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汽车刹车踏板到底是如何工作的？一个视频弄懂汽车制动系统
汽车刹车踏板到底是如何工作的？一个视频弄懂汽车制动系统
**一句话概括：**视频从传统液压制动和线控制动讲起，解释刹车力如何产生、轮胎如何通过地面摩擦让汽车减速，并说明 ABS 如何兼顾制动效果与转向能力。
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**传统液压制动的工作流程：**踩下刹车踏板后，踏板作为杠杆传递并放大脚力；真空助力器进一步放大力量；随后液压系统推动刹车油流向车轮，使刹车片夹紧刹车盘（或推动鼓式制动器的刹车蹄），通过摩擦让车轮减速。视频指出，发动机未启动时真空助力可能不足，刹车踏板会明显变硬。
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**刹车力为何能远大于脚力：**放大作用来自踏板杠杆、真空助力器和液压系统。视频举例，若三者分别放大约 3 倍、5 倍和 10 倍，总放大倍数为 150 倍；脚施加 300 牛，最终可产生约 45,000 牛的制动力，约相当于 4.5 吨力。
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**线控制动的工作流程：**踏板仍由驾驶员踩下，但传感器将踏板行程或力度转成电信号，控制器计算所需制动力，再驱动伺服电机操作液压系统。踏板与制动执行机构不再依靠传统机械链路直接相连；为了让驾驶员感受到阻力，系统会模拟踏板回馈。
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**线控制动的优势与冗余：**视频提到其响应时间可从传统系统约 500 毫秒缩短到约 100 毫秒，也便于能量回收、减轻重量和体积，并对各车轮进行更精细的控制。电子系统存在故障风险，因此需要安全冗余；视频以涉事车型为例，介绍了双链路和断电后切换到机械液压制动的设计思路，后者缺少真空助力，操作会更费力。
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**踏板力度与最大制动力：**视频称，按照其所述国家标准，获得最大制动力所需的踏板力不得超过 500 牛。传统液压制动的踏板力上限通常约为 400–500 牛；线控制动约为 200–300 牛。超过系统达到最大制动力所需的力度后，继续加大踏板力不会进一步提高制动力。
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**汽车如何靠轮胎与地面的作用力加速或减速：**轮胎滚动时，接地点的平动速度与转动速度相互抵消，近似没有相对滑动。驱动轮加速时，轮毂带动轮胎变形，接地点有向后的运动趋势，地面摩擦力向前；制动时，车轮转速下降，接地点有向前的运动趋势，地面摩擦力向后，从而使汽车减速。
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**车轮抱死的风险：**车轮抱死后，轮胎只在地面上滑动，驾驶员难以通过前轮控制方向；各车轮制动力或路面条件不一致时，车辆还可能偏转或打转。因此，紧急制动时不仅要减速，也要尽量保留转向能力。
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**ABS 的作用与控制方式：**ABS（防抱死制动系统）通过车轮转速传感器监测车轮状态，并反复调节液压，让刹车片松开、夹紧，避免车轮持续抱死。这样既能保留转向能力，也有助于维持较大的轮胎制动力。
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**滑移率与制动效果：**视频将滑移率定义为
滑移率 = (V₀ − ωR) / V₀ × 100%，其中 V₀ 是车辆速度，ω 是车轮角速度，R 是车轮半径。纯滚动时滑移率为 0%；车轮抱死、纯滑动时为 100%。视频给出的较佳制动范围约为 15%–20%，此时轮胎仍在滚动并有一定滑移，地面制动力通常高于抱死后的纯滑动状态。 -
