汽车抱死的利和弊4.docx

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汽车抱死的利和弊4

刹车时车轮被抱死的利与弊（第一课时）

时间：

2003、4、28

研究目的

1、了解刹车时车轮的状况。

2、初步学会实验研究、比较研究等方法。

3、培养团结合作、协调配合的精神。

4、通过对刹车时车轮被抱死的利与弊的课题研究，使同学们进一步了解科学研究与生活实际的紧密联系，促使对新生事物及现代科技要求。

课题分析

汽车是一种速度较高的现代化运输工具，由于在行驶中经常受到交通情况的限制，驾驶员必须根据具体情况使汽车减速或停车，以保证行车安全。

汽车的减速或停车，是依靠驾驶员操纵制动装置来实现的。

因此，正确和合理地运用制动器，是保证行车安全的重要条件，而且对节约燃料、减少轮胎磨损及时延长制动装置机件的使用寿命均有十分重要的意义。

思路指津

本课题兼有查阅文献、实验研究模式。

这咱研究需要通过阅读文献资料来获得与你所研究的课题相关、有用的信息。

在理解原理的基础上设计模拟实验方案，通过模拟实验方案，研究刹车时车轮被抱死的利与弊，提出研究结果和改进方案。

采用查阅文献法一般要经过以下几个步骤：

确立研究课题

制定研究计划

查阅、收集资料

整理、分析资料

提出论点、得出结论

撰写实验报告

采用实验研究法一般要经过以下步骤

确立研究课题，制定研究计划

查阅、分析资料，制定实验方案，在方案中写清实验的具体内容、原理、所需的仪器及材料，作出实验的图样。

具体实施制作，准备所需的各种材料、工具或仪器，按照实验的图样进行实验。

用实验结果对课题进行小结，并写出相关的实验报告。

课题的准备问题

1、你所研究的课题需要哪几个方面的材料、资料

2、你打算通过哪些途径获得资料、材料

3、你准备怎样整理和分析获得的的资料

4、在查阅资料过程中，预计会遇到什么问题或困难？

你准备怎样解决

成员组成　全班分成几个大组，分别进行资料的查阅、分析，制定实验方案大组、撰写实验报告大组

指导教师　高一物理备课组

刹车时车轮被抱死的利与弊（第二课时）

时间：

2003、5、11

资料查阅组进行分析与讨论，具体首先分析制动的有关情况（学生查阅资料所得）

（一）汽车的制动性能

汽车制动性能是指汽车在行驶中能强行降低行驶速度直至停车，或在下长坡时维持一定速度的能力。

汽车制动性能的评价指标，一般是：

制动减速度、制动时间和制动距离。

而最常用的是制动距离，在国际上已被广泛采用，在我国也采用了这一评价的指标。

因此，我们也着重讨论这一问题。

（二）汽车的制动过程（即制动与哪些因素有关）

为了在行驶中做到正确、适当地运用制动器，汽车驾驶员必须对制动的全过程，以及与制动有关的各项因素有个确切的理解。

　　汽车的制动过程如图1所示，它包括以下几个阶段：

1．驾驶员反应时间t0汽车行驶中，由驾驶员发现危险信号（图中a点）想要停车时开始，到右脚踩到制动踏板为止经过的时间t0（图中a点到b点），称为驾驶员的反应时间。

这段时间的长短，取决于驾驶员的思想是否集中和动作的灵敏程度，而两者则又取决于驾驶员的年龄、个性、驾驶技术、疲劳程度和健康状况以及道路、气候条件等多种因素。

实验表明：

t0一般为0.3～1.0秒，其平均值为0.6～0.8秒。

2．制动装置反应时间（亦称制动滞后时间）t1从驾驶员开始踏下制动踏板，克服制动踏板自由行程、制动蹄回位弹簧的拉力和制动装置的残余压力，到汽车开始有减速度（制动力）为止所经历的时间（图中b点到c点），称为制动装置的反应时间，或称制动滞后时间，用t1表示。

