Sind Reifen bei gleichem und ausreichendem ABS und ohne Berücksichtigung der Aerodynamik der einzige Faktor für den Bremsweg?

Ich hatte vor zwei Tagen meinen ersten Unfall (minimale Verletzungen, also mach dir keine Sorgen), und ich habe über viele verschiedene Aspekte des Fahrens und des Autos nachgedacht, wie zum Beispiel das Bremsen. Wäre mein Bremsen noch etwas weniger effektiv gewesen, wäre es eine ganz andere Geschichte gewesen.

Dies führte mich dazu, an Autos mit einer Entfernung von gut 60 Meilen pro Stunde bis 0 Meilen pro Stunde zu forschen, aber dabei behauptete jemand, es sei praktisch nur ein Reifenvergleich.

Also ist das wahr? Unter der Annahme, dass Bremsbeläge die Reifen und das ABS blockieren können und der Abtrieb ignoriert wird, liegt alles nur an den Reifen?

Um das Szenario zu spezifizieren, nehmen wir an, es ist eine einmalige (dh normale Temperatur) harte Bremse von 60 Meilen pro Stunde auf 0 auf Asphalt. Betrachten wir sowohl eine vollkommen glatte Straße als auch eine leicht holprige Straße. Ideen zu anderen möglichen Faktoren:

• Das Gewicht der Fahrzeugphysik sagt mir, dass die Reibung proportional zur Normalkraft ist, also denke ich, dass dies keine Rolle spielt
• Federungssteifigkeit - dies würde das Eintauchen der Front verringern, aber wirkt sich das überhaupt auf den Bremsweg aus?
• Rückprall der Federung - Ein schlechter Rückprall würde möglicherweise eine vorübergehende Sendezeit verursachen, wenn die Straße holprig ist. Wäre dies erheblich?
• Fahrwerkssteifigkeit - Würde ein Fahrgestell, das sich unter starken Kräften etwas stärker verzieht, zu einem Reifenhüpfen führen oder so?
• ABS-Qualität - Ohne EBD gibt es einen wesentlichen Unterschied in der Wirksamkeit von ABS zwischen Automodellen? Mein '94 3er BMW scheint nicht zu zittern wie der '02 Corolla meiner Eltern. Vermutlich kann das Schaudern ein kurzer Moment sein, in dem die Reifen rutschen oder die Bremsen lösen - beides wäre nicht großartig.

Ich weiß, dass EBD (Electronic Brakeforce Distribution) eine Hilfe sein könnte, aber ich kann das nur in eine andere Frage stellen.

tl; dr: Nein.

Diese Art von Frage zur Fahrzeugdynamik wird am besten von Racing Car Vehicle Dynamics beantwortet

Was folgt, ist eine grundlegende Diskussion auf der Ebene der High School Physik. Wie Sie dem Referenztext entnehmen können, reicht die Physik der High School nicht aus, um das gesamte Fahrzeugsystem statisch zu modellieren. Ein dynamisches Modell ist erforderlich, um mit leicht erhältlichen experimentellen Daten übereinzustimmen.

Unter der Annahme, dass Bremsbeläge die Reifen und das ABS blockieren können und der Abtrieb ignoriert wird, liegt alles nur an den Reifen?

Nein.

Das Gewicht der Fahrzeugphysik sagt mir, dass die Reibung proportional zur Normalkraft ist, also denke ich, dass dies keine Rolle spielt

Falsch. Masse ist der dominierende Faktor.

Ihre kritische Gleichung lautet hier:

wo

dist Ihr Bremsweg und wird, wie Sie sehen können, anhand Ihrer Beschleunigung a(in Ihrem Fall Verzögerung), Ihrer Anfangsgeschwindigkeit v_0und der Zeit definiert, die erforderlich ist, um die Geschwindigkeit Null zu erreichen t. Fist die Verzögerungskraft des gesamten Fahrzeugs und seines Bremssystems, während mdie Masse des Fahrzeugs ist.

Der Vollständigkeit halber: Um dies zu lösen t, verwenden Sie am besten die Energiegleichungen. Die obigen zwei Gleichungen reichen jedoch aus, um eine numerische Annäherung in der Tabelle Ihrer Wahl vorzunehmen.

