当前课程知识点：汽车理论 > 第四章：汽车的制动性 > 知识点4.5：制动距离的计算分析 > 制动距离的计算分析
同学们大家好
下面介绍呢第四章
汽车的制动性第五个知识点
制动距离的计算分析
刚才呢已经介绍过
制动效能呢
主要是用制动距离
来进行评价的
在这个知识点里边呢
我们主要介绍一下
制动距离怎么来计算
然后通过制动距离的计算
我们就可以找到
影响制动距离的主要因素
假设呢
是在附着系数不变的情况下
对制动距离呢做一个粗略
和简单的定量分析
以研究各种因素
对制动距离的影响
我们这个图呢表达的是
驾驶员在接受了
紧急制动信号以后
制动踏板力
制动减速度
与制动时间的
这样一个关系
我们上面这个曲线呢
是实际测量到的
这样一个曲线
这里面的话呢
有踏板力的变化
有这个制动减速度的
这样一个变化等等
这个下边呢
是根据上边这个曲线
把这个过程把它简化了一下
也就是说呢
这里边的这些毛刺
把它去掉把它去掉
然后呢这个虚线的话
是制动器压力的这样一个变化
这个粗实线呢
是制动减速度这样一个变化
我们在整个制动过程里边
实际上把它分成这样一些区域
首先呢在这个τ1这个段
也就包括了ab这两个段
实际上的话
这个实际是驾驶员
看到发生情况以后
它实际上这个时间段里边
是真正还没有开始制动
实际上就是驾驶员
反应的这样一个时间
然后呢在这个τ2
这个时间段里边
也就是从b一直呢到e
这个时间段里边
实际上就是驾驶员
已经把脚踩在制动踏板上
然后往下踩这个制动器
踩这个制动器
一直到我们的制动减速度升
涨到最大这一段这个时间
最后呢这个τ3
这个时间段呢
当然也就我们持续
制动的这个时间段
在这个时间段里边
我们制动减速度保持恒定
第四个时间段呢
就是说呢我们的紧急情况
这个结束了
或者说呢
我们这车已经停稳了
在这种情况下呢
驾驶员松开了这个制动踏板
然后呢有这么一个时间4
τ4这样一个时间段
这个驾驶员呢
从刚才我们看到那个曲线来看
驾驶员接到紧急停车信号以后
并没有立即采取行动
而是要经过了叫做τ一撇
这样一个时间段以后
他才意识到
需要进行紧急制动
任何人都会有这样一个时间段
然后呢在这种情况下
他呢就会移动右脚
把右脚从你加速踏板
或者从其他的位置上
去移动到制动踏板这个位置上
这样呢一般来讲
需要经过τ1两撇这样一个时间
这个呢从刚才
我们图上所显示的
从a1到
从a到b
所经过的时间呢
这个也就用τ1来表示
就是所谓的τ1一撇
加上τ1两撇
这个把它称之为
驾驶员的反应时间
这个时间的话呢
根据驾驶员的这个状况
一般统计上是0.3到1秒
一般当然这个0.3到1秒
还是指的普通的这个驾驶员
要真是职业的驾驶员
这个时间很可能会缩短到
0.1秒甚至于更小
这样一个时间里头
在那个b点以后
这个时候
驾驶员踩到了制动踏板
这个制动踏板力呢
就会迅速的增大
到达d点的时候
就会到达最大值
但是呢由于这个时候
你的刹车的蹄片
假如要是鼓式制动器
就是你的蹄片
它和制动鼓之间是有间隙的
你踩到踏板
并不是说我这个蹄片
也和制动鼓接触了
或者说盘式制动器
你的摩擦片跟制动盘
也不见得接触
它是经过一段时间
一般来讲呢
需要经过τ2一撇
也就是到达c点的时候
那么这个时候呢
你的这个摩擦力矩才产生
从摩擦力距产生
那么你的制动减速度呢
也就实际就发生了
在这个时候
这个地面制动力呢
才发生了这种作用
使汽车产生减速度
从c点到e点
这个呢基本上就是制动器
制动力增长过程
所需要的时间
把它叫做呢τ2两撇
这个τ2总的这个时间呢
它等于τ2一撇加上τ2两撇
这总的时间
把它叫做制动器的作用时间
制动器的作用时间τ2
一方面取决于
驾驶员踩踏板的速度
踩的快一点
那么它可能这个时间
也就会短一点
更重要的
它还受到制动器
结构的这个影响
受到制动器结构的影响
一般这个时间呢
在0.2到0.9秒之间
当然这个0.2到0.9秒之间呢
还是指的这种普通的人
并且普通的制动系统
它才会是这样一个时间
这个一会儿的话呢
到了我们这知识点最后的时候
我们可以看到
实际上
在上个世纪90年代的时候
代表当时制动器
这样一个水平的时候
实际上这τ2的时间
就已经缩短到了0.05秒以下
0.05秒以下
根据就不需要这么长时间
这个0.2到0.9秒呢
由于是我们这个教材上
就给的这个时间
我还是照这个来讲
这一般来讲
还是指的这种
不是职业驾驶员
踩踏板速度相对比较慢的人
是这样的一个时间
当然从我们刚才那个图
从e到f
一般呢这个是持续在制动
持续制动的时间
我们把它称之为τ3
在这个时间段里边
这个减速度呢
是基本不变的
是基本不变的
他实际上也是在这个时间里边
它是使得减速度
使得汽车的车速
迅速的降低
然后一直到零
这样一个时间段
当到达f点以后
驾驶员这时候松开制动踏板
这时候制动力的消除呢
一般来讲
还是需要一定时间
假如我这时候已经停车了
这段时间长短呢可能无所谓
但是呢我们仅仅是一个减速
仅仅是一个减速
减到一定程度情况呢
消除掉了
这时候呢就希望
这个力呢迅速的消除掉
迅速的消除掉
这个时间
一般也会在0.2到1秒之间
这个时间过长的话呢
当然会影响之后的这种起步
影响之后的这种起步
