Сокращает ли АБС тормозной путь автомобиля?
ABS от German Antiblockiersystem - это устройство, устанавливаемое почти в каждый новый автомобиль. В сети есть много объяснений о системе, о том, как она работает, но я не понимаю, как она сокращает путь к остановке.
Система ( ссылка на Википедию ) предназначена для предотвращения блокировки колес и, таким образом, позволяет сохранять контроль над автомобилем (это я понимаю).
Когда я нажимаю на педаль тормоза, металлические части касаются колеса. Из-за силы трения между этими металлическими частями и колесом последнее перестает вращаться, а его кинетическая энергия распределяется в виде тепловой энергии, и обе части становятся горячими. Неважно, насколько сильно я нажимаю на педаль, лишь бы это заставило колесо перестать вращаться. Когда это происходит, между шиной и землей возникает сила трения. Эта сила зависит (среди прочего) от массы автомобиля.
Кинетическая энергия движущегося автомобиля (пожалуйста, подтвердите) рассеивается как тепловая энергия. Иногда остановка машины оставляет на земле черный след.
Если теперь АБС начинает работать, она отодвигает металлические детали, так что колесо может снова повернуться на некоторый угол, даже если я все еще нажимаю на тормоз. Это нормальное поведение, и снова АБС останавливает колесо.
Я слышал, что такой поступок может сократить время остановки машины, но не знаю почему. Если АБС позволяет колесу вращаться на некоторый угол, в этот момент нет трения между колесом и землей (ну, на самом деле оно есть, потому что колесо вращается, но в этом случае это бесполезное трение). Так что способ остановки машины должен быть длиннее.
Опять же, я понимаю, как АБС предотвращает блокировку колес и позволяет сохранять контроль, но не знаю, как она сокращает это расстояние.
Единственное, что я могу себе представить, это то, что этот небольшой угол поворота предотвращает нагрев шины. Если он будет слишком горячим, он станет более жидким и сила трения будет меньше (вот почему эти следы появляются). Таким образом, АБС заменяет «бывшую в употреблении» часть (горячую) шины на «свежую» (холодную).
Это объяснение не подтверждается экспериментом, который я проводил на льду со скоростью ок. 10 км / ч, и это сократило тормозной путь, но с такой скоростью не стоит думать о термическом разрушении шин.
Qmechanic ♦ Noldig Войткус фибонатический Innisfree Кикстарт матовый user220778Весь смысл торможения заключается в рассеивании кинетической энергии. Не кинетическая энергия колеса, как вы сказали, а кинетическая энергия автомобиля, даже если вы можете сделать это через передачу на колесо. Некоторые грузовики или автобусы фактически тормозят, преобразуя часть своего KE в электричество, которое когда-нибудь может быть повторно использовано или рассеивается в тепло в виде вихревых токов (или токов Фуко).
Однако наиболее распространенным способом рассеивания кинетической энергии является трение. В случае с автомобилями возможны два трения: разрыв между тормозом и колесом (надеюсь, не самой резиной) и между резиной и дорогой.
Но диссипация энергии происходит только при движении с (кинетическим) трением, создающим силу сопротивления (в случае торможения трением). Слово «кинетический» заключено в скобки, поскольку оно может потребовать некоторой дополнительной точности (см. Ниже).
Когда автомобиль движется нормально, кинетическое трение отсутствует (или предельное), потому что колесо неподвижно относительно дороги в контактной части. Если вы затормозите, это может перестать быть правдой, потому что колесо может не вращаться достаточно быстро. На некоторых поверхностях, таких как мокрая дорога (но, очевидно, не на всех поверхностях), трение более важно, если скорость части колеса в контакте с дорогой не слишком важна по сравнению с дорогой. При превышении определенной скорости шина может даже скользить по тонкому слою воды, и трение уменьшается, тем самым рассеивая меньше энергии. Это происходит намного быстрее, если заблокировать тормоза.
Таким образом, при заблокированных тормозах энергия не рассеивается из-за трения в тормозах, и колеса могут скользить слишком быстро, чтобы рассеять энергию эффективно. Следовательно, для рассеивания требуется больше времени, а значит, больше времени для остановки.