这段时间的长短，决定于制动传动机构和制动装置的形式。

液压制动装置反应时间一般为0.03～0.05秒，气压制动则在0.2～0.5秒范围内。

3．制动减速度（制动力）增长时间t2从制动器开始产生制动作用起，随着驾驶员踩踏踏板力的增加，制动器的制动力由零上升到最大值，因而制动减速度由零增加到最大值，这个过程所需的时间称为制动减速度（制动力）增长时间t2，即图中c点到d点。

这段时间的长短、不仅受制动蹄与制动鼓接触面状况的影响，同时与制动器结构形式有关，而且还决定于驾驶员踏下制动踏板的速度和作用力的大小。

液压制动的t2为0.15～0.2秒，气压制动的t2则为0.3～0.8秒。

t1+t2为制动装置的协调时间。

此时间在“制动规范”中规定：

液压制动装置不得大于0.3秒；气压制动装置，中型汽车不得大于0.5秒，大型汽车不得大于0.6秒；拖带挂车或半挂车时，不得大于单车最大允许值再加0.2秒的时间。

4．持续制动时间t3车辆在最大减速度情况下，继续行驶到完全停住时所经历的时间称为持续制动时间t3（图中d至e）。

在t3时间内，制动减速度基本不变。

　　5．制动完全释放时间t4t4（图中e至f）是从放松制动踏板开始到制动力完全消除，制动减速度下降到零所经历的时间，称为制动完全释放时间。

t4一般在0.2～1.0秒之间。

　　（三）制动停车距离

　　由以上制动过程可知，在实际制动停车中，并不是驾驶员踏下制动踏板汽车就会立即停止进行的。

从驾驶员发现危险情况采取制动措施到汽车完全停住，需要经过t0、t1、t2、t3四段时间．在这些时间中，汽车仍在行走，这一行走距离，称为制动停车距离。

　　制动停车距离由两个部分构成，一是反应距离，二是制动距离。

也就是说，制动停车距离是反应距离与制动距离之和。

　　1．反应距离就是在驾驶员反应时间t0内汽车所行驶的距离。

它是行驶速度（米/秒）与反应时间（秒）的乘积．由此可知，反应距离的长短，取决于车辆的行驶速度和驾驶员的反应时间。

行驶速度快或反应时间长，反应距离就长；反这则短。

　　例如，汽车的行驶速度为45千米/时，反应时间t0为0.8秒，则反应距离S0为：

　　2．制动距离制动距离在“制动规范”中，已有明确规定和解释，即从驾驶员的右脚踏上制动踏板起到车辆停住止，即车辆在t1+t2+t3时间内所行驶的距离，称为制动距离。

它是评价机动车制动效能最直观的指标，可用下式计算：

　　式中：

S1、S2、S3——分别为时间t1、t2、t3内汽车所走过的距离（米）

　　V0——开始制动时汽车的行驶速度（千米/时）；

　　由上式可以看出，制动距离的长短与下列因素有关：

（1）行驶速度：

汽车行驶速度越快，即开始制动时的速度越高，制动距离就越长．行驶速度增加一倍，制动距离则为原来的四倍。

如行驶速度为20千米/时，在干燥、平坦的沥青路面上制动距离为2．6米，当车速提高到40千米／时，在相同的道路上，制动距离则长达10．4米。

（2）附着系数：

路面的附着系数对制动性能影响很大。

不同的路面，附着系数不同。

汽车在相同的速度下，制动距离随附着系数值的下降而增长。

以干燥路面与冰雪路面相比较，由于冰雪路面附着系数小，制动距离就要长得多，制动效能变坏；在潮湿的沥青路面上行车，如制动过急，容易产生制动“跑偏”与“侧滑”等现象。

几种路况条件下的制动距离与附着系数和行驶速度的关系见表。

　　（3）汽车装载质量：

装载质量愈大，制动距离愈长。

