[原创][生活中的汽车]车越重刹车距离就越长吗?

jefferey 收藏 12 1636

感谢汽车版面的各位斑竹,我终于佩戴上了三级精华奖章。。。注册铁血是春节前,但是正式开始发表文章只是两个星期前,不过在这两周内我坚持每日一“原”(每个工作日都写至少一篇原创)升官升得还算不慢。今天的“每日一原”我就再次奉献给汽车版面,感谢大家的支持。。。


废话少说,今天我想讨论个技术问题,不过不是驾驶技术(那个前两天我已经发过一篇了),而应该说是个物理问题,那就是“车越重刹车距离越长吗?”很多战友可能会不屑一顾地说,这不是废话嘛!你没看电视里报的重大交通事故,大都是那些又笨又重的大卡车大货车刹不住车撞人撞物的嘛,还有那些春节期间严重超载的大巴小巴也都是事故的主力军。如果它们都刹得住,很多事故就不会发生了。这个说的完全正确,只是,我们可能都忽略了一个前提,那就是这些车往往都是超载的,或者是缺乏保养年久失修的,它们并不是按照设计制造时的标准在正常行驶。


那么,就加上一个限定条件,在没有超载并且车况正常的前提下,是不是车越重刹车距离越长呢?为了避免各种不同车型设计标准不同的问题,我们甚至可以就这样限定:对同一辆车,轻载/半载/满载时它们的刹车距离会有多少区别呢?也许有人会下意识地回答,那当然是越轻刹车距离越短了,车越重惯性越大这是物理学基本常识啊。那我们就用物理学的方法再来仔细分析一下吧。


首先就要认清,所谓刹车,到底是什么力。当驾驶员踩下刹车,通过助力的加强作用(如果有助力制动的话),最终会让刹车鼓或刹车盘(取决于车辆制动方式)与轮胎发生摩擦,从而减速。但是学过物理学的都知道,刹车鼓/盘与轮胎的摩擦,充其量是一个内力(把汽车看成一个整体的话),而内力是不会改变物体的运动状态的,只有外力才能改变物体的运动状态。这一点,你可以通过把汽车轮胎架空后轻易地发现,在架空后不论你加油还是刹车,车子显然不受影响,就是因为这些动作都只是车的内力罢了,只有把这些转换成外力才能让车加速减速。说到这里,答案其实已经很清楚了,那就是真正让车加速减速的力都来自于轮胎和地面的摩擦力!

就像人走路时,表面看起来是腿部在用力,可实际上真正推动人前进的却是鞋子与地面的摩擦力,如果这个摩擦力消失或者大幅度减少,人就无法行走,比如在冰面上就是这样。汽车也一样是靠地面的摩擦力来推动它前进或者让它减速,为什么天雨路滑车就不容易刹住,过冰雪道路需要打防滑链,都是同样的道理。那么,这个摩擦力的大小又是如何决定的呢?


要计算摩擦力的大小,就需要弄清楚这是什么摩擦。摩擦力有两种,静摩擦力和动摩擦力。静摩擦力是两个接触表面没有相对运动,只是有“运动的企图”,静摩擦力就会产生来“阻止这种运动的企图”。而动摩擦力则是两个接触面有相对运动,摩擦力只是“阻碍运动”。在平时,我们走路都是静摩擦力在起作用。一旦静摩擦力不够,不能阻止鞋与地面的“运动企图”,鞋底与地面就会发生相对运动,这就是“脚底打滑”了。汽车也一样,平时加速减速都是静摩擦力起作用,但是这并不是绝对的,否则就不会有ABS了。在没有ABS的情况下,如果你骤然急刹车,那么刹车鼓/盘与轮胎的摩擦力就会超过地面能够提供给轮胎的最大静摩擦力,从而导致轮胎抱死(也就是不转了)而在地面“滑行”,这时地面还是在提供摩擦力,只不过是“动摩擦力”了。在这种情况下,车辆仍然可以最终制动,但是由于轮胎不转了你打方向盘就起不了作用,所以很危险。装有ABS的车辆在检测到轮胎抱死后会自动间歇性弹开制动使得轮胎仍然可以转动从而减少了危险性,后面我会专门讨论ABS对刹车距离的影响,现在不展开了。


那么,动摩擦力和静摩擦力的计算又是怎么样的呢?动摩擦力是很好计算的,它就是简单的F = u * N,u表示两个表面的摩擦系数,而N表示表面之间的正压力。对同一部车在同样的道路上行驶,轮胎与地面的摩擦系数是固定的。如果是平面道路(即非上下坡)正压力N则就是车的重量m*g。于是,如果轮胎在抱死状态,制动的加速度a = F/m = u * m * g / m = u * g。也就是说,制动的加速度与车的重量完全无关,只与轮胎和地面的摩擦系数相关!!其实稍微想想就知道了,尽管车越重惯性越大,但是车和地面的摩擦力也与车重成正比,两相抵消的结果就是车重竟然与刹车距离毫无关联!!

