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[知识介绍]单车制动简析(17楼有更新) [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2012-04-17
— 本帖被 coolsear 从 新人/提问解答区 移动到本区(2014-03-20) —
    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 ]
2条评分
idlcan 威望 +5 这才是77气质!! 2013-06-21
hengyuntayue 威望 +1 优秀技术文章 2012-04-17
路,可有尽头?

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只看该作者 沙发  发表于: 2012-04-17
这,这也太强了
手电出售中

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只看该作者 板凳  发表于: 2012-04-17
楼主的受力分析相当不错
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只看该作者 地板  发表于: 2012-04-17
死理性派看单车制动效果么…
乱花渐欲迷人眼,一翻兜里没啥钱。
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只看该作者 4楼 发表于: 2012-04-17
学习,赶紧来学习。好贴啊
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只看该作者 5楼 发表于: 2012-04-17
理工男啊
对最后面的表格有兴趣,清明出去骑行时就出了次紧急情况,前轮抱死、后轮翘起老高,还好脚已经在地上站住人车没事,顺便也验证了一次楼主的刹车距离,基本在理…

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只看该作者 6楼 发表于: 2012-04-17
这个    无语了       基本可以当篇论文了吧
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只看该作者 7楼 发表于: 2012-04-17

建议去果壳发个科普帖。。。

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只看该作者 8楼 发表于: 2012-04-17
好贴要支持!留名帮顶!
屎弗痕!斋折腾!心中有貂!话知你嚣!

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只看该作者 9楼 发表于: 2012-04-17
单车界的谢耳朵!
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只看该作者 10楼 发表于: 2012-04-17
非常的厉害啊。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

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只看该作者 11楼 发表于: 2012-04-17
太专业了

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只看该作者 12楼 发表于: 2012-04-17
图画得很赞。。。。至于公式。。。实在是眼花看不动。。。请容许我膜拜一下
转职佛系奶爸。淘宝小店暂停接单,希望日后有机会再为车友服务。
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只看该作者 13楼 发表于: 2012-04-17
这命题组要是把这个放进高考物理里。。。
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只看该作者 14楼 发表于: 2012-04-17
单杀肯定前刹了,前翻也比刹不住好。再说下坡时候光后刹就等于自杀。

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只看该作者 15楼 发表于: 2012-04-18
我想问的是,为什么前刹制动效果好于后刹?
ORI交流群:312718762

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只看该作者 16楼 发表于: 2012-04-18
一看到复杂公式就晕菜了。。。

不过对于楼主的认真钻研精神,不得不赞一个!!!

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只看该作者 17楼 发表于: 2012-04-18
自己再看了一遍,感觉思路还是挺乱的。。。。

重新出了个f-F的图示
横坐标还是用刹胶与车圈的摩擦力F比较好,因为这个F在车轮为抱死时都是滑动摩擦,基本可以认为和手指捏刹把的力量成正比,基本上可以看出两个车轮制动能力与手捏刹把力量的相互关系

图中按照附着力系数取0.7,动摩擦因素取0.6确定临界点



[ 此帖被bingol在2012-04-18 09:20重新编辑 ]
路,可有尽头?

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只看该作者 18楼 发表于: 2012-04-18
强贴留名 等裸男下课来回答
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只看该作者 19楼 发表于: 2012-04-18
哎呀,这个太强大了。。。。
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只看该作者 20楼 发表于: 2012-04-18
这个太牛了。!!!!!!
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只看该作者 21楼 发表于: 2012-04-18
楼主。。我 挑个问题,摩擦力反了
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只看该作者 22楼 发表于: 2012-04-18
物理达人,学习了,最近用前刹比后刹频繁
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只看该作者 23楼 发表于: 2012-04-18
技术强文!
看完必顶,顶完继续看众人分析
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只看该作者 24楼 发表于: 2012-04-18
看着够科学严谨的……

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只看该作者 25楼 发表于: 2012-06-01
引用第15楼warpblade于2012-04-18 00:45发表的  :
我想问的是,为什么前刹制动效果好于后刹?

刹车时前轮压力大于后轮,前轮能提供更大的摩擦力所以有更好的制动效果。
但是完全依赖前煞又有栽跟头的危险(过了某临界值)

记得以前看过一篇文章教怎么刹车的,大意是说前煞为主后煞为辅(应该就是让后煞分担一部分,不至于前煞超过上限而倾覆),带着前煞时前轮方向要和重心一致还是什么的(也就是不要乱拐方向)
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只看该作者 26楼 发表于: 2012-06-01
。。。这是自行车新人吗?!!! 估计是力学博士吧。
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只看该作者 27楼 发表于: 2012-06-01
强帖留名
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只看该作者 28楼 发表于: 2012-06-01
理工科的高材生啊
不怕虎一样的对手,就怕猪一样的队友。

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只看该作者 29楼 发表于: 2012-06-01
那到底是单前刹呢还是单后刹呢?