上期节目我们探讨了前驱后驱哪个更稳的问题,在最后我留了个问题供大家思考,如果刹车制动的时候,它们二者哪个更稳定呢?今天我们趁热打铁,来看看制动稳定性的问题。

如果我问你摔倒的时候,你是先伸左手还是右手去撑地?你肯定会脱口而出:俩手都得撑住啊,要不就摔脸了!没错!咱们本期话题的答案也是类似的,无论前后轮哪个抱死,都危险。但你若非要给它俩排个序,那你看这个视频就对了,今天跟着我一起搞清楚有关制动的一些基本知识。

汽车刹车抱死是先前轮还是后轮(前轮和后轮哪个先抱死更要命)(1)

制动不分前后驱

和咱们在上一篇文章(为啥说“前驱比后驱更稳”?背后的物理原理是什么? )中所讨论的前驱后驱问题不同,制动可不分前后驱。为什么?很简单,对于驱动来说,前驱后驱的区别在于哪一对轮子有驱动力,而在制动时呢?你没听说过哪个车的前轮或者后轮没刹车片吧!所以,从制动的角度来看,所有的车都是“四驱”的,并无太大区别。(当然轴荷是有些许区别的,这个属于次要因素,我们先忽略)。这时我们更在意的是,前轮或者后轮抱死的时候,车辆分别会出现什么情况,以及哪种情况危害更大一些。

后轮先抱死

后轮抱死,就是后轮不转了,这里有两层意思:

凡是把车轮给踩抱死了,那一定是紧急制动,紧急制动的时候驾驶员十有八九会伴随着一些躲避动作,可能是有意识的,也可能是下意识的,但是车辆一旦产生了转向的趋势,根据我们上期节目的分析,那车身就一定会产生一个横摆运动,咱们当时起了个更通俗的名字,自转,就是绕着自身转动中心的旋转。那你看,不论怎么旋转,刚才说了,车尾是推着车头往前冲的,因此势必会加剧车辆原有的横摆运动趋势,造成甩尾!

汽车刹车抱死是先前轮还是后轮(前轮和后轮哪个先抱死更要命)(2)

那你要说我就是打死不动方向盘,是不是就不会出现这种情况了?愿望很美好,但实际上是几乎是不存在这种可能的!因为后轮在拖滑的时候,它对来自侧向的扰动的抵御能力大大降低了,侧面稍微有个扰动冲击,或者由于左右后轮地面上的摩擦力稍有区别,那就会给后轴带来一个旋转的力矩,从而造成车身横摆。

这种状态很像一根木棍,一端被钉子钉住,而另一端可以自由摆动,当你用力去推尾部的时候,力道稍微一偏,就很容让木棍横过来,在咱们这个场景中,前轮由于具有良好的地面附着力,就像那个木板被钉在地上的那一端一样,而后轮由于抱死拖滑,摩擦力相对前轮更小且循迹性丧失,就像那个木棍能够自由摇摆的另一端。

因此后轮抱死的特点,就是车辆容易发生甩尾,如果这个时候车速还很快,那横过来之后,就很容易发生侧翻,所以妥妥的,后轮抱死是危险工况!

前轮先抱死

套用前面的分析,前轮抱死失去抓地力和循迹能力,那么前轮制动力小,车头速度快,后轮制动力大,车尾跑得慢,也就相当于车头拽着车尾往前冲,还是拿那根木棍来类比,木棍的后端被钉住,你往前拽它的前端,那很明显,无论木棍本来往哪偏,最终都会朝向你拽它的那个方向。

具体到我们的刹车问题上,那就是前轮会沿着抱死前车头的前进方向继续滑行,同时它也拖拽着车尾往前滑行,因为后轮不具有转向的能力,那么也就跟着一起走直线往前冲了!

汽车刹车抱死是先前轮还是后轮(前轮和后轮哪个先抱死更要命)(3)

所以我们可以看到前轮抱死的特点:车辆不会产生甩尾,反而是即便抱死前车身已经发生了偏转,在车头的拖拽下,车身也会重新回到之前前进的方向上!

