往期回顧|ABS到底會增加還是縮短剎車距離

2021-01-18 摩託歐耶

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為了尋找到ABS是否能夠縮短制動距離的正確答案,我查閱了很多專業期刊和文獻,發現無論是哪種關於ABS制動系統的文章裡都有這麼一句話——ABS能夠縮短制動距離。事實上真的是這樣嗎?


最近發現很多車友在爭論,裝備了ABS的摩託車到底能否縮短制動距離?解答這個問題之前,我們先來了解下ABS在摩託車上面的發展歷程。

ABS系統最早是在火車上使用的一種制動裝置,由於火車質量大慣性也大,制動時如果車輪抱死會對鐵軌產生嚴重損毀,因此工程師們開發出了車輪防抱死制動裝置,這個就是ABS防抱死制動系統的理論起源。後來在飛機上也使用了這個裝置,可以防止飛機降落時輪胎抱死導致飛機前傾發生事故。

而在摩託車上最早使用ABS的廠商是德國寶馬。

1988年,德國寶馬公司在寶馬K100RS這款運動巡航車型上首次使用了移植於汽車上的ABS系統——德納公司研發的MARK一代ABS系統。

看上面圖片中紅色箭頭標明的地方,可以看到那個時候的ABS還很笨重,直到1990年的時候,專為摩託車研發的MARK二代ABS系統才真正具備了裝備在摩託車上的可行性,重量僅僅只有6.9KG。

當然,隨著電子技術的飛速發展,這個重量在今天的ABS系統裡面也是龐大無比,但是在當時來說,MARK二代ABS系統無疑使得摩託車的安全系統得到了很大提升。

這之後的日本山葉公司也在自家摩託車上面裝備了ABS系統,是日本第一家裝備ABS系統的廠商。

那麼,為什麼摩託車會需要ABS呢?當摩託車在高速行駛過程中遇到緊急情況時,需要施加制動力使摩託車儘快減速或停車。

在制動過程中,車輪在路面上的運動是一個邊滾邊滑的過程,未制動時車輪處於純滾動狀態;而當車輪被抱死時,車輪處於純滑動狀態。這一過程通常用車輪的滑移率來描述,計算車輪的滑移率的公式被定義為:

這個公式裡面的S代表車輪的滑移率,r代表車輪的自由滾動半徑 ,ω代表車輪的轉動角速度,v代表車輪中心的縱向速度。

當車輪在路面上自由滾動時 ,車輪中心的縱向速度完全由車輪滾動產生 ,此時v=rω ,因此滑移率S = 0 ;

當車輪被制動到完全抱死時就會在路面上進行純滑移,車輪中心的縱向速度則完全由車輪滑移產生 ,此 時ω= 0 ,因此滑移率S = 100%;

當車輪在路面上邊滾邊滑時 ,車輪中心縱向速度的一部分是由車輪滾動產生 ,另一部分則是由車輪滑移產生,此時rω<v,因此,0<S<100%,車輪中心縱向速度中,車輪滑移所佔的比例越大,車輪滑移率的數值也就越大。

而這個滑移率又與路面的附著力關係密切,這個應該不難理解,乾燥堅實平整的路面附著力當然是最大,例如乾燥的柏油路面,溼滑路面的附著力就會小很多,而平整的冰雪路面附著力是最小的。

看看不同路面附著力係數與滑移率之間的關係如圖。

當滑移率增大時,附著係數迅速增大,當滑移率處於10%~30%的範圍時,附著係數為最大值,該最大值稱為峰值附著係數,此時與其相對應的車輪滑移率稱為峰值附著係數滑移率 ;當滑移率繼續增大時,附著係數逐漸減小。當車輪抱死時,即完全滑動時的附著係數為零。如下圖。

上圖顯示的就是各種路面情況輪胎的峰值附著係數和滑動附著係數的平均值。

橫向附著係數也是研究摩託車行駛穩定性的重要參數之一,橫向附著係數越大,制動時方向穩定性和轉向控制能力越強。從上圖中可看出當滑移率S為0時,橫向附著係數最大。隨著滑移率的增加,橫向附著係數越來越小,當車輪抱死時,橫向附著係數幾乎為0,此時橫向附著力幾乎為0,車輛的方向穩定性差,會失去轉向控制能力。如下圖。

因此綜上所述,滑移率S是指車輪在滾動中,滑動和滾動成份所佔比例的多少。

理論和實踐證明,當滑移率在15%~25%之間時具有最佳的縱、橫向附著係數。如能把滑移率控制在這一最佳狀態就可以得到理想的控制效果,車輪既不抱死,制動距離又最短。根據工程人員的反覆多次計算和測量,所以只有滑移率在15%到25%左右的時候才是附著力最強的時候,這個時候的制動力才是最強的。而ABS就是一種能夠保證在多種路況條件下依然保持最佳滑移率的裝置。

ABS的工作原理是這樣的:

當輪速傳感器探測到車輪有抱死傾向時,ABS控制模塊發出指令降低制動壓力,當車輪恢復轉速且附著力有減小趨勢時,控制器再次發出指令增加制動壓力,使得制動力恢復到最大,這樣就使得車輪一直處於滾動和抱死的臨界狀態,能保證車輛在各種路面和行駛條件下車輪不被抱死。

既然車輪沒有抱死,那麼此時的地面對輪胎的側向作用力力較大,騎乘者便能始終控制方向,輕鬆地通過轉向操作繞過障礙物。特別是冰雪路面或潮溼路面,ABS能有效防止車輛的側滑和甩尾,避免事故發生。

好了,理論上的東西講完了,那麼我們再看看各種專業文獻資料上是怎麼說這件事兒的。

為了尋找到ABS是否能夠縮短制動距離的正確答案,我查閱了很多專業期刊和文獻,發現無論是哪種關於ABS制動系統的文章裡都有這麼一句話——ABS能夠縮短制動距離。

著名的專業期刊《輪胎科技》——《Tire science and Technology》在2015年某期中就有這麼一句話:ABS防抱死制動系統的發明與應用,帶來了道路交通安全的重大改進——ABS使得制動距離明顯縮短,尤其是在溼滑路面上的制動效果更加顯著,下面是截圖。

這段文字的意思是,ABS在縮短制動距離的作用上,溼滑路面的情況下會更加顯著。

上圖中的藍色線條表示裝備了ABS系統的摩託車在各種不同路面的制動距離,黑色線條表示未裝備ABS系統的摩託車在各種路況下的制動距離。

可以很清楚地看出,在乾燥平整的路面上,例如乾燥的瀝青路面,有ABS系統的摩託車並未比沒有ABS的摩託車制動距離短,甚至略有延長!

如果是有經驗的車手,完全有能力駕駛沒有ABS的摩託車以更短的制動距離停車,而且在鬆軟的路面條件下,例如未壓實的雪路和碎石路面,沒有ABS的摩託車反而比有ABS的摩託車能得到更短的制動距離,因為在制動時輪胎犁起的雪塊和碎石會阻擋在輪胎前方,令輪胎繼續向前滑移受到的阻力增大,這也就是很多ADV或者越野車為什麼會設計可關閉ABS的原因。

但是在堅硬的溼滑路面,例如溼滑的柏油路面,壓實的雪道,堅硬的冰面上,ABS能夠顯著縮短制動距離,原因是此時的低路面附著力帶來的低滑動摩擦力遠遠小於輪胎的滾動摩擦力,也就是說,此時輪胎的滑移率已經遠遠超過了25%的最佳制動滑移率,此時的ABS啟動後,會將滑移率降低在15%到25%的最佳範圍,因此這時的ABS是能夠縮短制動距離的。

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