当前课程知识点：汽车理论 > 第四章：汽车的制动性 > 知识点4.3：硬路面的附着系数 > 硬路面的附着系数
同学们大家好
下面介绍第四章
汽车的制动性的第三个知识点
硬路面的附着系数
由前面的介绍我们可以知道
地面的制动力
它是受限于附着力的
那么我们这个知识点就介绍一下
在硬路面上它的附着系数
它受到哪些因素的影响
那么我们还是假设
在制动的时候
车轮只有滚动和抱死拖滑
这样两种状况
实际上车轮滚动到抱死拖滑
它在前边我们认为
它只有这样两个状况
似乎它是突变的
但实际上它是一个渐变的过程
我们这个图实际上
就给出了这样一个渐变的过程
比如像这个第一段
它基本上就是一个轮胎
它滚动的这样一个过程
然后这个第二段
它实际上是由滚动逐渐过渡到
有一定滑动的这样一个过程
也就是说在这第二段里边
滚动的成分逐渐逐渐变小
滑动的成分逐渐是变多的
这下边的第三段基本上
就变成了滑动
尤其是到了末端
那么变成了完全黑的这么一块
那么就完全就是滑动了
在这里边可能还略微
有一点滚动的成分
在第一段里边这个刚才描述的
这个印痕的形状
与轮胎的花纹基本上
它是一致的
所以这时候我们把它称之为
车轮处于纯滚动的状态
车轮纯滚动的特征就是
在纯滚的情况下
那么也就是轮心的速度
在这里用Uw来表示
它和轮胎的滚动半径
与车轮的角速度
滚动的角速度的乘积
基本上是相等的
在第二段里边
这个轮胎的花纹的印痕
最开始比较清楚
到了后来就逐渐逐渐变得模糊
但基本上还可以辨认的出来
因此在这一段里边
这个轮心的这个速度
它就是大于
这样一个车轮的滚动半径
乘以车轮的角速度的
并且随着这个滚动成分的减少
滑动成分的增加
从大于逐渐过渡到远远的大于
到了第三段就形成了
一条粗黑的这样一个印痕
就基本上看不出花纹来了
因此在这个时候
车轮的话被制动器抱死
在路上完全拖滑
在这个时候滚动角速度趋近于零
从这三段的变化情况可以看出
随着制动强度的增加
车轮的滚动成分是越来越少
而滑动的成分越来越多
一般来讲我们用滑移率来说明
这个过程这个滑动成分的多少
这个滑移率的定义是
像这样的一个公式来表达
这个等式左边是滑移率
右边的话在分子上边
它是由轮心的这样一个速度
减去这个车轮的半径
乘以滚动的角速度
然后分母的话就是轮心的速度
最后再乘以百分之百
这个就是滑移率的这样一个定义
在纯滚动的时候一个轮胎
那么这个时候你轮心的速度
等于你的滚动半径乘以的角速度
这时候滑移率或者说
我们有时候把它叫做滑动率
它是等于零的
在纯拖滑的情况下
这时候你的滚动角速度等于零
这时候这个滑移率
它等于百分之百
在边滚边滑的情况下
那滑移率大于零而小于百分之百
这滑动率的数值
说明了车轮运动中
滑动成分所占的比例
滑动率越大滑动的成分也就越多
为了表述这样
一个在滑移率变化的过程中
这个制动的附着力的变化的情况
我们定义了这个制动力系数
这个制动力系数是
用地面的制动力与垂直载荷之比
这样一个比值
把它称之为制动力系数
在不同滑动率的情况下
这个制动力的系数
数值也是不一样的
我们这个图给出了
这个制动力系数
随着这个滑动力变化的情况
首先在最开始
滑动率比较小的时候
随着滑动率的增加
然后制动力系数迅速的增加
从零上升到了A点
当然实际上在上升到A一点的时候
表面上从计算来讲是有滑动率的
但实质上在这个时候
轮胎和路面之间并没有发生
这样一个滑动的情况
它基本还是滚动了
之所以产生了这样一个滑移率
是由于随着
这个地面制动力的增加
然后轮胎产生了
这样一个纵向的变形
它在拉伸的情况下
然后滚动半径变大
这样子的话
尽管滚动角速度有所下降
实际上的话
它并没有真正发生滑动
超过了A点以后
然后逐渐它逼近了
这样一个最大的值
在这里边实际上
轮胎逐渐发生了
这样一些滑动的情况
它处于这种滚动成分逐渐减小
滑动成分开始出现了一些
然后达到了最大值
达到最大值以后
然后继续增加这个滑移率
那么这个时候这个纵向力系数
它不增加反而有所下降
随着这个滑动成分继续增加
逐渐的逼近于最后一个滑动的
这样一个附着系数
制动力系数的最大值
