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提高汽车制动效率:附着系数与力学应用

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3-45a绘出了与图3-40为同一货车的利用附着系数与制动强度关系曲线。后轴的利用附着系数可按下式求出:因为所以2.制动效率制动效率定义为:车轮临抱死时的制动强度与被利用的附着系数之比。由图3-46可知,该车满载时在φ=0.39的路面上制动可达到前、轴同时抱死,制动效率最高,0.39就是该车的同步附着系数φO;换言之,该车满载时在φ=0.39的路面上制动,路面可供的附着条件完全被利用了。图3-46 前、后轴制动效率曲线

提高汽车制动效率:附着系数与力学应用

1.利用附着系数

根据前面制动工况的分析,为了防止后轴侧滑和前轮失去转向能力,汽车在制动过程中最好既不出现后轴车轮先抱死的危险工况,也不出现前轴车轮先抱死或前、后车轮都抱死的工况。所以,应当以即将出现车轮抱死,但还没有任何车轮抱死时的制动减速度作为汽车能产生的最高制动减速度。

若汽车在同步附着系数的路面上制动,则汽车的前、后车轮将同时达到抱死的工况,此时的制动强度最大,z=φOφO为同步附着系数)。在非φO的其他路面上制动时,达到前轮抱死前或后轮抱死前的制动强度都比路面附着系数要小,也就是说不出现前轮或后轮抱死的制动强度必小于地面附着系数,即zφO。因此可以得出结论:汽车只有在φ=φO的路面上制动,地面的附着条件才能得到较充分利用;在φφOφφO的路面上制动,出现前轮或后轮提前抱死情况时,地面附着条件均未得到较充分利用.,这个结论也可以这样描述:汽车以一定减速度制动时,除去制动强度z=φO以外,不发生车轮抱死所要求的(最小)路面附着系数总是大于其制动强度。为了定量说明这个结论,引进利用附着系数这一概念,利用附着系数又称为被利用的附着系数,其定义为:对于一定的制动强度z,除去制动强度z=φO以外,不发生车轮抱死所要求的最小路面附着系数称为利用附着系数。它可下式表示

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式中 φi——制动强度为z时,第i轴的利用附着系数;

Fxbi——制动强度为z时,第i轴相应的地面制动力;

Fzi——制动强度为z时,地面对第i轴的法向反作用力。

笔者认为,利用附着系数也可以理解为某一制动强度下的临抱附着系数。

显然,利用附着系数越接近制动强度,说明地面的附着条件越能得到充分利用,汽车的制动器制动力分配越合理。最理想的制动情况是利用附着系数总是等于制动强度这一关系,即φ=z(图3-45a中的对角线)。但实际上,很难做到φ=z,因为地面条件千变万化,汽车在制动时出现前、后轴同时抱死的机会极少。

通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线来描述汽车制动器制动力分配的合理性。图3-45a绘出了与图3-40为同一货车的利用附着系数与制动强度关系曲线。

从图3-45a中可以看出,在z=0.39时,前、后轴利用附着系数均为0.39,即前、后车轮临抱死(刚要抱死)时所要求的最小地面附着系数为0.39,这就是这一货车的同步附着系数φO。在φφO的路面上,前轮提前抱死,汽车的利用附着系数应取前轮φ,所确定的曲线;在φφO,的路面上,后轮提前抱死,汽车的利用附着系数应取后轮φr所确定的曲线。

因为利用附着系数总是要大于或等于制动强度,即φfzφrz,所以也可以根据φf曲线与φr曲线是在45°对角线(φ=z)的上方还是下方,来判断并选取利用附着系数曲线。据上分析,应选取对角线上方的fH1线来作为汽车利用附着系数曲线。

若选取对角线上方的曲线来作为该货车的利用附着系数曲线,应选图3-45a中空车φr曲线。但是这样一来,汽车制动时总是出现后轮先抱死的工况,而且此时的利用附着系数很大,远远大于制动强度,所以该汽车的制动力分配是不合理的。

图3-45b、c为发动机参与制动时利用附着系数与制度强度的关系曲线。

利用附着系数的计算

下面分别求出前轮或后轮提前抱死时前轴和后轴的利用附着系数的计算公式。

1)前轴刚要抱死时的利用附着系数公式。当zφO,时,前轴先抱死。前轴的利用附着系数可按下式求出:

前轴临抱死时或前、后轴临抱死时汽车的减速度为978-7-111-41149-9-Chapter03-116.jpg,则

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式中 β——制动力分配系数。

因为前轴地面法向反力

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图3-45 发动机参与制动时利用附着系数与制度强度的关系曲线

a)利用附着系数与制度强度的关系曲线 b)满载 c)空载

故前轴的利用附着系数

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2)后轴刚要抱死时的利用附着系数公式。当zφO时,后轴先抱死。后轴的利用附着系数可按下式求出:

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因为

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所以

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2.制动效率

制动效率(E)定义为:车轮临抱死时的制动强度与被利用的附着系数之比。通常也用制动效率来描述地面附着条件的利用程度,并以此来说明实际制动力分配的合理性。

根据定义和式(3-16)、(3-17),得

φφO的路面上,前轴的制动效率为

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φφO的路面上,后轴的制动效率为

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图3-46给出了某汽车的制动效率曲线。由图3-46可知,该车满载时在φ=0.39的路面上制动可达到前、轴同时抱死,制动效率最高(100%),0.39就是该车的同步附着系数φO;换言之,该车满载时在φ=0.39的路面上制动,路面可供的附着条件完全被利用了。又如,在φ=0.6的路面上,空载时后轴制动效率约为0.67,这说明后轮抱死前,汽车最多只能利用可供制动的附着力的67%,其减速度也得不到0.6g,而只有0.6g×67%=0.402g(注:减速度978-7-111-41149-9-Chapter03-126.jpg)。

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图3-46 前、后轴制动效率曲线

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