哎,这个听起来好像挺安全,但是别高兴太早,前轮它是负责转向的!当你发生了抱死,转向的能力也就丧失了,因此,坐在前轮抱死的车辆中,你只能眼睁睁地看着自己的汽车像一个大铁坨子一样撞向前方,啥也做不了!这还不如侧翻呢,天旋地转、迷迷糊糊的就走了,这个心理压力得多大……

非劣解:四轮同时抱死

说了这么多,前轮、后轮先抱死都不行,那我四轮同时抱死可以吗?咱们继续看,车轮发生抱死拖滑,说明车轮对地面附着力的利用率不够,浪费了地面的附着力,那前轮先抱死就是前轮浪费,后轮抱死说明后轮浪费,那么如何最大限度的利用四个轮子的地面附着力呢?显然,那只能是四轮同时达到抱死状态!

但是话说回来,四轮同时发生抱死不是一个最优解,如果有一种方法能够在制动过程中始终不让车轮发生抱死最好,那始终都能最大限度的利用地面附着力,但是在无法保证轮子不抱死的前提下,四轮同时抱死是对地面附着力利用率最大的一种方案,我们叫做非劣解,通俗来说就是矬子里面拔将军嘛,它不是最差,有比它更差的,比如前轮先抱死、后轮先抱死!

因此啊,人们就探索了一下,如何来分配前后轮的制动力,才能确保让一辆车的前后轮在整个制动过程中都能同时发生抱死。你别说,人家还真研究出来了,整出来这么一条曲线,叫做理想制动力分配曲线,也叫『I-曲线』。只要你沿着这条曲线的走势来分配你的前后轴制动力,那么你的车不论行驶在什么附着系数的路面上,制动时都能做到前后轮同时发生抱死!

汽车刹车抱死是先前轮还是后轮(前轮和后轮哪个先抱死更要命)(4)

理想制动力分配曲线

这条曲线的具体推导过程呢,我就不在这里展开了,其实就是对车辆制动过程中前后轴做力矩分析就可以得到,这部分大家如果感兴趣,可以去看任何一本《汽车理论》教材,有专门针对制动力分析的内容。

那你有可能会问,这个『I-曲线』为什么不能是一条直线呢?前后制动力按照一个固定比例分配不行吗?这个问题很好,但在科普文章中,我还是只能给大家做一个定性的解释,原因如下:车轮和地面的附着力,它是正比于车轮上的垂直载荷的,就是在相同的地面上,哪个车轮上面压的重量大,哪个车轮的附着力就大,附着力在加速的时候就是驱动力,减速的时候就是制动力!当车辆在制动的过程中,前后轴之间是伴随着载荷转移的,常说的那个刹车点头就是因为载荷转移造成的,因此在制动过程中,随着制动强度加大,载荷越来越多的往前轴转移了,刚说了载荷越大,前轴轮子上可以利用的附着力就越大,因此前轴负担的制动力比例就越多,而这个比例的增加并非是线性的,因此你会看到『I-曲线』逐渐的向前轴方向偏转了。

汽车刹车抱死是先前轮还是后轮(前轮和后轮哪个先抱死更要命)(5)

有没有最优解

最后,还是要说,四轮同时抱死只是一个非劣解,它并不安全!因为所有的轮子全部抱死拖滑的时候,整车就相当于一个铁盒子在路面上滑行,想想都可怕。那该怎么办呢?有没有一种方式能够尽可能多的利用轮胎附着力,又能让车辆保持转向和循迹能力呢?

有啊,这就是大名鼎鼎的ABS呀,Anti-lock Brake System,它早已成为当代汽车的标配了。但受限于篇幅,我会在下一期的节目中,给大家从物理原理上聊聊ABS为什么能够最大限度的利用地面附着力来进行制动的原因!

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