**ABS 如何估算车速：**系统可用霍尔元件传感器检测车轮转速：齿圈随车轮旋转，使磁场周期变化，传感器据此产生电信号，计算角速度。车辆速度则可参考未抱死车轮的转速；若车轮状态不可靠，还可结合惯性传感器测得的加速度并积分估算速度，再据此计算滑移率并调节制动压力。
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**视频对踏板断裂事件的态度：**视频没有断定事故原因，而是建议等待国家三部门联合调查结果。作者强调，制动系统的各个环节都关系安全，事件的调查结果对汽车行业和汽车媒体都具有警示意义。
▸ 原始转写文字稿（12559 字符）
各位同学大家好 我是李永乐老师最近汽车圈简直炸了起因是董车D在10月8号发布了一段汽车的测评视频百万级超豪华MPV遵戒V800紧急制动的时候三辆车的刹车踏板全都给踩断了那事后江淮汽车的股价跌去了100多亿厂家后来发布了一个报告称经过专业的测试没有发现断裂虽然事件过去了整整一周但是热度是有增无减终于在10月15号的晚上国家三部门宣布将会对世界进行联合调查我相信最终真相一定会水落石出各位小朋友不妨在稍加等待这两天无数的小朋友跟我说赶紧讲一讲这件事的科学原理吧我想作为一个物理老师那我就来讲一讲刹车的原理以及刹车过程中经常会用到的ABS系统在等待真相的过程之中了解一点汽车的刹车知识也是不错的选择我们今天就来讲一讲刹车系统这个刹车的系统它其实也是在不停的进行变化的比如说我们传统比如说10年以前20年以前这种刹车系统一般我们称之为叫液压制动系统液压制动系统那么这个系统是怎么工作的呢简单来说就是你要用力踩下这个刹车的踏板然后这个踏板就把这个力传递给一个杠杆传递到一个杠杆上然后这个杠杆再把这个力传给一个真空助力泵真空助力通过这个真空助力来放大你这个力然后再把这个力传递到一个液压系统中这个液压系统这里边的油刹车油就通过管路流到了各个轮子旁边的这个刹车片这个位置这个刹车片跟这个刹车盘相互摩擦就把这个轮子给刹停了就传到了车轮是吧就是这么一个流程咱们通过一个这个图来给大家说一说首先这有一个踏板这个踏板它实际上就是一个杠杆是吧上面有一个轴然后你的脚踩到底下给它一个力F是不是然后这个踏板中间有一个连杆这个杆就把这个力传递到一个叫做真空助力泵的这么一个装置这真空助力泵到底是干嘛的呢真空助力泵可以把你这个力放大它怎么放大的就是说你没踩刹车的时候这个泵的左右两侧真空助力左右两侧它其实都是真空都是真空但是你一旦把这个刹车踏板踩下去那么左边就会和大气连通了左边一和大气连通之后这个大气就进去了于是它就会帮助你往右边去踩这个岗是不是所以你的力就被放大了说这个真空是怎么造成的就是你点火之后这个发动机就可以把这里边的这个气体给抽走就造成了真空助力是吧你踩左边就有大气右边没有大气就给它压下去了你不踩的时候两边都是真空它就没有这个压力是不是所以咱们会发现如果说你这个汽车不打火的话你那个刹车你是踩不下去的为什么呢因为它没有这个真空助力你不打火的时候它两边这个都不是真空所以它没有真空助力你就踩不动是不是好然后这个力继续往前走继续往前走就进了一个液压装置这个液压装置整体来讲的结构还比较复杂我们这简单的画一下大概的意思就是你把这个力通过一个杆连接到一个活塞上然后这个活塞往前挤然后这里边就有一些刹车油对不对刹车油被你一挤怎么着呢就通过这个管路流到四个轮子这个四个轮子它都有这个刹车片是吧都有这个刹车片这个刹车片跟这个刹车盘之间有一定的空隙然后你这个液压装置一挤它它就把这个刹车片给夹住了是吧这个刹车片就会去夹这个刹车盘一夹就把这个车轮给夹住了让它停下来对吧当然这种刹车我们称它为碟式刹车碟式刹车碟杀另外还有一种刹车叫骨式刹车骨式刹车反正也差不太多大概意思是刹车盘然后它里边那个刹车片是这样的环状的中间连一个液压装置当你这个液体过来了之后我这么一挤它就会把这个刹车片往外边挤它一往外边挤就跟外边这个盘就顶住了于是就使得这个盘转不动了而这个刹车盘是固连在轮胎的轮毂上的所以就把这个轮子给停下来了这种就叫做所谓的骨刹是吧好那我们再来看一遍首先你加一个力在这个踏板上踏板这有一个杠杆对吧这个杠杆把这个力传给真空助力泵经过放大传递给液压系统液压系统把这个力通过这个刹车油传递到这个刹车片上最后再传递给轮子就可以了这就是一个整个的液压制动系统那么同学们可能会有疑问说我脚踩这个力它也就是几百牛对不对几十千颗力那你怎么最后就能把两三吨重的这么一个汽车给