汽车制动与安全

　　摘要：文章强调了汽车制动性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性，并从理论上分析了汽车的制动效能与汽车方向的稳定性对汽车制动的影响因素，指出要使这两种性能同时达到最优，单以人力是难以做到的，现代汽车中使用的ABS与EBD可以确保汽车在制动时的安全与稳定。?

　　关键词：制动；安全；ABS；EBD?

　　汽车的制动性是汽车的主要性能之一。汽车的制动性能直接关系到人们的生命及财产安全，是汽车行驶的重要保障。?

　　1汽车的制动性能?

　　汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性、制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。制动效能是指在好路面上，汽车的制动距离或制动时的减速度。它是制动性最基本的评价指标。制动效能的恒定性主要是指制动器的抗热衰退性能。抗热衰退性能是指的高速时或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。制动时汽车的方向稳定性通常用制动时汽车按给定轨迹的行驶能力。制动时汽车发生跑偏、侧滑或失去转向能力，汽车将偏离原来的轨迹。

　　汽车制动时原期望按直线方向减速停车，但有时汽车却自动向左或向右偏驶，这种现象称为“制动跑偏”。跑偏现象多数是由于技术状况不正常造成的，经过维修调整是可以消除的。侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况是在高速制动时后轴发生侧滑，这时汽车常发生不规则的急剧回转运动，使之部分或完全失去操纵。但是既使技术状况符合要求的汽车，在较高车速或溜滑路面上制动时也可能发生后轴侧滑。跑偏与侧滑是有联系的，严重的跑偏常会引起后轴侧滑，易于发生侧滑的汽车也有加剧汽车跑偏的倾向。?

　　2影响汽车制动的原因分析?

　　汽车跑偏与侧滑，特别是后轴侧滑是造成交通事故的一个重要原因。跑偏的主要原因是汽车左右车轮、特别是转向左右轮制动器制动力不相等。左右制动力一般允许相差10%左右，差值大肯定引起制动跑偏。左右制动力可以调整使其大致相等。经过大量的试验我们发现：汽车制动时若前轮无制动力，后轮有足够的制动器制动力时，在车速高于25km/h时，后轴侧滑出现调头现象。而且无论汽车朝哪个方向行驶，制动时汽车的后轴总是沿横向低处下滑。可以认为：侧滑的起始动力是汽车重力沿横向坡的侧向分力。

　　当汽车后轮无制动力，而前轮有足够的制动器制动力时，既使车速达到65km/h，汽车纵轴线转角也不大，表现出了良好的稳定性。同时汽车纵轴线转动方向与后轮拖滑时相反，前轴总是沿横向坡向路边稍稍滑动。起始车速和附着系数对侧滑也有一定影响。起始车速小于48km/h时，即使后轮比前轮先抱死拖滑在0.5s以上，汽车也不会发生危险的侧滑，只有起始速度超过48km/h时，后轴侧滑才发生质变成为一种危险的侧滑。若后轮比前轮提前一定时间即0.5s以上抱死拖滑，且车速超过某一规定数值（48km/h）时，汽车在轻微的侧向力的作用下，就会发生后轴侧滑，汽车急剧转动，甚至完全掉头。地面愈滑、制动距离和制动时间愈长，后轴侧滑愈剧烈。

　　当制动器制动力足够时，制动过程中可能出现三种情况：①前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；②后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑；③前后轮同时抱死拖滑。情况①是较稳定工况，但弯道行驶时，汽车失去转向能力，情况②使后轴侧滑，是不稳定工况，情况③可以避免后轴侧滑同时前转向轮只有在最大制动强度下才使汽车失去转向能力。

　　若前后轮同时抱死拖滑，则产生最大地面制动力，所需的整个地面制动系制动器制动力最小，此时充分发挥了制动效能，制动系的效率最高。所以前、后制动器制动力分配的比例将影响到汽车制动时的方向稳定性和制动系的工作效率。在任意附着系数路面上，前后车轮同时抱死的条件是：前后车轮制动器制动力之和等于附着力；并且前后车轮制动器制动力分别等于各自的附着力。下面是理想的制动力分配曲线（在不同地面附着系数下得到的）。

 

　　由此可见，只要给定汽车总重G，以及汽车的重心位置，就能做出该车的制动力理想分配曲线。I曲线是踏板力增长到前后轮同时抱死拖滑时的前后制动器制动力的分配曲线。

　　一般两轴汽车的前后制动器制动力之比为一固定常值。前后制动器制动力分配为固定比值的汽车，只有在一种附着系数、即同步附着系数的路面上制动时才能使前后车轮同时抱死。具有最佳的制动效能。

　　地面的制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制。只有汽车具有足够的制动器制动力，但同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。

　　地面附着系数在制动过程中虽然与地面情况有关，但并不是一个常数，它与车轮的运动状况，即滑动程度有关。汽车在制动过程中，车轮的运动可分为三种情况：起初一种是滚动状态，再后是一种边滚边滑的状态，最后是车轮被制动器抱住，在地面上做完全的拖滑。一般用滑动率来说明汽车在这个过程中滑动成分的多少。滑动率的定义如下：?

　　S＝(v－vw)/v×100%＝v－r0ω/V×100%?

　　式中：S——滑移率；?

　　v——汽车相对地面的移动速度；?

　　vw——车轮瞬时圆周速度；?

　　r0——车轮的工件半径；?

