什么是行车安全的救命草?[转帖有奖]

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导读:什么是行车安全的救命草?[转帖有奖]

汽车的安全性恐怕是现在购车者最关心的问题之一。影响行车安全的因素有很多,本文将深入探讨汽车的一些安全技术以及有利于提高行车安全的驾驶方法和习惯。


汽车的安全性主要分为两个方面,一个方面是主动安全另一方面是被动安全。很多人可能并不清楚主动、被动安全是怎么回事。其实简单说,所谓主动安全,就是避免事故的发生;而被动安全则是在发生事故时汽车对车内成员的保护或对被撞车辆或行人的保护。所以主动安全性的好坏决定了汽车产生事故发生概率的多少,而被动安全性的好坏主要决定了事故后车内成员的受伤严重程度。

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那么现在全球所有的厂家对汽车安全性能的改进都逃不开主动安全和被动安全的范畴。要了解主动安全性,我们首先得了解在驾驶过程当中能够影响到行车安全的一些因素。高速驾驶时汽车失控是影响安全的一个很大的因素。所谓失控,实际上就是汽车的轮胎失去了抓地能力,当驾驶员对汽车的转向或制动做出操作时汽车不能按照既定轨迹或路线运动。这种情况是非常危险的。


造成失控的原因主要有两个,一个是刹车抱死(车轮被刹车刹死了,与路面产生滑动摩擦),另一个原因则是转向速度过快产生的转向不足或转向过度。我们先来看看抱死对汽车的安全有什么影响吧。


我们知道正常行驶时,汽车的四个车轮与路面产生的是静摩擦力。也就是说车轮是不打滑的。学过物理的话都知道,静摩擦力是可变的。也就是说在车轮没有打滑的情况下,我们给制动碟多大的制动力,那么通过轮胎就能提供多大的制动力。但是,如果制动系统被刹抱死以后,情况就完全不同了。因为轮胎抱死就意味着轮胎与路面产生的是滑动摩擦力,我们利用物理知识中不难判断,滑动摩擦力是固定不变的,滑动摩擦力的大小跟轮胎的摩擦系数和正压力(轮胎负载)有关,而滑动摩擦力要远小于最大静摩擦力。所以车轮抱死以后,首先有效制动力会明显下降(当滑动摩擦发生时,就是我们常说的轮胎失去了抓地),制动力下降就意味着制动距离的增加,不过这还不算可怕,有经验的司机可以预先做好提前量,但最可怕的是车轮抱死后汽车发生的失控现象。那么车轮抱死后汽车为什么会失控呢?

作为前轮驱动的汽车来说,当我们紧急踩下制动踏板时,整个汽车的重心会前移,重心前移的结果就是前轮负载增大,后轮负载减小。这就意味着在制动时前轮能获得的最大静摩擦力远大于后轮。那么此时后轮会比前轮先抱死。如果汽车的四轮定位很准确,在整个制动过程中都是完全直线行驶的话,这种抱死并不危险,因为汽车的运动暂且还能控制。但绝大多数情况是:司机踩下紧急制动以后会顺带的转动方向盘来避过障碍物,如果在后轮抱死的情况下转动方向那么危机就出来了。由于前轮没有抱死,使得前轮仍然可以按照预定的转向轨迹运动(也就是说前轮还是可以正常的转向)但后轮抱死以后则不会按照预定轨迹运动(因为失去了抓地力)而是保持原有运动方向运动。这就产生了一个扭转力矩,道理就跟我们用T型套筒宁螺丝一样,这个车会以重心为中心,重心到后轴的距离为半径画弧,用通俗的话说就是车会开始打起转来。这种情况是非产危险的,因为司机无法控制汽车的正常运动,失控的汽车很容易撞上周围的人群或路面的障碍或其他车辆。这种制动抱死对汽车和乘客带来的危险在雨雪天气尤为突出。因为湿滑的路面让轮胎的抓地极限降低,也就是说轮胎很容易抱死。对于干燥的铺装路面来说,刹车抱死发生失控必须具备两个条件,一个是速度足够快,这样才会在抱死以后仍然有足够的能量让汽车失控;另一个是有足够大的制动力,因为轮胎在干铺路面上的摩擦系数很高,所以需要很大的制动力才能抱死。那么在干铺路面上由于抱死而失控的概率就降低了,再加上干铺路面上,一旦有车轮抱死,轮胎会发出让人恐怖的吱吱声,驾驶员听到轮胎抱死的声音后会本能的松开制动踏板或用方向盘来修正转向轨迹,让汽车恢复正常状态。不过,在雨雪天情况则完全不同了。首先雨雪天气路面湿滑,轮胎抱死的概率高,最重要的是在雨雪路面上轮胎抱死车辆失控很难被驾驶员察觉,一旦察觉为时已晚。为了提高雨雪路面的行驶安全性,ABS应运而生。

