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ABS到底能否缩短摩托车的制动距离?

最近发现很多车友在争论,装备了ABS的摩托车到底能否缩短制动距离?解答这个问题之前,我们先来了解下ABS在摩托车上面的发展历程。

ABS系统最早是在火车上使用的一种制动装置,由于火车质量大惯性也大,制动时如果车轮抱死会对铁轨产生严重损毁,因此工程师们开发出了车轮防抱死制动装置,这个就是ABS防抱死制动系统的理论起源。后来在飞机上也使用了这个装置,可以防止飞机降落时轮胎抱死导致飞机前倾发生事故。

而在摩托车上最早使用ABS的厂商是德国宝马。

1988年,德国宝马公司在宝马K100RS这款运动巡航车型上首次使用了移植于汽车上的ABS系统——德纳公司研发的MARK一代ABS系统。

看上面图片中红色箭头标明的地方,可以看到那个时候的ABS还很笨重,直到1990年的时候,专为摩托车研发的MARK二代ABS系统才真正具备了装备在摩托车上的可行性,重量仅仅只有6.9KG。

当然,随着电子技术的飞速发展,这个重量在今天的ABS系统里面也是庞大无比,但是在当时来说,MARK二代ABS系统无疑使得摩托车的安全系统得到了很大提升。

这之后的日本雅马哈公司也在自家摩托车上面装备了ABS系统,是日本第一家装备ABS系统的厂商。

那么为什么摩托车会需要ABS呢?当摩托车在高速行驶过程中遇到紧急情况时,需要施加制动力使摩托车尽快减速或停车。

在制动过程中,车轮在路面上的运动是一个边滚边滑的过程,未制动时车轮处于纯滚动状态;而当车轮被抱死时,车轮处于纯滑动状态。这一过程通常用车轮的滑移率来描述,计算车轮的滑移率的公式被定义为:

这个公式里面的S代表车轮的滑移率,r代表车轮的自由滚动半径 ,ω代表车轮的转动角速度,v代表车轮中心的纵向速度。

当车轮在路面上自由滚动时 ,车轮中心的纵向速度完全由车轮滚动产生 ,此时v=rω ,因此滑移率S = 0 ;

当车轮被制动到完全抱死时就会在路面上进行纯滑移,车轮中心的纵向速度则完全由车轮滑移产生 ,此 时ω= 0 ,因此滑移率S = 100%;

当车轮在路面上边滚边滑时 ,车轮中心纵向速度的一部分是由车轮滚动产生 ,另一部分则是由车轮滑移产生,此时rω<v,因此,0<S<100%,车轮中心纵向速度中,车轮滑移所占的比例越大,车轮滑移率的数值也就越大。

而这个滑移率又与路面的附着力关系密切,这个应该不难理解,干燥坚实平整的路面附着力当然是最大,例如干燥的柏油路面,湿滑路面的附着力就会小很多,而平整的冰雪路面附着力是最小的。

看看不同路面附着力系数与滑移率之间的关系如图。

当滑移率增大时,附着系数迅速增大,当滑移率处于10%~30%的范围时,附着系数为最大值,该最大值称为峰值附着系数,此时与其相对应的车轮滑移率称为峰值附着系数滑移率 ;当滑移率继续增大时,附着系数逐渐减小。当车轮抱死时,即完全滑动时的附着系数为零 。如下图。

上图显示的就是各种路面情况轮胎的峰值附着系数和滑动附着系数的平均值。

横向附着系数也是研究摩托车行驶稳定性的重要参数之一,横向附着系数越大,制动时方向稳定性和转向控制能力越强。从上图中可看出当滑移率S为0时,横向附着系数最大。随着滑移率的增加,横向附着系数越来越小,当车轮抱死时,横向附着系数几乎为0,此时横向附着力几乎为0,车辆的方向稳定性差,会失去转向控制能力。如下图。

因此综上所述,滑移率S是指车轮在滚动中,滑动和滚动成份所占比例的多少。

理论和实践证明,当滑移率在15%~25%之间时具有最佳的纵、横向附着系数。如能把滑移率控制在这一最佳状态就可以得到理想的控制效果,车轮既不抱死,制动距离又最短。根据工程人员的反复多次计算和测量,所以只有滑移率在15%到25%左右的时候才是附着力最强的时候,这个时候的制动力才是最强的。而ABS就是一种能够保证在多种路况条件下依然保持最佳滑移率的装置。

ABS的工作原理是这样的:

当轮速传感器探测到车轮有抱死倾向时,ABS控制模块发出指令降低制动压力,当车轮恢复转速且附着力有减小趋势时,控制器再次发出指令增加制动压力,使得制动力恢复到最大,这样就使得车轮一直处于滚动和抱死的临界状态,能保证车辆在各种路面和行驶条件下车轮不被抱死。

既然车轮没有抱死,那么此时的地面对轮胎的侧向作用力力较大,骑乘者便能始终控制方向,轻松地通过转向操作绕过障碍物。特别是冰雪路面或潮湿路面,ABS能有效防止车辆的侧滑和甩尾,避免事故发生。

好了,理论上的东西讲完了,那么我们再看看各种专业文献资料上是怎么说这件事儿的。

为了寻找到ABS是否能够缩短制动距离的正确答案,我查阅了很多专业期刊和文献,发现无论是哪种关于ABS制动系统的文章里都有这么一句话——ABS能够缩短制动距离。

著名的专业期刊《轮胎科技》——《Tire science and Technology》在2015年某期中就有这么一句话:ABS防抱死制动系统的发明与应用,带来了道路交通安全的重大改进——ABS使得制动距离明显缩短,尤其是在湿滑路面上的制动效果更加显著,下面是截图。

这段文字的意思是,ABS在缩短制动距离的作用上,湿滑路面的情况下会更加显著。

上图中的蓝色线条表示装备了ABS系统的摩托车在各种不同路面的制动距离,黑色线条表示未装备ABS系统的摩托车在各种路况下的制动距离。

可以很清楚地看出,在干燥平整的路面上,例如干燥的沥青路面,有ABS系统的摩托车并未比没有ABS的摩托车制动距离短,甚至略有延长!

如果是有经验的车手,完全有能力驾驶没有ABS的摩托车以更短的制动距离停车,而且在松软的路面条件下,例如未压实的雪路和碎石路面,没有ABS的摩托车反而比有ABS的摩托车能得到更短的制动距离,因为在制动时轮胎犁起的雪块和碎石会阻挡在轮胎前方,令轮胎继续向前滑移受到的阻力增大,这也就是很多ADV或者越野车为什么会设计可关闭ABS的原因。

但是在坚硬的湿滑路面,例如湿滑的柏油路面,压实的雪道,坚硬的冰面上,ABS能够显著缩短制动距离,原因是此时的低路面附着力带来的低滑动摩擦力远远小于轮胎的滚动摩擦力,也就是说,此时轮胎的滑移率已经远远超过了25%的最佳制动滑移率,此时的ABS启动后,会将滑移率降低在15%到25%的最佳范围,因此这时的ABS是能够缩短制动距离的。



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