方 浩

杭州汽車高級(jí)技工學(xué)校，浙江杭州 310011

中學(xué)物理教科書（第一冊）的附錄中有一個(gè)汽車剎車時(shí)車輪被抱死的課題研究，該研究主要探討汽車剎車時(shí)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)和車輪被抱死兩種情況下汽車的安全性能，以及在哪種情況下汽車能更快的停止運(yùn)行。

1 汽車剎車原理

汽車剎車，它是借助于制動(dòng)器產(chǎn)生摩擦力，消耗汽車動(dòng)能，從而使汽車的運(yùn)動(dòng)速度降低或者停車。制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，利用剎車片與剎車碟（鼓）以及輪胎與地面的摩擦作用，形成摩擦力矩，同時(shí)地面給車輪一個(gè)和行駛方向相反的制動(dòng)力，車輛在制動(dòng)力的作用下，將動(dòng)力轉(zhuǎn)換成摩擦的熱能，從而將車子停下來。一套優(yōu)良高效的剎車系統(tǒng)要能提供可控制、足夠以及穩(wěn)定的剎車力，同時(shí)還要具有很好的散熱能力和液壓傳遞，以確保駕駛員從剎車踏板所施的力高效、完全、及時(shí)地傳到總泵及各分泵。

汽車的制動(dòng)性能是汽車的重要性能之一，良好的制動(dòng)性能是安全駕駛的保障。重大的安全事故往往和失效的制動(dòng)有關(guān)。在積雪道路或被大雨淋濕的柏油馬路上緊急剎車時(shí)，汽車很容易發(fā)生側(cè)滑，特別嚴(yán)重時(shí)還會(huì)掉頭轉(zhuǎn)向。特別在有車轍的雪地上，當(dāng)左右輪分別行駛在露出的地面上和雪地上時(shí)，進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，汽車方向很容易失去控制，如果是彎道，汽車很有可能從路邊滑出。隨著人們對(duì)道路交通安全的關(guān)注，為了提高汽車的制動(dòng)性能，為了增加輪胎與地面之間的附著力，輪胎胎面制有一定的花紋形狀。

2 汽車剎車異常情況

為了汽車的行駛安全，汽車制動(dòng)力不能大于車輪與地面的附著力，在附著條件允許的前提下，為了縮短制動(dòng)距離，希望制動(dòng)力越大越好。但是，當(dāng)制動(dòng)力等于附著力，制動(dòng)則不能達(dá)到預(yù)期的效果，甚至?xí)霈F(xiàn)車輪抱死的現(xiàn)象。車輪抱死的情況出現(xiàn)時(shí)，車輪在地面上滑動(dòng)，而不再是作純滾動(dòng)。

如果汽車的兩個(gè)前輪正常滾動(dòng)，而兩后輪由于制動(dòng)抱死，在地面滑拖。汽車因前輪保持正常制動(dòng)而使汽車前部速度降低，而汽車后部還保持原來的速度向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)汽車前端和后端的速度不再保持一致，汽車不能保持支線行駛方向，則汽車受到很小的側(cè)向力就可能甩尾甚至調(diào)頭，因此，這種情況又被稱為制動(dòng)甩尾。當(dāng)制動(dòng)甩尾不嚴(yán)重時(shí)，駕駛員可通過操縱方向盤修正汽車行駛方向，保證汽車行駛安全,但偏離了原來的行駛道路；嚴(yán)重時(shí)，汽車滑入邊溝，甚至汽車會(huì)原地打橫在道路上或調(diào)頭1800，發(fā)生嚴(yán)重的交通事故。

而反過來說，汽車在剎車時(shí)，前輪的制動(dòng)器由于摩擦力超過附著力，車輪抱死滑拖，而后輪能正常滾動(dòng)，出現(xiàn)這種情形時(shí)也是很危險(xiǎn)的：轉(zhuǎn)向輪因抱死的同時(shí)也失去了轉(zhuǎn)向所需的摩擦力。這種情況叫制動(dòng)失向，也被稱為前輪制動(dòng)抱死，此時(shí)，汽車已經(jīng)失去了轉(zhuǎn)向的能力，駕駛員無論如何操縱方向盤都不能實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。當(dāng)汽車出現(xiàn)制動(dòng)失向時(shí)，駕駛員的慌亂操作將使?fàn)顩r比前者更危險(xiǎn)，因?yàn)檫@種情形下汽車失去轉(zhuǎn)向控制能力。在雨雪天濕滑路面上，上述現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

