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刹车平衡

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刹车平衡(英语:Brake bias或brake balance),或称制动平衡、制动力分配及刹车比,是指前轮胎和后轮胎之间的制动力比例,一般用百分比的方式表达。以一辆60/40刹车比的汽车为例,代表有60%的制动力施加于前轮,40%的制动力施加于后轮。调较刹车比的目的是确保前后轮的制动力处于恰当的比例(对于驾驶者而言),令汽车的制动力最大化,以及在紧急情况下,能确保车身的控制及稳定。[1]

对于一辆前置引擎的汽车而言,由于前轮承受较多的重量,因此会有较多的制动力被分配在前驱,这代表前轮会为汽车提供较大比例的制动力;后轮的制动力则主要为汽车提供煞车时的稳定性。因为重量转移的关系,汽车的重量在制动一刻转移至前轮,增加了前轮的牵引力,但过大的前制动力会导致汽车轮胎锁死、失控及打滑;过大的后制动力则会使轮胎锁死而变得难以控制。要达成合适的刹车比例需要配合多个因素,包括汽车的动态、重量分配、底盘设计、轮胎及路面/驾驶状况。改变刹车平衡的方式有很多种,包括改换各种刹车系统部件,例如刹车卡钳(brake calliper)、刹车盘(disc rotor)、液压系统(制动助力器)及比例阀(proportioning valve),或使用各种电子制动控制系统,例如电子制动力分配系统(英语:Electronic Brakeforce Distribution,缩写:EBD)等等。[2]

刹车比例与汽车操控的关系[编辑]

刹车时前轮胎或后轮胎锁死的先后次序,可用来釐定汽车是转向过度或转向不足,因此可以利用刹车比来釐定它是哪一种转向属性。对于一辆刹车分配偏后轮的汽车来说,重刹时后轮胎会先锁死,反之,刹车分配偏前的汽车,前轮胎会先锁死。两种锁死的情况皆会增加汽车打滑及失控的风险,也会导致轮胎消耗不均及刹车距离增加等不良情况。这对于汽车的操控很重要,因为它决定了汽车的转向的属性。后轮胎先锁死会导致汽车转向过度,前轮胎先锁死会导致转向不足。[1]

理想刹车比例的重要性[2][编辑]

改善刹车表现[编辑]

合适的刹车比能提升汽车于各种情况的制动效率及持续性,提升汽车的操控性之馀,又能够缩短刹车的距离。

提升刹车时的稳定性[编辑]

合适的刹车比除了提升刹车时的稳定性,在紧急的情况下,更佳的稳定性能使汽车避免发生意外。

改善汽车的操控性[编辑]

理想的刹车比能有效地控制汽车的重量转移,使汽车操控更平衡、更可预测。配合悬挂系统,令驾驶者对汽车的操控更有信心。

影响刹车比例的因素[编辑]

轮胎[编辑]

由于刹车效果是透过轮胎与地面的接触而达成,所以轮胎是影响刹车分配一个重要因素。当使用抓地力越高、黏性越高的轮胎,例如各种赛车轮胎,由于它们与地面有多接触面,所以能为汽车提供更大的制动面。由于制动力上升,刹车时会有更多重量转移到前轮,使后轮更轻。如果制动分配处于不变的情况,会导致前轮的制动力不足,后轮制动力过大,最后令后轮有锁死的情况发生。[1]

以下还有其他因素包括:[3]

汽车静态的重量分配:不同的重量分配,其刹车的比例也不同。

汽车重心的高度:重心越高,刹车时会产生更高的重量转移。

轴距:轴距越短,制动时有更高的重量转移。

其他汽车部件[编辑]

透过调整刹车系统中的部件能改变汽车的刹车比例,例如增加刹车盘、刹车卡钳的直径及刹车片的摩擦系数,能增加前轮或后轮的制动比率,反之亦然。[3]

使刹车平衡效用最大化[编辑]

当驾驶者进行循迹刹车时,汽车突然产生难以控制的侧滑,这代表后轮有锁死的现象。解决的方法是降低后轮的制动比率。当刹车时,驾驶者感受到方向盘受到阻力抗衡,这代表有前轮有锁死的现象(因为转向轮多在前轮)。解决的方法是降低前轮的制动比率。[4]

通过使用电子制动力分配系统(EBD)及防锁死煞车系统(Anti-lock Braking System,缩写:ABS),可有效控制刹车比例及防止轮胎锁死。ABS的功能就在于通过控制刹车油压的收放,达到对车轮抱死的控制。当车轮制动时,安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死,并将信号传给电脑,电脑会马上降低被抱死车轮的制动力,车轮又继续转动,转动到一定程度,电脑又施加制动,这样不断重复,直至汽车完全停下来。通过“抱死-松开-抱死-松开”的循环工作,车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。 

通常情况下,由于四只轮胎附著地面的条件不同,因此,汽车制动时,很容易因轮胎与地面的摩擦力不同,产生打滑、倾斜和侧翻等现象。EBD的功能就是在汽车制动的瞬间,分别计算出4个轮胎摩擦力数值,然后通过调整制动装置,达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配,以保证车辆的平稳和安全。

