力,提高輪胎的附著性能。在一定的載荷作用下,輪胎胎面的局部上會產(chǎn)生一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象,這是由于路面上存在的微小凸體在切向離得作用下,可以對輪胎胎面產(chǎn)生微切削作用。這和我們鞋底的花紋作用時一樣的,在這種微切削的過程中產(chǎn)生的阻力就是輪胎與路面間摩擦力的一部分。有試驗表明,輪胎與路面間的分子引力作用和輪胎與路面間的粘著作用也都是產(chǎn)生胎面和路面間摩擦力的一些因素。但是,起到最主要作用的仍是胎面花紋的彈性變形。表?給出了不同路面類型、不同路面狀況和各類型輪胎下路面附著系數(shù)的變化范圍。表.不同路面類型、不同路面狀況和不同類型輪胎下的附著系數(shù)路面類型 路面狀況 高壓輪胎 普通輪胎 越野輪胎.毋. .國.干燥 .融.柏油或.潮濕 . .電.水泥路面.污染 .旬. .干燥 .?旬. .限. .卵石路面. .融國. .國.干燥碎石路面.國.潮濕 .?. .國。 .干燥 .由。木塊路面潮濕 .?. . .電.融一. .國. .國.干燥.供, . .?.土路 潮濕。, 。 . .電.泥濘,. .?. .干燥沙質(zhì)荒地. . .潮濕干燥 。國. .卸. .?.濕潤 .融一. .?旬. .粘土荒地. ?田. . .?.稀濕.?電 .國 .由.松軟積雪墳地. .國. .融國.壓實. 結(jié)冰路面 氣溫在零下狀態(tài) . .?.汽車行駛時可能遇到兩種附著能力很小的危險情況:一種是剛開始下雨,路上形成黏度很高的水液,這種水液是由少量的雨水也道路上的塵土、油污等物質(zhì)互相混合而形成的,而輪胎在滾動的過程中式無法排擠出這種水液膜的。這種水液膜起到了潤滑的作用,使得路面附著數(shù)大大的降低。另一種情況是,高速行駛的汽車經(jīng)過有積水層的路面,基于路面附著系教的汽車制動舅電分析胎面與路面間積水來不及排除便會在路面與輪胎間形成水膜,將輪胎慢慢托起。路面的少部分突起與輪胎接觸,提供部分附著力,在一定條件下甚至完全離開路面,產(chǎn)生“滑水現(xiàn)象,使路面附著系數(shù)變得極低【。輪胎花紋對輪胎對抗滑水性能具有極其重要的影響,它是通過設(shè)計方法改進(jìn)輪胎抗滑水性能的最重要手段【。文獻(xiàn)【】指出,無論是厚水膜時的動力滑水,還是薄水膜時的粘性滑水,輪胎花紋對輪胎與路面相互作用時的壓力分布,對輪胎、路面、水膜間的相互作用特性,以及排水效率都具有直接影響。近年來,由于高速汽車和低斷面輪胎的廣泛使用,輪胎的滑水問題越來越受到人們的重視。滑水將使車輛失去制動能力和方向控制能力,從而對行車安全造成嚴(yán)重危害。通過胎面花紋設(shè)計,可以改進(jìn)輪胎的濕行駛性能,提高汽車在濕路面上的附著性能。.滑動率對附著性能的影響根據(jù)文獻(xiàn)【】和文獻(xiàn)【】對輪胎與路面的附著激勵的研究可以知道,關(guān)于彈性輪胎和路面的附著問題最早的理論研究可以追溯到上世紀(jì)五十年代,但是直到今天還有很多基本原理尚不清楚。我們通常在物理學(xué)里面所提到的“滑動摩擦力、“滑動摩擦系數(shù)”的定義,運用到輪胎力學(xué)中來,通常叫做“附著力”、“附著系數(shù)。但也有一定的區(qū)別。早在年和通過試驗研究發(fā)現(xiàn)輪胎制動力可以表示成滑移率的函數(shù)。當(dāng)車輪抱死沿路面拖滑,以及車輪完全打滑時,輪胎上作用的摩擦力等于法向載荷和橡膠與路面間摩擦系數(shù)的乘積,符合庫侖定律。