汽车制动系统产生制动减速度的物理极限是多少——求理论推导

sandyyxgs

客车有的时候制动减速度会达到6.5g

kuku_mike

汽车制动系统产生制动减速度的物理极限是多少？
1g?  5g?
如果考虑到整车其它因素呢？

最近一直被这个问题困扰，求理论推导过程，谢谢！

龙行于天下

制动强度达到0.9g，减速度约为5.88ms^2，人坐在里面感觉相当强烈，调高制动强度，缩短刹车距离是发展方向，但乘员的驾驶感觉也要同步考虑

kuku_mike

查一下好多名车的100Km/h制动距离少于39.37米（附着系数为1，制动效率100%，制动器作用时间为0, ……情况下，根据动力学工式s=v^2/(2*a)=v^2/(2*g*φ)求得），也就是说它已突破1g的极限，例如奥迪A8等车，常有38米，甚至有37的纪录。看看F1制动减速度达3g（包括空气动力学组件的作用）。貌似陶瓷制动器、碳纤维制动器的车制动极限都很大，不知道是不是这样，大家有空可以查查，至于为什么，就希望高手能给点拔一下，谢谢。

mingryue

附着系数，有5的？
充其量1g

kuku_mike

为什么好车可以突破1G的制动减速度？F1如何实现3G以上的制动减速度？求解答

sunraindays

其实，公式制动时候的 最重要的是轮胎与地面 的附着，驱动也是如此，按照我的理解，轮胎与地面的附着是车辆动力学设计的核心和出发点。
a=F/m，F是地面制动力（抱死之前地面制动力与制动器制动力相等），m是质量。
一般情况下 F最大等于 ψmg，ψ 是附着系数。所以  减速度 a=ψg。。。一般轿车在良好路面上 ψ 取值大概 0.8 0.9 的样子，所以 减速度 也就 0.8g 0.9g 最大。
然后再大的话，就抱死了。 当然实际的话，跟很多因素有关，液压系统的响应，迟滞，管路的效率。制动器摩擦衬片的热稳定性等等。
F1 可以突破1g，两个原因，你看公式，要么增大 ψ，要么增大 垂直载荷。
1   增大ψ，一般使用热熔胎，就是一定温度下，热熔胎融化，更好的吸附路面，ψ可以达到 2。当然这样磨损想当严重，一套轮胎 寿命就是100km吧。具体的参考轮胎数据。
2   增大垂直载荷，也就是增大下压力，F1的空气动力学，前定风翼 后尾翼 还有很多套件 扩散器等都可以增大下压力，这样质量不变，但是下压力大了。相当于与地面的附着也变大了。很多跑车 也都有这样的套件。
一般 测试最大时候  F1 刹车可以达到 4个多G 吧。

龙行于天下

F1的乘员支持和保护系统与普通车也有较大区别，这么大的制动强度，没有特殊装置人很难承受！听说战斗机驾驶员承受也就是3-5g，再高就会出现“黑视”！

kuku_mike

sunraindays 的解答非常详细，你说的第一句话我也深有同感。感谢sunraindays和龙行的回答！
sunraindays的答案解答了我对F1的疑问。确实，对于有强大空气动力学组件的F1，下压力已大于质量，所以会得到大于ψ*g的制动减速度，同时ψ本身就大于1g，所以制动减速度可以达到很高。
但是，对于常规乘用车，似乎并没有突破1g的理论基础啊，为什么媒体上给出的制动距离算出来的减速度有很多都大于1g呢（大家看看顶级车的制动距离报道）？是测试方法的问题？还是这些车将空气动力学做到了使车辆在高速时产生空气下压力，而不是升力？不过空气动力学在车辆低速时的作用好像不是十分的明显。不知道大家有没有碰到过国家权威机构出具的制动性能测试报告，测出车辆的制动减速度大于1g的情况？

sunraindays

kuku_mike 发表于 19-8-2011 09:38
sunraindays 的解答非常详细，你说的第一句话我也深有同感。感谢sunraindays和龙行的回答！
sunraindays的 ...

