制动安全与ABS

方 浩

杭州汽车高级技工学校，浙江杭州 310011

中学物理教科书（第一册）的附录中有一个汽车刹车时车轮被抱死的课题研究，该研究主要探讨汽车刹车时车轮转动和车轮被抱死两种情况下汽车的安全性能，以及在哪种情况下汽车能更快的停止运行。

1 汽车刹车原理

汽车刹车，它是借助于制动器产生摩擦力，消耗汽车动能，从而使汽车的运动速度降低或者停车。制动时，驾驶员踩下制动踏板，利用刹车片与刹车碟（鼓）以及轮胎与地面的摩擦作用，形成摩擦力矩，同时地面给车轮一个和行驶方向相反的制动力，车辆在制动力的作用下，将动力转换成摩擦的热能，从而将车子停下来。一套优良高效的刹车系统要能提供可控制、足够以及稳定的刹车力，同时还要具有很好的散热能力和液压传递，以确保驾驶员从刹车踏板所施的力高效、完全、及时地传到总泵及各分泵。

汽车的制动性能是汽车的重要性能之一，良好的制动性能是安全驾驶的保障。重大的安全事故往往和失效的制动有关。在积雪道路或被大雨淋湿的柏油马路上紧急刹车时，汽车很容易发生侧滑，特别严重时还会掉头转向。特别在有车辙的雪地上，当左右轮分别行驶在露出的地面上和雪地上时，进行紧急制动时，汽车方向很容易失去控制，如果是弯道，汽车很有可能从路边滑出。随着人们对道路交通安全的关注，为了提高汽车的制动性能，为了增加轮胎与地面之间的附着力，轮胎胎面制有一定的花纹形状。

2 汽车刹车异常情况

为了汽车的行驶安全，汽车制动力不能大于车轮与地面的附着力，在附着条件允许的前提下，为了缩短制动距离，希望制动力越大越好。但是，当制动力等于附着力，制动则不能达到预期的效果，甚至会出现车轮抱死的现象。车轮抱死的情况出现时，车轮在地面上滑动，而不再是作纯滚动。

如果汽车的两个前轮正常滚动，而两后轮由于制动抱死，在地面滑拖。汽车因前轮保持正常制动而使汽车前部速度降低，而汽车后部还保持原来的速度向前运动，此时汽车前端和后端的速度不再保持一致，汽车不能保持支线行驶方向，则汽车受到很小的侧向力就可能甩尾甚至调头，因此，这种情况又被称为制动甩尾。当制动甩尾不严重时，驾驶员可通过操纵方向盘修正汽车行驶方向，保证汽车行驶安全,但偏离了原来的行驶道路；严重时，汽车滑入边沟，甚至汽车会原地打横在道路上或调头1800，发生严重的交通事故。

而反过来说，汽车在刹车时，前轮的制动器由于摩擦力超过附着力，车轮抱死滑拖，而后轮能正常滚动，出现这种情形时也是很危险的：转向轮因抱死的同时也失去了转向所需的摩擦力。这种情况叫制动失向，也被称为前轮制动抱死，此时，汽车已经失去了转向的能力，驾驶员无论如何操纵方向盘都不能实现汽车的转向。当汽车出现制动失向时，驾驶员的慌乱操作将使状况比前者更危险，因为这种情形下汽车失去转向控制能力。在雨雪天湿滑路面上，上述现象更为严重。

3 缩短制动距离的措施

汽车制动车轮抱死时，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失，汽车将出现甩尾或失向。上述情形如何避免呢？现代的大部分轿车上，为确保制动稳定，在任何情形下都不会出现甩尾或失向的情况，制动系统采用了ABS装置，即电子制动防抱死装置。ABS是在传统制动系统的基础上利用电子控制技术实现动力的自动调节，该装置能在尽量发挥制动力的条件下自动调整制动器上摩擦力大小防止车轮抱死，以保持前轮转向能力并维持制动时的车辆稳定行驶，有效缩短制动距离，提高制动效能和制动时的方向稳定性。

司机们在驾车时都有体会，在高速转弯、沙石路面、积雪路面和湿滑路面时，刹车不能一次踩死，而应该采取一踩一松分步刹车的方式，从而避免汽车发生抱死不转动的情况。ABS装置的工作原理正如上面所说的一踩一松，只不过ABS的工作频率比驾驶员的操控快很多，装有ABS的汽车，通过安装在转动轴或各个车轮上的转速传感器不断检测出各个车轮的转速，然后将测量得到的转速信号传送给电脑进行分析计算，从而得到车轮的滑移率。如果车轮的滑移率能保持在15%～25%之间则能获得最佳制动效果，因此ABS电脑根据计算出的滑移率结果，自动调节制动力的大小，通过保持滑移率而使制动力保持在较大但不超过附着力的临界状态。从而缩短了刹车距离，提高了制动效率，保证了汽车的行驶安全，延长了汽车轮胎的使用寿命。

现在欧、美国家和地区的汽车公司已在其生产的轿车上100%地装备了防抱制动系统。随着汽车工业的飞速发展和汽车技术的提高，我国从上世纪90年代开始在汽车上装配ABS，但是由于设计开发能力不足，我国真正拥有自主知识产权生产ABS汽车的厂家并不多。ABS系统的核心技术是控制技术，其实质是一个机电控制系统，目前市场上比较成熟的ABS产品主要采用基于经验逻辑门限值控制方法，随着人工智能的发展，人们逐渐把先进的控制理论应用到ABS系统之中，例如车轮滑移率控制方法、逻辑门限值控制方法、PID 控制方法、最优控制方法和智能控制方法等。

但是不论汽车是否安装有ABS装置，它们都是利用刹车片与轮盘（或轮毂）之间的摩擦力消耗汽车动能，从而达到减速之目的。消耗的汽车动能转化为内能，使刹车片、轮盘（或轮毂）、轮胎的温度升高，如果温度升高过多将会导致轮胎爆胎或刹车失灵。为了消除刹车系统造成的能源浪费，最新研究的汽车制动系统中安装有大功率的发电机，当汽车制动时，则传动系统加载发电机工作，将汽车的势能转化为电能，并给专用的蓄电池充电，电能以备汽车它用。但是这项技术还处于研发阶段，未能大规模推广，只在部分车型上采用。

由上述分析可知，对于路面上行驶的汽车来说，制动距离的大小主要由车轮与路面的附着情况、车辆制动器上摩擦力的大小决定。要想获得好的制动效果，汽车必须具有足够的制动器制动力，同时又要有附着系数较高的路面提供足够的地面制动力，ABS装置的作用是保持前轮转向能力并维持制动时的车辆稳定行驶，有效缩短制动距离。特别是在冰雪湿滑地面行驶时，ABS的作用更加重要了。

参考资料

[1]齐晓杰.防抱死制动和牵引力控制系统[M].化学工业出版社，2005.

[2][美]汤姆森学习公司.转向、悬架和制动系统[M].机械工业出版社，2011.