第四章 汽车制动性第四节 制动力分配一、制动力分配要求根据制动稳定性的要求，前轮的附着率应大于后轮，即b1b2j j >，也就是说μ11μ22Z Z F F F F >制动方向稳定性的极限条件为：g g 210μ12g 1g g 1μ221g20Z Z Z Z h h l F mg zz F l h z F l l l h h l F F l h z F mg z z l l l +++====--- (4-16)式中：μ1F 、μ2F —前、后轮的理想制动力。
又由式(4-14)，得：μ2μ1F F z mg mg=- (4-17) 当给定一个μ1F mg 值，即可从式(4-16)和(4-17)求出z 值和μ2F mg 值，这样就可得出如图4-16所示制动方向稳定性极限曲线。
制动力处于该曲线上时，可使车辆制动距离最短，是理想的前后制动器制动力分配曲线，称为I 线。
欧洲制动法规规定，轿车在0.150.8z ﾣﾣ范围内应满足b1b2j j >的要求。
只要车辆制动力分配处于I 线下方，就可保证前轮先抱死，使车辆处于制动稳定状态。
图4-16 稳定性界限（I 曲线）和最大制动距离界限为使制动距离不至于过长，上述法规又要求满足：p 0.10.85(0.2)z j ﾣ+- (4-18)因为在I 线下方，前轮先达到峰值附着率，这时前轴制动力为：21p ()g h l F mg z l lm j =+ (4-19)给定p j 值，即可从式(4-18)求出z 取值范围，由式(4-19)得到μ1F mg 的范围，随即从式(4-17)求得μ2F mg 的范围，这样可在图4-16上画出制动距离允许的极限曲线。
车辆前后轴制动力分配不得超越上述两条极限曲线。
对于前后轴制动力定比分配的车辆，有：μ2μμ2μ1F k F F=+；μ2μμ1μ1F k F mg k mg =- (4-20)式中：μk 为常数，是前后轴制动力的分配比。
按照欧洲制动法规，前后轴制动力分配比μk值的选取应保证式(4-20)决定的直线处于图4-17中的阴影区内。
越向阴影区上限靠拢，制动距离就越短；但在附着系数很高的干燥路面上会出现后轮先抱死的现象，导致制动行驶方向不稳定状态的发生。
如果采用折线式分配，即后轮的制动力在高减速率时增长减慢，这样可使分配向理想的前后轴制动力分配曲线(I线)靠拢(图4-18)。
图4-17 前后轴制动力定比分配的取值范围图4-18 前后轴制动力定比分配和折线分配二、 装载变化对制动性的影响除了某些载荷变化不大的特种车辆外，汽车装载的变化对制动性也有影响。
发动机前置，后部有行李舱的轿车，满载与空载相比，质心后移，而质心高度变化不大。
由式(4-16)可知，I线将要上移(图4-19)，结果稳定区域扩大。
载货汽车装货后质心后移，同时质心高度增加。
一般载货汽车在载货后，I线还是上升的。
无论是轿车还是载货汽车，应以空载时的I 线来确定轴间制动力的分配。
这样以来，制动力分配曲线距离满载时的I 线较远。
当然，最佳方案是使轴上制动力与其动态轴荷成比例，即：gμ1110Z Z h F F F mg z lﾣ=+gμ2220Z Z h F F F mg zl ﾣ=-这就是说，不仅静态载荷的变化对制动性能有影响，而且减速时的轴荷转移也要影响制动效果。
图4-19 载荷变化的影响常用的解决方法是以车轴和车身之间的距离(一般只考虑后轴)作为调节前后轴制动器制动力分配的控制参数(在不平道路上行驶时，这个距离不能完全反映动态载荷的变化)，图4-20上画出了定比式和折线式的感载比例装置对制动力分配的调节情况。
