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【渔夫】高速紧急制动是否要踩离合之制动过程分析浅述
1 695 发布于 2012-03-16 22:40:20 只看楼主 热门标准
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写在汽车之家测试之前:

高速紧急制动是否要踩离合最近在论坛上争论得硝烟弥漫,据传汽车之家编辑部已经列入测试项目。

根据渔夫浅薄的认知,认为高速紧急制动踩离合与否对最终的制动距离影响不是很大,但是究其整个制动过程,我们应该有一个清楚的认识,如何在高速紧急制动的时候扬长避短,采取正确的制动步骤。


说明:

1.这里讨论的是高速情况下利用制动器(刹车)作紧急制动,降档制动法不在本文讨论之列。

2.这里讨论和列举的数据为轿车车型,大型客车以及货车不在本文讨论之列。

首先,我们看一下汽车制动过程中的时间划分,参见下图:


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上图中,tw为驾驶员视觉接收时间,tr为识别和判断决策时间,ta为制动器间隙消除时间,ts为制动力从0上升至最大值时间。

根据测试,上述各时间段的主要数据见下面表格:


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从数据中可以看到,驾驶员视觉接收时间约为0.3秒,识别和决策时间约在0.30.5秒,制动器间隙消除时间约在0.0150.06秒,制动力上升至最大值约在0.10.3秒。

因此,在突发情况下,驾驶员的观察、反应需要至少0.6秒时间,这对于每秒几十米的车速来说不容小视,关键时刻刻不容缓,务必时刻保持精神高度集中,尽量缩短反应时间。

另外可以看到,制动器制动力的上升是十分迅速的,0.10.3秒就可达到最大值,值得注意的是在达到最大值之前就可以抱死车轮

 

现在,阐明一个观点,这也是事实:在制动过程中,发动机并不总是具有制动效应的。这个观点看似与目前普遍认可的发动机具有制动效应的观点相左,其实不然,这里面是有条件的,请仔细阅读如下分析。

假设在发动机输出轴与车轮之间存在一个扭力计,能够反映扭矩的方向,并定义发动机输出扭矩使车辆前进时扭力计方向为正值,并且将扭力计正值时认为发动机具有驱动力,反之认为具有制动力。下面进入分析。

发动机收油后在无外力影响情况下有一个转速自然下降过程,如下图(测试车辆为福克斯):


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下图为关电门时发动机转速自然下降曲线:


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当发动机与车轮连接的时候:

1)如果车轮下降速率慢于发动机转速自然下降速率,此时扭力计为负值,发动机呈现制动效应。

2)如果车轮下降速率等于发动机转速自然下降速率,此时扭力计为0值,发动机既无制动效应又无驱动效应。

3)如果车轮下降速率快于发动机转速自然下降速率,此时扭力计为正值,发动机呈现驱动效应。


对比图1和图2,可以看到收油门和关电门二种状态下发动机转速的下降速率是不同的,但是并非如同某些车友认为只要收油或关电门发动机马上停转,这期间的23秒时间占整个紧急制动时间的比例已经相当可观。

 

通常的减速制动过程中发动机转速下降一般都比轮速下降迅速,此时车轮反拖发动机转动,扭力计呈现负值,因此通常的减速制动基本上都体现发动机制动效应。另外,比较空档和带档滑行的距离也可以直观体会到明显的差别。

因此在日常驾驶中需要利用好发动机辅助制动的功能,尤其是下坡等特殊路况,利用好发动机制动效应具有更安全的行车、减少制动器磨损、热衰等诸多优势,因此一般的减速制动不应该踩下离合,直至拖档之前才踩离合。

一般的减速制动的普遍特点是:在干燥铺装路面上ABS不介入制动过程。

ABS大致的工作原理可参阅【高速紧急制动是否要踩离合之浅述ABS工作原理篇

在日常的驾驶过程中极少遇到人命关天的紧急制动。


在紧急制动过程中情况发生了质的变化。

所谓紧急制动,就是在危险来临之际大力、快速踩下刹车,使车辆在最短的时间内尽可能地减速或在最短的距离内停下。

紧急制动的特点是在干燥铺装路面上ABS会介入制动过程。通过ABS控制,有效缩短制动距离并保持车辆的可操控性。

紧急制动时如果没有ABS,则车轮将在极短时间内抱死,车辆失去转向功能并且制动距离延长,轮胎局部磨损。

下图是80Km/h时速时无ABS情况下的制动曲线:

