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今天我們站在汽車?yán)碚摰幕A(chǔ)上，進(jìn)一步了解制動系統(tǒng)工作的理論支持，將盡量用個人的理解幫助大家去定性認(rèn)識制動理論。

01 制動力來源

首先對車輪進(jìn)行基本的受力分析，如下圖，這里我們主要關(guān)注地面制動力Fxb（真正給車輛提供減速度的外力）、制動器制動力矩Tμ（促進(jìn)地面制動力產(chǎn)生的內(nèi)力）。制動器制動力矩Tμ來源于輪缸液壓力推動摩擦片壓緊制動盤時的摩擦力，所以駕駛員可以通過制動踏板力來等效控制制動器制動力。

從微觀上看，正是這個制動器制動力矩Tμ導(dǎo)致輪胎擠壓變形，對地面產(chǎn)生一個向前的摩擦力，而地面就對車輪產(chǎn)生一個向后的反作用力，這個力就是地面制動力Fxb。所以可以看出，制動器制動力矩Tμ是地面制動力的來源。

驅(qū)動時的受力情況剛好相反，大家也可以腦補(bǔ)一下。

當(dāng)?shù)孛娓街銐驎r，地面制動力Fxb有

Fxb = Tμ / r

從上式看出，制動器制動力矩越大，地面制動力就越大。這顯然是不成立的，這里忘記考慮了摩擦限制。

地面制動力Fxb雖然是因制動器制動力矩產(chǎn)生的反作用力，但其本質(zhì)是一個摩擦力，逃脫不了摩擦力的局限性（不能無限增大），即

Fxb = μ * W

μ為摩擦系數(shù)（也叫路面附著系數(shù)），W為車輪載荷，所以載荷一定時，路面附著系數(shù)直接決定了地面制動力的上限。下圖為不同路面的附著情況。

這里舉一個例子來認(rèn)識一下車輪是如何抱死的。假如路面附著較小時，駕駛員猛踩剎車Tμ會非常大，這時由于Fxb受到μ*W的約束，導(dǎo)致Fxb<Tμ/r。對車輪進(jìn)行運(yùn)動分析有

Fxb * r – Tμ = I * dw/dt

所以車輪會一直減速至0達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡，即車輪迅速抱死。

以上可以說明，制動器制動力矩Tμ是地面制動力的來源，但路面附著系數(shù)直接決定了地面制動力的上限。

02 制動穩(wěn)定性

談制動穩(wěn)定性都繞不開下面這兩種現(xiàn)象，路面附著系數(shù)與滑移率之間的關(guān)系。

1）縱向附著系數(shù)隨著滑移率先增大后減小，一般在15%~20%左右有最大縱向附著系數(shù)，當(dāng)車輪抱死時，縱向附著系數(shù)雖有降低，但依然能夠提供較大的制動力。

另外，只要車輛在制動，車輛必然在滑移，不然就沒有制動力，驅(qū)動也是類似。

2）側(cè)向附著系數(shù)隨著滑移率是逐漸減小，當(dāng)車輛抱死時，側(cè)向附著系數(shù)接近于0，即車輛失去地面?zhèn)认蛄?，這是非常危險的情況。

制動穩(wěn)定主要考慮車輪打滑失去側(cè)向力之后的車輛運(yùn)動狀態(tài)，前后軸打滑后車輛的穩(wěn)定狀態(tài)有較大差異，下面具體分析。

前輪打滑時受力分析

前軸側(cè)向力Fy1接近于0，車輛失去轉(zhuǎn)向能力；后軸保持側(cè)向力Fy2，且對車輛產(chǎn)生的力矩方向與車輛橫擺方向相反，能有效阻止車輛轉(zhuǎn)動，車輛保持直線行駛。

后輪打滑時受力分析。

后軸側(cè)向力Fy2接近于0；前軸保持側(cè)向力Fy1，且對車輛產(chǎn)生的力矩方向與車輛橫擺方向相同，將加劇車輛轉(zhuǎn)動，車輛將發(fā)生急劇的轉(zhuǎn)動，非常危險。

車輛轉(zhuǎn)向時，需要前后兩軸一起提供側(cè)向力及橫擺力矩，維持轉(zhuǎn)向穩(wěn)定。當(dāng)某一軸打滑就會失去該軸的側(cè)向力，車輛只能靠另一軸維持側(cè)向力，此時就會有失穩(wěn)風(fēng)險。

前軸打滑失去轉(zhuǎn)向能力，后軸打滑失去穩(wěn)定性。從制動穩(wěn)定性上看，不希望前、后軸發(fā)生打滑，這一點(diǎn)主要靠ABS電控系統(tǒng)保證。另一方面，如果沒有ABS，或者ABS失效了，我們也至少希望前軸先打滑，保證車輛穩(wěn)定，這個就需要從制動力分配上解決了。

03 制動力分配

前、后制動器制動力的分配比例，會影響制動時前后輪的抱死順序，從而影響汽車制動時的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度。如果前后軸可以同時抱死，就既能保證行駛穩(wěn)定性，又能充分利用路面附著進(jìn)行制動，是最理想的情況。

先認(rèn)識一下I曲線：在各種附著系數(shù)的路面上制動時，要使前、后車輪同時抱死，前、后輪制動器制動力應(yīng)滿足的關(guān)系曲線。（具體推導(dǎo)過程可參考汽車?yán)碚搶I(yè)書籍）。

I曲線的主要含義就是在不同路面下，按照這個前后軸制動力分配，均能實(shí)現(xiàn)前后軸同時抱死。但是實(shí)車上想做到這樣變化的分配比例是很難的，而且I曲線的形狀還與質(zhì)心位置等密切相關(guān)，所以I曲線僅有理論指導(dǎo)制動力分配設(shè)計(jì)的意義，不具備實(shí)車可操作性。

一般，汽車都是按固定比例進(jìn)行制動力分配的，前后軸制動力之比有

β = Fμ1 / Fμ2

當(dāng)β先位于I曲線下方時，前輪會先抱死；當(dāng)β先位于I曲線上方時，后輪會先抱死。所以一般設(shè)計(jì)β曲線，會使得在大部分附著下前輪先報(bào)死，保證制動穩(wěn)定性；也會盡量靠近I曲線，充分利用地面附著。如下圖。

以上，從制動力來源、制動穩(wěn)定性、制動力分配三方面簡要介紹了傳統(tǒng)汽車制動理論，希望能增加大家對制動理論的了解或者感性的認(rèn)識。