EBD主要是对ABS起辅助功能,提高ABS功效。重踩刹车时,EBD会在ABS作用之前,依据车辆的重量分布和路面条件,有效分配制动力,以使4个车轮得到更接近理想化刹车力的分布。因此,ABS+EBD就是在ABS的基础上,平衡每一个轮胎的有效地面抓地力,改善刹车力的平衡,防止出现甩尾和侧移,并缩短汽车制动距离,使得汽车的安全性能更胜一筹。[5]

另外,可以通过更换汽车的制动比例阀(brake bias proportioning valve)来调节制动比例。制动比例阀的作用就是调节前后制动器制动液压大小的分配,使汽车在制动时后轮不易产生抱死,防止侧滑出现。[6]

一级方程式赛车的刹车平衡[编辑]

车手刚开始踩下煞车踏板时,赛车的重心仍保持向前运动的趋势、从后轮转移到前轮。因此后轮对于煞车的作用不大,导致煞车过程的初期阶段,由于后轮对地面的压力不够大,所以很容易锁死。由于赛车重心在煞车后期阶段稳定下来,后轮这时能对煞车起到一定作用。意思也就是说车队必须在后轮锁死和放弃部分后轮煞车力之间找到折衷办法。车手对煞车系统最大的要求是在煞车的过程中仍然可保持车身的稳定,通常对于煞车力量的分布是前轮煞车负责60%、后轮煞车负责40%,这是因为在煞车的过程中车身重量分布与重心会因为加速度的影响而从后方移到前方 (这也是为什么你觉得煞车时车身会前倾的原因) ,如果采用50/50的煞车力量分布、后方轮胎的摩擦力会比较小 (因位车身后方的重量较轻) 这样会造成后轮煞车锁死的情况。[7]

与民用车辆大量使用电子制动力分配系统(EBD)的主动系统不同,F1赛车前后轮煞车力道的分配仅依靠一套被动系统来完成。像大多数赛车一样,F1赛车的煞车系统使用一个简单的扭力杆作用于两个液压槽,以便从前至后控制煞车力道。煞车踏板连接一个绕轴旋转的开关,开关两端都对著一个液压槽,一个负责前煞车,一个负责后煞车。开关改变煞车踏板两侧扭力杆的相对长度,就能产生前后煞车之间的不同力道分配。车手们可以利用方向盘上的旋钮来调整前后轮的刹车力道,他们甚至可以在驾驶的过程中更改前后轮煞车力道分配,尤其是在分秒必争的排位赛时,如此能为每个弯道取得理想的煞车力道设定。[7]

影响赛车刹车平衡的因素[编辑]

影响赛车的刹车比例有以下多个因素,包括:[8]

1.赛道情况:如果在湿地上,赛车前轮与地面的牵引力减少,车手因此会给予后轮较大的刹车力道以降低重量转移至前轮,从而避免前轮锁死。

2.油量情况:在比赛开始,燃油的重量可高达110Kg[9],由于这些燃油的重量会转移到前轮,增加前轮制动时的负荷,因此前轮的刹车力量需要提高。但随著燃油被消耗,可以将后轮的刹车比例提高。

3.弯度的类型:从200英哩/小时的直线道极速剧减到50英哩/小时的发夹弯、与连续弯道之间的的刹车比设置都有显著不同。当赛车在直道以非常高的速度触发制动时,赛车末端大部分重量会于短时间内转移至前端,因此需要增加前轮的刹车比例。当赛车经过连续弯道时,前后轮的制动平衡至关重要,因此前后的刹车比例不会相差太远。

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Rich, Opong. What Is Brake Bias & How Do I Adjust It?. [2023-08-15]. (原始内容存档于2023-08-15). 
  2. ^ 2.0 2.1 Colin, Dias. Brake Balance Secrets Revealed: What is Brake Bias and Its Impact on Braking Performance. 2023-05-01 [2023-08-15]. (原始内容存档于2023-08-15). 
  3. ^ 3.0 3.1 Tom McCready, James Walker. BRAKE BIAS AND PERFORMANCE. [2023-08-15]. (原始内容存档于2021-01-27). 
  4. ^ Insights for automotive enthusiasts: Brake bias and how it affects braking performance. 2021-07-02 [2023-08-15]. (原始内容存档于2023-06-02). 
  5. ^ 孔华. 常见汽车安全技术名词简释(上)ABS、EBD、ESP是什么?. 2006-03-01. 
  6. ^ 任军锋. 汽车制动跑偏原因浅析. 2010-10 [2023-08-15]. (原始内容存档于2023-08-15). 
  7. ^ 7.0 7.1 Hunter, Hsu. 深究F1賽車煞車系統. 2008-02-01 [2023-08-15]. (原始内容存档于2008-06-11). 
  8. ^ Josh, Smith. Smith's Fundamentals of Motorsport Engineering. ISBN 9781408527061. 
  9. ^ Lucy, Rimmer. Formula 1 cars have strict weight limits teams have to follow, but what's included in those limits and how much do the parts weigh? Find out here.. 2023-05-02 [2023-08-15]. (原始内容存档于2023-08-15).