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ABS

ABS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，V F为汽车瞬时速度，F B为地面制动

为地面对车

力，G为车轮垂直载荷，G

乙

轮的反作用力，R为车轮滚动半径，V R

为车轮圆周线速度，F S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F B，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F B= 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F B、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，F B=Fμ，此时Fμ可全部转化为地面制动力，但F B不可能超过Fφ，即F B≤Fφ=φG乙，或地面最大制动力F B max=Fφ。

当制动器压力增大到某一值，F B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，F B 已达到Fφ值，因此F B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F B。

（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=（V F－V R）/V F X100%。其中S为制动时车轮滑移率，V F为实际车速，V R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V R=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。