Wenn alle anderen Dinge gleich sind, können Sie leicht erkennen, dass die Masse des Fahrzeugs das gesamte System dominiert. Wenn Sie nichts anderes ändern, hält ein leichteres Fahrzeug schneller an (höhere Beschleunigung bei gleicher Kraft). Zwei identische Autos mit einer unterschiedlichen Anzahl von Passagieren werden unterschiedlich schnell langsamer.

Experimentelle Bestätigung: All diese Diskussionen machen Spaß, aber die Festkörperphysik sollte mithilfe eines Experiments bestätigt (oder gefälscht) werden können.

Erforderliche Materialien:

1. Ein vollgetanktes Auto.
2. Ein gemessener Kurs für 60 Meilen pro Stunde Bremstests (dh eine gerade Strecke, ein Brake Here-Schild und 10-Meter-Markierungen).
3. Eine zusätzliche Ladung von 20 fünfzig Pfund Säcken Sand.

Verfahren:

1. Führen Sie zehn Bremstests ab 100 km / h ohne zusätzliche Last durch. Messen Sie die Entfernung, die erforderlich ist, um bei jedem Lauf anzuhalten. Beachten Sie, dass aufeinanderfolgende Läufe wahrscheinlich zu einem Ausbleichen der Bremse führen (der Abstand nimmt mit den Bremstemperaturen zu).

2. Tanken Sie das Auto auf.

3. Fügen Sie dem Fahrzeug 10 50-Pfund-Säcke Sand hinzu (für insgesamt 500 zusätzliche Pfund). Wiederholen Sie die gleichen Bremstests ab 100 km / h auf derselben Strecke. Beachten Sie die Bremswege. Beachten Sie, dass die zum Anhalten erforderlichen Entfernungen länger sind. Beachten Sie, dass Back-to-Back-Läufe zu einem immer stärkeren Bremsschwund führen (dh diese langen Bremswege werden viel schneller länger).

4. Tanken Sie das Auto auf.

5. Fügen Sie 10 weitere 50-Pfund-Säcke Sand hinzu (für insgesamt 1000 zusätzliche Pfund). Wiederholen Sie die gleichen Bremstests. Beachten Sie, dass die erforderlichen Bremswege viel länger sind. Beachten Sie, dass Back-to-Back-Läufe dazu führen, dass die Bremsen viel schneller verblassen (möglicherweise einen schrecklichen Zustand erreichen, da die Bremsen anscheinend nicht mehr funktionieren).

Fazit:

Wenn wir zu unseren ursprünglichen Gleichungen zurückkehren, können wir sehen, dass mit mzunehmender Zunahme die Entfernung dund die Zeit, tdie zum Anhalten erforderlich sind, deutlich zunehmen . Wenn Fes sich um eine reine kinetische oder statische Reibungskraft handeln würde, würden wir erwarten, dass sie linear mit zunimmt m, was zu nahezu identischen Bremswegen führt.

Da dies überhaupt nicht der Fall ist, können wir schließen, dass dies Fkeine idealisierte Reibungskraft ist.

Unter der Annahme der gleichen Reifen und Bremsen, die die Reifen bei dieser maximalen statischen Kraft halten können, sehe ich nicht, warum die Masse den Bremsweg vergrößern würde.

Ja, die Situation wäre sehr einfach, wenn ein Auto ein idealer fester Block aus einem Physiklehrbuch wäre (dh ein kugelförmiges Huhn ). In Ihrem Kommentar ersetzen Sie man mehreren Stellen, als ob es auf jedem Rad immer gleich wäre. Dies wäre der Fall, wenn wir über ein physikalisches Problem sprechen würden. Leider ist ein echtes Auto eine hohle Kiste, die auf Federn sitzt und auf runden Luftballons aus Gummi und Stahl fährt.

Wenn Sie die Normalkraft erwähnen, sprechen Sie von der Kraft des Reifenpflasters auf der Straße. Diese Situation würde nur dann zur grundlegenden Reibungsfunktion passen, wenn sich das Fahrzeug mit blockierten Bremsen nicht bewegt. Es ist eine Menge Kraft erforderlich, damit ich dieses schwere Ding über den Parkplatz schieben kann (mit Reifen, die den ganzen Weg kreischen, nehme ich an). Schweres Auto => schwerer zu schieben.

