摩擦力與汽車的安全性

李有軍 山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山東 濰坊 261041

摩擦力與汽車的安全性

李有軍 山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山東 濰坊 261041

人-車-環(huán)境是影響汽車行駛安全性能的三大因素，提高汽車的主動(dòng)安全性，ABS能有效控制車輪保持與地面間不產(chǎn)生滑動(dòng)狀態(tài)，EBD是電子制動(dòng)力分配，防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，縮短汽車制動(dòng)距離。

干摩擦；濕摩擦；ABS；EBD

引言

導(dǎo)致汽車交通事故的原因十分復(fù)雜，既有車輛的技術(shù)因素，也有參與交通的人員行為因素，還有公路、氣象等環(huán)境因素。對(duì)駕駛員而言，必須具備相應(yīng)的技能才能順利完成安全駕駛工作；對(duì)車輛而言，必須為駕駛員提供一個(gè)能夠適應(yīng)人的生理和心理特點(diǎn)的外部技術(shù)條件，具有很好的操控性，這就是汽車主動(dòng)安全的內(nèi)涵。傳統(tǒng)的針對(duì)沖撞后的乘員保護(hù)的技術(shù)和措施，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代交通對(duì)汽車安全性的要求，把以沖撞安全為核心的被動(dòng)安全技術(shù)發(fā)展為以預(yù)防為核心的主動(dòng)安全技術(shù)已成為現(xiàn)代交通的迫切要求，而以先進(jìn)的電子、通訊及信息技術(shù)在汽車上的應(yīng)用為特征的新一輪汽車技術(shù)革命為此提供了可能。

1 汽車行駛中的摩擦力

1.1 摩擦力的特點(diǎn)：汽車的牽引力、制動(dòng)力、轉(zhuǎn)向的力都來源于地面提供的摩擦力，所謂的摩擦力是指：當(dāng)物體的接觸面間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。摩擦分為干摩擦和濕摩擦，干摩擦包括靜摩擦和滑動(dòng)摩擦，濕摩擦無靜摩擦，大小比干摩擦小得多。摩擦力的方向跟接觸面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)方向相反。

1.2 汽車靠摩擦力抓地：汽車與地面的接觸點(diǎn)在輪子的輪胎上，輪胎采用橡膠材料，內(nèi)補(bǔ)充流動(dòng)性較好的氣體。采用橡膠的好處是摩擦系數(shù)比較大，內(nèi)部的氣體易被壓縮，形變比較明顯。明顯的形變一方面起到減震的作用，另一方面使得輪胎與地面保持足夠大的接觸面，輪胎外表面上的花紋具有導(dǎo)氣、導(dǎo)水的作用，在輪胎高速滾動(dòng)的過程中，將輪胎與地面間的空氣或者是水從花紋導(dǎo)出，保證輪胎與地面的良好接觸，產(chǎn)生的摩擦為干摩擦。由于形變輪胎的外緣被壓縮，輪胎的花紋各突起部分間產(chǎn)生相對(duì)的位移，就猶如我們伸開的手掌按在地面上，用力抓緊地面一樣，產(chǎn)生一個(gè)抓地的力，保證在車子需要時(shí)提供足夠的力。因此輪胎的氣壓要保持合適，不能太大也不能太小，氣壓大會(huì)使得形變減小，減弱抓地性，氣壓小會(huì)導(dǎo)致車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于形變產(chǎn)生一個(gè)阻礙輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)扭矩，阻礙輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，增加油耗，加速輪胎的磨損。

1.3 滑動(dòng)后容易側(cè)滑：生活中我們有這樣的體驗(yàn)，在斜面上沿著斜面向下的垂直方向推動(dòng)一個(gè)物體時(shí)，物體并不是嚴(yán)格沿推力的方向運(yùn)動(dòng)，而是同時(shí)向斜面下方滑去。這是因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)是與合力的方向相同，在運(yùn)動(dòng)的垂直方向上很小的力也會(huì)使物體產(chǎn)生加速度，這個(gè)方向上摩擦力的性質(zhì)與濕摩擦有些相像。許多人都遇到過這樣的事，塞在瓶口的塞子直接拔出時(shí)需要的力較大，因?yàn)橐朔畲箪o摩擦力才能使塞子向外運(yùn)動(dòng)，我們可以一邊旋轉(zhuǎn)一邊向外拔，由于轉(zhuǎn)動(dòng)，在拔出方向上摩擦具有濕摩擦性質(zhì)，很小的力就可使之運(yùn)動(dòng)，猶如放在水上的小船一樣。