它摁停下来呢这个原因是因为我们经过了逐击放大你比如说第一次踩的时候你是有一个杠杆的放大的咱们看这里面你的这个是个点是支点是吧我们假设这个长度是三份这个长度是一份那么根据动力乘动力币等于阻力乘阻力币你第一次踩的时候它就放大放大了三倍对不对然后你不还有一个真空助力泵吗真空助力呢你可能也放大了比如说假设放大了五倍是吧然后你又进入了这个液压系统这个液压系统我画的好像左边大右边小一样它实际上是反过来的实际上液压系统传递的是压强是在左边的时候它面积小到了这个刹车的刹车片这边它的这个液体的面积比较大所以你这个力又会被放大你可以放大到十倍二十倍咱们假设是你放大小一点放大十倍好吧那么你放大三倍放大五倍放大十倍最终你一共放大多少倍那显而易见就是三乘五再乘十就一百五十倍对不对那么假设说你的脚踏力一共是多少牛这个脚的力我们假设是三百牛就是三十千颗粒对不对那么最终的这个刹车力有多大那不就是它的一百五十倍吗最后就是四万五千牛对吧三百的一百五十倍不就是四万五千牛四万五千牛是多大大约相当于4.5吨力对吧就是4.5吨的物体的重力那么大的力所以我之所以踩一脚我的脚可能没有那么大劲但是最终会产生很大的这个刹车力是因为我们进行了足迹的放大这个就是传统的液压制动系统但是现在新能源车出现之后就是还有很多传统的车它也做了切换这个液压制动系统其实有不少的缺陷为了改变这些缺陷人们就发明了利用电子化的方法实现的这种刹车系统就称之为是线控系统那么下面我们就来说一说这个线控刹车是什么意思这个线控刹车这线控的意思可能指的是电线是吧就是它实际上这个刹车信号不再是通过你这种机械的传动你踩踏板然后有一个杆然后有一个真空助力然后有一个叶它不是这样直接连过来的它不是是吧而是什么呢而是通过一种电子化的方法通过电信号传递过去的那么它的结构是啥呢首先吧它肯定还是有一个踏板你肯定还是要踩刹车踏板对吧你踩完刹车踏板之后刹车踏板肯定还是有一个杠杆这一点它是没有区别的再往后这个线控刹车它是没有真空助力的那它有什么呢它首先有一个电子的传感器这个传感器干什么呢就是来感受你到底用多大力在踩我这个踏板是吧你踩的多深你用了多大的力它会说如果你踩的越深你用的力越大就表明你越想刹车那我就给后面提供更大的刹车力对吧就是说电脑系统它会进行判断你到底用多快的速度多大的力去踩这个刹车它会进行判断那么当然了既然你是一个电的这样的一个系统是吧我的脚就感受不到像刚才的这种什么真空助力什么回弹的这种感觉那怎么办呢为了让你的脚能够有所感觉不要让你感觉到这个脚是全空的对不对所以它会给你的脚一个模拟的回弹模拟的回弹力什么意思呢就是说你这个脚踩上去了之后那个杆本来是不需要你是感受不到液压的对不对所以你的脚其实很轻的力你就可以把它板踩下去但是它为了让你的脚能够有所感觉你可以控制你的脚踩的身材的浅所以它给你用一系列的方法让你的脚感受到一个力那这个力有多大是它自己可以控制的是吧相当于你的脚是踩到了一个控制器上踩到了一个模拟机上踩到了一个游戏机上对吧那么你踩的越狠它就会感受到你越想刹车你踩的越轻它就知道你越不想刹车但是不管你是踩的轻踩的重是吧你这个力都没有直接传导到液压系统中而是传给了电脑的传感器了然后这个传感器把这个信号再传给一个电脑刹车的这个电脑电脑经过计算判断出来你到了多大的力了然后怎么着电脑再给一个伺服电机发送一个信号这个电机告诉电机说现在这个车主他要使多大劲来刹这个车你就给我控制液压吧然后这个电机就对这个液压系统就对这个液压系统去施加一定的力等于说是你的脚控制了传感器然后给电脑信号电脑告诉电机是电机来踩这个液压它就不是你的脚直接机械去连接了大家听明白这个意思了吗就叫做线控刹车好吧然后这个液压后面的结果都是一样的这个液压还要把这个刹车油传递到这个刹车片上最后再传递到这个轮子上对吧这就是一个整个的一个过程所以后面是一样的那有人说我们能不能不用刹车油这就是下一代的线控刹车了咱们现在大致上大体上的线控刹车还是采用了这种模式就是前面这一半它把你的踏板和这个液压机它给它分开了对吧它通过这种电信号来传递它没有机械的连接但是后面它还是使用了这种刹车油的这种方法来这个控制这个这个汽车轮子的这个刹车的那么大家知道吗现在线控刹车大概有多少大概有60%就是现在你买汽车吧60%的车就现在市面上跑的加用汽车60%都已经是线控刹车了你要买新能源汽车吧那可能有更高的比例在都基本上都是线控刹车那线控刹车为什么好呢它比这个传统的这种液压的这种制动系统