发现最近很多同学在问单前刹还是单后刹比较好,想到自己也没有做过定量分析,加上今天计划的出差被取消,比较无聊,一
时兴起做了这点小研究。东西做的比较粗糙,难免存在疏漏或者错误,还望各位指正,也好让更多朋友多这问题有个概念。
首先尝试对刹车时的轮子做了分析,发现在车轮滚动状态下,理论上夹器与车圈的摩擦力和车胎制动力是线性相关的(成正比
),这里请容许我认为手握刹把的“掌控力”和夹器对车圈的摩擦力也是成正比的,也就是我将以这个摩擦力来表征“掌控力”。
再看看前后轮同时制动的状态
这个分析很直接的说明了掌控力和制动力的线性关系,但是它有很大的局限性。
首先,分析建立在“车轮滚动”的前提之下,即车轮与地面无相对滑移,然而分析未涉及到轮胎的正压力,因此对于摩擦的临
界状态无法分析到。其次,该分析仅仅对稳定的制动力状态做了分析,对于动态过程无法描述。再次,该分析也未涉及到单车向前
翻滚的问题。
看来还是得通过将整车作为刚体来进行分析
首先还是拿出我这个以P8为例设定的车架几何尺寸和重心位置
重心的确定请参考我另外一个帖子:
http://www.77bike.com/bbs/read.php?tid=66619 这里插入一下附着力系数的概念
附着力(f)是指滚动状态地面与轮胎之间沿轮胎切向的作用力,可以粗略理解为滚动状态的摩擦力。
而附着力系数(μ)是指最大附着力(fmax)与接触面正压力(N)的比值,可以记为 μ= fmax / N ,通常附着力系数大于
滑动摩擦系数
这里有一个汽车与地面附着力系数的平均值,可供大家参考
下文中设 μ'= f / N 作为实时制动情况的表征量,当μ'<μ时,轮胎滚动,当μ'>μ时,轮胎出现滑移,制动力将严重下
降。
下面开始进行我的分析,这里只做了单刹的分析,双刹的我想了一下参数有点多不太容易表现,今天没时间就偷懒不去思考了
对了,差点忘了。。。下面的A是将非惯性系转惯性系加的力。。。
加速度(其实是减速度)与μ'的关系
单前刹和单后刹的对比
注意,当μ'>μ时,减速度会跌落至滑动摩擦水平
后轮正压力与μ'的关系
单前刹和单后刹的对比
这个可以大致找出前滚翻的临界状态,即后轮正压力低到“0”的时刻(可见单后刹为什么不会前滚翻)。
需要说明一下,实际翻滚条件可能比表中出现更早,因为急刹时人会前冲可能造成重心前移,这点很难确定,只能这么定性说
明一下了
总结,从制动力来讲,前刹大于后刹不少,但是前刹有前滚翻的危险,这个需要靠“掌控力”来控制了。
然后在做一个关于紧急制动距离的小研究
通常遇到紧急情况时,制动过程分为三个阶段:反应阶段、操作阶段、制动阶段
反应指眼睛发现状况到大脑作出判断的阶段,通常需要0.5s
操作阶段指大脑发出指令到动作到位的阶段,大概需要0.3s
制动阶段即刹车真正工作的阶段
因此,制动距离可以考虑由两部分构成,反应-操作阶段(Tr)的匀速和之后的减速
下面我取μ=0.6,Tr=0.8s的情况下,各车速(V)紧急制动需要的滑行距离(L),希望对大家安全骑行有帮助
忘了图例,红色是制动阶段滑行距离,品红是总滑行距离
注:上面的数据为理想状态(发挥最大制动力)下的结果,此外,μ和Tr取值也需具体问题具体分析,故表格仅供参考,提供下公式大家可以根据实际情况修正
计算公式: L = V/3.6*Tr + V*V/12.96/(2*μ*g)
注:本文主观性比较强,参数选择基本一厢情愿,不具备严肃性和普遍性,大家随便看看乐呵乐呵就好,若因此出了事故本人可不负责任哦!
(全文完)
[ 此帖被bingol在2012-04-18 09:40重新编辑 ]