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ABS(刹车防抱死系统)


说起ABS很多人会立刻想到刹车防抱死系统。对,ABS最大的作用就是用来解决由于刹车抱死造成的失控危机。不过虽然很多车上都声称配备了ABS但经过这么多年的发展,ABS的种类繁多,即便是轿车用ABS也有很多个版本。早期的ABS是机械式的,当然,这种机械ABS现在已经找不到了。我们也没有多少介绍它的必要。现在的市售车型配备的都是电子控制的ABS。它的原理很简单,就是在这轮上装有车轮转速传感器,在制动系统上装有电磁阀。当传感器检测到车轮转速数据传递给电脑,电脑通过对比分析数据判断车轮抱死或即将抱死时,就是发出信号给电磁阀,降低制动系统的液压(降低刹车力度)直到抱死解除。所有的电液式ABS都是遵循这一原理。之所有说ABS还分成很多个版本和种类并不是说在原理上有什么差异。主要是在配备上存在差异。这种差异主要是因为有不同的电脑程序控制,ABS的反应速度不同;另外使用不同的传感器和液压阀设置也会得到不同的ABS性能。早期的电液控制式ABS虽然也有控制电脑,但只有两个传感器和一个液压阀。用术语说就是双传感器单通道设计。这两个传感器通常布置在后轮,目的是用来检测后轮是否会有打滑倾向;单通道的电磁阀也是用来控制后刹车的油压的。一旦电脑判断后轮打滑,则会打开电磁阀迅速降低后轮制动力。前文我们已经介绍过了,车轮的抱死之所以危险是因为后轮会比前轮先抱死导致失控,所以降低后轮制动力可以有效防止由于后轮抱死导致的失控。但是另外一种情况他就束手无策了,那就是一旦左右两侧的车轮处于不同摩擦系数的路面时(一侧抓地力大另一侧抓地力小)这种单通道的ABS则不能让抱死的车轮摆脱危机。最终的解决办法就是要让四个车轮的制动力能够独立控制(四轮制动力自动分配)。这就是现在经常看到的具有EBD功能的ABS。EBD翻译成中文就是制动力自动分配的意思。它在每个车轮上都安装有转速传感器,而且采用四通道的电磁阀控制制动液压。也就是说每个车轮的制动力都由一个独立的电磁阀控制,这样电脑可以控制任何一个车轮的制动力。有了四通道的配备,ABS可以在任何情况下尽可能的解除抱死危机。有了EBD的帮助,ABS的功能也不局限于防抱死了,它还能开发出很多辅助功能,当然这些功能都是对提高主动安全性能起着至关重要的作用的。比方说ESP就是它衍伸的一个功能更强大的电子稳定系统。


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ESP(电子稳定程序)


ESP最早是BOSCH开发的一套电子稳定程序,事实上它是在ABS的硬件基础上增加了一些其他用来防止汽车失控的功能。在制动系统的硬件上与ABS共用,另外还增加了一个节气阀的控制功能。也就是说ESP除了能对单独的车轮进行制动,还能自动的调整节气阀的开度(也就是调整油门的大小)。早期的ESP用来调整节气阀的机构是与定速巡航共用电机来控制节气阀的,原理跟定速巡航一样,直到电子节气阀(现在国内的帕萨特,高尔夫等都是采用的电子节气阀)诞生以后就无需在硬件上增加什么成本了,因为电子节气阀本身就已经取消了钢丝拉线,而是完全采用电脑和电缆线来控制油门开度。那么节气阀和刹车的配合能怎么样提高汽车的安全性呢?