它有什么好处呢第一个就是它的响应的速度快响应速度快为什么响应的速度快呢因为传统它是靠机械装置机械装置越长响应的越慢毕竟这个机械装置它可以压缩对吧我这边挤过去你那边还没反应它有一定的时间一般来讲从你踏下踏板到最后这个制动力传递到轮子上大概需要500毫秒就0.5秒这0.5秒的时间还是太长了对于现在的这种尤其是电车是吧它要自动驾驶什么的0.5秒的时间对它来讲影响非常非常大所以我们用了这样的一个系统它减少了整个机械传递的路径所以就造成它的这个响应速度变快了多快现在大概可以达到100毫秒未来可能还会更短一些对吧那么它的第二个优势就是它可以进行了电能的回收我们知道现在有很多汽车刹车的时候它可以回收动能它把这个动能变回成这个电能存在电池里边对吧如果说你采用这种传统的液压制动系统它一踩下去直接到轮子了你就不给这个电控任何的机会了所以你现在使用这种方法中间我可以把一部分能量给电控系统让它这个把电能给回收过去是吧这是第二个优势那么第三个优势就是它比较轻便大家看它有一个很大的优化就是它把这个真空助力给去掉了这个真空助力是很大的是吧那么你对于电池来讲它每一分重量它都是不想要的是吧它都想轻一点所以你把这个真空助力给去掉你可以节省很多的空间还有重量是吧还有一个就是可控这个可控什么意思呢就是你可以用电机对不同的轮子实行精细化的控制所以你的操控性就比原来的这种刹车系统可能更好一些是吧当然了这个线控系统有它的好处也有它的一个风险什么风险呢就是它的安全冗余安全冗余啥意思大家想一想机械装置可靠性比较高我脚只要踩下去只要你这个油路没有出现问题你这个杆不断裂那你整个的杀系统肯定是可以工作的但是电子的系统它会死机对不对咱玩电脑都知道电子系统它会死机那你万一死机了你前面狂踩结果你这个传感器也不好使电脑也不好使了电机也不好使那最后刹车不就废了汽车不就撞上了吗怎么办呢现在的汽车基本上都有安全冗余你比如以这个尊介V800为例尊介V800首先它是有双链路的安全冗余双链路双链路冗余什么叫双链路冗余就是如果这一套系统一套电子系统出现了问题传不通了它会有另外一套备用系统来把你这个刹车力传给这个液压系统最后可以让这个轮子停下那如果说这两链路全都完蛋了怎么办是吧现在呢国家要求如果两个链路全完蛋了你必须还能够切换回是吧还有一个备用的切换回什么呀机械的这种液压装置机械的液压制动你能切换回接机械液压说我咋切换呢它都没有它有它只不过呢是没有这个真空助力就是说一旦你这个电呢全断了它就会通过一些方法把你这个机械装置给你连起来它就有这种方案就是平时有电的时候它机械装置不连但是如果说你突然间没电了所有系统都完蛋了那么它就会把机械装置连起来它只是没有这个真空助力所以呢所以如果所有都完蛋了你去踩它还是能停下来只不过特别费劲因为你少成了一个5对吧所以你就不需要使这个哪里原来是300牛你那边上1500牛你才能把这个车给停下来对吧当然这种情况出现的是比较少这只是它的一个安全荣誉好这就是线控刹车它的一个特点那么下面我们要解答一个问题不管是液压制动系统还是线控刹车是不是说你刹车踩踏的这个踏板的力越大你刹的就越狠呢就是我们问这个踏板的这个力这个踏板刹车踏板的力到底有什么样的一个特点正常来讲在一定的范围内的确如此你刹车力越大你通过这个机械装置传到后面的力越大你最后就越停是吧或者是这个你线控的这种方式你刹车力越大传感器感知越大它告诉电脑电脑也会给后面更大的力确实是这样但是呢它不能无限大你比如说我说你必须达到1万牛你才能把车获得最大制动力那人所有人都踩不出来是吧那你这1万牛的力就没有任何意义了所以国家是有一个标准的这个国标是什么呢这个国标就是这样的他说呀如果你获得最大的制动力最大制动力那么此时你的脚踏力你这个F脚这个力它是不能大于500牛的就是说不管你是什么车你是液压制动系统还是限控刹车只要你达到了500牛的刹车力那么你这个汽车必须以最大制动力进行刹车所以说一个正常人是吧你只要使劲踩你保证能获得最大制动力这是这个国家标准的要求你不能搞得太大你说那我就猛踩我踩到1000牛行不行没问题你可以踩到1000牛但你踩到1000牛你所获得的刹车力跟踩到500牛是一样的原因是什么呢因为国家要求你只要踩到500牛以上是吧那么他就已经获得最大制动力再往上了踩没有用如果是这种机械装置你再往上了踩你就是在跟这个液压死磕对吧也没有什么用第二就是如果你是限控系统你踩的特别大电脑也会判断你就想击杀我就给最大制动力就完了是不是我不