摩托刹车的距离与汽车比更短吗?

\ Tue Mar 20 2018 00:00:00 GMT+0000 (GMT) \

这个问题就像摩托车和汽车比速度谁赢一样,是个永不停歇的月经问题。老司机们孜孜不倦的尝试去解答它,却总有像我这样的菜鸟继续发问。不懂就搜,在Google上搜索一番以后,却发现了下面这么一个奇葩帖子。

刹车距离谁短?

这家自称“骑行建议”的网站: http://www.therideadvice.com/can-motorcycle-brake-faster-car/ 。在这篇两年前的文章,尝试从“物理学”的角度去证明“车重和刹车距离没有关系,只和摩擦力有关”,甚至还列举了物理公式,煞有介事的拍了视频。两年之间,居然没有人指出作者的逻辑漏洞,我甚至怀疑是不是这些人都是傻的,不懂物理很正常,难道连生活经验都没有吗?

如果重量和刹车距离没有关系,那么拥有8个轮子,巨大地面接触面积的大货车,泥头车应该是刹车界的王者了?那么按照这样的“理论”,现实中多数情况下应该都是其他车型爆菊泥头车,很少泥头车碾爆小轿车了?事实是这样的吗?

用膝盖想都知道不是这样的。

其实许多汽车驾驶员也有这样的看法,认为自己的车子有四个轮子,接触面积大,于是刹车上占优势。那么我们看看到底物理公式上,是怎么一回事:

由于机械刹车(除去人为因素)距离的长短,是由动能Kinetic Energy和刹车力Force决定的:

公式: 力 = 动能 / 距离

所以:距离 = 动能 / 力

而动能本身是这样计算的:

动能 = 0.5 * 质量 Mass * 速度 Velocity * 速度 Velocity

因此:距离 = 0.5 * 质量 * 速度^2 / 刹车力

摩擦力(即不打滑前提下,可以应用的最大刹车力) = 摩擦系数 * 重量 并且 重量 = 质量 * 重力加速度

因此:(轮胎摩擦力极限所能提供的)最短不打滑刹车距离 = 质量 * 速度^2 / (轮胎摩擦系数 * 质量 * 9.8)

推出:(轮胎摩擦力极限所能提供的)最短不打滑刹车距离 = 速度^2 / (轮胎摩擦系数 * 9.8)

咦!?质量怎么真的从等式里面消失了呢?难道说,上面那篇文章里所述真的是事实?

其实文章里头的错误出在最大刹车力的计算上:摩擦系数 * 重量,这是突破静摩擦屏障壁垒所需的力量,换而言之,原文并未证明刹车距离与重量无关,相反,他证明了刹车时轮胎是否打滑与重量无关 -- 越重显然摩擦力越大,因此越不容易打滑,然而由于重量提升的摩擦力,却又被因为重量所提升的动能所中和掉了,因此在原作者的算法只能证明“轮胎打滑”这件事上,车重并没有起到任何影响。

有些人可能会问,那么上面的计算,不就证明摩托车的轮胎用更小的刹车力,就会出现打滑现象吗?这不就间接证明,摩托车不能承受与汽车等价的刹车力,因此摩托车的刹车力不如汽车吗?

这里需要注意的是,我们需要证明的不是最大刹车力谁输谁赢,我们需要讨论的是,谁的刹车距离短。

摩托车因为轻,不需要大的刹车力,也能在短距离内停下。

真正的刹车力,取决于刹车卡钳的力量和刹车铁盘的大小,封顶于刹车皮在卡钳提供的正向压力 * 滑动摩擦力矩,或轮胎提供的最大摩擦力(取两者中小值),一旦制动卡钳的所提供的制动力超过轮胎的最大摩擦力,在不考虑轮胎滑动比的情况下,轮胎的刹车力会急剧下降。

由于卡钳的制动力,和刹车皮的刹车力与车重无关,因此,刹车距离长短,由车速(主要原因),车重,卡钳所提供的刹车力,刹车皮,轮胎摩擦系数共同决定,其中车速由于平方的原因,在刹车距离上起到主要作用,车重对刹车距离的影响为线型负作用,刹车系统提供的刹车力对刹车距离影响为线型正面作用。但是由于卡钳技术的原因,卡钳提供的制动力上,摩托车和汽车差距不大。因此通常情况下摩托车会以增加卡钳数量的方式为前轮增加制动力。

因此,虽然摩托车刹车力不如汽车大,但由于多数摩托车的重量只是汽车的不到1/4,在同等速度的条件下,在一个理想环境中,驾驶员和刹车泵都能最大的发挥轮胎刹车力的环境下,摩托车的最大刹车力只要不小于汽车最大刹车力的1/4,那么刹车距离就应该是类似的。

让我们用非科学严谨的态度,大概的,模糊的估算一下:由于摩托车刹车时,后轮微微翘起,刹车主要力量聚集在前轮,后轮所提供的刹车力大大减弱,因此,假设汽车一个制动卡钳提供的制动力为2个单位,摩托车为1个单位,那么带有两个前轮卡钳的现代摩托的制动力约为2.5个单位(前轮两个卡钳,后轮一个),汽车为8个单位。因此带有两幅前轮刹车卡钳的摩托车,估计下来,是不会输给汽车的。

但是在现实生活中,摩托车很多情况下不能发挥最大制动力,比如倾斜的时候,刹车容易使摩托回正,导致线路偏移而产生事故。而且在未带abs的摩托车上,安全刹车很大程度上也取决于车手的技巧,如果刹车力过大,容易锁死前轮导致摔车。

因此骑行时保持安全距离仍然是很重要的。

References:

http://www.gcsescience.com/pfm29.htm http://www.gcsescience.com/pfm-momentum.htm http://www.gcsescience.com/pen28-kinetic-energy.htm http://www.gcsescience.com/pen33-work-energy-calculations.htm https://www.cycleworld.com/2013/12/27/ask-kevin-does-a-larger-motorcycle-tire-footprint-increase-grip https://www.stevemunden.com/frictiontopics.html