假如在这种时候
车轮还是抱死的
那么就会影响起步
影响这个汽车的动力性
所以呢这个τ4这个时间
尽管它不影响制动距离
但是呢它影响汽车的其他性能
这个时间呢
还是希望它越小越好
从制动的全过程来看
这个大体上总共呢
包括了驾驶员
见到这个发现情况以后
做出反应的时间
然后呢制动器起作用的时间
持续制动和放松制动器
四个阶段
一般呢我们所指的制动距离
都是开始制动
也就是踩到制动踏板
到完全停车的这样一个距离
因为我们在测试一个
汽车的制动距离的时候
实际上也是这样
它是从制动踏板力
有力开始
或者说呢力达到了一定值开始
然后来测这个制动距离的
所以呢这个制动距离呢
大体上包括了制动器作用
和持续制动
这样两个阶段
这个驶过的距离
下面呢我们就分析
这个制动器起作用阶段
和持续制动阶段
这样两个制动距离的计算
在这个τ2的时间里边
这个呢首先呢
它会有τ2一撇这个时间
τ2一撇时间呢
实际上这个时候呢
还没有发生制动
在这个时间里边的话
这S2一撇
它实际上就等于你的初始车速
乘以τ2一撇
这样一个时间
当然了在τ2两撇
这个时间里边
这个制动减速度呢
这个时候一般来讲
它是线性增长的
因为减速度呢
一般来讲呢
这线性增长率用k来表示
这和你踩踏板的这个速度
有很大的这个关系
经过推算
在τ2两撇的这时间里边
它呢这时间的制动距离
用S2两撇来表示
它等于U0乘上τ2两撇
减去六分之一的这个
最大的减速度
乘以τ2两撇的平方
因此呢在制动器
起作用的这时间段里边
它所驶过的
这样一个制动距离呢
应该把刚才两个加起来
最后的一个制动距离呢
它就等于这个初始车速
乘上这个τ2一撇
加上τ2两撇
最后呢再减去一个六分之一
乘上最大的制动减速度
乘以τ2两撇的平方
下面我们看一下
在持续制动阶段
也就是说呢
汽车以最大的制动减速度
做均减速运动的时候
那么它的制动距离
在初速度为Ue的情况下
也就是说呢我们从E点开始
在那时候的初速度
然后把末速度为零
把它带进去
这个时候呢
我们可以算出来
它的制动距离
制动距离呢实际上就等于
这个初速度Ue的平方
然后呢除以两倍的
这个最大的制动减速度
最后呢把这个Ue展开以后
最后会得到这样一个等式
那么第一项
那当然也就是
和初速度平方有关
除上你的最大的
制动减速度的两倍
然后减去一个二分之一的U0
乘上τ2两撇
最后呢再加上一个八分之一的
最大制动减速度
乘上τ2两撇的平方
最后呢把这两个相加
得出来一个
总的制动距离是什么呢
也就是前面这一项
是和制动器起作用时间有关的
乘上一个初始车速
这个呢一项
第二项的话
是初始车速的平方
除以两倍的最大制动减速度
最后呢还减去一个相对来讲呢
这个比较小的这个一项
和最大制动减速度
和τ2两撇平方有关的
这么一个项
在刚才所介绍的这个等式里边
最后一项
就是二十四分之
最大的制动减速度
乘以τ2两撇平方这一项
它呢实际上是比较小的
把这一项呢
假如把它略去
这个呢我们总的这个制动距离
就把它表达成为
总制动距离呢
就是3.6分之一
然后呢这个是制动器
起作用时间
乘上一个初始车速
再加上一个这边的话
当然下边有一个系数
25.92
然后最大制动减速度
上边的话呢
是车速
初始初速的平方
从这个表达式可以看到
决定汽车制动距离的
主要因素呢
实际上是
一个是制动器起作用时间
第二个话就是最大制动减速度
第三个话就是初始制动车速
在这三个影响因素里边
首先最大制动减速度
基本上呢是由附着力所决定的
因为目前现代的汽车制动系统
一般来讲都有足够的制动力
因此呢在这种情况下
这个最大制动减速
经常是由路面的
附着系数决定的
这个呢和汽车没有什么关系
你的话在冰路面上制动
那它大不起来
你的话要在高速路上制动
那么它这个可能
最大制动减速会比较大
这个呢和汽车呢
关系不大
初始制动车速
基本上呢
它也跟汽车没什么关系
我呢发生情况
是什么车速
这个基本上和车没什么关系
那么和你的驾驶状态
有很大的关系
因此呢
我们从汽车设计的角度来讲
我们能够干预的
也就只有起作用时间了
也就是制动器的起作用时间
下面呢我们就讨论一下
制动器起作用时间
对于你制动距离的
这样一个影响
尽管真正使得汽车减速停车的
是持续制动时间
但是呢制动器起作用时间
对制动距离的影响非常大
这个制动器起作用时间呢
和制动器的结构形式
又有密切的这个关系
这个当驾驶员
急速踩下制动踏板的时候
液压制动系统的
制动器起作用时间呢
一般来讲呢
它会在0.1秒以内
或者更短的这个时间
比较古老的真空制动器
这样一个系统
和气压制动系统呢
这个时间相对比较长
一般呢会到0.3到0.9秒
这个呢我们后边举的一个例子
可以说明老的真空助力系统
它的这个时间还是很长的
像这火车列车等等的
有的时间可以达到2秒
但是呢精心设计以后
这个时间也可以大幅度缩短
改进制动系统的结构
减少制动器起作用时间
是缩短制动距离的
一个非常有效的这个措施
比如的话
我们曾经做过一个国产轿车的
这样一个实验
它在老的情况下
在没有改进之前
它采用的是真空助力制动器
真空助力制动器
并且这个真空助力制动器
这个水平相当的差
那么它把它改进成为
压缩空气助力
这样情况下