　　ω——车轮角速度。

 

　　车轮做纯滚动时，v＝r0ω，滑动率s＝0；在做纯滑动时，ω＝0，s＝100%；边滚边滑时0＜s＜100%。所以滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例，滑动率越大，滑动的成分越多。?

　　不同滑动率时，附着系数是不一样的。如图2所示曲线。图中除了纵向附着系数曲线外，还给出了侧向附着系数，侧向附着系数与车辆的行驶稳定性有关。

　　附着系数曲线OA段近似于直线，附着系数随着滑移率的增大而迅速增大，至B点达到最大值。附着系数的最大值出现在S＝15%～20%。附着系数有所下降。从图也可以看出：滑移率越小，横向附着系数越大。即保持转向和防止侧滑的能力越大。所以如能使滑移率保持在10%～20%之间，便可获得较大的纵向，横向附着系数。具有一般制动器的汽车是无法做到这一点的。?

　　3车轮防抱死制动系统（ABS）和电子制动力分配系统（EBD）的工作原理

　　车轮防抱死制动系统（Anti-LockBrakeSystem）简称ABS，它是汽车上的一种主动安全装置，其作用是在汽车制动时，自动调节制动力的大小，避免车轮完全抱死在路面上产生拖滑，使车轮处于边滚边滑的状态，以保证汽车车轮与地面间有最好的附着状态，缩短制动距离，提高汽车制动过程中的方向稳定性及转向操纵能力，使汽车制动更为安全有效。ABS系统可以做到我们上述所说的那样：使汽车的滑动率S＝10%～20%之间，在此范围内，汽车的纵向附着系数最大，可以获得最大的制动力。同时横向附着系数也保持较大值，使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力，因而得到最佳的制动效果。0≤S≤Sp称为稳定区域，Sp≤S≤100%称为非稳定区域。

　　ABS系统由传统的普通制动系统和防止车轮抱死的电子控制系统组成。下文中所指的ABS单指电子控制系统。现代ABS一般是由传感器、电子控制器，执行器及警告灯等组成。其中传感器主要是指车轮的轮速传感器，执行器主要是指压力调节器。

　　在一般的制动情况下，驾驶员踩在制动踏板上的力较小，车轮不会被抱死，ABS不工作，这时就如常规的制动系统，制动力完全由驾驶员踩在制动踏板上的力来控制。在紧急制动或松滑路面制动时，ABS将工作，工作过程是：制动开始时，制动压力骤升，车轮速度迅速下降，车轮的滑移率在极短的时间内达到稳定界限SP,当轮速传感器检测到车轮的滑移率刚刚超过SP出现抱死趋势时，ABS控制器输出信号到制动压力调节器降低制动压力，减小车轮制动力矩，使车轮滑移率恢复到靠近稳定界限SP的稳定区域内，压力保持，车轮速度上升，当车轮的加速度超过某一值时，再次将制动压力提高到使车轮滑移率稍微超过稳定界限，压力保持，车轮速度又下降。ABS按上述循环反复，将车轮滑移率控制在SP附近的狭小范围内，以获得最佳的制动效能和制动时的方向稳定性和转向操控能力。ABS只有速度超过8km/h时，ABS才起作用。

　　现在配备了EBD系统，EBD的英文全称是“ElectricBrakeforceDistribution”，即“电子制动力分配”。在汽车行驶过程中，四个车轮的工作环境千变万化，地面附着条件也往往不一样，制动时易发生跑偏、打滑、侧倾甚至车辆侧翻的情况。另外，制动时由于惯性作用，车辆重心前移，车身重量大部分由前轮承受，出现点头动作，这时前轮与地面的摩擦力大幅增长，而后轮由于垂直于地面的压力，转移到前轮而摩擦力减弱，易出现甩尾这就太危险了。?

　　ABS在一定程度上可以避免上述现象的发生，但由于ABS对后轮的控制始终以附着力较小的一侧（如行驶的冰雪，泥水路面的车轮）为基准调节点来进行调节，以保证两侧车轮制动力的平衡，追求的是制动稳定性。而EBD则不同，当紧急制动车轮抱死的情况下，可以在制动的瞬间经高速计算，自动调节前、后轴的制动力分配比例，并不断调整ABS液压组件，在ABS动作之前就已经平衡了每一个车轮的有效抓地力，即：使四个车轮受到的制动力与其匹配，以防止出现甩尾和侧滑，并缩短汽车制动距离。提高制动效能，配合ABS提高制动的稳定性。 EBD的另外一个特性就是它的随动性。当车辆的载重或乘员数发生变化时，EBD仍然能够根据各个车轮车速传感器采集的信号，主动、适时、合理地进行制动力的“智能”分配，从而保证制动过程中车辆的直线行驶状态和车身的稳定性，让危险夭折于萌芽状态。

　　同样，车轮在弯道制动时，因为弯道离心力，使外侧的车轮承受较大的车身自重及惯性载荷，这时EBD会增大外侧车轮的制动力，防止制动力突破轮胎与地面的抓地力而使车辆发生“自旋”。在紧急刹车，车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已平衡了每一个车轮的有效抓地力，可以防止出现甩尾的侧移，并缩短汽车制动距离。

　　EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善ABS的功效。所以在安全指标上又多了“ABS+EBD”在安全指标上EBD更胜一筹。

　　最为重要的是ABS与EBD可以使用同一个传感器，基本构造基本上都不变，安装也十分的方便，所以现在汽车上可以使用ABS+EBD在成本上也不会增加太多。