Leider ist keines der oben genannten Elemente tatsächlich relevant.

Die Realität ist, dass die normale Kraft, die für die kinetische Reibung zum Anhalten des Autos verwendet wird, nicht die Reifen sind. Es ist eigentlich die Kraft der Bremsbeläge auf die Rotoren (oder Trommeln, aber ich gehe von Scheibenbremsen aus, um etwas zu haben, auf das man leicht zeigen kann). Ihre Klemmkraft verlangsamt das Rad tatsächlich. Dies führt nur dann zu einer Verlangsamung des Fahrzeugs, wenn die Reifen statisch an die Oberfläche gekoppelt sind. Ein Rad, das nicht mehr dreht, rutscht und bremst nicht.

Federungssteifigkeit - dies würde das Eintauchen der Front verringern, aber wirkt sich das überhaupt auf den Bremsweg aus?

Rückprall der Federung - Ein schlechter Rückprall würde möglicherweise eine vorübergehende Sendezeit verursachen, wenn die Straße holprig ist. Wäre dies erheblich?

Fahrwerkssteifigkeit - Würde ein Fahrgestell, das sich unter starken Kräften etwas stärker verzieht, zu einem Reifenhüpfen führen oder so?

Alles, was die Reifenkontaktfläche vergrößert, erhöht die Fähigkeit der Straße, ein Drehmoment auf das Rad auszuüben (und umgekehrt). Ein großer Fleck hält die Straße gut fest, lässt das Rad durchdrehen und ermöglicht es den Bremsen, mehr Greifkraft anzuwenden, bevor das Rad anhält und die Reifen rutscht. Ein kleineres Pflaster greift schlecht, was zu einem Schlitten mit viel weniger Greifkraft führt.

Hier versucht Ihr ABS-System, eine schlechte Situation zu optimieren: Es versucht, das Anhalten aller Räder zu verhindern, indem es die Klemmkraft der Bremsen nahe der Traktionsgrenze entspannt und wieder festhält. Diese Modulation der Bremsen ist genau das, was ein erfahrener Fahrer zu duplizieren versucht.

Warum ist es schlimmer, den größten Teil der Ladung auf zwei statt auf vier Reifen zu haben?

Auch hier ist das Bremssystem völlig abhängig von der Verwendung der Bremsscheiben und der Klemmkraft, die es ausüben kann, bevor die Räder blockieren. Wenn das Gewicht die Hinterreifen verlässt, nähert sich ihre Kontaktfläche Null. Infolgedessen kann das Bremssystem nicht viel Klemmkraft aufbringen, bevor diese Räder blockieren (dh sie sind jetzt nicht mehr im Bild).

Das Verlagern des Gewichts nach vorne hat jedoch die Kontaktflächen der Vorderreifen vergrößert, aber sie haben sich nicht verdoppelt (dies ist eine Folge vieler Dinge, einschließlich der Tatsache, dass jeder ein luftgefüllter Ballon ist, der sich nicht linear mit einer Zunahme der Reifen ausbreitet Gewicht unterstützt es). Infolgedessen erhält jeder Vorderreifen jetzt weniger als das Zweifache des Drehmoments, das jeder Reifen vor der Gewichtsübertragung erhalten hat. Folge: Jeder vordere Rotor kann mit einer höheren Kraft, aber nicht mit der doppelten Kraft ergriffen werden, was zu weniger Bremsen und längeren Bremswegen führt.

ABS-Qualität - Ohne EBD gibt es einen wesentlichen Unterschied in der Wirksamkeit von ABS zwischen Automodellen?

Dies kann wirklich nur in Bezug auf eine bestimmte Situation beantwortet werden. Was ist das Szenario? Welche Reifen werden verwendet? Schnee gegen Eis gegen Sand gegen Regen? Kalte oder heiße Reifen?

Im Allgemeinen ist jedes moderne ABS-System besser als keines. Es ist im Vergleich zum Durchschnittsfahrer, seinem Situationsbewusstsein und seinen Reaktionszeiten nahezu optimal.

Kann ein sehr erfahrener Fahrer ohne ABS besser bremsen als mit ABS?

