长沙火车站到凤凰古城:“ABS防抱死”制动原理

“ABS防抱死”制动原理
作者：佚名 资料来源：不详 点击数： 341 更新时间：2010-3-6 12:44:39
文 章
来源莲山
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ABS（英文全称Anti Lock Break System）是一种安全制动装置，这种系统可以在汽车制动过程中自动调节制动力的大小，防止车轮完全被抱死，以获得最佳的制动效果。

ABS防抱死制动系统模拟图                   ABS系统实物图
众所周知，当车辆行驶中遇到突然情况采取紧急制动时，车轮极易被抱死。后轮抱死则极易倒滑甩尾，前轮抱死会使操纵失灵，总之，车辆十分危险。而ABS则可以防止车轮抱死，并能在最短距离内把车停下来，保证最佳制动效果。这种优越性在淋雨后或冰雪路面上更加突出。
当汽车在良好的路面上制动时，制动器与车轮间产生摩擦力F，此摩擦力与车轮转动的方向相反。车轮在摩擦力F的作用下，给地面一个向前的作用力，即地面也给车轮一个与汽车行驶方向相反的反作用力，这个反作用力就称为地面制动力，它是迫使汽车减速或停车的外力（忽略空气阻力）。而这个地面制动力则取决于制动器和车轮共同作用产生的摩擦力F和轮胎与地面间的附着力，它是由地面提供的外力。
如果车轮不接触地面，同时踩住制动踏板，沿车轮切线方向刚好推动车轮转动所需的力，就称为制动器制动力（实质上是克服制动器与车轮间的最大静摩擦力的力）。制动器制动力是由制动器本身所决定的，与踩制动踏板的力成正比。
汽车制动时，如果制动器制动力比较小，则车轮只作减速滚动。随着制动器制动力加大，地面制动力也随之成正比例增大。在车轮未被抱死前，地面制动力始终等于制动器制动力。当地面制动力达到或超过轮胎与路面的最大附着力时，车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。即使再加大制动器制动力，地面制动力也不会再增大。
由上述分析可知，只要汽车具有足够的制动器制动力，同时有摩擦因数高的路面提供足够的地面制动力就能获得良好的制动效果。
实验证明：物体的静摩擦因数往往比滑动摩擦因数大。静物体将要运动时受到的最大静摩擦力比运动时受到的滑动摩擦力大.
静摩擦因数与滑动摩擦因数之别，反映了物体间的最大（锋值）附着系数之别。汽车在实际制动过程中，道路附着系数是变化的（与路面状况有关），因此地面制动力也是变化的。为了研究制动过程中附着系数的变化对制动效果的影响，我们引入“滑移率”概念。
汽车在匀速行驶时，汽车的实际车速与车轮速度（即车轮滑动的圆周速度）是相同的。当驾驶员踩制动踏板使车轮速度降低时，但由于汽车自身惯性，汽车的实际车速就与车轮的速度不再相等，于是车速与车轮速度之间就产生一个速度差。此时，轮胎与路面间产生的现象就叫相对滑移现象，其滑移程度用滑移率S表示，实际车速用VF表示，车轮速度用VR表示。则滑移率表达式为S=       ×100%。由此表达式可知：当汽车的实际速度等于车轮速度时（VF=VR）,滑移率为零，车轮为纯滚动，当车轮速度VR为零时（即抱死）滑移率为100%，车轮作纯滑动。那么，滑移率在0到100%之间时，车轮既滑动又滚动。
在干路面或湿路面上，当滑移率在15%~30%的范围内时，车轮具有最大的纵附着系数，即产生的地面制动力最大，制动距离也就相对最短，这就是最佳的制动效果了。而在冰雪的路面上，最佳制动滑移率则在20%~30%之间。总之，不论在什么样的道路条件下，当车在最大的纵向附着系数所对应的滑移率范围内制动时，效果最佳。
根据笔者所调查的驾驶员的经验：当车轮处在纯滚动状态时，侧向附着系数最大（即汽车保持转向和防止侧滑的能力最强）。滑移率越大，侧向附着力越小。车轮抱死时（即滑移率为100%），侧向附着系数变得极小，此时，稍有侧向干扰（如路面不平，风吹等），汽车就会产生侧滑从而失去稳定。
综合以上分析，汽车制动时，若能将滑移率控制在最大附着系数范围内（一般为15%~30%），汽车处在最佳制动状态，这时，不仅车轮的纵向附着系数最大，而且车轮的侧向附着系数也较大，因此可以使高速行驶的汽车快速、稳定地停下来。
ABS的控制原理，是ABS系统根据车轮滑移率、车轮角减速度为参数将车轮滑移率控制在20％左右，使制动车轮处在最佳制动状态。目前，ABS系统的控制参数有以下三种：（1）以制动车轮滑移率作为控制参数
（2）以车轮角减速度作为控制参数
（3）以车轮角减速度及滑移率作为控制参数
目前，日本、美国、德国等发达国家的轿车和轻型汽车已有95%装用了ABS系统。我国近年来在奥迪200，桑塔纳2000GSI型等轿车和中德合资的YBL6120H型亚星奔驰豪华大轿车上也装用了ABS系统。除了日本、欧美的一些豪华摩托车装用了ABS外，国产的摩托车都没有安装ABS。货车和客车方面，日本、欧美国家都比较普及，但我国的国产车却较罕见。
通过探讨，使学生增长了对ABS防抱死系统的了解，扩大了视野，同时对我国汽车工业的发展充满了信心