实践证明：

对于装载3吨以上的汽车，大约装载质量每增加1吨，制动距离要增长0．5～1米。

　　3．制动停车距离的概略计算综上所述，总的制动停车距离等于驾驶员的反应距离与制动距离之和，可用下式表示：

S总=S0+S制=S0+S1+S2+S3

　　为了计算简便，把S0与S1的经过时间（t0+t1）合并，取平均值约为1秒钟，把S2计算到S3中去，以开始采取制动措施时的车速为计算车速，则：

　　在平路上，没有坡度的影响，这样计算出来的数值是比较接近实际的，可作为评估制动停车距离的参考．

　　另外，也可以用近似方法计算制动停车距离．其方法是：

将车速（千米／时）除以10，再将所得结果自乘，即为制动停车距离（米）。

例如：

60（千米／时）÷10=6，制动停车距离：

6×6=36米。

这种计算方法，只适用于沥青和混凝土路面上行驶的汽车。

　　实验证明：

驾驶员反应距离S0和制动装置反应（滞后）距离S1，共约占总制动停车距离的50～70％。

因此，为了最大限度地缩短制动停车距离，除了保证车辆制动装置工作可靠外，尤其需要驾驶员严格掌握车速和反应敏捷，对公路上的交通动态作出迅速、正确的判断，以缩短反应时间；并根据路面附着情况正确运用制动。

这样方能达到制动生效快，制动停车距离短，确保行车安全。

　　（四）制动力

　　汽车制动时，制动蹄片与制动鼓间产生制动摩擦力矩，此力矩使车轮与路面间产生一个与车轮运动方向相反的作用力，这就是制动力，见图2所示。

在制动力的作用下，汽车开始减速。

如果采用紧急制动的方法，迅速用力将制动踏板踏下，达到发挥最大制动力的程度，汽车便急剧减速，直到停车。

　　车轮急剧制动的能力，决定于制动力的不断提高而车轮没有被抱死。

在车轮制动到接近抱死时，制动力达到最大值，使制动效果最佳，制动距离最短。

如果制动时，车轮被抱死，制动力变小，制动距离会增长。

据统计，车速50千米／时时制动距离增加40％；60千米／时时制动距离增加60％。

　　为了提高制动效能，充分利用各车轮的制动力，希望在紧急制动时，前后车轮都能接近滑移状态而不抱死，以确保行车安全。

在有些汽车上安装了“制动力分配调节装置”和车轮制动器“防抱死装置”，用电子自动控制，即使是驾驶员把制动踏板踏到最大强度位置，车轮也不会被抱死，路面上只有密集的压印而没有拖印，有效地保证了最佳制动强度。

　　（五）制动方法

　　制动方法可分为预见性制动和紧急制动两种。

　　1．预见性制动驾驶员在驾驶汽车过程中，对已发现的地形、行人、车辆等交通情况的变化，或可能出现的复杂局面，预见性地提前作好思想上和技术上的准备，有目的地采取减速或停车措施，称为预见性制动。

预见性制动不但能保证汽车行驶安全，而且还可以节约燃料，避免机件、轮胎受到损伤。

因此，这是一种运用范围广的制动方法．

　　预见性制动的操作方法可分两个步骤：

　　预见性减速：

车辆正常行驶中，当驾驶员观察到道路上的车辆、行人的异常动态，并判断可能出现难以通过的情况时，提前做好了思想上、技术上的准备，有目的的地运用发动机或制动器，使汽车逐渐减速，称为预见性减速．预见性减速可采用下列两种方法：

（1）发动机怠速牵阻减速：

当遇到一般情况，需要降低车速时，右脚应离开加速踏板，并放在制动踏板上，利用发动机怠速时气缸压缩时的反作用力降低车速．这种方法，车速比较平稳，使用方便，当情况排除后又可徐徐加油继续前进，因此，在行驶中被经常采用．