但是,對處于部分滑轉(zhuǎn)或滑移情況下的輪胎,庫侖定律就不適用。下面主要說明一下滑動率對附著系數(shù)的影響。在第二章介紹了滑動率的計算公式:?% ?,滑動率與路面附著系數(shù)妒之間的關(guān)系如圖.所示:其中:%一峰值附著系數(shù);體一滑動附著系數(shù)。于路面附著系教的汽.車:制動舅眨分析昏耬需器滑動宰占陽圖.路面附著系數(shù)與滑動率關(guān)系曲線饑 .由圖.可以看出制動力系數(shù)伊在段近似為直線,隨滑動率的增大而迅速增大;過了點以后上升緩慢,到了點達(dá)到最大值,峰值附著系數(shù)綿。嘶%時出現(xiàn)?；瑒勇试僭黾?制動力系數(shù)有所下降直到滑動率%,制動力系數(shù)妒達(dá)到滑動附著系數(shù)%。在干燥路面上,緯與體差別較小,而在濕路面上,砟與體差別較大。由于滑動率%,滑動附著系數(shù)較小,地面制動力不是最大,因而制動距離不是最短。而此時的側(cè)向力系數(shù)為,車輛能承受的側(cè)向力為,車輪很容易側(cè)滑,不能保證制動時的方向穩(wěn)定性。理想的制動系統(tǒng)應(yīng)能防止車輪被抱死,自動保持滑動率在%范圍內(nèi),能夠利用峰值附著系數(shù)%獲得最大的地面制動力,因而制動距離可以最短,提高汽車的制動效能。.本章小結(jié)本章首先分析了路面、輪胎和滑動率這三方面對路面附著系數(shù)的影響。路面越粗糙,路面的附著系數(shù)也越大,但隨著使用年限的增加,道路出現(xiàn)老化,變得光滑,路面的附著性能也隨之下降。輪胎花紋在胎面和路面間切向力的作用下,能產(chǎn)生較大的切向彈性變形,增強(qiáng)了接觸面的磨擦作用,提高輪胎的附著性能。輪胎的磨損會影響它的附著性墓路面附著系數(shù)的汽車制動效熊分析能。隨著胎面花紋深度的減小,它的附著系數(shù)將顯著下降。只有保持滑動率在%范圍內(nèi),制動系統(tǒng)才能夠利用峰值附著系數(shù)緯獲得最大的地面制動力,使制動距離最短。基于路面附著系數(shù)的汽車制動舅眨分析第四章制動效能的仿真研究發(fā)現(xiàn),在公路開通初期路面附著系數(shù)較大,由此引發(fā)的事故很少,但使用一段時間后,由于磨損,路面附著系數(shù)下降很多。車輛在道路上行駛,路面的附著系數(shù)并不是一成不變的,而是在一個范圍內(nèi)波動,輪胎與路面間的附著系數(shù)會隨著車速的增高而減小。干燥路面上車速增高,附著系數(shù)稍稍減小;潮濕路面上隨著車速的增高,附著系數(shù)明顯的減小。第二章建立了附著系數(shù)和制動距離之間的數(shù)學(xué)模型式:”忖考”扣帕?瓦畦一扣等署沁,?乞考一扣帕?南唾一扣而;專?吼,忖腎礬。罟?礦訓(xùn)本章將在這一數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,選取柏油、水泥、碎石、土路、積雪等典型路面,以馬自達(dá)汽車為研究對象,運用語言對其空載與滿載時制動距離與路面附著系數(shù)關(guān)系進(jìn)行仿真。獲取在特定初速度下路面附著系數(shù)與汽車制動距離的關(guān)系曲線。以我國和國際上主要的制動距離管理條例為參考依據(jù),選取路面附著系數(shù)分別為礦.、礦.和礦.的較差路面,對馬自達(dá)汽車空載與滿載時制動距離與制動初速度之間的關(guān)系進(jìn)行仿真,獲得具有實際參考價值的仿真曲線。.