当然,前面说的只是“轮胎抱死,地面与轮胎是动摩擦力”这个情况,那么“静摩擦力”这种情况呢?静摩擦力是相对难计算的,因为它并不是一个定值。就如同一个人推很重的箱子,在没有推动前,他用了多少力推,静摩擦力就有多少,正好与他的推力相抵消。而直到他的推力超过了某个极限值,也就是最大静摩擦力,箱子就开始运动了,而且在运动时摩擦力也转为动摩擦力。最大静摩擦力的计算公式也是很简单的 F0 = u0 * N,其中u0是最大静摩擦系数,它一般比动摩擦系数高5%左右。也就是说,在箱子被推动后实际上它的摩擦力反而比刚好没有推动时要略小一些。

因此在开车时,通常也一样是我们给与刹车多少力(实际上要计算通过助力放大后是多少力),那么地面就提供多少静摩擦力给轮胎,这是很符合逻辑的。但是,说刹车距离自然说的是在全力刹车这种情况下,而在这种情况下,设计正常合理的,没有超载的,车况良好的汽车提供的制动力都会超过地面的最大静摩擦力这个极限值,否则ABS就根本无法启动成了真正的装饰品。也就是说,在计算刹车距离时并不会存在“静摩擦力”的情况。

当然,现在“设计合理”的车都装有ABS,而ABS对刹车距离又有多少影响呢?必须承认,在引入ABS因素后计算变得相当复杂了,所以我在这里只定性分析一下。首先,在全力刹车时,轮胎应该能抱死,所以这时制动是靠动摩擦力,而ABS在检测到抱死后自动放开了制动片,让轮胎又有转动,这时摩擦力迅速变成了静摩擦力,然后又夹紧,短暂抱死轮胎。。。可以看到,这时地面的摩擦力成为了静摩擦力和动摩擦力不断交替变化的状况。如果ABS设计优秀,尤其是工作频率足够快,那么这里的静摩擦力将一直维持在较高的水平。正如前面解释最大静摩擦力实际上要略高于动摩擦力,所以优秀的ABS系统甚至可以基本上一直让摩擦力维持在接近最大静摩擦力的水平,从而高于一般的,没有ABS的,靠动摩擦力制动的车辆。换句话说,有了优秀的ABS,其刹车距离甚至可以比没有ABS的更短一些。而如果是一般的ABS,则可能不能一直将静摩擦力保持在比较高的水平,从而平均刹车距离会长些。有些人声称有ABS的刹车距离要长,他们不能说是错误的,而有些人声称在湿滑场地上有ABS的刹车距离要短,他们也可能是正确的,因为这里的关键其实是这ABS到底有多好。

说到这里,我又要批评一下日本车了,20-30万的车装个6-10Hz的ABS就算不错了,反正是有ABS了,可是人家德国车为什么在polo这样的小车上都装15Hz的ABS呢?关键是造车的理念!这个我今天不想多说,说了怕收不住了。

好了,最后总结一下:

1,在车辆设计合理,没有超载,车况正常的情况下,极限制动时轮胎应该会抱死,也就是说是“动摩擦力”提供了制动的外力。由于“动摩擦力”与车重成正比,所以刹车距离其实与车重无关,只与轮胎和地面的摩擦系数有关。所以,想提高刹车性能的朋友,别忘了换个好点的宽胎哦,当然换胎的同时要检查一下制动系统是否能提供足够的内力来保证抱死新的轮胎,否则就不符合我说的“设计合理”这条了。

2,在有ABS的条件下,好的ABS会在某些情况下减少刹车距离,而差的ABS一般不能减少刹车距离。但是由于ABS的重要性主要不是体现在减少刹车距离上,所以不论如何都应该有ABS。


今天又用了2个多小时,终于写完了,欢迎拍砖!


本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

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