汽车制动理论及案例选析

在2.3.1节中曾指出，汽车制动时驾驶员踩下制动踏板，使制动鼓与随车轮转动的摩擦片相互接触，产生的摩擦力的力矩使汽车车轮的转动减速，从而造成车轮有被因惯性以原有速度向前行驶的汽车拖着往前滑动的趋向，地面对轮胎的静摩擦力阻止滑动的发生，静摩擦力成为作用于汽车的使汽车减速的外力，这一制动机制只适合于汽车的缓慢制动。下面需要对汽车制动原理做全面的讨论。汽车在实施制动的过程中，随着驾驶员踩踏板力度的增加，汽车车轮经历了由纯滚动→边滚边滑→纯滑动变化，纯滑动表示车轮被完全抱死，轮胎被汽车拖着在路面上产生黑色的拖印。这一变化过程轮胎印迹的相应变化如图2-10所示。

从图2-10可以看出，汽车从静摩擦力作用制动到最后转变为滑动摩擦力作用制动，轮胎印迹的变化是一个渐变的过程。在开始制动时（图2-10a），印迹的形状与轮胎面的花纹基本一致，显示车轮基本在做纯滚动，只是在末段出现了轻微的滚动中带一点滑动。在第二阶段（图2-10b），滑动的成分显著增大，而且越来越大，这表现在轮胎花纹印迹变宽；到最后阶段（图2-10c），开始轮胎花纹变得更宽，并变模糊，显示滑动成分超过了滚动，直至最后印迹变成一条黑色的带子，表示车轮已完全抱死，没有了滚动，变成纯滑动。我们可以用“滑动率”来描写滑动程度，其定义为

式中，v_c为车轮中心的速度，它等于汽车的行驶车速：v_e为轮胎外缘一点的线速度。在车轮未被抱死前，它们之间的关系如图2-11所示。

根据力学理论，v_e与车轮转动的角速度ω的关系为<

式中，R表示车轮半径。对汽车的运动分析指出，当汽车匀速行驶时，车轮轴心的速度v_c与轮缘上一点的线速度相等，v_e=v_c=ωR，此时车轮处于纯滚动状态，滑动率s=0。随着驾驶员踩制动踏板，车轮转动的角速度下降，v_e开始小于v_c，滑动率s开始不等于零。随着驾驶员踩制动踏板的力度增大，s也随之增大。汽车理论中对轮胎与干燥路面附着系数φ（其实就是前面所说的摩擦系数μ）随滑动率增大而变化的典型试验规律如图2-12所示。图中显示，φ开始时随s的增加迅速增大，当s=15%～20%时达到最大值，φ_max=0.9；这大致相当于我们前面所说的静摩擦力从零增大到f_max的阶段；然而当s继续增大，φ反而逐渐下降，当s=100%，即车轮完全抱死，轮胎在路面上纯滑动，φ降至约0.7。从这里可以总结出两点规律：

图2-10 汽车制动时轮胎留在路面上的印迹(www.xing528.com)

(1)汽车在实施制动时并非只有把车轮抱死才能实施制动，车轮处于半滚半滑状态其制动效率比完全抱死还更高些。在交通事故中，由于肇事汽车四轮巾各轮抱死的松紧程度以及抱死的先后会略有差别，然而只要车检证明该车制动力合格，不论在路面上出现几条轮胎的印迹或各轮的印迹长短不一，都应视为全轮制动，因为非抱死制动也是有效制动，根据图2-12所示的“半滚半滑”的制动．其附着系数比完全抱死还更高些。制动的距离应以最长的印迹为准．因为只要有一个车轮出现了制动拖印，就说明其他车轮也同时实施了制动，只不过尚未完全抱死而已。当然，做出这一结论的前提是肇事汽车在车检中证明其四轮制动力均合格。其实，按四轮中最长的轮胎印迹长度代表制动距离也还是偏保守的，因为第一个抱死的车轮在被抱死前根据图2-12也还存在一段抱死前从s=0到s=100%的制动距离。为了解决这个问题，在下面2.3.3节中讨论“制动印公式”时，在车速计算公式中，除了计入最长的车轮制动印迹长度外，还要加上一个修正项，以反映第一个抱死车轮从s=0到s=100%的制动减速。

图2-11 汽车制动时v_c与v_e的关系

图2-12 附着系数与滑动率的关系

（2）由图2-12可以看出，s=15%～20%为最佳的制动状态。所以近年来高中端的汽车普遍推广使用ABS。制动系统配置有这一装置的汽车，即使驾驶员把制动踏板踩到底，制动装置也处于未抱死的最佳状态，即车轮处在图2-12显示的s=15%～20%的接近纯滚动状态。ABS有两大好处：

第一，它可以使汽车的制动处于附着系数φ达到或接近其峰值的最佳状态。专业文献指出，配备有ABS的汽车，φ取值能达到0.8～0.9。但关于这方面的数据尚未列入GA/T643—2006标准。车速鉴定工作者在遇到配置有ABS的肇事汽车时，应适当考虑这一因素。不过另一方面，由于这类汽车实施紧急制动时大都没有在路面上留下明显的轮胎印迹，也造成了难以确定制动距离的困难。

第二，对于未配置ABS的汽车，如果实施紧急制动，四个车轮都被抱死，汽车将因惯性沿直线向前滑行，驾驶员操纵方向盘也不能使汽车转向，于是造成汽车的失控；然而配备有ABS的汽车即使实施紧急制动，车轮仍处于滚动状态，遇到险情驾驶员可边急踩制动踏板边操纵方向盘加以回避，以避免事故的发生或减轻事故造成的伤害。