管你是500牛600牛700牛还是1000牛是这么回事是不是当然了咱们说现在的这个汽车如果说你是液压的这种情况液压的制动系统的话那么一般来讲你的这个上限F角它都是在400牛到500牛之间是吧就是这个上限有的车可能是400牛有的车可能是500牛基本上都在这个范围内但是如果你是一个线控的制动的话线控的刹车那么这个数值反而还会更小一点它这个角的力大概就是在200牛到300牛之间就是你超过了这个数就没有用了你超过了这个数之后不管你是500牛1000牛还是1500牛你所获得的最大刹车力都是一样的是不是当然咱并不是说在这种情况下你不能蒙踩你完全可以蒙踩比如说你遇到了一个紧急情况你就蒙踩踩到1500没问题是吧你是可以的你站起来踩没问题但是你不管怎么踩只要你超过了这个数那肯定就已经获得最大刹车力了是吧我们并不需要去拼了命的把吃奶的劲都使上去踩刹车好这个就是我们对于刹车系统的一个介绍但是我们还少了一步什么一步呢就是你刹车片你把这个轮子给转住了是吧那为什么车就会停呢有人说废话轮子不转了它不就停吗还真不一定我们还得去研究物理学研究研究这个刹车力最终怎么通过轮子把这个车给按停的咱们继续我们第二个要讲的问题是这个车轮的摩擦力车轮它的摩擦力我们刚才已经知道了这个通过这个刹车片和刹车盘之间的摩擦我可以让这个轮子转动的慢一点是吧我就可以让这个车停下来了但最终让车停下来其实是地面的一个摩擦力因为你最终必须在地上停下来对不对那我们就讨论一下这个地面的摩擦力是怎么给这个轮子的咱们来看假如说我们这个车正在正常的行驶正常的行驶咱们说是正常匀速行驶正常匀速行驶匀速行驶的时候我们既不加速也不减速什么情况呢大家看这是地面这是轮子轮子在地面上匀速行驶那么轮轴它就会往前有一个平动速度V0这个V0跟这个汽车的速度是一样的但是轮子是在转所以它同时还有一个转动的角速度叫ω角速度是角的速度单位时间内转过的角度是吧那所以咱们来看一下这个轮子它和地面的接触点它的运动情况是什么样就这个点轮子和地面的接触点一方面来讲它随着轮子有一个向前的运动速度V0另外它有一个向后转动的速度咱们学过中学物理的都知道这个向后转动的速度是它的角速度乘以半径半径是R车轮半径R所以它有一个往后的运动速度ωr这是转动造成的对吧它既有平动又有转动所以这个点它的速度实际上是向前的平动速度和向后的转动速度的合成那么你正常匀速行驶的时候因为你贴着地面往前面滚动你没有滑动所以这两个速度其实是一样大的也就是说在正常行驶的时候V0减去ωr它是等于0的此时车轮与地面的接触点是没有相对运动的此时也不存在摩擦力好这就是正常匀速行驶的时候车轮的一个情况那么假如说我们让这个车我们让它加速加速怎么加我一踩油门是吧通过一些方法我让这个车轮转得更快了大家注意我可以通过轴把这个动力传到车轮的轮毂上让这个车轮转得更快但是这个力它是在轮毂的内心出现的它里边开始加速了但是这个轮胎它跟地面接触它可能还没有加速大家想是不是这道理就它里边已经开始加速转了对吧它的这个角速度是变大了但是它外边那层轮胎它还没有加速所以会造成什么效果呢大家看这是地面这是地面这是这个轮子然后它里边的这个轮毂是吧它已经开始加速了就是里边的这个它转的已经比较快了它转的比外边这个轮子快所以大家想这个轮胎是不是有点拧劲大家能明白这事吗就是它里边转的更快外边这个轮子还是在原来速度转所以它有点拧劲因此这个轮胎吧会有这样的一点点的行变我画的夸张一点让大家看得清楚一些是吧它会有这样一点点行变有这样一点点行变会怎么样呢大家看底下接触地面这个点被上面拽着想加速但是地面的速度它没有那么快对吧于是底下这个点它相对于地面是有一个往哪的运动的能看出来吗它是不是有一个往后的运动速度V箱是不是因为什么因为它里边转的快它就把这个轮子往后面拽对吧所以这个点它相对于地面就有一个往后的速度或者你也可以这么说因为它有一个向前的V0和一个向后的ΩR而这个ΩR在这个轴的作用下它会加Ω一加你就会发现向后的速度比向前速度快轮胎就有一个相对于地面的向后运动趋势那我们根据这个摩擦力与相对运动反向你遇到一个向后的一个运动趋势就会有一个向哪的摩擦力是不是有一个向前的摩擦力对不对所以结论就是一旦你这个车车轮你要加速你就是让中间那个轴转的快一点这样一来你就会发现这个接触地面的点相对速度是向后的而这个摩擦力就是向前的也正因为如此这个车它就会加速这就是车加速的原理那我们车刹车是不是就明白了是不是咱们说刹车吧咱说这个刹车又分为