參數(shù)設(shè)定本章以馬自達(dá)為例,參考數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)【】和文獻(xiàn)【】,具體數(shù)據(jù)為表所示:表馬自達(dá)數(shù)據(jù).一 車型 空載 滿載馬自達(dá) ,砂 坼叫 基于路面附著系教的汽車觸動效能分析上表中給出了空載和滿載時的具體數(shù)據(jù),第三章表.給出了不同路面類型、不同路面狀況、不同輪胎類型時附著系數(shù)的取值范圍,本章將根據(jù)該表進(jìn)行取值。另外,汽車制動時的其他參數(shù)經(jīng)過分析取值如表.:表其他參數(shù).制動距離與附著系數(shù)關(guān)系曲線仿真我國幅員遼闊,地形差異較大,造成了各地區(qū)的道路路面狀況參差不齊。下面,我們將選取柏油或水泥、碎石、土路、積雪等典型路面,對其不同自然條件下空載與滿載時制動距離與附著系數(shù)關(guān)系進(jìn)行仿真。.柏油或水泥路面我國的高速公路、國道、省道等高等級公路均屬于柏油或水泥路面。柏油路面由瀝青鋪成,學(xué)名為瀝青混凝土鋪面,是現(xiàn)今廣泛使用的高速公路道路路面。水泥混凝土路面是指以水泥混凝土為主要材料做面層的路面,簡稱混凝土路面,亦稱剛性路面,俗稱白色路面,它是一種高級路面【。因此,選取柏油和水泥路面進(jìn)行研究是極其重要的。.干燥路面選取初速度為/,根據(jù)表.選取普通輪胎。運用進(jìn)行仿真,得到空載和滿載時制動距離和附著系數(shù)如圖.、.所示。從圖.中可以看出,汽車空載時,在干燥的柏油或是水泥馬路上制動,其制動距離范圍在.,其路面附著系數(shù)在.之間。所以在這樣的路面上制動時,車距最好保持在之上為好。當(dāng)然/的速度不算是高速行駛。在高速公路上速度一般在/,其制動距離最好保持在以上,以免發(fā)生追尾現(xiàn)象。從圖.中可以看出,汽車滿載時,在干燥的柏油或是水泥馬路上制動,其制動距離范圍在.,其路面附著系數(shù)在.之間。由于滿載的原因在這種路面比較好的情況下,制動距離比空載時略有提升,所以在這樣的路面上制動時,車距最好保持在之上為好。廣西大曹鉺炙士掌位論文 基于疊務(wù)面附著系敦的汽車康動舅。眨分析、,、.,;圖空載時制動距離隨著路面附著系數(shù)的變化過程 .: :。、,.。、.。、.、駕滿載時制動距離隨著路面附著系數(shù)伊的變化過程 .于路面附著系教的汽車制動寅嚆皂分析.潮濕路面汽車在公路上行駛時,并不是總在理想的路面條件下行駛。由于天氣變化的原因,很多的時候伴隨著下雨,下雪等天氣行駛。在雨水不是很大或下雪之后,柏油或水泥公路會變得潮濕,路面條件不如干燥時好。路面的附著系數(shù)并不是一成不變的,而是在一個范圍內(nèi)波動,輪胎與路面間的附著系數(shù)會隨著車速的增高而減小。潮濕路面上隨著車速的增高,附著系數(shù)明顯地減小。選取初速度為砌/廳,根據(jù)表.選取普通輪胎。運用進(jìn)行仿真,得到潮濕路面空載和滿載時制動距離和附著系數(shù)關(guān)系如下:圖空載時制動距離隨著路面附著系數(shù)伊的變化過程.從圖.可以看出,汽車空載時,在潮濕的柏油馬路或是水泥馬路上制動,其制動距離范圍在.聊一.肌,其路面附著系數(shù)在.之間。與干燥路面相比,潮濕路面上制動距離隨著附著系數(shù)的下降而明顯增長。在潮濕的路面上制動要比在干燥的路面上多走出,所以在這樣的路面上制動時,車距最好保持在之上,才不至于發(fā)生追尾現(xiàn)象。廣