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上图是在初速80Km/h下实测制动曲线, 可以看出轮速从22.2m/s下降至0只需约0.2秒,即车轮在约0.2秒时间内抱死。

在变速箱5档时,80Km/h时速对应发动机转速约2000rpm,该转速对应收油门后自然下降至怠速800转的时间2.15秒、关电门下降至0的时间约1.7秒,对比可知,如果发动机连接车轮,发动机转速在被强制下降的过程中非但毫无制动效应,相反会吸收一部分制动能量。

由于离合器存在打滑的可能,该吸收的制动能量被限制在离合器设计最大承载扭矩范围内,离合器在一定程度上起到了保护发动机的作用。

5情况完全符合上述3)的条件。所以,在收油门后的减速过程中,发动机并不总是呈现制动效应的。

 

车速80Km/h的紧急制动视频见http://v.youku.com/v_show/id_XMzYwMzM3OTE2.html

在视频中可以看到无ABS情况下轮胎在制动后0.5秒以内开始冒烟。


同样附着力以及足够制动力条件下,不同车速对轮胎抱死的时间影响不大,车速的改变仅仅影响车轮本身的旋转动能,与整车质量的惯性无关。

下图是不同车速下实测车轮抱死的时间曲线:

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图中反映出车速从40Km/h120Km/h,抱死时间仅仅相差0.05秒左右。

 

下面分析紧急制动过程中ABS介入的情况。

ABS根据不同的控制策略会有不同的实时控制状态,一般来说在侦测到滑移率超过20%的时候开始介入,介入以后的情况相对复杂一些。

下图是一张干燥沥青路面ABS介入的制动曲线:

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我们对上图进行动态分析:

由于ABS的介入,在车速呈线性下降的同时,轮速呈现一个加速度的正负方向变化,以波动的形式逐渐下降。

对应上图的轮毂加速度变化曲线见下图:

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如果离合器没有分离,则发动机与车轮在一定扭矩范围内呈刚性连接状态。


制动开始时,随着制动压力迅速增大,轮速迅速下降,从a点到b点的下降速率与无ABS状态基本相同,根据前面分析,这段时间内发动机已经没有任何制动效应,相反,发动机转速在制动力作用下被强迫下降,加速度达到负方向的最大值,因此发动机质量所起的作用是负面的。


那么,在轮毂加速度为正值的时候发动机是否具有制动效应呢?

到达b点时滑移率已经达到20%,轮胎已经具有真正意义上的滑动,此时必须立即放松制动压力,让轮速依靠地面摩擦力而迅速回升消除打滑。注意,这段时间起主要因素的是地面摩擦力,在地面的摩擦力作用下使前面已经降下来的轮速和发动机转速上升。此时发动机质量确实起到阻碍轮速回升的作用,但这时恰恰需要的就是轮速快速回升,所以,发动机质量在这个时间段所起的作用仍旧是负面的。


在地面附着系数较大的情况下制动器制动力尚有调整余地,但是当地面附着系数比较小的时候发动机的负面影响就会凸现(下面会分析)。

当轮速从b点回升至c点时,ABS系统侦测到滑移率已经降到10%,此时再次开始增大制动压力,轮速从c点往d点变化,这段时间的变化与ab近似。

之后重复上述过程,直至车速为零。

综上所述,可以看出,发动机的质量在整个紧急制动过程中所起作用都是负面的

 

下面,再来分析ABS对发动机产生的影响。

从上面的分析得知ABS的介入会造成轮毂加速度正负方向的变化,这对于整个传动系统都会产生冲击,所不同的是,当离合器分离的时候变速箱一轴受力端呈空载状态,内部啮合齿轮运动几乎不受阻力,因此能较快顺应加速度的正负变化,齿间受力较小。

当离合器结合的时候发动机(包括飞轮)的质量就加入整个传动系统,此时变速箱齿间以及发动机都将承受较大的冲击。

由于离合器摩擦片在承受设计最大扭矩的时候会产生打滑,这将冲击力限制在一个范围内,在一定程度上保护了发动机和变速箱免遭损坏,但不可否认,这种冲击力是确确实实存在的。

