制动过程中，地面制动力的最大值F_bmax（N）等于作用于车轮的地面垂直反力F_z（N）与附着系数ϕ的乘积。即

F_bmax=F_ϕ=F_zϕ （5-2）

在以上分析过程中，没有考虑附着系数的变化，即把附着系数ϕ和地面垂直反力F_z看作常数，因而附着力F_ϕ也为常数。实际上，汽车制动过程中，或更广泛地在传递地面切向力的过程中，附着系数ϕ和附着力F_ϕ并非常数。

1.垂直反力F_z

若汽车的总重为G（N），在汽车制动过程中，作用于车轮上的地面法向反作用力F_z与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。

汽车加速上坡时，作用于前后轴的法向反作用力F_z1和F_z2的值见式（5-3）。与加速过程的区别在于，制动过程中的加速度（m/s²）为负值，因而所产生的惯性力的方向与汽车的行驶方向相同。

若汽车在水平路面上制动，并忽略空气阻力的影响，则制动过程中作用于汽车前后轴的地面垂直反力F_z1、F_z2的值为

由式（5-3）可见，制动过程中，作用于前后轴上的垂直载荷之和等于汽车的总重，即F_z1+F_z2=G，并不因汽车制动而改变。但在制动过程中会发生载荷的转移，即前轴的垂直载荷增大，而后轴的垂直载荷减小。

即使当前后轴的附着系数相同时，汽车制动时的轴荷转移也会影响前后车轮附着力的相对大小，因而影响着前后车轮所能获得的最大地面制动力的相对大小，同时影响着前后车轮达到最大地面制动力的进程，因此对于汽车的制动性能会发生重要影响。

2.附着率和附着系数

（1）附着率

轮胎与路面间传递的切向力F_x与地面垂直反力F_z的比值称之为附着率φ，即

制动过程中，切向力F_x等于地面制动力F_b，所对应的附着率为制动附着率；而在驱动过程中，切向力F_x等于地面驱动力F_t，所对应的附着率为驱动附着率。驱动轮的附着率表明汽车在直线行驶状况下驱动轮不滑转时充分发挥驱动力作用所要求的最低路面附着系数，而附着系数是附着率的极限值。

（2）滑移率

制动过程中，随着制动强度增大，车轮的运动从纯滚动转变为纯滑动。

地面制动力产生前，车轮作纯滚动，汽车行驶速度即车轮中心的速度v（m/s）等于车轮转动的线速度。即

v=rω

式中 ω——车轮旋转线速度（rad/s）；

r——车轮半径（m）。

制动开始后，产生制动器制动力矩T_μ，使车轮旋转速度相对于车速降低，轮胎与路面间发生一定程度的相对滑移，由于摩擦产生地面制动力F_b。此时，车轮处于边滚边滑状态，且随着制动强度增大，滚动成分降低，滑动成分上升。即

v＞rω

随着制动强度进一步增大，产生的制动器制动力矩T_μ达到使车轮抱死，车轮在路面上滑移。此时

rω=0

定义制动滑移率s为

若研究车轮受到驱动力时的滑移情况，则驱动滑移率s定义为

滑移率s反映了车轮受到地面切向力作用时，车轮在路面上的滑移情况。在制动开始前，车轮纯滚动时，s=0；制动过程中，车轮边滚边滑，0＜s＜1；而制动强度增大到车轮抱死后，车轮纯滑移，s=1。因此，滑移率的数值表明车轮运动过程中滑移成分所占的比例。

（3）附着率与滑移率的关系

制动过程中，附着率不是常数，而是随着制动强度的变化而变化的。试验证明：附着率φ是滑移率s的函数，两者的关系如图5-3所示。图中：φ_b表示纵向附着率，即车轮受到的在车轮平面方向的地面切向反力与垂直反力的比值；φ_l表示侧向附着率，即车轮受到的垂直于车轮平面的侧向地面反作用力与垂直反力的比值。

由图可见，在制动过程中，当制动强度不大，因而滑移率s较小时，纵向附着率φ_b几乎随滑移率s的增大成正比增大；而后，随s增长，φ_b缓慢增长，直至达到最大值ϕ_p。ϕ_p称为峰值附着系数。试验表明：当s达到15%～20%时，φ_b=ϕ_p。然后，随着滑移率s继续增大，φ_b反而下降，直至当车轮抱死滑移s=100%后，附着率φ_b达到一稳定值ϕ_s，该ϕ_s值称之为滑动附着系数。通常，ϕ_s＜ϕ_p。由此可见，附着系数实际上是附着率的极限值。峰值附着系数ϕ_p和滑动附着系数ϕ_s的大小，对于汽车的制动过程有重要影响，分别表示装有防抱死制动系统的汽车和装用普通制动系统的汽车，在制动时有可能利用的地面附着能力。

汽车在实际制动过程中，轮胎常常会受到侧向力的作用发生侧偏或侧滑。在侧向力作用下制动时，侧向附着率φ_l随滑移率s的变化关系如图5-3所示。当滑移率s较小时，侧向附着率φ_l的值较大，表明汽车可以承受较大的侧向力；随滑移率s增大，φ_l的值减小；而当车轮抱死滑移后，滑移率s=1时，φ_l的值降至接近于零。这表明：当滑移率s=1时，车轮失去承受侧向力的能力。在此情况下，制动过程中若受到侧向力的作用，极易产生侧向滑移。(www.daowen.com)