Идеальная ситуация - рассеивать энергию как на тормозах, так и на резине. Но добиться этого непросто, потому что коэффициент статического трения обычно больше, чем коэффициент динамичности. Как только колесо начинает проскальзывать, сила реакции трения колеса, которая сохранила некоторое движение в тормозах, может стать слишком низкой, чтобы тормоза могли обеспечить движение, и тормоза заблокируются, больше не обеспечивая никакого рассеивания и еще больше увеличивая занос. скорость колеса.
ABS предотвращает блокировку тормозов, ненадолго устраняя трение, и позволяет колесам немного поворачиваться, так что относительная скорость их контакта с дорогой не становится слишком высокой.
Но почему он должен работать на сухой дороге? Согласно Википедии , следует учитывать еще один феномен. Переход от статического коэффициента трения к динамическому не является прерывистым явлением. Очевидно, «максимальная сила торможения достигается, когда между скоростью вращения тормозимого колеса и поверхностью дороги имеется проскальзывание примерно 10-20%», после чего «сцепление при качении быстро уменьшается» до кинетического трения. Таким образом, именно здесь теплоотдача максимальна, поскольку максимальная теплоотдача требует максимального движения с наибольшим трением, совместимым с движением (фактически, это продукт, который должен быть максимальным). Роль ABS будет заключаться в том, чтобы отпустить, когда проскальзывание станет слишком важным, чтобы проскальзывание оставалось в оптимальном диапазоне (в дополнение к вышеуказанным проблемам).
Но, видимо, некоторые поверхности ведут себя иначе, и на самом деле АБС может тормозить медленнее . Я предполагаю, что это связано со специфическими свойствами функции, которая связывает силу трения и скорость проскальзывания для такого типа поверхности, контактирующей с резиновыми колесами. Но на такой поверхности преимущество также в том, чтобы лучше контролировать автомобиль за счет меньшего скольжения.
Другая роль систем ABS - распределение тормозного усилия между передними и задними колесами. Передние и задние колеса имеют разное внутреннее давление, поэтому поверхность контакта с дорогой разная. Они также подвергаются различным силам во время торможения автомобиля (больше силы спереди), так что коэффициент трения действует более эффективно там, где сила больше. Следовательно, контроль проскальзывания спереди и сзади должен быть разным. Он также может уравновесить левую и правую стороны, если по какой-то причине две стороны ведут себя по-разному.
Последний вопрос был поднят @tohecz. Где должна рассеиваться энергия, или в соответствии с каким соотношением между тормозами и резиной? По его мнению, это должно быть в тормозной системе, а не в контакте колеса с дорогой. Я не нашел никакой информации о том, что, если есть выбор, одно должно быть больше, чем другое, но действительно может быть предпочтительнее сэкономить шины (я действительно не знаю). Однако стоит рассмотреть вопрос и степень свободы выбора.
Мы можем несколько проанализировать это соотношение, рассматривая крайние случаи. Если вы заблокируете колеса (при условии отсутствия АБС), в тормозах не будет рассеиваться энергия. Таким образом, все это рассеивается в контакте резина с дорогой. С другой стороны, если вы тормозите медленно, поверхность колес остается в статическом контакте с дорогой (АБС не требуется), и вся энергия рассеивается в тормозах. Это противоречит некоторым представлениям о том, что резкое торможение может вызвать нагрев тормозной системы: частое и медленное торможение будет, в то время как резкое торможение без ABS приведет к нагреву и износу резины.
Таким образом, вопрос о соотношении в системе АБС возникает только тогда, когда вы тормозите достаточно сильно, так что возникает пробуксовка колес, и АБС может использоваться для управления этим. Здесь для правильного анализа действительно потребуется работать с реальными цифрами, поскольку существует множество возможных сценариев.
Это должно быть так, что оптимальное торможение с самым быстрым рассеиванием энергии будет оказывать точное давление на тормоза, что приводит к точному коэффициенту рассеивания между тормозами и резиной. Однако, учитывая поведение системы ABS при сбоях, это, вероятно, соответствует нестабильной настройке, требующей динамического контроля давления, чтобы не покидать оптимальную зону рассеивания. Информации об этом соотношении я не нашел.
Если давление на педаль тормоза не указывает на необходимость быстрого торможения, система АБС, вероятно, может выбрать, в соответствии со своим программированием, какое давление прикладывать и когда, чтобы определить, где будет рассеиваться большая часть энергии. между тормозами и резиной. Но, похоже, об этом не так много публичной информации.
