摩擦力與汽車的安全性

李有軍 山東信息職業技術學院， 山東 濰坊 261041

摩擦力與汽車的安全性

李有軍 山東信息職業技術學院， 山東 濰坊 261041

人-車-環境是影響汽車行駛安全性能的三大因素，提高汽車的主動安全性，ABS能有效控制車輪保持與地面間不產生滑動狀態，EBD是電子制動力分配，防止出現甩尾和側移，縮短汽車制動距離。

干摩擦；濕摩擦；ABS；EBD

引言

導致汽車交通事故的原因十分復雜，既有車輛的技術因素，也有參與交通的人員行為因素，還有公路、氣象等環境因素。對駕駛員而言，必須具備相應的技能才能順利完成安全駕駛工作；對車輛而言，必須為駕駛員提供一個能夠適應人的生理和心理特點的外部技術條件，具有很好的操控性，這就是汽車主動安全的內涵。傳統的針對沖撞后的乘員保護的技術和措施，已經遠遠不能滿足現代交通對汽車安全性的要求，把以沖撞安全為核心的被動安全技術發展為以預防為核心的主動安全技術已成為現代交通的迫切要求，而以先進的電子、通訊及信息技術在汽車上的應用為特征的新一輪汽車技術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：汽車的牽引力、制動力、轉向的力都來源于地面提供的摩擦力，所謂的摩擦力是指：當物體的接觸面間存在相對運動或相對運動的趨勢時，在接觸面間產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力。摩擦分為干摩擦和濕摩擦，干摩擦包括靜摩擦和滑動摩擦，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運動或相對運動的趨勢方向相反。

1.2 汽車靠摩擦力抓地：汽車與地面的接觸點在輪子的輪胎上，輪胎采用橡膠材料，內補充流動性較好的氣體。采用橡膠的好處是摩擦系數比較大，內部的氣體易被壓縮，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氣、導水的作用，在輪胎高速滾動的過程中，將輪胎與地面間的空氣或者是水從花紋導出，保證輪胎與地面的良好接觸，產生的摩擦為干摩擦。由于形變輪胎的外緣被壓縮，輪胎的花紋各突起部分間產生相對的位移，就猶如我們伸開的手掌按在地面上，用力抓緊地面一樣，產生一個抓地的力，保證在車子需要時提供足夠的力。因此輪胎的氣壓要保持合適，不能太大也不能太小，氣壓大會使得形變減小，減弱抓地性，氣壓小會導致車輪轉動時由于形變產生一個阻礙輪子轉動的負扭矩，阻礙輪子轉動，增加油耗，加速輪胎的磨損。

1.3 滑動后容易側滑：生活中我們有這樣的體驗，在斜面上沿著斜面向下的垂直方向推動一個物體時，物體并不是嚴格沿推力的方向運動，而是同時向斜面下方滑去。這是因為物體的運動是與合力的方向相同，在運動的垂直方向上很小的力也會使物體產生加速度，這個方向上摩擦力的性質與濕摩擦有些相像。許多人都遇到過這樣的事，塞在瓶口的塞子直接拔出時需要的力較大，因為要克服最大靜摩擦力才能使塞子向外運動，我們可以一邊旋轉一邊向外拔，由于轉動，在拔出方向上摩擦具有濕摩擦性質，很小的力就可使之運動，猶如放在水上的小船一樣。

2 ABS防抱死制動系統

2.1 車輪抱死的危害：汽車行駛中，輪胎與地面的接觸點保持相對靜止，就可以給汽車提供所需的動力、轉向力和制動力，這個力是靜摩擦力，方向、大小可根據需要提供，如果汽車車輪在制動時抱死，輪胎在地面上滑動起來，失去了抓地性，提供的摩擦力就變成了滑動摩擦力，大小比最大靜摩擦力要小，方向只能跟運動方向相反。并且在運動方向的垂直方向上，摩擦力非常小，汽車本身制動力的不平衡、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使汽車發生側滑、甩尾或失控。另外，由于車輛前輪抱死，汽車會失去轉向能力。這對行駛中的汽車是非常危險的。

2.2 ABS的原理：ABS即“防抱死制動系統”，能有效控制車輪保持與地面間不產生滑動狀態，提高制動時汽車的穩定性及較差路面條件下的汽車制動性能。ABS通過安裝在各車輪或傳動軸上的轉速傳感器不斷檢測各車輪的轉速，由計算機控制做出增大或減小制動器制動壓力的決定，通過調整制動壓力，以保持車輪處于理想制動狀態，車輪在這種狀態下，能提供最大的制動力，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行轉向，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ABS，若所需的制動力超過地面所提供的最大摩擦力，輪胎則會出現滑動，汽車就易側滑。所以有ABS的汽車在冰雪路面上剎車時應把剎車踩到底，使ABS裝置啟動。ABS只能在這種附著力的基礎上調節汽車的制動力，不使車輪抱死，但不會產生外加的制動因素。所以，在冰雪路面上的制動距離只能說比車輪抱死時短一些，比在一般路面上的制動距離還是長很多。

3 EBD輔助ABS提高功效

3.1 有ABS仍可能側滑：從力學知識我們知道，力的作用效果是使質心的平動和繞質心的轉動，若外力的合力通過質心或對質心力矩平衡，物體只做平動，否則經通知進行繞質心的轉動。輪子轉動時即使力矩稍有不平衡，輪胎會產生側向力防止打滑甩尾，但需求超過一定的限度時，仍然存在危險。實際道路其實是很復雜的，諸如：路面附著系數不平衡、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，能使汽車在制動時產生側滑的運動趨勢，這些因素都不是ABS本身能夠克服的。

3.2 EBD能有效防止側滑：EBD就是“電子制動力分配”。汽車制動時，如果四只輪胎附著地面的條件不同，比如，左側輪附著在濕滑路面，而右側輪附著于干燥路面，四個輪子與地面的摩擦力不同，摩擦力的合力偏移質心，在制動時就容易產生打滑、傾斜和側翻等現象。 EBD的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出四個輪胎的摩擦力數值，然后調整制動裝置，達到制動力的匹配，可以防止出現甩尾和側移，并縮短汽車制動距離，以保證車輛的平穩和安全。EBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。

4 結論

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

任何裝備都不是萬能的，即使是性能優良的ABS+EBD在工作狀態下穩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性實現安全駕駛，更應保持充分的車距，減速慢行，不要完全依賴ABS+EBD系統。對車輛適當的保養，確保車輛機構的正常運作，也是安全的駕駛關鍵因素。

[1]馬文蔚.物理學 [M].高等教育出版社.2006年1月第三版

[2]蔡興旺，付曉光.汽車構造與原理[M].機械工業出版社.2010年1月

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.137

李有軍，男，山東省濰坊人，高級講師，研究方向為物理學、電子技術應用。