汽车缓速器的影响与试验

汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。评定制动效能的指标是制动减速度a_br和制动距离s。

1.制动减速度a_br的分析

制动减速度是制动时车速对时间的导数，即。它反映了地面制动力的大小，因此与制动器和缓速器的制动力（车轮滚动时）及附着力（车轮抱死拖滑时）有关。图4-1绘出了在良好的硬路面上制动时车轮的受力情况。图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力偶矩均忽略不计。T_u是车轮制动器中的摩擦力矩，单位为N·m：T_r是缓速器制动力矩，单位为N·m；i为主减速器的传动比；F_Xb是地面制动力，单位为N；W是车轮垂直载荷，T_p是车轴对车轮的推力，F_Z是地面对车轮的法向反作用力，它们的单位均为N。

图4-1 在良好的硬路面上制动时车轮的受力情况

由力矩平衡得

式中，r是车轮半径，单位为m。地面制动力不能超过附着力，即

F_Xb≤F_φ=F_Zφ （4-9）

式中，F_φ是附着力，单位为N；φ是附着系数。将式（4-8）代入（4-9）中，并整理得

T_r≤F_Zφr-T_u （4-10）

上式表明缓速器制动和整车匹配时，不能选择过大的制动力矩。若汽车前、后车轮未达到抱死状态时，汽车同时使用制动器和缓速器的减速度为

T_r不仅与车速v有关，而且和制动时间τ相关，所以a_br在整个制动过程中也是v和τ的函数。

2.缓速器单独制动距离s的分析

制动距离与汽车的行驶安全性能有直接关系，它指的是汽车速度为v₀时，从驾驶人开始操纵制动控制装置到汽车完全停住为止汽车所驶过的距离。对安装永磁缓速器汽车的制动距离分两种情况来分析：一是应用缓速器手柄开关进行制动，属于纯缓速器制动，此时不能将汽车完全停住，只能计算从初速度v₀到末速度v₁的行驶距离；二是应用制动器制动踏板进行制动，属于缓速器与制动器联合制动。

设汽车在一定初速度v₀时开始制动，缓速器手柄开关移动到某一档位时，缓速器控制系统开始工作，电磁阀控制气缸运动，将转子和永磁体推入定子内。永磁缓速器在该档位下一般的制动力矩曲线如图4-2所示，该曲线受制动时间、温度等多种因素影响。

纯缓速器制动时，地面制动力为

汽车能达到的减速度为

图4-2 永磁缓速器一般的制动力矩曲线

图4-3 永磁缓速器单独制动过程

下面对驾驶人制动过程进行全面分析。如图4-3所示，当驾驶人接到制动信号时，并没有立即行动（图4-3中的a点），而要经过τ₁′后才意识到应紧急制动，并移动右手，再经过τ″₁后才拨动手柄。从a点到b点所经过的时间τ₁=τ₁′+τ″₁后成为驾驶人的反应时间，这段时间一般为0.3～1.0s。从b点到c点为电控单元和电磁阀等的动作时间τ₂′，到达d点时，缓速器转子达到预设位置，制动力矩达到最大值。从c点开始，地面制动力才起作用，使汽车开始产生减速度。由c点到d点是缓速器制动力矩增长过程所需时间τ″₂，即缓速器的反应时间，τ₂=τ₂′+τ″₂总称为缓速器的作用时间。缓速器作用时间一方面取决于驾驶人拨动手柄的速度，另外更重要的是受缓速器气缸流量的影响。由d到e为持续制动时间τ₃，其减速度按图4-2中制动力矩曲线进行变化。缓速器制动力矩曲线受较多因素影响，为简化分析制动距离，设缓速器从A到B减速过程中，制动力矩按AB直线下降，所以图4-3中d到e段简化成直线。到e点时驾驶人将缓速器手柄开关回位，但由于气缸回位需要一定时间，故制动力的消除还需要一段时间τ₄，τ₄一般在0.8～1.5s之间。

从制动的全过程来看，总共包括驾驶人见到信号后作出行动反应、缓速器起作用、持续制动和缓速器回位四个阶段。由于纯缓速器制动时，不能将汽车完全停住，所以这里的制动距离指从开始拨动手柄开关到汽车完全解除制动的距离，它包括缓速器起作用、持续制动和缓速器回位三个阶段中汽车驶过的距离s₂、s₃和s₄。

在缓速器起作用的bd阶段，汽车驶过的距离s₂估算如下：(www.xing528.com)

在τ₂′时间内

s₂′=v₀τ₂′ （4-14）

式中，v₀是起始制动车速。

在τ″₂时间内，制动减速度是线性增长，即

式中，，且当τ=0时v=v₀，对式（4-15）两边积分，可得

又因为

而当τ=0时s=0，对式（4-17）两边积分求解后得到τ=τ″₂时的制动距离为

因此，在τ₂时间内的制动距离为

在持续制动de阶段，汽车减速度以a_r0线性减小至a_r1，按照式（4-15）～式（4-18）可得

在解除制动ef阶段，汽车减速度线性减小，同样按照式（4-15）～式（4-18）可得

故总制动距离为

s=s₂+s₃+s₄ （4-24）

3.缓速器与制动器联合制动距离s的分析

与缓速器单独制动过程分析类似，缓速器与制动器联合制动过程如图4-4所示。联合制动时，驾驶人要经过τ₁′后才意识到应紧急制动，并移动右脚，再经过τ″₁后才踩住制动踏板。

图4-4 缓速器与制动器联合制动过程

从a点到b点所经过的时间τ₁=τ′₁+τ″₁称为驾驶人的反应时间，这段时间一般为0.3～1.0s。

在b点以后，随着驾驶人踩踏板的动作，缓速器开始起动，踏板力增大，到达d点时缓速器达到最高档位，此时制动器还未开始动作。由于制动蹄是由回位弹簧控制，蹄片与制动鼓之间存在间隙，所以要经过τ₃′，制动器才开始产生制动力。

ef为缓速器和制动器开始联合制动阶段，fg为持续联合制动阶段，到g点时驾驶人松开踏板，此时汽车已停住，但制动力消除还需要一段时间。

该制动的计算过程与缓速器单独制动一样，不再累述。从上面分析可以看出，决定汽车制动距离的主要因素有制动器起作用的时间、缓速器反应时间、最大制动减速度以及起始制动车速。对于缓速器来说，最大制动力矩和反应时间对制动距离有重要的影响。