一般我们把它称之为峰值附着系数
一般用φp来表示
这个时候一般出现在
滑动率10%-30%之间
这个主要取决于
这个路面软硬这样一个程度
在滑动率百分之百的时候
制动力系数我们
把它称之为滑动附着系数
在干燥路面上
峰值附着系数与滑动附着系数
相差的相对小一点
而在湿滑的路面上
这个差距会变得比较大
下面一个图
我们给出了实验得到的
有侧向力作用
而发生侧偏的时候的制动力系数
它的变化的情况
这个如图所示
我们的横坐标仍然是用滑动率
纵坐标则是用制动力系数
和侧向力系数来表达
从这个曲线我们可以看到
在滑动率不大的情况下
那么这个时候我们纵向力系数
或者叫做制动力系数
相对来讲是比较大的
并且在同样侧偏角的情况下
侧向力系数也是比较大
从这个图形可以看到
在滑动率不大的时候
这个时候无论是纵向的
这样一个附着特性
还是侧向的附着特性
都是比较好的
能够保证汽车的制动的效能
和制动的稳定性
所以一般来讲
采用现代的这样一种
比如我们常用的制动装置
比如像ABS
制动防抱死装置的情况下
经常是把滑动率
控制在峰值附着系数之下
这样一个情况
这个我们想保持滑动率
保持在比较低的数值
采用普通的制动系统是做不到的
刚才已经说了
必须采用制动防抱死装置
然后来控制车轮的滑移率
这样才能明显的改善
汽车制动时
它的制动效能和方向稳定性
路面的附着系数
主要取决于道路的材料
路面的状况和轮胎的结构
这样一些情况
比如像轮胎的花纹材质等等
同时和汽车的运动速度
也有比较大的关系
这个图它给出了
在不同滑移率的情况下
这个不同的路面材料
那么它的这样一个制动力系数
随着滑移率变化的情况
当然最上面这条线
是指的在比较好的路面
比如像干沥青的路面等等
这个中间的这个则是
这种鹅卵石的这样一些路面
就是普通的这样一些路
这个最下边的话则是冰路面
整个制动力系数是比较低的
这个图形就给出了
车速对于轮胎的对制动力系数
这样一个曲线的影响的这个情况
从这个图形我们可以看到
当然这个横坐标也是滑动率
纵坐标就是制动力系数
这个在车速比较低的时候
那么这个曲线相对来讲比较高
无论是峰值附着系数
还是滑动附着系数都是比较大
随着车速的提高
那么整个这个曲线都是下降的
无论是峰值附着系数
还是滑动附着系数
都有明显的下降
这个表格给出了各种路面上
它的附着系数平均值的
这样一些变化的情况
图中既有峰值附着系数
也有滑动附着系数
我们可以看到比较好的路面
这个峰值附着系数
可以做到0.8-0.9
当然更好的话比如像机场的跑道
像一些高速公路
甚至可以做到1.0左右
然后在冰的路面上
那么这个数值就只有0.1了
实际上差距是非常大的
刚才所介绍的都是
在比较好的路面的情况下
那么它的附着的状况
当然在汽车行驶的时候
还可能遇到这个
路面比较差的时候
这时候附着率可能会变得非常小
当然有两种情况下
这个附着它会变得很差
一种的话就是刚开始下雨的时候
路面上只有少数的这样一些雨水
这个雨水与路面上的灰尘油污
这些相结合形成了黏度比较高的
这样一些水液
在这种情况下滚动的轮胎
无法及时的把这些水排除掉
这样的话就在胎面与路面之间
形成了这样一个水液膜
形成了水液膜以后
这个附着性能会大幅度的降低
平滑的路面
会同像冰雪路面一样的滑溜
另一种情况的话
就是高速行驶的汽车
经过有积水层的这个路面
出现这种滑水的现象
轮胎在有积水层的路面上
滚动的时候
它的接触面大体上
可以形成三个区域
这个假如这个轮胎
是向这方面来滚动的
这个前面这A区就是轮胎
刚刚和路面要接触的这样一个区
在这个区域里边的话
一般它会形成一个水膜区
假如没有水
这地方当然也还是压实的
这个会形成一个小楔形
最后的话当把水完全挤干以后
它会形成一个附着区
会形成这么一个附着区
这个附着区我们用C
来把它表示出来
在水膜区和这附着区之间
它会有一个过渡区
一般我们把它称之为B
在这个区域里边
路面如果有一些突起
或者说轮胎的花纹
这样有一些突起的时候
它会和路面来接触
而在其他的部位也有一些部位
它就会被水把它隔开
一个轮胎在低速滚动的时候
