想了解一下汽車剎車時制動力是如何影響到輪胎與地面的滾動摩擦力,為什麼制動力大於最大靜摩擦就會出現車輪抱死,期待大佬解答!


可以以單個車輪為研究對象做受力分析,如下圖。

車輪順時針旋轉,當施加制動時,會產生FN的壓力作用到閘瓦上,使得閘瓦貼上車輪踏面(簡單起見,此處就假設直接作用在車輪踏面上),從而產生制動器的制動力F(也就是你問題中所說的制動力),與此同時,車輪和地面之間有摩擦力f,這個摩擦力就是地面的制動力。

以車輪為研究對象,則可以得到對於旋轉車輪來說,旋轉的減速度為θ,車輪轉動慣量為I,則

I ·θ = F·R - f·R

該表達式表面,F和f這兩個力的力矩差值,用於使車輪減速,假如兩個力是一樣大的,車輪就不會減速。那麼f到底是和什麼相關呢?我們下面以車輛為研究對象分析。

以車輛為研究對象,F是屬於內力,這個力不會對車輛制動產生任何的幫助。想讓車輛減速,只能依靠f這個外力。

但是f這個力比較特殊,不是簡單的滾動摩擦或者滑動摩擦,而是蠕滑,也就是滾動中帶有一定的滑行。

f的大小會跟滑行的深度(滑移率)相關,但不是線性相關,而是類似於下圖這種。

也就是說如果我想讓f變大,只需要讓車輪和地面之間能有一定的滑動就行,但是這個滑動不能太大,大了的話反而會讓摩擦力減小(就是所謂的抱死)。

最後上結論

我們平常所說的制動力是指閘片和制動盤之間的摩擦力(上圖中的F),但是實際上這個力不是最終的制動力,只是一個間接的作用力。我們實際所需要的制動力是車輪和地面之間的摩擦力f,但是這個力無法直接作用,只能間接的通過F來觸發。在一定範圍內,f會跟隨F的變化而發生變化,只不過在這個變化過程中其實是輪和地面之間的滑移在不斷變化,由於這個滑移是一種微觀狀態,我們無法直接觀察到。

但是由於f有最大值,如果F不斷增大的時候,超出了f的最大限制,那麼f就無法跟隨,滑移率會不斷增加,超過最大值就會進入不平衡的「雪崩」狀態,f快速減小,而這會導致上面公式I ·θ = F·R - f·R中, F·R - f·R會快速增大,那麼在車輪轉動慣量一定的情況下,車輪的旋轉減速度會快速增大,車輪快速減速,這個減速度超過了車輛的減速度,那麼最終的結果只能是——車輪抱死。


實際上減小了,可以看下aeb的實現原理


制動力就是由摩擦力提供的(由於是物理題,忽略電磁製動之類的影響),滾動摩擦力其實也可以看做任意時刻,車輪與地面接觸的那一點的靜摩擦力(此時車輪不能看作質點),至於「制動力大於最大靜摩擦力時會出現車輪抱死」,這你從哪裡聽來的?車輪抱死就是車輪與地面發生滑動摩擦,而一般認為滑動摩擦力小於最大靜摩擦力,所以抱死時制動力應該是小於最大靜摩擦力的吧……


首先要對車輛制動過程進行一個簡要的受力分析

剎車過程中,通過剎車片和剎車鉗的摩擦,降低車輪的滾動速度,而車身的速度又拖著輪胎以一定的速度滾動,這樣就產生了地面和輪胎之間的相對運動趨勢,從而形成了地面對輪胎摩擦力,這個摩擦力通過車軸傳遞給車身,形成了制動力

如果把車身、剎車片、輪胎加到一起看成一個系統,那麼就是地面對輪胎的摩擦力形成了制動力

那麼,如果想要獲得最好的剎車效果,必然要產生最大的摩擦力。我們物理課學過最大靜摩擦力大於滑動摩擦力,所以,最好的剎車效果應該是出現在滑動摩擦出現之前的。也就是輪胎和地面接觸的地方應該沒有相對位移(俗稱打滑)出現,這樣才能獲得最大的摩擦力,才能獲得最好的制動力

如果車輪抱死,勢必要產生打滑,反而無法提供良好的制動力。同時,因為輪胎不抓地了,除了制動之外的調整方向等操作,效果也大打折扣,在車輛駕駛過程中是十分危險的。

所以車輛上採用一個配置叫ABS,車輛防抱死系統,讓輪胎在出現打滑之前放鬆一下剎車鉗,讓輪胎和地面在打滑的邊緣遊走,從而獲得最好的制動效果


以輪子作為研究對象,制動力大於最大靜摩擦力不就會減速嘛,減速減到最後不就不轉了,不轉不就抱死了。

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增加了,滾動摩擦變成滑動摩擦。


凈摩擦力是恆定的


這兩者之間沒有關係。剎車時靠的是剎車片和剎車鉗之間的摩擦來讓車減速的。


一般來說,最大靜摩擦力大於動摩擦力。汽車剎車時,不希望地面對輪胎的靜摩擦力變為動摩擦力(因為輪胎滾動時與地面接觸點相對靜止,而最大靜摩擦力比動摩擦力更大),因此剎車時不希望車輪抱死(抱死後車輪與地面的摩擦力就變成了動摩擦力,阻力反而變小了)。這樣就可以利用最大靜摩擦力大於動摩擦力的特點,在更短的距離上減速。否則如果靜摩擦力變成動摩擦力,因為動摩擦力小,反而需要更長的距離才能停住。


以車輪為研究對象,摩擦力是動力,制動力是阻力,當制動力大於摩擦力時,車輪的轉速就會變慢直到不轉,也就是抱死.


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