（2）制动减速：

在使用发动机怠速牵阻减速不能达到预计要求时，再运用制动器进行减速。

制动减速的方法是：

右脚离开加速踏板，轻踩制动踏板（只踩制动踏板的自由行程），然后根据车辆惯性和障碍的距离，适当踏下制动踏板，但不完全踏下，使车辆保持一定的余速，即所谓刹慢不刹停，待情况解除后，立即换进所需档，再加速前进。

　　预见性停车：

当车辆在行驶中遇到路口红灯、前方交通堵塞等情况时，驾驶员预先有目的地采取制动措施将车停住，称为预见性停车。

　　预见性停车的操作方法：

可联合采用发动机牵阻和制动器制动的办法，使车轮制动鼓“早踩长磨”，以加快车辆减速。

当时速降至10千米以下时，踏下离合器踏板，在驶近停靠地点时，逐渐放松制动踏板，让车辆在到达停靠点前略有一点余速，待车辆将停未停时，制动踏板再稍许抬一点，然后轻轻踏下，这样可减少惯性冲动，使停车平稳．此法简称“轻—重—轻”的制动方法。

　　2．紧急制动汽车在行驶中遇到突然的紧急情况时，驾驶员迅速地使用制动器，在最短距离内将车停住，达到避免事故的目的，称为紧急制动。

紧急制动对汽车的机件和轮胎都会造成较大的损伤，并且往往由于左、右车轮制动力不一致，或左、右车轮与路面的附着系数有差异，以致造成汽车“跑偏”、“侧滑”，失去方向控制而危及安全。

因此，紧急制动只有在不得已的情况下方可使用。

　　紧急制动的操作方法：

握紧方向盘，迅速放松加速踏板，并果断地用力踏下制动踏板，然后踏下离合器踏板（如果情况十分危急，可以不踏离合器踏板，但传动装置易受损伤）。

有时为了充分发挥车辆的最大制动能力，在使用脚制动器的同时，还可以拉紧手制动器操纵杆，使车辆尽快减速或停住。

　　3．制动器的使用注意事项

（1）在出车前、下长坡前都要试踏制动，检查制动的效能，只有在制动效能安全可靠的前提下，方可出车。

（2）在行驶中，右脚不加油时，应放在制动踏板上，以减少反应时间。

但装有制动助力器的汽车（如北京切诺基），在不用制动时禁止将脚放在制动踏板上，以免造成制动器发热和损坏。

　　（3）行驶中，应与前车保持足够的距离，即始终保持大于制动停车的距离，以防万一。

　　（4）在运用预见性制动减速中，应早踩长磨，平稳减速，以免造成急刹车。

　　（5）在雨、雪、冰冻及泥泞道路上，禁止用紧急制动，以防发生侧滑。

　　（6）紧急制动时，切忌先踏离合器踏板和情况未变化时就放松制动踏板，否则会造成制动距离增加，发生危险。

　　（7）除制动器失效或不宜使用制动器等情况外，严禁在道路复杂地段用高速档换入低速档的方法来代替制动减速。

刹车时车轮被抱死的利与弊（第三课时）

时间：

2003、5、19

在上节课分析了制动过程的因素后，学生又经过一个星期的研究认真分析后得到了下面的一些研究性成果，在课堂上大家一些研究。

急刹车时，车轮被抱死的利和弊

以汽车为例，在急刹车时，如果司机用大力脚踩刹车踏板，用刹车蹄片将车轮抱死，使车轮不能转动，但由于汽车的惯性，车轮将继续沿着地面向前滑动，从而受到地面向后的摩擦力，这个摩擦力使汽车减速，并最终停了下来，这是有利的一面．

但是，这样紧急刹车的效果并不是最好的。

假如汽车是在沥青路面上行驶，当车轮因刹车而在路面上滑行时，由于两者剧烈的相互摩擦，沥青和轮胎的表面都会熔化，因此车轮实际上是在一薄层液体上滑行，动摩擦因数较小，汽车的刹车距离较大，刹车效果并不理想．对于火车来说，这种将车轮抱死的刹车更是十分危险的．因为车轮和钢轨之间的滑动摩擦是钢与钢之间的摩擦，剧烈摩擦的结果，使车轮和钢轨的温度急剧升高，引起钢花四溅，使车轮的轮缘和钢轨的踏面严重“咬”伤，以致造成火车出轨、颠覆等事故，带来车毁人亡的严重后果．