3 縮短制動(dòng)距離的措施

汽車制動(dòng)車輪抱死時(shí)，車輪與路面間的側(cè)向附著力將完全消失，汽車將出現(xiàn)甩尾或失向。上述情形如何避免呢？現(xiàn)代的大部分轎車上，為確保制動(dòng)穩(wěn)定，在任何情形下都不會(huì)出現(xiàn)甩尾或失向的情況，制動(dòng)系統(tǒng)采用了ABS裝置，即電子制動(dòng)防抱死裝置。ABS是在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，該裝置能在盡量發(fā)揮制動(dòng)力的條件下自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)器上摩擦力大小防止車輪抱死，以保持前輪轉(zhuǎn)向能力并維持制動(dòng)時(shí)的車輛穩(wěn)定行駛，有效縮短制動(dòng)距離，提高制動(dòng)效能和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。

司機(jī)們在駕車時(shí)都有體會(huì)，在高速轉(zhuǎn)彎、沙石路面、積雪路面和濕滑路面時(shí)，剎車不能一次踩死，而應(yīng)該采取一踩一松分步剎車的方式，從而避免汽車發(fā)生抱死不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。ABS裝置的工作原理正如上面所說的一踩一松，只不過ABS的工作頻率比駕駛員的操控快很多，裝有ABS的汽車，通過安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸或各個(gè)車輪上的轉(zhuǎn)速傳感器不斷檢測出各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，然后將測量得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)傳送給電腦進(jìn)行分析計(jì)算，從而得到車輪的滑移率。如果車輪的滑移率能保持在15%～25%之間則能獲得最佳制動(dòng)效果，因此ABS電腦根據(jù)計(jì)算出的滑移率結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)力的大小，通過保持滑移率而使制動(dòng)力保持在較大但不超過附著力的臨界狀態(tài)。從而縮短了剎車距離，提高了制動(dòng)效率，保證了汽車的行駛安全，延長了汽車輪胎的使用壽命。

現(xiàn)在歐、美國家和地區(qū)的汽車公司已在其生產(chǎn)的轎車上100%地裝備了防抱制動(dòng)系統(tǒng)。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和汽車技術(shù)的提高，我國從上世紀(jì)90年代開始在汽車上裝配ABS，但是由于設(shè)計(jì)開發(fā)能力不足，我國真正擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)ABS汽車的廠家并不多。ABS系統(tǒng)的核心技術(shù)是控制技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)，目前市場上比較成熟的ABS產(chǎn)品主要采用基于經(jīng)驗(yàn)邏輯門限值控制方法，隨著人工智能的發(fā)展，人們逐漸把先進(jìn)的控制理論應(yīng)用到ABS系統(tǒng)之中，例如車輪滑移率控制方法、邏輯門限值控制方法、PID 控制方法、最優(yōu)控制方法和智能控制方法等。

但是不論汽車是否安裝有ABS裝置，它們都是利用剎車片與輪盤（或輪轂）之間的摩擦力消耗汽車動(dòng)能，從而達(dá)到減速之目的。消耗的汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使剎車片、輪盤（或輪轂）、輪胎的溫度升高，如果溫度升高過多將會(huì)導(dǎo)致輪胎爆胎或剎車失靈。為了消除剎車系統(tǒng)造成的能源浪費(fèi)，最新研究的汽車制動(dòng)系統(tǒng)中安裝有大功率的發(fā)電機(jī)，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，則傳動(dòng)系統(tǒng)加載發(fā)電機(jī)工作，將汽車的勢能轉(zhuǎn)化為電能，并給專用的蓄電池充電，電能以備汽車它用。但是這項(xiàng)技術(shù)還處于研發(fā)階段，未能大規(guī)模推廣，只在部分車型上采用。

由上述分析可知，對(duì)于路面上行駛的汽車來說，制動(dòng)距離的大小主要由車輪與路面的附著情況、車輛制動(dòng)器上摩擦力的大小決定。要想獲得好的制動(dòng)效果，汽車必須具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)又要有附著系數(shù)較高的路面提供足夠的地面制動(dòng)力，ABS裝置的作用是保持前輪轉(zhuǎn)向能力并維持制動(dòng)時(shí)的車輛穩(wěn)定行駛，有效縮短制動(dòng)距離。特別是在冰雪濕滑地面行駛時(shí)，ABS的作用更加重要了。

參考資料

[1]齊曉杰.防抱死制動(dòng)和牽引力控制系統(tǒng)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2][美]湯姆森學(xué)習(xí)公司.轉(zhuǎn)向、懸架和制動(dòng)系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.