显然，这种装置可使前后轮制动力分配逼近I线，减少载荷情况的影响，从而可改善汽车不同装载时的制动性能。
图4-20 定比式和折射式的感载比例装置对制动力分配的调节a)定比式 ；b)折射式三、 双管路制动系统为提高汽车安全性，法规要求汽车必须装用双管路制动系统，以避免在一套制动管路失效时，整车完全丧失制动能力。
下面将简略分析四种双管路布置方案(图4-21)。
(1)“H”布置(图4-21a)。
对于这类制动系统，如果一轴制动失效，将使整车制动减速率下降，即使施加驻车制动也无法补救前轴制动力的丧失。
图4-21 双管路制动系统的各种布置(2)“X”布置(图4-21b)。
如果有一套回路失效，理论上整车制动减速率将降低50％（由于轿车制动总泵为串列式结构，实际减速率下降将远超过50%）。
因为一侧后轴无制动力，可承受侧向力，这时,为了避免两侧制动力不均而引起的跑偏，在轿车上可使前轮绕转向节主销的回转半径c (即前轮接地点在主销延长线与地面交点的内侧) 为负值，而在载货汽车上则应保持前轮回转半径为正值。
(3)在图4-21c)所示的布置时，无论哪一套回路失效，前轮制动力至少下降50%。
如果回路2失效，将导致后轮制动能力的丧失，而前轮制动力因制动总泵的结构所决定，制动力也将下降，不会发生车轮抱死失去转向的现象。
(4)图4-21d)所示布置。
一套回路失效，制动减速率至少减半。
除了某些载荷变化不大的特种车辆外，汽车装载的变化对制动性也有影响。
发动机前置，后部有行李舱的轿车，满载与空载相比，质心后移，而质心高度变化不大。
由式(4-16)可知，I 线将要上移(图4-19)，结果稳定区域扩大。
载货汽车装货后质心后移，同时质心高度增加。
一般载货汽车在载货后，I 线还是上升的。
无论是轿车还是载货汽车，应以空载时的I 线来确定轴间制动力的分配。
这样以来，制动力分配曲线距离满载时的I 线较远。
当然，最佳方案是使轴上制动力与其动态轴荷成比例，即：gμ1110Z Z h F F F mg z lﾣ=+gμ2220Z Z h F F F mg zl ﾣ=-这就是说，不仅静态载荷的变化对制动性能有影响，而且减速时的轴荷转移也要影响制动效果。
图4-19 载荷变化的影响常用的解决方法是以车轴和车身之间的距离(一般只考虑后轴)作为调节前后轴制动器制动力分配的控制参数(在不平道路上行驶时，这个距离不能完全反映动态载荷的变化)，图4-20上画出了定比式和折线式的感载比例装置对制动力分配的调节情况。
显然，这种装置可使前后轮制动力分配逼近I线，减少载荷情况的影响，从而可改善汽车不同装载时的制动性能。
图4-20 定比式和折射式的感载比例装置对制动力分配的调节a)定比式 ；b)折射式四、车轮抱死过程和制动防抱死系统这里，首先将讨论车轮由滚动到滑动的抱死过程，并介绍车轮防抱死系统（ABS）的概念。
车轮抱死过程是一个复杂的过程，其中涉及到车轮运动方程、轮胎附着率—滑移率曲线(及其在轮荷、速度等因素影响下的变化)、车轮制动力矩增长特性以及整车运动方程(考虑到悬架的弹性的影响)。
定性分析的假设如下：(1)因为抱死过程很短促，忽略车速的降低。
令sv ==&常数；(2)设车轮载荷Z F ＝常数；(3)轮胎附着率—滑移率特性按稳定曲线处理，并且简化为折线，对应于附着系数p j 的滑移率为c s ，见图4-22；图4-22 附着率-滑移率曲线的折线简化模型图4-23 线性增长的制动力矩(4)车轮制动力的摩擦力矩与时间成线性关系，如图4-23所示，μM Ct =-（C 为摩擦力矩增长率）。