同样是以30公里每小时
制动的时候
那么它的制动情况呢
就如这个表所示
这表的第一行
是真空助力的情况
下边这一行
是压缩空气制动的情况
我们可以看到
这个制动时间呢
在真空的时间下
是2.12秒
它可以缩短到1.45秒
制动距离呢
最开始是12米多
最后缩短成8米多
但是呢我们也可以看到
最大的制动减速度
实际上它增加的并不多
它从7.25只增加到7.65
由于制动减速度增大的不多
因此呢我们可以估算出来
它呢主要是由于
制动时间延长所造成的
通过刚才那个表我们可以看到
采用压缩空气
液压制动系统以后
这个制动距离呢
缩短了32%
制动时间呢
它也减少了接近32%
但最大制动减速度呢
它实际说只提高了3.5%
虽然没有单独给出制动器
起作用时间的变化情况
但实验结果也说明了
由于最大制动减速度提高不多
持续制动时间变化也就不大
因此认为
制动器起作用时间的减小
是缩短制动距离的主要的原因
这个图呢
是《Autocar》
这样一本杂志
它所对于1993到1998年
48辆车
装有真空助力器的这种车的
一个实验的情况
这里边的话
横坐标当然是起始的制动车速
这个纵坐标它是制动距离
通过对这个实验结果
采用最小二乘的方法
最后拟合了一个制动的曲线
采用二乘法
最小二乘法拟合出来的公式
那么是这样的
这个制动距离呢
等于0.0034乘以初始车速
再加上0.0045乘以车速的平方
通过这个制动器起作用时间
只有24毫秒
这样一个对比
这就可以说明
刚才呢
我们所介绍的那款国产车
它所采用的真空助力器
是太糟糕了
实际呢我们把它估算一下
那个时间的话呢
它可能长达的0.3秒以上
也就是说呢现代的真空助力器
实际上它已经把制动器
起作用时间大幅度的缩短了
有关这方面的知识呢
就介绍到这里
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--前四章知识总结
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--轮胎的侧偏现象
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--汽车的侧倾轴线
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--汽车的侧倾角刚度
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--汽车的侧倾角
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--人体对振动的反应
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-知识点6.3：平顺性的评价方法
--平顺性的评价方法
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.3：平顺性的评价方法
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-第六章：汽车的平顺性--知识点6.4：路面不平度的统计特性
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-知识点6.8：单质量系统频率响应特性
-知识点6.8：单质量系统频率响应特性--作业
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-第六章--6.9：单质量系统对路面随机输入的响应概述
-知识点6.10：单质量系统对路面随机输入的响应量的计算分析
-第六章-6.10：单质量系统对路面随机输入的响应量的计算分析
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-知识点6.11：车身车轮双质量系统的振动--作业
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-知识点6.12：双质量系统的频率响应特性--作业
-知识点6.13：系统参数对双质量系统振动响应量的影响
-知识点6.13：系统参数对双质量系统振动响应量的影响--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
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.15：双轴汽车的振动
-知识点6.16：双轴汽车的频率响应特性
-知识点6.16：双轴汽车的频率响应特性--作业
-知识点6.17：双轴汽车振动响应量的计算
-知识点6.17：双轴汽车振动响应量的计算--作业
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-知识点6.18：人体—座椅系统的振动--作业
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-期末考试--考试入口
