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        共享單車的受力分析與改良

        2018-11-26 05:33:58文華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)張慧子馬志祥
        發(fā)明與創(chuàng)新 2018年42期
        關(guān)鍵詞:車胎黃車摩拜

        文華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué) 張慧子 馬志祥

        目前,市面上出現(xiàn)的共享單車品牌很多,摩拜單車、ofo小黃車和小藍(lán)單車為常見的三類。由于這三種共享單車的車胎花紋及材質(zhì)有所不同,用戶的騎行體驗(yàn)也不同。如何提升用戶的騎行安全與體驗(yàn)?我們進(jìn)行了探究。

        在調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn),摩拜單車車胎采用對(duì)稱花紋,這種花紋綜合性較強(qiáng),應(yīng)用最廣泛。ofo小黃車的車胎采用塊狀花紋,行駛時(shí)不易嵌入砂石。小藍(lán)單車的車胎采用鋸齒型花紋,可減少車輛的噪聲,增大摩擦力。此外,ofo小黃車采用充氣輪胎,減震效果很好。摩拜單車和小藍(lán)單車均采用全實(shí)心胎,前者的實(shí)心胎直徑較小,能減少騎行時(shí)的阻力。實(shí)心胎雖成本高,但后期維護(hù)方便。

        一、共享單車所受摩擦力分析

        共享單車的狀態(tài)分為靜止、在平面上起動(dòng)、勻速前進(jìn)和下坡等,本文選取在平面上起動(dòng)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行分析。

        在平地起動(dòng)(或加速)時(shí),后輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生讓自行車前行的動(dòng)力,故后輪為主動(dòng)輪,相對(duì)于地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),其所受摩擦力方向向前。前輪是從動(dòng)輪,受到的摩擦力向后。將自行車與騎行者視作一個(gè)系統(tǒng),則騎行者對(duì)自行車的蹬踏屬于系統(tǒng)內(nèi)力,可不予考慮。系統(tǒng)受地面對(duì)自行車前、后輪的支持力、風(fēng)的阻力(大小與騎行者的姿態(tài)、迎風(fēng)面積、風(fēng)速等有關(guān))、地面與車輪之間的摩擦力。

        自行車車胎花紋的作用是增大接觸面的粗糙程度,從而增加動(dòng)摩擦系數(shù)、增大摩擦力。相比之下,摩拜單車車胎花紋為對(duì)稱花紋,其摩擦系數(shù)最小,在雨雪天氣騎行時(shí)易打滑;ofo小黃車車胎花紋為塊狀花紋,摩擦系數(shù)適中;小藍(lán)單車車胎花紋較復(fù)雜,其摩擦系數(shù)最大。

        摩擦力與支持力成正比,因此在騎行過程中,加速度與摩擦系數(shù)密切相關(guān),摩擦系數(shù)越大則越容易加速,騎行體驗(yàn)更佳。反之,摩擦系數(shù)越小,越易出現(xiàn)自行車難加速、難停車甚至翻倒等現(xiàn)象。

        二、改良共享單車

        摩擦系數(shù)與共享單車輪胎的花紋相關(guān)?;诖耍覀兲岢隽斯蚕韱诬嚨母牧冀ㄗh:在共享單車輪胎內(nèi)加裝一組傳感器,監(jiān)控輪胎磨損及胎壓,并在車鎖內(nèi)安裝接收器。

        我們提出了兩種設(shè)想:一種是在輪胎內(nèi)壁附著兩個(gè)電極,電極上加振蕩電壓從而產(chǎn)生電磁波,電磁波外溢且受輪胎橡膠層“干擾”,測(cè)量這個(gè)“干擾”就可以得出輪胎的磨損情況,并將結(jié)果通過另外的電磁波發(fā)送到車鎖內(nèi)的接收裝置。

        另一種是考慮到單車輪胎幾乎絕緣,可在制造輪胎時(shí)將輪胎中的鋼絲連接一些金屬線頭并藏在輪胎花紋里,當(dāng)輪胎磨損嚴(yán)重使這些金屬線頭露出時(shí),就表示輪胎該更換了。在這種專用輪胎內(nèi)壁附著傳感器,傳感器的電極與輪胎金屬網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)電熱器。在傳感器電極上施加一定的電壓,輪胎金屬網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)。當(dāng)輪胎磨損到有金屬線頭外露時(shí),外露的金屬線頭就會(huì)觸地而放電,傳感器得到一個(gè)脈沖信號(hào),即“換胎信號(hào)”,并將此信號(hào)發(fā)送至車鎖內(nèi)的接收裝置。

        這兩個(gè)設(shè)想,前者實(shí)現(xiàn)的難度大,但有機(jī)會(huì)對(duì)輪胎進(jìn)行即時(shí)測(cè)量監(jiān)控,后者則相對(duì)容易實(shí)現(xiàn),但需要修改輪胎制造標(biāo)準(zhǔn)。傳感器必須很薄、很輕,這樣既能附著在輪胎內(nèi)壁,或者“打印”在輪胎內(nèi)壁,又不會(huì)破壞輪胎的動(dòng)平衡。如果在傳感器上加裝壓強(qiáng)傳感器,則可以同時(shí)檢測(cè)胎壓。

        當(dāng)輪胎達(dá)到必須更換的厚度會(huì)觸發(fā)換胎信號(hào),車鎖里的接收器主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào),提示使用者該共享單車存在安全隱患,應(yīng)盡快結(jié)束騎行,使用者付費(fèi)停車后,車輛被“鎖死”。

        當(dāng)下一位騎行者掃描該車的二維碼,單車發(fā)出提示,該車輛輪胎因故障待修且拒絕開鎖,并發(fā)送信號(hào)給共享單車公司。當(dāng)然也可以由手機(jī)機(jī)主主動(dòng)上報(bào)故障,共享單車公司再給予積分獎(jiǎng)勵(lì),從而使車輛得到及時(shí)維護(hù)。這樣既能確保使用者的安全,也能保證共享單車正常運(yùn)行。

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