Ich bin fest davon überzeugt, dass Michael Schumacher mich auf der Strecke im selben Fahrzeug ausbremsen kann, egal welches ABS-System ich verwenden soll.

Na und?

Wenn Sie kein Formel-1-Champion (oder ein effektives Äquivalent) sind, kann ich Ihnen sagen, dass dies ein bedeutungsloser Vergleich ist, wenn Sie über das Fahren in der realen Welt auf realen Straßen mit realen Menschen sprechen, die nicht annähernd so viel bezahlen viel Aufmerksamkeit wie sie sollten.

Vorwort

Am Ende habe ich einiges darüber nachgedacht und recherchiert, also denke ich, ich kann genauso gut aufschreiben, was ich gefunden habe. Vielen Dank an alle, die geantwortet haben, insbesondere an BobCross. Am Ende wollte ich jedoch eine Antwort, die über das Nennen eines Autos als Mystery Box auf Luftballons hinausgeht - ich habe diese Frage gestellt, weil ich sie tatsächlich verstehen möchte.

Intro - Reifen

Angesichts der Situation eines Autos mit ausreichender Bremskraft, um die Räder zu blockieren und den Aero zu ignorieren, sind Reifen die endgültige Determinante für die Bremskraft. Trotzdem gibt es viele Faktoren, die beeinflussen, wie gut diese Reifen den Boden greifen.

Gewicht eines Autos

Die Bremskraft eines Autos ist Reibung. Mit dem richtigen ABS rollen die Räder in Kontakt mit der Straße, daher sprechen wir hauptsächlich von Haftreibung. Aufgrund der Weichheit der Reifen tritt ein gewisser Schlupf auf, der jedoch nahezu statisch ist.

Die grundlegende Physik sagt uns, dass die Reibung gleich der Normalkraft multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten ist, dh:

Ff = µ * Fn

Wo Ffist die Reibungskraft, µist der Reibungskoeffizient und Fnist die Normalkraft.

Reifen sind jedoch etwas komplizierter. Zum einen nimmt der Reibungskoeffizient mit zunehmender Normalkraft ab ( weitere Einzelheiten finden Sie in diesem Wikipedia-Artikel ). Unten finden Sie Daten aus diesem Artikel:

Vertical load   µ
(lbf)           max
900             1.10
1350            1.08
1800            0.97

Die vorige Gleichung besagt, dass der Bremsweg umgekehrt proportional zur Verzögerungskraft ist. Mit den obigen Daten führt eine Verdoppelung der Masse zu einer Verringerung von µ um -12% und damit zu einer Zunahme des Bremswegs um + 14%. Warum? Diese Gleichung:

v_1^2 = v_0^2 + 2ad

dh bei gegebener Start- und Endgeschwindigkeit ist die Beschleunigung umgekehrt proportional zur Entfernung.

Mehr Gewicht führt also zu einem längeren Bremsweg, aber die Beziehung ist nur geringfügig positiv und definitiv nicht linear.

Hinweis: Wenn Sie das Gewicht erhöhen, besteht für das Auto die Gefahr eines schlechteren Bremsschwunds. Dies kommt jedoch nicht in Frage

Suspension

Beim Bremsen ist die Federung wichtig für:

1. Halten Sie die Reifen auf der Straße gepflanzt
2. Halten Sie die Gewichtsverteilung auch über die Reifen. Ungleichmäßige Gewichtsverteilungen, wie im Fall von Sturzflug, verringern die Gesamtbremsfähigkeit, wie oben gezeigt, dass der Grip nicht linear mit der Last zunimmt.

Eine steifere Federung hilft definitiv bei (2), jedoch erfordert (1) einfach ein ideales Steifigkeits- / Rückprall-Setup für die Straße - was auch immer die Reifen am besten gepflanzt hält. Für Qualitätsasphalt ist ein steifes und schnelles Setup wahrscheinlich am besten.

Chassis

Alles, was das Fahrwerk zum Bremsen tun muss, ist als starrer Körper zwischen der Aufhängung zu wirken, damit die Aufhängung ihre Arbeit erledigen kann. Es kann also einen Unterschied machen, aber es wird nicht groß sein, wenn das Chassis nicht wirklich scheiße ist.

Abs

EBD ist Teil des ABS-Systems, daher können Sie gutes und schlechtes ABS nicht wirklich analysieren, ohne die Gewinne aus EBD zu berücksichtigen.