我们知道,除了刹车抱死以外,造成汽车高速失控的另一个重要原因就是在湿滑路面上高速转弯时,如果汽车产生的离心力超过了后轮轮胎的抓地极限,那么汽车也会失控。汽车会很容易摆尾并且来一个180度的掉头。特别是在湿滑的高速公路上,高速行驶的轿车为了避让突然变线的大车往往容易出现此样的事故。记住,这可不是因为踩了刹车,刹车抱死才发生的事情,而是因为速度过快,转弯幅度过大而产生的失控。对于后驱车来说,发生这种情况的可能性要比前驱车高得多。因为前驱车依靠前轮来牵引汽车运动,有着良好的操纵性,产生甩尾的机会并不大,但是对于后驱车来说,由于后轮需要提供牵引力,所以后轮失去抓地的机会高,而且后驱车的操纵稳定性(方向稳定性)也没有前驱车好,所以碰到上面所说的那种情况很容易侧滑摆尾甚至失控。我们知道,现在的ABS已经具备了对单个车轮进行制动的功能。那么工程师们只需要在程序上稍加改进就能避免这种由于高速转弯而造成的失控局面。因为之所以车辆会失控,是有轮胎已经开始滑移,抓地力迅速下降,这跟轮胎抱死的状况相似,但这是因为转向离心力过大而造成的。而行车电脑是可以通过四个车轮上的转速传感器判断车轮是否滑移的。原理很简单。在每个车轮上装有一个转速传感器,在转向柱上装有一个转向角度传感器,电脑会通过转向角度以及当前汽车的行驶速度计算出每一个车轮的理论转速(在没有打滑情况下的正常转速)。然后电脑会自动比对由传感器检测到的车轮的实际转速,要知道,这样的转速传感器是非常精确的,一旦发现某一个车轮的转速比理论转速要快,电脑就会判断这个车轮产生了滑移,那么ABS马上介入,对这个车轮进行制动让他恢复到正常的运动状态。当然,与此同时电脑还会控制减小节气门开度(收油)那么制动才会更有效果。这一切都是在瞬间完成的,驾驶者几乎还没有感觉到轮胎的滑移ESP就已经介入了。所以他能最大可能的保证汽车高速行驶的稳定性,从而进一步提高了主动安全性能。当然,它对前驱车和后驱车同样适用。

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TCS/ASR(循迹控制系统/驱动防滑系统)


无论是对于前驱车还是后驱车来说,最怕的就是驱动轮打滑。当然很多人会觉得驱动轮打滑是好事,因为这证明了发动机动力十足。但是在高速行驶的时候驱动轮打滑是会造成安全问题的。对于前驱车来说,由于驱动轮在前面(相当于拉着车身前进),只要车是在走直线,前轮无论怎么打滑倒是不会偏离轨迹,不过一旦要转弯,驱动轮如果打滑的话则会失去转向力。也就是说汽车很难转向。对于高速行驶的前驱车来说,如果在转弯时由于动力过大导致驱动轮打滑,那么会产生严重的转向不足。如果速度过快,快到来不及减速的话,汽车会向运动圆弧的外侧冲出,撞上护栏。对于后驱车,情况会更加严重。由于驱动轮是后轮(相当于推着走),在运动时方向过于敏感,操纵稳定性差,一旦加速时后轮打滑,即便是起步时打滑,整个车也会发生严重的摆尾,如果在高速转弯时驱动轮打滑,那么后果不堪设想,整个车会由于转向过度而失控。这种情况就跟没有ESP的汽车由于转弯速度过快造成的失控一样。有经验的司机会迅速反打方向来修正运动轨迹,不过一旦转向过度严重,则修正转向也无济于事。所以最好的解决办法就是像防止刹车抱死那样,防止驱动轮打滑。当然,无论是前驱车还是后驱车,驱动轮打滑还会带来一个很大的缺点就是有效牵引力降低,轮胎磨损严重。因为滑动摩擦力要远小于最大摩擦力,所以当起步加速时,一旦驱动轮打滑,即使发动机功率再大也发挥不出加速性能。所以有经验的司机在起步时如果察觉到驱动轮有打滑的倾向,会本能的稍微松掉一些油门使驱动轮恢复正常运转。作为ASR来说,要防止驱动轮打滑其实很简单。就是把上述司机进行的操作用电脑来完成。上面我们介绍过,现在的新型ABS都有四通道和四传感器。所以ASR可以利用ABS的资源来检测车轮是否有打滑倾向,一旦检测到驱动轮打滑,则立刻减小节气阀的开度直到驱动轮恢复正常。而对于节气阀的控制来说,也可以利用ESP现有的资源来调整节气阀的开度。所以驱动轮打滑往往都被集成在ESP系统当中。因为只需要在程序上稍加改动,ESP就能具备ASR的功能。那么作为TCS循迹控制来说,道理也跟ASR一样,它用来减小前驱车的转向不足和后驱车的转向过度现象。我们知道一旦汽车发生转向不足或转向过度就意味着它不能按照预定轨迹转弯。所以衡量一个车的循迹性好不好实际上就是衡量它的实际转弯轨迹是否与理论轨迹最为接近。其实TCS的控制手段跟ESP一样,也是通过对车轮的制动和调整节气阀的开度来实现的。只不过介入得比ESP稍早,因为ESP是在紧急情况下用来救命的稻草,而TCS则是为了汽车完成更好的转弯轨迹而设计的辅助机构。所以TCS会损失一部分速度和驾驶乐趣。不过对于操纵稳定性差的后驱车来说TCS确实是非常有用的安全装备。基本上现在的后驱车都标配了TCS(奔驰,宝马,皇冠,雷克萨斯)只不过叫法有些不同,但功能都大同小异。

