刹车时车轮被抱死的利与弊2001

刹车时车轮被抱死的利与弊近年来，“ABS防抱死系统”这一与物理有关的名词频繁出现于各类报刊杂志上，那么，它究竟是什么？一、什么是ABSABS是防抱死制动系统的英文缩写。这种系统可以在汽车制动过程中自动控制和调节制动力的大小，防止车轮完全被抱死，以获得最佳的制动效果。二、ABS与常规制动装置汽车上安装的液压或气压制动器，称为常规制动装置。这种制动装置在紧急刹车时往往将车轮抱死，使车轮滑移，从而使汽车制动停车距离相对延长，并伴有制动跑偏、侧滑和失去转向能力等危及行车安全的现象发生。为了克服上述常规制动装置的缺点，在常规制动装置的基础上，研制了一套电子控制的防抱死制动系统，即ABS。从而实现了制动力的自动调节，使汽车紧急制动时，车轮不再抱死，制动距离最短，并保持方向稳定。常规制动系统的正常工作，是ABS系统的工作的基础。若ABS系统发生故障，常规制动装置仍会正常工作，只是没有防止车轮抱死的功能而已。三、ABS的理论分析(一)制动时车轮的受力分析1、地面制动力如图所示，Mµ为制动器中的摩擦力矩，VF为汽车瞬时速度，FB为地面制动力，G为车轮垂直载荷，G乙为地面对车轮的反作用力，R为车轮滚动半径，VR为车轮圆周线速度，FS为侧向力，ω为车轮角速度，A为侧偏角。当汽车使用车轮制动器制动时，由于制动盘与制动蹄摩擦衬片之间的摩擦，形成了摩擦力矩Mµ，此力矩与车轮转动方向相反。车轮在Mµ的作用下给地面一个向前的作用力，与此同时地面给车轮一个与行驶方向相反的切向反作用力FB，这个力就是地面制动力，它是迫使汽车减速或停止的外力。由力矩平衡原理可得到FB=Mµ/R，地面制动力取决于制动器制动力和轮胎与地面之间的附着力。2、制动器的制动力若把车轮架离地面，这时阻止车轮转动的便是制动器的摩擦力矩Mµ。由图可知Fµ=Mµ/R。制动器制动力是由制动器的参数决定的，并与制动踏板力成正比。3、地面制动力，制动器制动力与轮胎道路附着力的关系如图所示为不考虑制动过程中附着系数φ值变化的地面制动力FB、制动器制动力Fµ及轮胎道路附着力Fφ的关系。由图可知，当驾驶员踩制动踏板的力较小时，车轮只做减速滚动，并且随着Mµ的增加，Fµ和Fφ也随之成正比增长，且在车轮为抱死之间，FB=Fµ，此时Fµ可全部转化为地面制动力，但FB不可能超过Fφ，即FB≤Fφ=φG乙，或地面最大制动力FBmax=Fφ。当制动器压力增大到某一值，FB达到Fφ值，即地面制动力达到最大值时，车轮即开始抱死不转而出现抱死拖滑现象。当再增大制动器的压力时，Fµ随着Mµ的增长仍按直线上升。但是，FB已达到Fφ值，因此FB不再随制动器制动力的增加而增加。由上述分析可知，要想获得好的制动效果，必须同时具备两个条件，即汽车具有足够的Fµ，同时又要有附着系数较高的路面提供足够的FB。（二）滑移率S与最佳制动状态1、滑移率的定义及其表达式所谓滑移率，是指车轮在制动过程中滑移成份在车轮纵向运动中所占的比例，用“S”表示。其定义式为S=（VF－VR）/VFX100%。其中S为制动时车轮滑移率，VF为实际车速，VR为车轮滚动时的圆周速率。由上式可知：当汽车的实际车速等于车轮滚动时的圆周速度时，滑移率为零，车轮为纯滚动；当VR=0时，S=100%，车轮完全抱死而作纯滑动，当0≤S＜100%时，车轮既滚动又滑动。2、附着系数与滑移率的关系在实际制动过程中，附着系数是经常变化的，他的大小随着滑移率的变化而变化。实验测定，当滑移率为15%～30%的范围内时，车轮具有最大的纵向附着系数，即可产生的地面制动力最大，制动距离相对最短，制动效果最佳。由实验还可知，当车轮处在纯滚动状态时，侧向附着系数最大，此时汽车保持转向和防止侧滑的能力最强。随着滑移率的增加，与制动过程方向稳定性有直接关系的侧向附着系数却急剧下降。当S=100%时，车轮抱死滑动，侧向附着系数变得极小，轮胎与路面之间的侧向附着力接近于零，车轮将完全丧失抵抗外界侧向力作用的能力。此时，稍有侧向力干扰，汽车就会产生侧滑而失去稳定性。3、最佳制动状态由上述分析，汽车制动时，若能将滑移率控制在最大附着系数所对应的滑移率范围内，即S为15%～30%时制动效果最佳。此时，不仅车轮的纵向附着系数最大，因而汽车获得的最大的地面制动力最大，制动停车距离相对最短；而且车轮的侧向附着系数也较大，所以可使汽车获得转向和防止横向侧滑所需要的侧向附着力，从而保持制动时的稳定性。汽车在运行中，普通轮胎与道路的附着系数变化很大，在结冰道路上为0.1，在干混凝土道路上为0.8。在变化范围如此大的道路条件下行使，要使制动接近或达到最佳制动状态，单纯靠驾驶员操作控制是不可能实现的，只有机电一体化的防抱死制动系统，通过电子控制器，车轮速度传感器和液压调节器，对制动压力进行瞬时控制，从而使汽车的实际制动过程接近于最佳制动状态成为可能。四、ABS的优点1、缩短制动距离如我国引进生产的奥迪轿车采用ABS系统后，在100km/h的车速制动时，制动距离在干燥的混凝土路面上可缩短8.2米，在湿滑路面上缩短得更多。2、提高了汽车制动时的稳定性3、使用方便工作可靠4、改善了轮胎磨损情况由于ABS系统可防止车轮抱死，从而避免了因制动车轮抱死而造成的轮胎局部异常磨损，延长了轮胎的使用寿命。有ABS系统，司机驾驶起来感觉到非常舒服，紧急刹车时，可感觉到脚踏板有节律的抖动，这就是ABS在工作，乘客也感觉到刹车平稳，无剧烈的前倾。