2 ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

2.1 車輪抱死的危害：汽車行駛中，輪胎與地面的接觸點(diǎn)保持相對(duì)靜止，就可以給汽車提供所需的動(dòng)力、轉(zhuǎn)向力和制動(dòng)力，這個(gè)力是靜摩擦力，方向、大小可根據(jù)需要提供，如果汽車車輪在制動(dòng)時(shí)抱死，輪胎在地面上滑動(dòng)起來，失去了抓地性，提供的摩擦力就變成了滑動(dòng)摩擦力，大小比最大靜摩擦力要小，方向只能跟運(yùn)動(dòng)方向相反。并且在運(yùn)動(dòng)方向的垂直方向上，摩擦力非常小，汽車本身制動(dòng)力的不平衡、懸架的不平衡、汽車輪胎氣壓、路面彎度、顛簸或坡度等因素都可能會(huì)使汽車發(fā)生側(cè)滑、甩尾或失控。另外，由于車輛前輪抱死，汽車會(huì)失去轉(zhuǎn)向能力。這對(duì)行駛中的汽車是非常危險(xiǎn)的。

2.2 ABS的原理：ABS即“防抱死制動(dòng)系統(tǒng)”，能有效控制車輪保持與地面間不產(chǎn)生滑動(dòng)狀態(tài)，提高制動(dòng)時(shí)汽車的穩(wěn)定性及較差路面條件下的汽車制動(dòng)性能。ABS通過安裝在各車輪或傳動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器不斷檢測(cè)各車輪的轉(zhuǎn)速，由計(jì)算機(jī)控制做出增大或減小制動(dòng)器制動(dòng)壓力的決定，通過調(diào)整制動(dòng)壓力，以保持車輪處于理想制動(dòng)狀態(tài)，車輪在這種狀態(tài)下，能提供最大的制動(dòng)力，另外，在前輪不抱死的情況下，汽車還可以按照駕駛員的意愿進(jìn)行轉(zhuǎn)向，從而控制車輛。

2.3 ABS使用技巧：在冰雪路面上，由于地面提供的附著力比一般路面要小很多。輕微踩剎車不能啟動(dòng)ABS，若所需的制動(dòng)力超過地面所提供的最大摩擦力，輪胎則會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)，汽車就易側(cè)滑。所以有ABS的汽車在冰雪路面上剎車時(shí)應(yīng)把剎車踩到底，使ABS裝置啟動(dòng)。ABS只能在這種附著力的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)汽車的制動(dòng)力，不使車輪抱死，但不會(huì)產(chǎn)生外加的制動(dòng)因素。所以，在冰雪路面上的制動(dòng)距離只能說比車輪抱死時(shí)短一些，比在一般路面上的制動(dòng)距離還是長(zhǎng)很多。

3 EBD輔助ABS提高功效

3.1 有ABS仍可能側(cè)滑：從力學(xué)知識(shí)我們知道，力的作用效果是使質(zhì)心的平動(dòng)和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)，若外力的合力通過質(zhì)心或?qū)|(zhì)心力矩平衡，物體只做平動(dòng)，否則經(jīng)通知進(jìn)行繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)。輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即使力矩稍有不平衡，輪胎會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力防止打滑甩尾，但需求超過一定的限度時(shí)，仍然存在危險(xiǎn)。實(shí)際道路其實(shí)是很復(fù)雜的，諸如：路面附著系數(shù)不平衡、道路彎度或路面橫向坡度、甚至汽車輪胎氣壓等汽車自身的原因，能使汽車在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生側(cè)滑的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，這些因素都不是ABS本身能夠克服的。

3.2 EBD能有效防止側(cè)滑：EBD就是“電子制動(dòng)力分配”。汽車制動(dòng)時(shí)，如果四只輪胎附著地面的條件不同，比如，左側(cè)輪附著在濕滑路面，而右側(cè)輪附著于干燥路面，四個(gè)輪子與地面的摩擦力不同，摩擦力的合力偏移質(zhì)心，在制動(dòng)時(shí)就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。 EBD的功能就是在汽車制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，達(dá)到制動(dòng)力的匹配，可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，并縮短汽車制動(dòng)距離，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。EBD實(shí)際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。

4 結(jié)論

ABS能有效控制車輪保持與地面間不產(chǎn)生滑動(dòng)狀態(tài)，EBD是電子制動(dòng)力分配，防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，兩者共同作用可以保證地面提供足夠的摩擦力，縮短汽車制動(dòng)距離，增加汽車的操控性，提高汽車的主動(dòng)安全性。

任何裝備都不是萬能的，即使是性能優(yōu)良的ABS+EBD在工作狀態(tài)下穩(wěn)定車輛的效果也是有限的，尤其是行駛在沙石路或冰雪路面上，駕駛員必須通過自己的主觀能動(dòng)性實(shí)現(xiàn)安全駕駛，更應(yīng)保持充分的車距，減速慢行，不要完全依賴ABS+EBD系統(tǒng)。對(duì)車輛適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)，確保車輛機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)作，也是安全的駕駛關(guān)鍵因素。

[1]馬文蔚.物理學(xué) [M].高等教育出版社.2006年1月第三版

[2]蔡興旺，付曉光.汽車構(gòu)造與原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010年1月

[3]范立，郭淑.汽車安全駕駛技術(shù)[M].人民交通出版社.2010年6月

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.137

李有軍，男，山東省濰坊人，高級(jí)講師，研究方向?yàn)槲锢韺W(xué)、電子技術(shù)應(yīng)用。