两种情况第一种情况是说我们直接把车轮爆死让车轮不滚动就直接往前滑你直接往前滑这就比较简单了这就是我们初中所学的是吧相对运动你往前运动我就受到一个向后的摩擦但是一般来讲大家不会这么干我们会让这个汽车慢慢的减速让这个轮子慢慢停下来是吧即便是我要急杀我也会使用ABS系统让这个轮子边滚边滑是吧我们轮子慢慢减速不要一下子减下来所以刹车的时候这个Omega是减小的那么我们根据刚才类似的观点大家看是吧这个轮子在减速的过程之中中间那个轴它是先减的中间那个轴它先减速它转的慢但是外边的那个还转的比较快所以中间这个转的慢它是不是就这样带着外边的这个轮子了是不是因为它转的慢这个外边的轮子在这狂转转的快往里边这个轴转的慢所以外边轮子超前它变这样变这样之后你就会发现里边那个轴它往前拽轮子所以这个轮子它相对于地面的这个点它的速度是向前的因为它向前所以它的摩擦力就会向后对吧摩擦力向后所以这就是我们刹车的原理就是因为接触地面那个点微箱是向前的所以摩擦力就向后是吧综上所述正常形式来讲理论上地面不给你摩擦但实际上也有为什么呢因为你这个轮胎橡胶的跟地面之间有附着你一撕开的时候它也会有一定的阻碍对吧还有你这个轮胎你要行变你要生热你都是有阻碍的但是我们从这个宏观上看我们可以忽略那个的话那就没有阻力但如果你加速或者减速的话这个力就比较明显了你只要你让这个轴Omega变大那么它就会效到一个向前的摩擦这个向前的摩擦就会使得汽车加速你只要让这个Omega减小那么它就会使得这个轴减速然后你就会受到一个向后的摩擦对吧就会使得汽车减速好这就是汽车这个轮胎的摩擦力是从哪来的那我们下面要讨论一个问题汽车转弯是怎么转的咱们看汽车的这个转弯说为什么你要讨论汽车转弯呢因为它跟我们后面要讲的ABS系统很相关汽车转弯是怎么转的呢我们说汽车转弯你把方向盘一掰不就行了吗是不是是的我是问的问题是方向盘掰了它为什么就能转有人说废话当然能转你得从力的角度来考虑是不是谁使汽车转了地面的摩擦力地面的摩擦力使它转的你怎么样给我解释清楚地面摩擦力为什么使它转弯它是这么个道理我们看这是一个车的框架车往左边开咱们假设这个车它的轮胎往这边转了这么转是吧往这边转这前轮后轮还是直的好这个车是往这边走的我现在就问这个车它现在为什么会转弯原因是大家想一想首先前轮它每一个轮子都会有一个向前的平动速度跟车是一样的对不对跟车是一样都有一个向前的平动速度但是同时这个轮子不还是在转吗所以它在接触地面那个点它有一个向后转动的速度OmgR所以这个点它有一个这边的OmgR这边也有一个OmgR大家注意这OmgR是跟轮子的方向有关这个V0跟轮子没关系V0是跟车有关车往前走那这个轮子的轴它就往前走对吧然后它转动了这个速度OmgR它是跟这个轮子有关所以我们就会发现这个接触地面的点有两个速度它一合成平行四边形法则对不对你就会发现它的相对速度是这个样子好这两个轮子接触地面的点相对速度都是这样的那么根据摩擦力与相对速度方向相反那摩擦力不就往这边摩擦力往这边会怎么样那汽车不就转弯了吗对不对所以汽车之所以转弯还是因为它跟地面之间有相对速度对吧有相对运动正是因为有相对运动所以你才会转弯是吧当然你得慢慢转你要是不慢慢转的话汽车就会飘移是吧咱慢慢转它就会有这个效果了具体的原理跟我们刚才讲的其实差不太多是不是好但是现在咱们设想一种情况假如在这个紧急情况下我们看到前面有障碍物我们蒙踩刹车蒙踩刹车之后我还拼命的打方向假如这个汽车它没有装ABS系统这个刹车把我这个车轮给爆死了那么会有什么结果呢车轮就不动了对不对车轮就不动了车轮不动了之后还能不能实现这个效果呢大家想一想这是一个汽车的四个轮子这四个轮子我还想控制方向是吧所以我让这个前面这个轮子我也掰过来我为了躲避障碍物对不对但是现在你注意车轮已经被我爆死了所以没有任何一个轮子还在转动所有的轮子都只具有一个向前的速度V0对不对所以呢所以你甭管这个车轮是什么方向虽然它转了那也没用因为你所有的轮子都不动了你相对于地面就只有一个V0因此呢所有的轮子向后都有一个摩擦力F1F2F3F4对吧所以这回怎么样你无法控制方向就是说即便你是转轮子没用因为轮子不转轮子只要不转你转方向盘就是没用的就躲避不了障碍物所以我们说如果这个汽车是爆死的就会出现一个问题第一个问题就是它怎么样它无法控制方向它的方向已经不受控制了原因是你没有办法通过前轮来转向其实吧它还有一个问题还有什么问题呢就是这四个轮子的刹车力不一定一样大首先你这个车吧这