摩擦力与汽车的安全性

李有军 山东信息职业技术学院， 山东 潍坊 261041

摩擦力与汽车的安全性

李有军 山东信息职业技术学院， 山东 潍坊 261041

人-车-环境是影响汽车行驶安全性能的三大因素，提高汽车的主动安全性，ABS能有效控制车轮保持与地面间不产生滑动状态，EBD是电子制动力分配，防止出现甩尾和侧移，缩短汽车制动距离。

干摩擦；湿摩擦；ABS；EBD

引言

导致汽车交通事故的原因十分复杂，既有车辆的技术因素，也有参与交通的人员行为因素，还有公路、气象等环境因素。对驾驶员而言，必须具备相应的技能才能顺利完成安全驾驶工作；对车辆而言，必须为驾驶员提供一个能够适应人的生理和心理特点的外部技术条件，具有很好的操控性，这就是汽车主动安全的内涵。传统的针对冲撞后的乘员保护的技术和措施，已经远远不能满足现代交通对汽车安全性的要求，把以冲撞安全为核心的被动安全技术发展为以预防为核心的主动安全技术已成为现代交通的迫切要求，而以先进的电子、通讯及信息技术在汽车上的应用为特征的新一轮汽车技术革命为此提供了可能。

1 汽车行驶中的摩擦力

1.1 摩擦力的特点：汽车的牵引力、制动力、转向的力都来源于地面提供的摩擦力，所谓的摩擦力是指：当物体的接触面间存在相对运动或相对运动的趋势时，在接触面间产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力。摩擦分为干摩擦和湿摩擦，干摩擦包括静摩擦和滑动摩擦，湿摩擦无静摩擦，大小比干摩擦小得多。摩擦力的方向跟接触面间的相对运动或相对运动的趋势方向相反。

1.2 汽车靠摩擦力抓地：汽车与地面的接触点在轮子的轮胎上，轮胎采用橡胶材料，内补充流动性较好的气体。采用橡胶的好处是摩擦系数比较大，内部的气体易被压缩，形变比较明显。明显的形变一方面起到减震的作用，另一方面使得轮胎与地面保持足够大的接触面，轮胎外表面上的花纹具有导气、导水的作用，在轮胎高速滚动的过程中，将轮胎与地面间的空气或者是水从花纹导出，保证轮胎与地面的良好接触，产生的摩擦为干摩擦。由于形变轮胎的外缘被压缩，轮胎的花纹各突起部分间产生相对的位移，就犹如我们伸开的手掌按在地面上，用力抓紧地面一样，产生一个抓地的力，保证在车子需要时提供足够的力。因此轮胎的气压要保持合适，不能太大也不能太小，气压大会使得形变减小，减弱抓地性，气压小会导致车轮转动时由于形变产生一个阻碍轮子转动的负扭矩，阻碍轮子转动，增加油耗，加速轮胎的磨损。

1.3 滑动后容易侧滑：生活中我们有这样的体验，在斜面上沿着斜面向下的垂直方向推动一个物体时，物体并不是严格沿推力的方向运动，而是同时向斜面下方滑去。这是因为物体的运动是与合力的方向相同，在运动的垂直方向上很小的力也会使物体产生加速度，这个方向上摩擦力的性质与湿摩擦有些相像。许多人都遇到过这样的事，塞在瓶口的塞子直接拔出时需要的力较大，因为要克服最大静摩擦力才能使塞子向外运动，我们可以一边旋转一边向外拔，由于转动，在拔出方向上摩擦具有湿摩擦性质，很小的力就可使之运动，犹如放在水上的小船一样。

2 ABS防抱死制动系统

2.1 车轮抱死的危害：汽车行驶中，轮胎与地面的接触点保持相对静止，就可以给汽车提供所需的动力、转向力和制动力，这个力是静摩擦力，方向、大小可根据需要提供，如果汽车车轮在制动时抱死，轮胎在地面上滑动起来，失去了抓地性，提供的摩擦力就变成了滑动摩擦力，大小比最大静摩擦力要小，方向只能跟运动方向相反。并且在运动方向的垂直方向上，摩擦力非常小，汽车本身制动力的不平衡、悬架的不平衡、汽车轮胎气压、路面弯度、颠簸或坡度等因素都可能会使汽车发生侧滑、甩尾或失控。另外，由于车辆前轮抱死，汽车会失去转向能力。这对行驶中的汽车是非常危险的。

2.2 ABS的原理：ABS即“防抱死制动系统”，能有效控制车轮保持与地面间不产生滑动状态，提高制动时汽车的稳定性及较差路面条件下的汽车制动性能。ABS通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器不断检测各车轮的转速，由计算机控制做出增大或减小制动器制动压力的决定，通过调整制动压力，以保持车轮处于理想制动状态，车轮在这种状态下，能提供最大的制动力，另外，在前轮不抱死的情况下，汽车还可以按照驾驶员的意愿进行转向，从而控制车辆。

2.3 ABS使用技巧：在冰雪路面上，由于地面提供的附着力比一般路面要小很多。轻微踩刹车不能启动ABS，若所需的制动力超过地面所提供的最大摩擦力，轮胎则会出现滑动，汽车就易侧滑。所以有ABS的汽车在冰雪路面上刹车时应把刹车踩到底，使ABS装置启动。ABS只能在这种附着力的基础上调节汽车的制动力，不使车轮抱死，但不会产生外加的制动因素。所以，在冰雪路面上的制动距离只能说比车轮抱死时短一些，比在一般路面上的制动距离还是长很多。

3 EBD辅助ABS提高功效

3.1 有ABS仍可能侧滑：从力学知识我们知道，力的作用效果是使质心的平动和绕质心的转动，若外力的合力通过质心或对质心力矩平衡，物体只做平动，否则经通知进行绕质心的转动。轮子转动时即使力矩稍有不平衡，轮胎会产生侧向力防止打滑甩尾，但需求超过一定的限度时，仍然存在危险。实际道路其实是很复杂的，诸如：路面附着系数不平衡、道路弯度或路面横向坡度、甚至汽车轮胎气压等汽车自身的原因，能使汽车在制动时产生侧滑的运动趋势，这些因素都不是ABS本身能够克服的。

3.2 EBD能有效防止侧滑：EBD就是“电子制动力分配”。汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，比如，左侧轮附着在湿滑路面，而右侧轮附着于干燥路面，四个轮子与地面的摩擦力不同，摩擦力的合力偏移质心，在制动时就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。 EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎的摩擦力数值，然后调整制动装置，达到制动力的匹配，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离，以保证车辆的平稳和安全。EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。

4 结论

ABS能有效控制车轮保持与地面间不产生滑动状态，EBD是电子制动力分配，防止出现甩尾和侧移，两者共同作用可以保证地面提供足够的摩擦力，缩短汽车制动距离，增加汽车的操控性，提高汽车的主动安全性。

任何装备都不是万能的，即使是性能优良的ABS+EBD在工作状态下稳定车辆的效果也是有限的，尤其是行驶在沙石路或冰雪路面上，驾驶员必须通过自己的主观能动性实现安全驾驶，更应保持充分的车距，减速慢行，不要完全依赖ABS+EBD系统。对车辆适当的保养，确保车辆机构的正常运作，也是安全的驾驶关键因素。

[1]马文蔚.物理学 [M].高等教育出版社.2006年1月第三版

[2]蔡兴旺，付晓光.汽车构造与原理[M].机械工业出版社.2010年1月

[3]范立，郭淑.汽车安全驾驶技术[M].人民交通出版社.2010年6月

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.137

李有军，男，山东省潍坊人，高级讲师，研究方向为物理学、电子技术应用。