制动距离缩短32%：汽车工程应用力学

1.制动全过程的分析

汽车以一定的速度向前行驶时，从驾驶人开始踩制动踏板到汽车完全停住所驶过的距离，称为制动距离。

制动全过程大体分四个阶段：驾驶人见到信号后作出行动反应、制动器起作用、持续制动作用和解除制动等。各个阶段时间的总和称为制动时间。图3-9是驾驶人在接受了紧急制动信号后，实施制动的制动踏板力、汽车制动减速度与制动时间的关系曲线，其中，图3-9a为实测曲线，图3-9b为简化曲线。对制动距离的测试，一般都对制动踏板力或制动系压力、路面附着系数以及汽车状态（载荷、是否与发动机结合）等条件作出相应的规定，并在制动器冷态下（100℃以下）进行。

驾驶人反应时间τ₁包括见到信号到产生制动意识时间τ′₁加上意以后到踩踏板时间τ″₁，即τ₁=τ′₁+τ″₁。τ₁一般为0.3～1.0s。

制动器的作用时间τ₂包括克服蹄片回位弹簧和蹄鼓间隙所需时间τ₂′，加上制动力从产生到最大值的增长过程所需时间τ″₂，即τ₂=τ₂′+τ″₂。τ₂一般为0.2～0.9s，它取决于驾驶人踩踏板的速度，更重要的是受制动系结构形式的影响。

图3-9 汽车制动过程所需时间与制动踏板力F_b、制动减速度a_b的关系曲线

a）实测曲线 b）简化曲线

持续制动时间τ₃的减速度基本不变。

解除制动时间τ₄一般为0.2～1.0s。这段时间过长会耽误随后的起步行驶。

2.制动距离及其影响因素

一般所指的制动距离是开始踩制动踏板到完全停车的这一区间的距离。它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离，即τ₂与τ₃两个时间段所对应的距离s₂与s₃之和。

省略去有关公式推导，车速的单位用km/h表示，则总制动距离s（m）为

从式（3-7）可见，影响汽车制动距离的主要因素是：制动器起作用的时间、最大制动减速度以及起始制动车速。制动减速度越大、起始制动车速越低、制动器起作用的时间越短，则制动距离越短。其中制动减速度与车轮制动器制动力、地面附着力有关。(www.xing528.com)

（1）制动器起作用时间 在制动过程的四个时间段里，制动器起作用时间τ₂对于制动距离的影响作用至关重要。这段时间是汽车减速度从零值增至最大值的过程，如果这段时间短，则表明汽车制动在很短时间内就能迅速达到最大减速度。人们常说的某一台车制动很灵敏指的就是这个意思。

制动器起作用时间的长短与制动系的结构有密切关系。气压制动系的制动器起作用时间为0.3～0.9s；而液压制动系可缩短至0.1s或者更短；有挂车的汽车列车的制动器起作用时间有时竟长达2s，但精心设计的汽车列车制动系可缩短至0.4s。

改进制动系结构以减少制动器起作用时间，是缩短制动距离的一项有效措施。例如，CA770轿车由真空助力制动系改为气压助力（气顶液）制动系后，制动试验结果对比如表3-4所示（起始制动车速为30km/h）。

表3-4 CA770轿车装用不同制动助力装置的制动距离对比

试验数据表明，改用压缩空气-液压制动系后，总的制动时间减少了31.6%，制动距离缩短了32%，但最大减速度只提高了3.5%。这到底是减少了哪一时间段的时间呢？从减速度数值的差异很小来看，总制动时间减少的原因不在于制动持续时间τ₃，而在于制动器起作用时间τ₂。因此，可以认为制动器起作用时间τ₂的减少是缩短制动距离的主要原因。

（2）制动起始车速

制动起始车速对制动距离的影响如图2-10所示。图3-10是根据《Autocar》杂志1993—1998年对48辆装有真空助力器的各种轿车在干燥良好路面上进行制动试验的结果，并按最小二乘法原理拟合得到的制动距离曲线。拟合得到的公式为

s=0.0034u_a0+0.00451u²_a0

式中 u_a0——制动起始车速（km/h）；

s——制动距离（m）。

图3-10 制动起始车速对制动距离的影响曲线