方 浩

杭州汽車高級技工學校，浙江杭州 310011

中學物理教科書（第一冊）的附錄中有一個汽車剎車時車輪被抱死的課題研究，該研究主要探討汽車剎車時車輪轉動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行。

1 汽車剎車原理

汽車剎車，它是借助于制動器產(chǎn)生摩擦力，消耗汽車動能，從而使汽車的運動速度降低或者停車。制動時，駕駛員踩下制動踏板，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，同時地面給車輪一個和行駛方向相反的制動力，車輛在制動力的作用下，將動力轉換成摩擦的熱能，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、及時地傳到總泵及各分泵。

汽車的制動性能是汽車的重要性能之一，良好的制動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有關。在積雪道路或被大雨淋濕的柏油馬路上緊急剎車時，汽車很容易發(fā)生側滑，特別嚴重時還會掉頭轉向。特別在有車轍的雪地上，當左右輪分別行駛在露出的地面上和雪地上時，進行緊急制動時，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。隨著人們對道路交通安全的關注，為了提高汽車的制動性能，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，為了縮短制動距離，希望制動力越大越好。但是，當制動力等于附著力，制動則不能達到預期的效果，甚至會出現(xiàn)車輪抱死的現(xiàn)象。車輪抱死的情況出現(xiàn)時，車輪在地面上滑動，而不再是作純滾動。

如果汽車的兩個前輪正常滾動，而兩后輪由于制動抱死，在地面滑拖。汽車因前輪保持正常制動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動，此時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向力就可能甩尾甚至調頭，因此，這種情況又被稱為制動甩尾。當制動甩尾不嚴重時，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；嚴重時，汽車滑入邊溝，甚至汽車會原地打橫在道路上或調頭1800，發(fā)生嚴重的交通事故。

而反過來說，汽車在剎車時，前輪的制動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，出現(xiàn)這種情形時也是很危險的：轉向輪因抱死的同時也失去了轉向所需的摩擦力。這種情況叫制動失向，也被稱為前輪制動抱死，此時，汽車已經(jīng)失去了轉向的能力，駕駛員無論如何操縱方向盤都不能實現(xiàn)汽車的轉向。當汽車出現(xiàn)制動失向時，駕駛員的慌亂操作將使狀況比前者更危險，因為這種情形下汽車失去轉向控制能力。在雨雪天濕滑路面上，上述現(xiàn)象更為嚴重。

3 縮短制動距離的措施

汽車制動車輪抱死時，車輪與路面間的側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，為確保制動穩(wěn)定，在任何情形下都不會出現(xiàn)甩尾或失向的情況，制動系統(tǒng)采用了ABS裝置，即電子制動防抱死裝置。ABS是在傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的基礎上利用電子控制技術實現(xiàn)動力的自動調節(jié)，該裝置能在盡量發(fā)揮制動力的條件下自動調整制動器上摩擦力大小防止車輪抱死，以保持前輪轉向能力并維持制動時的車輛穩(wěn)定行駛，有效縮短制動距離，提高制動效能和制動時的方向穩(wěn)定性。

司機們在駕車時都有體會，在高速轉彎、沙石路面、積雪路面和濕滑路面時，剎車不能一次踩死，而應該采取一踩一松分步剎車的方式，從而避免汽車發(fā)生抱死不轉動的情況。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，通過安裝在轉動軸或各個車輪上的轉速傳感器不斷檢測出各個車輪的轉速，然后將測量得到的轉速信號傳送給電腦進行分析計算，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效果，因此ABS電腦根據(jù)計算出的滑移率結果，自動調節(jié)制動力的大小，通過保持滑移率而使制動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%地裝備了防抱制動系統(tǒng)。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和汽車技術的提高，我國從上世紀90年代開始在汽車上裝配ABS，但是由于設計開發(fā)能力不足，我國真正擁有自主知識產(chǎn)權生產(chǎn)ABS汽車的廠家并不多。ABS系統(tǒng)的核心技術是控制技術，其實質是一個機電控制系統(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，人們逐漸把先進的控制理論應用到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能，從而達到減速之目的。消耗的汽車動能轉化為內能，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導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，最新研究的汽車制動系統(tǒng)中安裝有大功率的發(fā)電機，當汽車制動時，則傳動系統(tǒng)加載發(fā)電機工作，將汽車的勢能轉化為電能，并給專用的蓄電池充電，電能以備汽車它用。但是這項技術還處于研發(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，對于路面上行駛的汽車來說，制動距離的大小主要由車輪與路面的附著情況、車輛制動器上摩擦力的大小決定。要想獲得好的制動效果，汽車必須具有足夠的制動器制動力，同時又要有附著系數(shù)較高的路面提供足夠的地面制動力，ABS裝置的作用是保持前輪轉向能力并維持制動時的車輛穩(wěn)定行駛，有效縮短制動距離。特別是在冰雪濕滑地面行駛時，ABS的作用更加重要了。

參考資料

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

[2][美]湯姆森學習公司.轉向、懸架和制動系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社，2011.