经上述假设，可得到如图4-24所示的计算结果。
由图4-24可见，在滑移率为0-c s 的区间内，滑移率增加缓慢，车轮角速度缓慢降低到c w ；角减速度很快降低并稳定在c w &，属于稳定区域。
在c s -l 区间内，滑移率很快增加到1，角速度迅速降低下零，而角减速度急剧降低，属于不稳定区域。
由图4-24可知，角减速度c w&和时间t 两个参数对于ABS 十分重要。
(1)角减速度c w&。
在这个角减速度下，刚好达到附着系数p j ，并且防抱死装置应立即工作，减小车轮制动器的摩擦力矩。
c w&除了与轮荷Z F 和车轮半径r 相关外，还和三个因素有关：初始角速度0w 、附着率—滑移率曲线的斜率p c /s j 以及车轮制动器摩擦力矩增长率C 。
(2)时间t 。
在时间t 内，ABS 必须阻止车轮出现完全滑移。
t 主要与车速和角速度c w 有关，大概是百分之几到十分之几秒。
ABS 通过制动器摩擦力矩的降低、保持和增加以使车轮滑移率s 保持在c s 附近。
在制动过程中，滑移率s 是变化的(参看图4-25)，因而附着率也在平均值上下变动，其平均值p j ej =。
因为j 不超过p j 值，所以e <1。
j 值波动幅度越小，e 值越趋于1，制动距离越短。
制动距离不是车辆制动性能的唯一指标，还要保持转向能力和弯道行驶的稳定性。
车轮除了制动力F μ之外，还必须承受侧向力Y F 。
从图4-26可看出，只有当c s s <时，才可能做到这一点。
由于控制调节的波动和转向能力的要求，e 值约为0.93。
这样，整车的max p /z j 也就在0.93左右。
这个指标对于折线制动力分配的车辆来说也不难达到，甚至还可高出。
所以，ABS 的主要功能是保持制动时稳定性和转向能力，而制动距离并不一定能缩短。
图4-26 带定值侧偏角α的车辆在曲线制动过程中的附着率和滑移率ABS 必须按照路面的不同附着系数快速匹配制动力。
比如在制动距离范围内，各个车轮所在路面可以是不同的（干燥、潮湿、冰面或压实雪地等）。
甚至同一个车轮经历的路面也可能是变化的。
为了防止传动系的振动，ABS 的制动力矩控制幅度要比较小。
制动踏板的回弹力要小，工作时的噪声也要控制。
ABS 的控制回路如图4-27所示。
控制回路的干扰包括：在制动过程中速度和载荷的变化引起的附着系数变化；路面不平度引起的轮胎和车桥振动；车轮制动鼓不圆度和制动滞后；轮胎圆周长的差异，如使用备胎；在驾驶员踩动踏板时引起的制动主缸压力输入的变化等。
下面通过图4-28来说明在高附着系数路面上的控制过程。
控制过程中应用的调节参数是车轮的切向加速度（或减速度）和滑移率。
车轮加速度（或减速度）信号是把轮速传感器传来的车轮位移信号通过电子控制单元（ECU ）算出。
而滑移率信号无法直接获得，先借助ECU 逻辑电路由车轮切向速度构成一个基准速度，它和最优制动力时的车速接近；再通过比较车轮切向速度和基准图4-27 车轮防抱死装置控制回路1-压力调节阀；2-制动主缸；3-制动轮缸；4-电子控制器；5-轮速传感器图4-28 ABS 的控制过程（轿车、高附着率系数路面）速度得到滑移率信号。
当车轮切向加速度低于门限值(a-)时，制动压力调节阀进入保压方式，即阶段2。
如果车轮进一步减速，达到了滑移率门限值，制动压力调节阀切换到降压方式，即阶段3。
这时车轮切向加速度开始回升，在超过门限值(a-)后，制动压力又回到保压方式(阶段4)。