四个轮子的载重它不一定一样其次它地面有可能不一样就会有滩水那块地面不一样所以这四个轮子的刹车力不一样四个轮子刹车力不一样你比如说吧假如这个轮子的刹车力它就特别大其他三个轮子刹车力比较小那这个车就转了对不对所以有可能会转圈它不光没有办法控制方向还有可能自己转圈所以有的时候你会发现假如在这个行驶过程中一个汽车没有装ABS然后猛踩刹车把车轮爆死这个车就在那狂转最后就会发生事故对不对不受控制的转圈还有方向也不可控它就会发生事故那么为了避免这些现象怎么办呢人们又发明了一种装置叫做ABS系统好我们来研究一下ABS系统这个ABSABS系统是德国的博士公司是吧他们发明的它叫什么系统呢叫做这个汽车防爆死系统防爆死什么意思呢就是我刹车的时候你甭管我多大力踩刹车踏板这个车轮它都不会被爆死车轮都不会被爆死它怎么做到车轮不被爆死的呢刚才我们说过刹车的过程中你应该是有这个液压你把这个力传递到这个液压装置了对吧然后这个液压装置你会传递到刹车片把这个力传到刹车片刹车片再把这个制动力传递到这个车轮车轮不就减速了吗对不对然后它在轮子旁边它添加一个传感器这个传感器叫做转动传感器就是我能够测量车轮的转动的一个情况我测量转动情况之后我就发现这轮子突然不转了不转了怎么办我就把这个信号告诉这个ABS系统告诉这个ABS系统让这个ABS系统怎么着去控制液压让液压松一点让它再转一会转着转着我就发现你转太快了怎么办我再告诉ABS系统ABS系统再去控制液压让这个刹车片再紧一点就是这样一松一紧最后我们就可以让这个车轮一会转一会不转最后停下来这个跟老司机他们开车是很像以前没有ABS的时候我们老司机都知道是吧刹车不能一脚踩到底你得点刹你要是一脚踩到底有两问题第一个问题是你没法控制方向第二个问题是你刹车距离也会变大对不对这个你现在有了ABS系统之后这个轮子还在转所以你转动前面的这个方向它也能够控制方向对不对所以它的第一个好处就是可以控制方向可以控制汽车的方向这是第一个好处是吧因为你轮子还在转你有那个ΩR它就能控制方向那么它还有第二个好处第二个好处是什么呀使得这个地面的摩擦力变大变大了之后呢就可以更快的刹车了是不是更快的这个制动有同学感觉奇怪了那我不是应该是报死的时候摩擦力最大吗那为什么它是一边转一边滑它摩擦力最大呢是的 是一边转一边滑摩擦力比你完全报死只滑不转它摩擦力要大这件事情我们得用一个图像来说明这就是它的这个地面的摩擦力地面给轮胎的一个摩擦力与这个所谓的轮胎的滑移率轮胎的滑移率之间的一个关系什么关系呢这滑移率啥意思滑移率移态是这么定义的刚才我们说汽车不是有个速度吗叫V0吗对不对同时轮子有一个转动的速度吗叫Omega R我把V0和Omega R做个差匀速行驶的时候是0那如果说你要是不转了那它这个数据变成V0我用这个差值我再除以一个汽车的运动速度V0然后乘以100%这就叫滑移率大家看一看华语率有什么特点如果你是纯粹的这个纯的这个滚动纯滚动你完全是不滑动那什么意思完全滚动匀速行驶那V0和Omega R是一样的那么这个时候移它就是0对吧我们说在这种情况下其实你是没有办法去获得制动力的其实还是有但是就是比较小那么另外就是如果你要是纯滑如果你要是纯滑动纯滑动的意思就是你完全没有这个Omega那这样一来的话移它就是100%对吧移它是100%是不是制动力最大不是我们画一个图像经过人们的研究你发现这摩擦力和这个移它的关系是啥样是开始先增大增到一定程度又开始减最后达到一定的值这个值就是100%那么如果我们想获得一个最大的一个摩擦我们大概在哪个范围内呢我们应该在大约15%滑移率到20%滑移率之间才行有人说这个我就不理解了你像左边是纯滚纯滚的话它跟地面的相对运动它可能没那么厉害是吧所以它可能就是摩擦力小那右边是纯滑它都蹭上了它为什么摩擦力也会变小呢这个主要因为如果你是纯滑动的话你完全不滚就存在地面上滑那么你轮胎和地面之间的摩擦力非常大就会造成轮胎就融化了对吧这轮胎也会融化的轮胎融化了之后它就构成了一层液体膜这液体膜形成了一个润滑剂的效果最后这轮胎就杀不住是吧所以你不能让它突然间地面上纯滑你必须要带滚带滑带滚带滑比例如何呢就是滑移率在15%到20%之间对吧那我怎么就知道你这个滑移率呢刚才我们说了我不是有一个转动传感器吗这个转动传感器可以测什么呢它可以测轮子的这个转动的Ω可以测这个转动的角速度是不是那你光知道角速度也不行你还得知道速度对吧你到底是怎么算这个滑移率的你再把滑移率算出来是不