写在汽车之家测试之前:
高速紧急制动是否要踩离合最近在论坛上争论得硝烟弥漫,据传汽车之家编辑部已经列入测试项目。
根据渔夫浅薄的认知,认为高速紧急制动踩离合与否对最终的制动距离影响不是很大,但是究其整个制动过程,我们应该有一个清楚的认识,如何在高速紧急制动的时候扬长避短,采取正确的制动步骤。
ABS已经不是什么新鲜技术,目前已经在绝大多数汽车上普及,但是了解其工作原理的车友恐怕不多,在讨论如何紧急制动的时候,渔夫认为还是有必要了解一点ABS的工作原理。
以下是渔夫的学习笔记,躺在电脑里已经很长时间了,现在拿出来向大家汇报,剔除高深的数学公式和计算,尽可能简单地介绍ABS工作原理,如有错误之处还望指正!
先大致了解一下车轮在制动时候的力学分析:
车轮在制动时候主要存在3对力学关系:
1:W是施加于地面的重量,与之对应的是地面法向反力Fz
2:T是车轴对车轮的推力,与之对应的是制动时地面对车轮的切向反作用力Fx
3:Mj是惯性力矩,与之对应的是制动阻力力矩Mu
另外:
A.制动器制动阻力力矩Mu通过车轮作用于地面的切向力,定义为制动器制动力Fu;
B.地面对轮胎切向反作用力的极限值定义为附着力Fφ,附着力取决于轮胎与路面之间的附着系数及路面的抗剪强度。
地面制动力Fx、制动器制动力Fu及附着力Fφ之间的关系,见下图:
解读上面这张图:
附着力Fφ是一个固定值,当制动器制动力Fu小于附着力Fφ时,随着制动踏板力的增加,地面制动力Fx和制动器制动力Fu同步且线性增加,当制动器制动力Fu等于或大于附着力Fφ时地面制动力Fx不再增加且限制等于附着力Fφ
若需增大地面制动力,必须增大车轮与地面的附着力,附着力取决于附着系数,附着系数又受滑移率S的影响(见下图)。
当Fx和Fu脱离同步之后就产生了滑移。
滑移率的定义:S=[(V-Vo)/V]X100%
翻译成白话就是滑移率等于以百分比表示的车速减去轮速的差除以车速,即:
滑移率=[(车速-轮速)/车速]*100%
以下是一个非常重要的关系图表----车轮附着系数和车轮滑移率之间的关系图表:
从上图中可以看出,滑移率在20%的时候车轮的纵向附着系数达到最大,同时车轮的横向附着系数也处在较大的位置,随着滑移率的增大,车轮的附着系数迅速变小,尤其是滑移率为100%时车轮的横向附着系数降到0,就是说当车轮抱死时车轮横向附着系数为0,这时只要有任何一点外力都将使车辆产生侧滑。
滑移率从20%增长到100%(车轮抱死滑动)的时间非常短暂,几乎是在瞬间完成,大约只有0.1秒。
所以说车轮滑移率在20%以下时属于制动稳定区;滑移率在20%以上时属于制动非稳定区。
将车轮滑移率S控制在20%左右,便可获得最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数,是最理想的控制效果。
理想的制动控制状态:
1.制动开始时,让制动压力迅速增大,使S上升至20%所需时间最短,以便获取最短的制动距离和方向稳定性。
2.制动过程中:
当S上升稍大于20%时,对制动轮迅速而适当降低制动压力,使S迅速下降到20%
当S下降到稍小于20%时,对制动轮迅速而适当增大制动压力,使S迅速上升至20%
车轮在制动过程中,以10次/秒左右的频率进行增压、保压、减压的不断切换,使S稳定在20%是最理想的制动过程。
随着相应的软硬件技术越来越高,ABS也在不断发展,世界领先的德国博世已经推出动作频率每秒达200次的版本,其控制曲线越来越接近理想的保持20%滑移率状态。
ABS的功用就是控制实际制动过程接近于上述理想制动过程。
ABS是在传统制动基础上,增设如下装置:
1.车轮轮速传感器
2.电子控制单元ECU
3.制动压力调节器
4.ABS警告灯
目前多数车型采用的是ECU根据车轮的车速传感器信号计算车轮的角加速度作为控制制动力的依据。
ECU中设置合理的角加速度、角减速度门限值。
制动时,当车轮角减速度达到门限值时,ECU输出减小制动力信号,当车轮转速升高至角加速度门限值,ECU输出增加制动力信号。
ABS作用下车身速度与车轮速度随制动压力之间的变化曲线:
开始制动以后车身速度随着时间增加而线性下降直至停止,而车轮速度随着制动压力的变化而变化,以上下波动的曲线形式逐渐下降直至停止。
从上图中以及前面的滑移率公式我们可以得出很重要的二点:
(1) 制动时如果没有ABS介入并且滑移率为0,则车轮速度等于车身速度且成线性下降趋势。
(2) 制动时如果ABS开始介入,则车轮速度不再等于车身速度且车轮角加速度存在正负方向的变化,即存在每秒10次左右不断减速、加速的周期变换。
从上面(2)得知ABS在工作的时候车轮存在每秒10次左右的减速、加速的周期变换,如果离合器没有踩下则发动机转速也将跟随这个加速减速的变化,而发动机的质量是阻碍这个变化的,因此发动机的质量将干扰ABS的准确工作,同时这个正负力矩的不断变化也将对发动机造成冲击。
离合器在承受超过设计扭矩的时候能够产生打滑,这在一定程度上避免发动机受到大的伤害,但是上述现象的存在是客观的。
紧急制动过程的细节另行开帖分析,欢迎指正!
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