要达到最好的刹车效果，司机应控制刹车的力度，让刹车蹄片压紧刹车鼓的程度适当，既能使车轮的转速很快减慢，但又不让轮子在地面上滑行，轮子仍然保持只滚不滑的状态，但因轮子又有向前滑动的趋势，这时地面对车轮的摩擦力是最大静摩擦力，它比滑动摩擦力大，而且不会引起两者接触表面的熔化，因此可以最大限度地缩短刹车距离，是刹车的最佳方式．

制动器的操作方法

（一）制动踏板的操作方法操纵制动踏板时，两手应握稳方向盘。

液压制动用右脚掌踏制动踏板，以膝关节的伸屈动作踏下或放松。

操纵气压制动踏板时，脚跟应靠住驾驶室底板，以踝关节的伸屈为主踏下或放松踏板。

如图3所示。

踏下制动踏板的行程和速度，应视不同的制动装置和对制动效果的不同要求，分别采用：

立即完全踏下，先轻踏再逐渐重踏，或随踏随放（间歇制动），或两者结合等方式，以达到平稳减速、停车之目的。

放松制动踏板时动作应迅速。

气压制动下较液压制动反应迅速、灵敏，因此，气压制动一般用“点刹”，液压制动一般用“一脚制动”，如一脚无效，立即抬起踏板再踏第二脚。

迅速完全踏下制动踏板的操作方法，一般在紧急情况下需立刻停车时使用。

（二）手制动器操纵杆的操作方法手制动器操纵杆的操作，四指应并拢，虎口向上，大姆指虚按在杆顶的按钮上，将杆向后拉紧，即起制动作用。

放松时，先将相柄稍向后拉，然后用姆指按下按钮，再交操纵杆向前推送到底（北京切诺基汽车将手制动器操纵杆完全放下），即解除制动作用。

北京BJ212型汽车手制动器是用手柄操纵的。

手柄全部拉出即起制动作用；放松制动器须将手柄向后拉，并向左转一个角度，再把手柄向前推到底，即可解除到动。

以上介绍的五种驾驶操纵装置的操作方法，是汽车驾驶技术的“五大基本功”，必须从开始训练就要求学员按照正确的操作方法，反复刻苦地练习，认真体会操作要领，使驾驶操作逐渐达到正确、协调、熟练的程度。

车辆制动

车辆由运动到静止，动量和动量矩随之减小到零，这种减小，也只能由外力和外力矩引起．今设车辆在刹车以前正以速度vc前进，且轮子只滚不滑，即满足关系vt＝rω．当刹车压上时，由于L1′将使ω减小，引起rω＜vc，因而车轮沿着地面就有向前滑的趋势，从而受到地面向后的摩擦力F1′，它就使总动量减小下来，如图5所示．同时F1′对质心C产生一个力矩，有绕质心向前转动的起势．从而使自行车或汽车的前轮紧压地面，后轮对地面压紧的程度减轻，因而N1及N2的合力移前，由它对C产生一个力矩，一方面抗衡F1′（所有轮子的合力）的力矩，且使得总动量矩减小下来．

由于F1′和L1′与起动时的F1和L1都反了一个符号，故起动时推得的不打滑的条件，在这里仍然成立，即只要满足L1′/r=F1′，则轮子仍然保持只滚不滑．若L1′过大，使得L1′/r＞F′1max，就发生向前的滑动，此时F1′是滑动摩擦了．由于滑动摩擦小于最大静摩擦，所以只要刹车压紧的程度适当，使L1′/r接近F′1max，但略小些，这样对制动最为有利．