AWD(全时四轮驱动)


对于主动安全性来说全时四驱可能是现在最好的解决方案。它把驱动力分担到四个车轮上,使得每一个车轮的负荷降低了一倍,这样运动极限更高。当然,这还不止,全时四驱还有一个最大的好处就是可以自动分配动力输出。也就是说它可以随意的调节每一个车轮获得的动力。对于装有中央差速器的全时四驱来说,甚至可以针对某一个车轮把动力从0-100随意调节。那么对于这样的汽车来说,即实现了制动力的自动分配又实现了驱动力的自动分配。可谓主动安全性的完美解决方案。那么这样的功能是如何实现的呢?


全时四驱的汽车通常都有前/中/后三个差速器,这是为了转弯而设计的,事实上即便是两轮驱动的汽车在驱动桥上面装有差速器,两轮驱动车的差速器用来分配左右驱动轮的转速,那么全轮驱动的汽车就是依靠中央差速器来调节前后动力分配的。所以在三个差速器的帮助下,汽车可以灵活转向,四个车轮不会发生干涉。因为这种普通差速器的特性就是能把动力分配给受阻力小的车轮。把动力一分为四以后最大的好处就是每个车轮的负荷降低了。平常的两轮驱动汽车每个车轮要承担50%的驱动力,那么采用了四轮驱动以后,每个车轮只需要承担25%的驱动力。车轮的负荷降低带来的最大好处就是能够提供更多的有效抓地。首先在起步加速时,由于轮胎打滑而损失驱动力的机率大大降低。而且在转弯时,每个车轮能给汽车提供的横向抓地力更大。这样,无论是加速还是转弯都有更高的抓地极限。这种性能在冰雪路面和雨水路面体现得更为明显。


当然,全时四驱对安全性的提高远不止这些。全时四驱最大的好处就是可以通过差速限制来动态的分配驱动力。说道全时四驱的差动限制,我们又回到ABS和ESP的功能上来了。我们知道,普通差速器的特性是把动力分配给受阻力小的车轮。虽然全轮驱动的转向极限高,但也是有极限的。对于普通两驱车来说一旦高速过弯有车轮打滑时,ESP自动介入,对打滑车轮进行制动,活生生的把动力损耗掉来获得安全的运动轨迹。对于全轮驱动来说,同样是采用EBD制动,但动力并没有大量损耗掉,而是通过差速器传递到了其他车轮。这跟差速器的特性有关,因为普通差速器的特性是把动力分配给受阻力小的车轮,所以当给打滑车轮制动时,动力自然被分配到了其他车轮。全时四驱就是依靠EBD制动来动态调节动力分配的。所以他能够像ESP那样通过转角传感器计算出理论上应该走过的轨迹,一旦发现有出轨的可能,驱动力会立即得到调整。所以不但安全性大大提高,动力性和驾驶乐趣也尽可能的被保留下来。这就给驾驶技术一般,又想开快车的人带来了更加安全的保障。


FWD(分时四轮驱动)


相比之下分时四驱对安全性的帮助要被动得多。因为在正常情况下,仍然是采用的两轮驱动,只有当驱动轮打滑时,从动轮才会被分配到动力。当然这也是降低汽车失控的解决办法。不过他没有全轮驱动那样具有预见性和完美的动力分配。作为FWD来说主要分为机械式分时四驱和电液式分时四驱。前者的代表车型是本田CR-V,而后者的代表是大众的4MOTION。作为机械式分时四驱,有几大弱点。第一是响应速度慢,预见性差,而且从动轮能够获得的动力往往很少(通常不超过35%)所以效果有限。不过电液式的分时四驱,在性能上要比机械式的好得多。虽然正常情况下也是两轮驱动,但系统可以预见失控的发生。道理跟ESP一样。电脑通过计算方向盘转角数据得出理论运动轨迹,然后比对车轮转速传感器测得的实际数据,一旦发现问题则会直接控制电液离合器接通,把动力分配给从动轮。所以响应速度比机械式要快得多,而且动力分配量也比机械式的要大。



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