Ein gutes ABS-Setup kann unterschiedliche Bremsstufen auf verschiedene Räder anwenden, sodass ABS einen Menschen einfach durch mehr Bedienelemente ausbremsen kann. Obwohl auf Qualitätsasphalt, ist die Variation des Bremsgleichgewichts von links nach rechts wahrscheinlich nicht so signifikant.

Es ist schwer zu sagen, ob es wirklich schlechte ABS-Systeme gibt, aber es ist durchaus möglich.

Fazit

Reifen sind definitiv der Geldverdiener, wenn es um Bremsen geht. Wenn Sie bereits starke Bremsen mit gutem ABS haben, spielen jedoch andere Faktoren eine sehr wichtige Rolle.

Und wenn Sie außerhalb des Bereichs einer einmaligen Bremse treten und Aero ignorieren, dann ... müssen Sie Aero berücksichtigen, da dies für hohe Geschwindigkeiten enorm ist und die Annahme, dass Bremsen die Reifen blockieren, nach vielen aggressiven Maßnahmen nicht mehr selbstverständlich ist Streckenrunden mit einem Auto, das mehrere hundert kW leistet. Wohin geht all diese Kraft?

Ein Punkt, an den man sich erinnern und den man bedenken sollte, ist, dass das Hauptkriterium bei all dem der Reibungskoeffizient des Reifens ist. Dies wird durch den Reifendruck beeinflusst. Wenn Sie ein bestimmtes Fahrzeug auf einer kalten, flachen Autobahn mit guten Reifen bei korrektem Druck haben würden, wäre Ihre Bremsung optimal. Jede Abweichung von dieser argumentativ idealen Situation würde die Bremsleistung beeinträchtigen. Die Straßenverhältnisse, die Reifenqualität, der Druck, das Wetter und der Reparaturzustand des Fahrzeugs haben Einfluss. ABS-Systeme werden normalerweise für den Automobilhersteller hergestellt. Dies bedeutet, dass Sie bei sehr vielen Marken und Modellen das gleiche System haben. Alle ABS-Systeme, die Sie finden, sind nicht voneinander zu unterscheiden. Der Preis der Systeme wird ein Unterschied sein, Einige Hersteller werden Komponenten importieren, die sie genau für sie hergestellt haben, in Ländern, in denen die Bedenken hinsichtlich Arbeit, Gesundheit und Sicherheit geringer sind, wodurch sie billiger werden. (VW stellt keine eigenen Getriebe her, sie werden in Japan hergestellt.) Micheal Schumacher hatte den Vorteil von Telemetrie, GPS und Ross Brawn sowie uneingeschränkten Zugang zur Rennarena, um zu üben, wie er sein Bremsen perfektioniert. Oh ja, er hatte auch ein bisschen Talent :-).

Die kurze Antwort lautet, dass die folgenden Dinge beim Anhalten eine Rolle spielen:

1. Das Gewicht des Autos,
2. Der "Grip" des Reifens. Weicher und breiter (und etwas zu wenig aufgepumpt) ist besser.
3. Die richtige Verteilung des Bremsens auf alle Reifen. Im Idealfall erhalten alle vier Reifen die gleiche Bremsleistung (siehe jedoch den nächsten Punkt).
4. Das Ausmaß, in dem die Belastung jedes Rads den anderen ähnlich ist. Wenn Sie bremsen, verschiebt sich der Schwerpunkt des Autos nach vorne. Dies bedeutet, dass Ihre Vorderradbremsen zwischen 60% und 80% der Bremsleistung leisten. Wenn dies 50/50 mehr gemacht werden kann, würde es helfen. *
5. Eine Federung + Stoßdämpfereinstellung, die jedes Rad so weit wie möglich mit der Straße in Kontakt hält.

* WRT # 4: Es ist äußerst unpraktisch, die Fahrwerkskomponenten Ihres Autos so einzurichten, dass der Schwerpunkt beim Bremsen in einer 50/50-Verteilung bleibt. Ich denke nicht, dass es physisch möglich ist. Aber wenn es so wäre, hätten Sie eine extrem harte und unbequeme Vorderradaufhängung, während die Rückseite Marshmallows wären.