图5-3 附着率与滑移率的关系

图5-4 不同路面上的附着率

由此可见，在制动过程中，若能控制汽车的制动强度，使车轮的滑移率保持在较低值（15%～20%），则既能获得较大的纵向附着率，提高汽车的制动效能，又能获得较大的侧向附着率，提高汽车制动时的方向稳定性。

（4）影响附着系数的因素

附着系数的大小主要取决于道路的材料、路面状况和轮胎结构、轮胎气压、胎面花纹、材料以及行驶速度等。

1）路面。图5-4表明不同道路对附着系数的影响，轮胎与各种路面的附着系数的平均值见表5-1。其他条件不变时，潮湿路面的附着系数低于干燥路面的附着系数，冰雪路面附着系数非常小。

干燥硬实的混凝土或沥青路面的附着系数较大，因为在这种路面上，轮胎变形相对大，路面上坚硬而微小凸起物嵌入轮胎接触表面，增大了接触强度。路面潮湿时，轮胎与路面间的水起着润滑作用，会使附着系数下降。所以，路面的宏观结构应具有自动排水功能，微观结构应粗糙且有一定的尖锐棱角，以穿进水膜直接与轮胎接触，提高附着能力。

路面的清洁程度对附着系数也有影响。路面被细砂、尘土、油污、泥土等污物覆盖时，附着系数会降低，特别是在刚下雨时，附着系数会更低，有时会和冰雪路面一样滑。但经过较长时间雨水冲刷后，附着系数会有所回升。

汽车在松软土壤路面上行驶时，土壤变形大且抗剪强度较低，附着系数较小。潮湿、泥泞的土路抗剪强度更低，附着系数有明显的下降。

表5-1 轮胎与各种路面的附着系数

2）轮胎。轮胎的花纹、结构尺寸、橡胶成分和质量及帘线的材料等对附着系数都有影响。

不同花纹的轮胎，其与路面的接触状况不同，因而附着系数也不同。具有细而浅花纹的轮胎在硬路面上有较好附着性能。具有宽而深花纹的轮胎，在松软路面可以增大嵌入轮胎花纹内土壤的剪切断面，从而达到提高附着系数的目的。

为了提高轮胎的纵向和横向抓地能力，在胎面上采用纵向曲折大沟槽，胎面边缘采用横向沟槽。这样，不但使轮胎在纵向和横向均有较好的抓地能力，而且提高了在潮湿路面上的排水效果。胎面上大量的细微花纹，在胎面接地微小滑动过程中，进一步擦去接触面间的水膜，因而提高了附着系数。

增大轮胎与地面的接触面积可提高附着能力；低气压、宽断面和子午线轮胎承受垂直载荷时变形大，因而附着系数大。

轮胎气压对附着系数影响很大。降低轮胎气压，可使车轮在硬路面上的附着系数略有增加。在松软路面上，降低轮胎气压可增大轮胎与地面接触面积，因而附着系数明显增大，如图5-5所示。

轮胎磨损程度也会影响附着能力。新轮胎的附着系数较高，轮胎磨损后，随着胎面花纹深度减小，其附着系数显著降低。

此外，轮胎胎面橡胶的性质也是影响附着性能的重要因素，例如胎面胶为天然橡胶的轮胎，在低温下的附着系数要比一般合成橡胶轮胎高得多。

3）车速。汽车的行驶速度对附着系数有一定的影响。随着行驶速度的提高，附着系数一般降低，如图5-6所示。

图5-5 附着系数与轮胎气压的关系图

1—干混凝土路面 2—湿混凝土路面 3—软路面 4—积雪路面

图5-6 不同路面附着系数与车速关系

1—干燥路面 2—潮湿路面 3—结冰路面

图5-7 不同滑移率下车速与附着系数的关系

在硬路上提高汽车行驶速度时，不但峰值附着系数和滑动附着系数的值大大下降，而且两者的差明显增大，如图5-7所示。这是由于车速越快胎面越来不及与路面微观凹凸构造很好地嵌合的缘故。

在松软路面上，由于高速行驶的车轮动力作用极容易破坏土壤的结构，同时土壤也不能与胎面花纹很好地嵌合，所以附着系数也会降低。

在潮湿路面上高速行驶的汽车，轮胎与路面间的水不易排出，附着系数明显降低，当汽车高速通过有积水层的路面时，由于流体压力的影响，会出现使轮胎上浮的现象，这种现象称为“滑水现象”，如图3-10所示。滑水现象大大减小了胎面与地面的附着能力。由试验得知，在车速为100km/h、水膜厚度为10mm时，附着系数接近于零，即已发生了滑水现象。

只有在结冰路面上，适当提高行驶速度时，附着系数会略有提高。这是因为轮胎驶过冰层时，两者接触受压时间短，接触面不易形成水膜的缘故。但应注意的是，由于行车安全及其他性能的限制，在结冰路面上不宜高速行车。