我们来估算一下这种冲击力有多大,发动机的质量是否属于“杯水车薪”般的可以忽略。

以我的福克斯2.0为例,发动机的最大扭矩为180Nm,就是说与之配套的离合器在承受180Nm的扭矩时不会打滑,否则就不能传递发动机最大扭矩,由于缺少厂家资料,这里估算离合器设计扭矩应该在200Nm以上,以200Nm为例。

下面是对应图7的制动器制动力变化曲线:

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可以看到,在制动里开始上升后的0.15秒时间内,离合器将面临近1500Nm的冲击,此后又将承受约500Nm的加速度正负方向的变化冲击,如果离合器产生打滑,说明至少有200Nm的扭矩被加到整个传动系统包括发动机,而如果离合器分离,则发动机将免遭冲击,同时变速箱由于处在空载状态而使实际吸收的冲击力大大减小。

再来看看200Nm占整个制动力矩的影响比例:

9可以看出,ABS介入后制动力峰值在1600Nm左右,如果叠加发动机的负面影响,其峰值将上升至1800Nm左右。此时如果设计制动力不够充盈或踩踏刹车力度不够,有可能削弱加速度负值的变化,也会延缓ABS介入的时间。

同时,ABS介入后制动力谷值在800Nm左右,这段时间是地面摩擦力起主导作用的时候(让轮速回升),如果加入发动机质量的负面影响,其谷值将下降到600Nm左右,这在良好路面上还没有问题,但是如果路面附着系数较低,这个影响就会显现,譬如当路面条件使得本来制动力在100Nm的时候轮速就能回升,叠加发动机负面效应后制动力将下降为零,其结果就是轮速的回升速率将完全取决于地面摩擦,这个轮速回升消除打滑的时间段就会延长,因此在湿滑路面上踩离合与否的影响就可能增大。

结论:

高速紧急制动时离合器不分离时

1.      发动机产生的都是负面影响,额外增加制动器负担。

2.      ABS对整个传动系统产生较大冲击,其冲击扭矩在200Nm左右(保守估计)。

3.      在低附着系数道路上可能使制动距离进一步延长。

4.      在干燥铺装路面上制动距离没有明显差别。

因此,千钧一发的紧急时刻,在快速、大力跺死刹车的同时,请尽快踩下离合,双手撑住方向盘,双脚双手用力将后背紧靠座椅,防止身体在巨大惯性作用下前冲,毕竟安全带是被动防护,主动防护才更好。

有车友质疑用户手册中MT车在紧急制动时要同时踩下离合的“同时”一词,从上面的分析中可以看出,能够做到“同时”无疑是最佳状态,用“同时”一词是绝对精准的,做不到那是你的错,先踩离合弊多利少,那么怎么踩,你看着办。

最后说明一下,本文引用的图片资料中大部分摘自国外科研机构的研究报告,资料中ABS动作频率较低,与目前福克斯每秒10次左右的频率略有差异,但较低的频率其测试曲线也相应直观,并不影响我们做出分析判断,因为ABS的基本原理都是一样的。随着技术、工艺水平的提高,ABS的动作频率也在不断提高。渔夫感受,2010购自北美的马6睿翼,其ABS动作频率已经很高,脚底已经没有突突的感觉,代之一种粗糙的、略微麻麻的感觉,伴随均衡的反弹力量。希望今后能有新版本的研究报告公布。

德国博世推出的动作频率达到200次的ABS也已经面世,其控制滑移率的能力已经接近完美的程度,制动距离进一步接近极致,可以认为,在这样的控制状态下,我们有理由相信任何专业车手的降档法都无法与其媲美。

参与讨论这个话题已经很长时间了,渔夫准备总结一些具有代表性的主张高速制动先踩刹车最后再踩离合的理由,会在后面的楼层逐步汇总分析。

特别要提示的是,本帖讨论的内容关乎如何在紧急情况下驾驭车辆,安全事大容不得马虎。渔夫希望以客观、真实、全面的态度面对问题分析问题,尽可能地用数据说话,尽可能地不要想当然,更勿信口开河给别人戴误导、害人之类的帽子,因为说这话的时候有可能自己恰恰才是真正的误导者。

欢迎持不同意见的车友前来讨论,希望通过摆事实、摆数据、讲道理,让更多的车友得到正确的认识。

本帖保留补充、修改的权利。

最后编辑于2012-04-05 16:25:42
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