是那我们来说一说这个传感器到底是怎么做的传感器首先我们说第一个第一个就是我们要测量这个Ω测Ω一般来讲很多汽车使用的都是霍尔原件的传感器霍尔原件传感器霍尔是个人他发现了霍尔效应是吧那么利用霍尔效应我们可以制造传感器简单来讲上过高中的都知道霍尔原件是啥是不是简单来讲就是这样他在车轮旁边放一个磁铁然后磁铁旁边放一个霍尔原件放一个霍尔原件这个霍尔原件有一个特点如果你给他通上电流通上电流然后旁边加一个磁场他在侧面就会出现电压就是在侧面这个位置就会出现电压就他里边连一个是吧往外边再连一个他就会出现一个电压我们用电压表去测对吧他会有一个式数那么这个电压大小跟谁有关呢咱们说这个电压大小跟两个因素有关一个因素是磁场的强弱还有一个因素是电流的大小那么我们可以保证这个电流是不变的就上下的电流是不变的这样一来我就只跟磁场的强弱有关所以磁场强我电压就大磁场弱电压就小我可以探测这个电压磁场它为什么会变呢因为右侧它是在轮毂上安装了一个装置跟固联的一个装置这个装置就是一个齿轮金属的这种齿轮这个齿轮跟着车轮一起转在转的过程中有的时候这个齿轮的齿就朝着这个磁铁一旦朝着这个磁铁它就会被这个磁铁给磁化就造成磁杆嵌是这个样子那么这个磁场它就比较强那么如果你转过了一定的角度它这个磁它不朝着磁铁了那磁场就会比较弱对不对所以磁场一会强一会弱一会强一会弱电压就一会大一会小一会大一会小于是我们根据这一大一小的情况是不是我们就可以画出一张图了这个是电压随时间的图一会大一会小一会大一会小一会大一会小那我们就可以测量说你是多长时间你是多长时间会大一次我们还知道这个角度我根据这个角度和这个时间我们就算出你转动的速度了所以我就可以测出来这个Omega了对不对因此我们说测量转动的角速度我们可以用霍尔元价传感器那么还需要测什么才能知道华异律我还得知道这个V0对吧汽车的运动速度V0那么这个V0该怎么测呢我们说测汽车的速度V0测V0的方法也比较多那么其中有一种方法就是根据未爆死的车轮它的运动速度根据未爆死的车轮来进行测量我们知道四个轮子它一般不会同时爆死对吧咱们说我们ABS系统是一会儿爆死一会儿松开一会儿爆死一会儿松开对吧它是在没有爆死那个车轮它不是还在滚吗我就测量没有爆死那个车轮它的转动的角速度我用角速度乘以半径就接近于汽车的运动速度听明白了吗是吧你四个轮子一般不会同时爆死我就找那个没有爆死那个车轮转动的最快的那个车轮它的速度就接近于这个平动的速度好这是第一但是也有可能万一出现什么情况四个轮子都爆死了你怎么办所以现在人们还修正了这种方案又加了一条可以使用惯性传感器惯性传感器这个惯性传感器一般是用这个微电系统做的就是它里边可以根据这个里边的原件的运动测量出车的加速度你这个车在运动过程之中突然加速或者减速我就可以实时测量你的加速度我用加速度乘以时间进行积分我就能得到速度的变化对不对于是我就把这两条结合起来一个是未爆死车轮的速度一个是惯性传感器告诉我的速度我一结合我一算我就可以估算出这个速度V0了好我现在已经知道了较速度我又知道了速度我就可以算滑移率然后我电脑分析这个滑移率到底在不在15%到20%点如果不在我就让ABS系统控制液压去加紧刹车或者是松开刹车片让这个滑移率回到15%到21%点这样我就能够既控制汽车方向又使得摩擦力变大更快的制动了怎么样这ABS系统是不是还挺神奇的那么通过刚才的讲解大家应该已经知道了这个汽车刹车为什么一个小小的踏板就能够爆发出好几吨的刹车力在这个刹车力作用下汽车到底是怎么停下来的以及人们为什么要发明ABS系统这个中间每一个物理环节每一个零部件都必须要表现的绝对可靠因为在高速行驶的汽车上任何一个节点的冗余不够那么在物理学上无情的定律面前代价可能都是无法挽回的那有些小朋友还是不满意他们就一定要逼着我表态说这一次尊介V800这个踏板断裂事件到底是因为懂车地的测试太离谱还是因为尊介的踏板材料太离谱呢汽车工业的发展有100多年了从最早的拉钢丝线来刹车到博士发明ABS再到今天的智能化的线工系统这每一次的技术跨越每一次的标准的升级其实背后往往都会伴随着无数次的技术争名无论结果如何我相信此次事件必将会写入中国汽车的发展史我们不妨再等一等等待着国家三部门最终的联合调查结果因为这不仅仅是在给一款车型或者给一个媒体寻找真相更是在给整个正在飞速狂奔的中国新能源汽车行业还有汽车媒体行业补上了一堂关于安全与敬畏的公开课如果大家喜欢我的视频欢迎关注我的账号李永乐老师李永乐老师