大于1？ 那百公里的制动距离就是40米以内了？ 我没关注过，我刚查了这个你看下。
http://www.bitauto.com/topic/bitautotest/4/a0303.shtml
百公里每秒的 制动距离 都大于了40了。还有测试的条件。

我有个猜测，就是车速表的问题。 车速表的问题如下。
1    我记得国标是  车速表的精度范围是   -5%到+20%，也就是一般情况下 看到的车速都是虚高的。
你看到100km/h，实际可能是  83.33到105.     83.33算出的制动距离为27m 多。
2    我刚又查了个车速表的精度， 新的标准似乎是：
车速表指示车速不得低于实际车速，在5．6规定的试验车速下，并在这些车速之间，其指示车速与实际车速之间应符合下列关系式：
0≤V1一V2≤V2/10＋4 km／h   式中：V1——指示车速，km／h；V2——实际车速，km／h。
那么 显示 100的话，是在 87 到100之间，

所以综上，可能是这个原因导致的。 专业的测试起码会用  GPS测车速吧。可以查下国家规定的测试标准和规范。

你能给我个具体的链接么？看下哪个车型，怎么做的测试。

mave_w

sunraindays 发表于 18-8-2011 16:38
其实，公式制动时候的 最重要的是轮胎与地面 的附着，驱动也是如此，按照我的理解，轮胎与地面的附着是车辆 ...

哈哈，F1的空气动力设计不单下压力大，行车阻力也巨大，没那个动力玩不转的。。。尾翼后段几乎是90度向上的，放普通车上就是个减速板啊。
高速下放开油门踏板，空气阻力+发动机制动已经提供大约1G的制动减速了，相当于普通轿车全力制动的工况。。。

对于民用轿车来说，即便到超跑的级别，一般减速度也就1G最多略高一点（超跑们靠空气下压力和现在越来越流行的空气刹车可以做到略高）。民用车受到轮胎的限制，一般制动力本身都是高过轮胎能提供抓地力的。制动的好坏不是体现在能提供多少制动减速度，而是体现在频繁制动后保持制动减速度的能力——越高级的轮胎和越大的制动盘/卡钳，带来更高的抗热衰竭的能力。

kuku_mike

回复 sunraindays 的帖子

回复9楼，关于车速表的误差,我想也许是产生制动距离偏差的原因之一，按87KM来算，制动距离在29.88米。我想这也许是您提供的链接里制动减速度在1.05g，大于1G，的原因。以下是另外一些媒体上做的制动距离小于39.37米的文章，如果是根据车速表判断初速度的话，那么不同的车型车速表精度也许存在差异，测试结果的比较意义也要打折扣了。不知道有没有朋友了解国家汽车质量监督检验中心所做的制动距离试验是用什么测得车速，地面附着系数是多少？另外可否提供以下你说的标准是哪一个？
奥迪A8, 100公里制动距离38.27米
http://www.autohome.com.cn/146/0/3/articles.html#maodian
保时捷911，100公里制动距离37.7米
http://www.autohome.com.cn/162/0/3/articles.html#maodian
蒙迪欧-致胜，100公里制动距离34.6米
http://auto.sina.com.cn/news/2008-01-02/1109338552.shtml
萨博9-3，100公里制动距离36.8米
http://auto.sohu.com/20070612/n250515693.shtml
保时捷GT3，96公里制动距离34.44米
http://auto.sina.com.cn/news/2004-05-09/64112.shtml
法拉利ChallengeStradale，96公里制动距离32.61米
http://auto.sina.com.cn/news/2004-05-09/64112.shtml
法拉利458，100公里制动距离35.62米
http://auto.cnnb.com.cn/system/2011/02/21/006847979_02.shtml

kuku_mike

回复 mave_w 的帖子

回复11楼，根据牛顿定律我们知道使车辆产生速度变化的力一定是外力，发动机反拖力矩最终一定是通过传动系作用到地面上，然后得到相应的地面反力后，才使车辆减速的，这个反力与制动器制动力共同分享地面附着力，所以发动机反拖力矩并不能为整车带来额外的制动减速度，只不过能分担制动系统的制动负担而已。
关于制动的好坏，制动效能（制动减速度、制动距离）是评价一个车制动系统好坏的一个重要指标，不能否认，当然，制动效能的恒定性和制动时的方向稳定性也属于指标之一，这些都是国家法规强制要求项目。

sunraindays

看来都是学了汽车理论了。

54wind

按照GB12676对M1类车辆的制动要求，在发动机脱开的0型试验中MFDD只要大于5.8m/s2即可。GB2170严格了些，好像就是6点几，也就是说正常情况下轿车达到0.6g就满足法规要求了，好一些的能到0.7g就差不多了。