Последнее замечание: выбор оптимального давления для любого желаемого результата также должен зависеть от текущей скорости автомобиля. Наверное, трудно получить скольжение на очень медленной машине. Следовательно, и по этой причине процесс должен динамически контролироваться.
Примечание : в этом анализе торможения с АБС внимательный читатель заметит, что я говорю о силах, хотя на самом деле во многих случаях это должен быть крутящий момент. Мои причины для этого следующие:
основная проблема - силы трения и трения, которые становятся крутящими моментами из-за конструкции рассматриваемых устройств;
при разговоре о крутящем моменте обязательно потребуется описание, чтобы ввести соображения размера (радиус колеса и тормозов), что усложнит анализ без внесения каких-либо существенных представлений об АБС;
это просто качественный анализ, без использования каких-либо реальных цифр. Разработка полных формул, конечно, потребует решения проблем с размерами и учета крутящих моментов. Но я посчитал, что здесь проще этого не делать.
Чтобы рассеять любое недоразумение и любой жар, который может возникнуть в результате этого, я должен прояснить, что это выглядело мне как интересная проблема для работы, но что у меня нет особого опыта, и я сделал все, что мог, с информацией, которую мог найти. Комментарии и критика приветствуются.
фибонатический
Я не уверен на 100%. Но я думаю, что ABS уменьшает тормозной путь, потому что статическое трение между шинами и дорогой будет выше, чем кинетическое трение. Таким образом, блокировка шин путем жесткого торможения без АБС будет означать, что между шинами и дорогой будет кинетическое трение. Однако если позволить шинам просто сломаться достаточно сильно, чтобы достичь максимального статического трения (что в основном делает АБС), это будет означать, что у вас будет большая сила, действующая на автомобиль, и, следовательно, автомобиль остановится на более коротком расстоянии.
rajb245
Без АБС опытный водитель будет легче нажимать на тормоза, как только почувствует, что они заблокированы. Некоторое время спустя он снова нажал на перерыв, возможно, на этот раз не так сильно. Компьютер, с другой стороны, может применить ОГРОМНУЮ тормозную силу до такой степени, что колесо ПРОСТО ЕЖЕГОДНО заблокируется на долю секунды, а затем отпустить и повторить. Если вы думаете с точки зрения импульса и количества движения, большая разрушающая сила может компенсировать более короткое общее время ее приложения. Если импульс разрушающей силы каждого насоса АБС больше, чем тот, который мог бы доставить человек, это означает, что для остановки автомобиля требуется меньше времени и расстояния. Оказывается, это наблюдается, когда реальные люди водят автомобили в большинстве условий, хотя это не всегда так.
КикстартСледует учесть несколько моментов:
Вождение осуществляется не только по тротуару. Трение в тормозной системе предсказуемо, потому что материалы не меняются. Но дорожные покрытия различаются. Антиблокировочная тормозная система особенно полезна на льду или рыхлом гравии. Если колеса застревают на льду, автомобиль скользит вперед по тонкому слою воды с небольшим трением. Предотвращение блокировки позволяет колесам оставаться сцепленными со льдом, поэтому тормоза могут рассеивать кинетическую энергию. Идея состоит в том, чтобы попытаться сохранить любое сцепление, которое способны обеспечить шины, чтобы колеса двигались вместе с дорогой, а трение между тормозными колодками и роторами / барабанами могло рассеивать энергию.
Торможение - это не просто замедление или остановка, но и поддержание контроля при этом. Заблокированные колеса могут привести к опасному заносу. Колеса не обязательно блокируются одновременно с обеих сторон, особенно если при торможении происходит передача веса от рулевого управления.
В автомобилях с механической коробкой передач при блокировке ведущих колес двигатель может заглохнуть. На скользкой дороге это может произойти на скоростях, на которых водитель не привык нажимать сцепление при торможении.
Натиг
ABS не предназначена для сокращения тормозного пути, эта система предназначена для предотвращения скольжения, когда оно происходит между ревом и шиной из-за того, что прилагаемая сила превышает силу трения. АБС запускается сигналами датчиков на панель управления и, соответственно, командами панели управления, чтобы уменьшить тормозную жидкость, таким образом, немного допуская ускорение. Затем он снова увеличивает количество жидкости, т.е. гидравлическое усилие увеличивает жидкость через установленный насос. Поэтому, если вы владеете основами физики, вы можете увидеть, что на самом деле ABS управляет торможением, но при этом имеется незначительное увеличение тормозного пути.