由于水的这种粘滞力
接触面前部的水需要有一定时间
就可以把水挤出去了
所以在接触面中
轮胎前部将越过楔形水膜
也就是说有这么一个A区
来进行滚动
这个时候假如速度比较低
这个A区相对来讲是比较小的
随着车速提高以后
这个高速滚动的轮胎
它需要迅速的来挤干这个水
甚至把水给挤出去
由于水的惯性
接触区的前部水中
就产生了这种动压力
这个数值和车速的平方成正比
这个压力就使得胎面与地面分开
随着车速增加
这样的话A区在水膜的接触区中
就会向后扩展变的越来越大
这样B区和C区就会相对的缩小
在某一个车速下
在胎面下的动水压力的升力
那么它完全等于垂直载荷的时候
就是我的浮起的力量
和你的垂直载荷
这样大体上相等的时候
这个轮胎就完全就漂浮在水膜上
而与路面一点都不接触了
这个时候就会产生滑水现象
对于光滑胎面
或者一些细花纹的轮胎
没有排水沟槽的这些轮胎
当路面的水层深度
超过了这个水槽的深度的时候
可以根据流体力学的这样一些原理
然后计算出来滑水车速的
这样一个现象
在这里边假如我们
设Fh为这个动水的压力
它基本上是正比于这样一个
就是液体的这个密度
同时正比于你这个它的一个面积
就是轮胎和路面接触的
这样一个面积
同时正比于这个速度的平方
出现滑水现象的时候
动水压力的升力的分量
需要等于这个轮胎的垂直载荷
因此刚出现滑水的车速
与平均接地压力
它的平方根值是成正比的
也就是说我们的这个车速
它根据一些常数的换算是6.34
然后乘上一个轮胎压力的平方根值
对于一般的这个花纹的轮胎
在水层深度小于胎面沟深的时候
滑水车速的这种估算
就会变得非常的复杂
我们这个图给出了
实验的这样一些结果
也就是各种轮胎它们的
这个滑水车速的这个状况
这个横坐标就是滑水车速
这个纵坐标
是轮胎充气的这些压力
当然这个是刚才
我们根据理论计算的公式
得到了这样一根曲线
当然从我们实际
测量到的曲线来讲
有一些线它跟这个趋势
基本上是一样的
比如像7 8 9这样一些线
当然也有一些线的话
甚至于它是垂直的它是垂直的
这个最主要就说明
它的这样一个复杂性
因为这个它受轮胎的
这个花纹的影响是非常大的
假如你要是一个光胎
那么它很可能就应该是7 8 9
这样一些状况
这个滑水现象减小了
胎面与地面的这样一个附着能力
影响了汽车制动和转向的性能
因此的话它是我们
不希望它出现的
但是当你有一定的水的深度
等等的时候
那它又是一定会出现
这个对性能有很大的影响
我们这个图的话
给出了这样两种轮胎
然后它们滑动附着系数的
这样一些变化的情况
当然这横坐标也是车速
纵坐标就是滑动附着系数
当滑动附着趋于零的时候
实际上就意味着出现了滑水现象
比如像这样一种轮胎
它在100公里车速左右的时候
水膜厚度达到10毫米
也就是1厘米的情况下
那么它的附着系数
它的滑动附着系数趋近于零
也就是说在这种情况下
它就已经出现了滑水现象
有关硬路面上的附着的情况
就介绍到这里
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-知识点4.15：汽车防抱死制动系统--作业
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--前四章知识总结
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--平顺性的评价方法
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-知识点6.12：双质量系统的频率响应特性--作业
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-知识点6.14：主动与半主动悬架概述--作业
-知识点6.15：双轴汽车的振动
--双轴汽车的振动
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-知识点6.0：第五、六章知识总结
-期末考试--考试入口
