汽车制动过程中的摩擦

在"汽车行驶中的外部摩擦"一文中曾经谈过,汽车的行驶依靠地面的摩擦推力。如果现在问您,汽车制动时是依靠什么力量来减速直至停止呢?您一定会说,是地面对汽车的摩擦阻力。那么,如何才能得到地面的摩擦推力呢?是通过汽车制动系统的内摩擦来获得地面对汽车的外摩擦力的。

这里再次强调一下研究问题的方法。无论是研究汽车的行驶还是刹车,汽车都是作为一个运动的整体看待的,只有当它获得外力的时候才能改变自己的运动状态。而与汽车行驶直接相关的外力只有通过与汽车相接触的物体才能获得,地面就是主要的施力物体。能够这样想,说明您已经具备了基本的力学思维。

在中学物理课中我们学过,两个互相接触的物体如果作相对移动,将获得对方给予的滑动摩擦力;如果仅有相对移动的趋势,则获得静摩擦力。如果轮子自由滚动,轮胎与地面接触的地方是没有相对滑动趋势的,因此也没有滑动摩擦力。为此我们要装置制动系统,相对车身静止的制动蹄用力压向相对车身高速转动的制动鼓(盘),产生了滑动摩擦力(内摩擦),可以使车轮的转动减慢。车轮转动速度的下降为摩擦阻力的获得创造了条件。

如果用w来表示车轮转动的角速度,用V表示车身的速度,用R表示轮子转动轴到地面的距离(一般略小于轮胎半径),从理论上讲,如果w = V÷ R,轮胎相对地面没有移动的趋势,此时车轮近似作自由滚动。只有当车轮转动减慢之后,轮胎与地面之间才能产生相对移动的趋势。

轮胎与地面的移动摩擦有两种状态,动摩擦和静摩擦。一般情况下,静摩擦力大于动摩擦力。我们希望得到静摩擦力,不仅仅是因为其数值较大,而主要是在静摩擦情况下汽车不会失控。从理论上讲,当w小于V ÷ R时,车轮与地面就要相对移动了,但由于轮胎时弹性体有较大的变形能力,所以在一般情况下轮子的减速控制在5%-15%范围内不至于产生滑移,将获得地面对轮胎的静摩擦力。汽车制动防滑系统ABS与ASR也是根据这个基本道理设计出来的,所谓防滑,也就是避免制动时轮胎和地面处于动摩擦状态中(参阅本网“防滑系统”)。(2000.9.27)

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