刹车时车轮被抱死的利与弊（第四课时）

时间：

2003、5、27

关于ABS防抱死系统

abs英文全称是anti--lockbrakesystem中文即防抱死制动系统。

在各种不同的车型中有各种类型的汽车制动防抱系统。

目前，常用的汽车制动防抱系统有电子式防抱装置、机械式防抱装置、空气式防抱装置和液压式防抱装置等四种类型。

电子式防抱装置：

即abs+ebd（电子制动力分配系统），在制动时，系统根据汽车前后载重量不同，自动分配制动力的装置。

但价格昂贵，不能普遍应用。

机械式防抱装置：

其内部装有飞轮，在驾驶员制动时，驱动轴转速变慢，但防抱器中的飞轮因惯性仍高速旋转。

在球斜面作用下，飞轮左移，打开压力衰减阀，减压活塞上升，液压下降，制动力矩减小。

同时切断阀关闭，从而切断制动总泵与制动分泵的联系。

当防抱器中飞轮转速减小后，压力衰减阀关闭，减压活塞下移，液压将切断阀打开，使制动总泵压力直接进入分泵进行制动。

该过程是在极短时间内进行的。

空气式防抱装置：

制动时电磁阀打开，气压通过继动阀进入制动气室，车轮抱死，减压时电磁阀接受信号右移，在切断制动气压的同时将继动阀和制动气室的气压从快放阀排出，车轮不再被抱死。

液压式防抱装置：

这种装置具有体积小、灵敏度高的优点。

当前得到广泛应用的有容积变化式和循环式两种。

其中，容积式是利用活塞的运动造成镕基的增大或缩小达到液压升降的目的。

而循环式是利用阀门的开关来控制液压的升降，从而有效地控制滑移率，防止车轮抱死。

ABS的起源

在20世纪初期，1928年有人说出制动防抱理论，30年代机械式制动防抱系统开始在火车和飞机上应用，因为是机械式，所以这种效果并不很理想。

1936年BOSCH公司第一个获得了电子式车轮转速传感专利，到60年代后期70年代初，电子控制的制动防抱系统开始进入产品化阶段。

到70年代末才在汽车上得到应用，并发展迅速。

模拟ABS的原理及作用（学生在课堂上认真做了本实验）

物体在发生滑动摩擦时与摩擦方向垂直的阻力会变得很小。

用实验验证这个理论。

将一个圆柱体放在带滑轮的长木板上，

如右图所示，可得出上述结论。

在滑动的情况下，汽车只要在与滑动

垂直的方向上受到一个较小的力，就会

使车发生侧滑、甩尾等现象。

马路不平

是横向力的主要来源，一般马路为了排水

中间高两边低，倾斜的路面产生的下滑力平时微不足道，在汽车滑行时这个下滑力就会使汽车发生侧滑等严重后果。

汽车在引入ABS系统后，当人们猛踩刹车时，该系统便开始监测轮胎的转数，在发现某轮胎趋于停转时，立即减小对这个车轮的制动力，以保证车轮始终处于滚动的状态。

这样的调节作用每秒可进行10~20次，在这样的作用下汽车可以避免事故的发生，而转向的能力也基本得到保障。

ABS工作原理简单的来讲，就是由轮速感应器监测车轮转速，监测信号汇集到电子控制器内分析，一旦监测到车轮快要抱死时，电子控制器会发出指令给电磁调节器，由它控制油压分配阀调节各个车轮的制动分泵，以“一放一收”的点放形式来控制刹车摩擦片，解除车轮的抱死现象。

用点放形式制动，即可急剧降低轮速，又可保持轮胎与地面的附着力。

所谓ABS的一放一收，是为了达到控制滑动率的一种形式，整个ABS的性能还与轮胎结构、表面花纹、充气压力、车轮偏转角、行驶速度、路面状况等因素有关。

研究总结

通过阅读、上网查阅文献资料了解汽车抱死的后果，及ABS的系统原理，初步掌握了收集、分析和处理信息的方法，学会运用模拟实验对比、研究，进一步体验到科学研究与生活实际的紧密联系，增加了同学们对新生事物及现代科技的追求的信心。