摘 要：针对共享单车刹车失灵导致骑行者受伤的安全隐患，文章在分析目前常见的刹车种类、对其优缺点进行对比分析之后，提出把剪切增稠流体应用于共享单车刹车装置的设想，并提出创新设计方案，尝试寻找解决办法。
关键词：刹车装置;剪切增稠流体;共享单车
当今，共享单车成为人们外出的一种重要交通工具，其绿色、便捷、资源丰富的特点深受喜爱。然而，在众多媒体上不时看到诸多共享单车因刹车失灵而导致骑行者受伤的报道，因而，人们在使用共享单车时，对刹车灵敏度、安全度的要求远高于其它需求，而单车本身在高速、坡路、转弯、雨雪天行驶等特殊情况下，也对刹车装置性能提出了更高要求。目前，共享单车多采用胶皮刹、鼓刹、碟刹等刹车方式，胶皮刹、鼓刹存在明显不足，碟刹是当前较为先进的刹车方式。本文尝试设计一种把剪切增稠流体应用于刹车装置的全新刹车方式，以进一步满足人们对共享单车安全度的需求。
一、目前共享单车刹车装置状况研究
首先介绍一些本篇文章涉及到的相关概念及知识。“制动”概念：给运动物体（或系统）施加一个与运动方向相反的阻力或阻力矩（机械性、阻尼性、电磁性、液压性等），使之减速或停止运动的过程。“剪切增稠液体”，其实是一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，通常状态下以液态形式存在。原理：不受冲击时，粒子互不干扰呈液态;受到冲击，粒子激烈碰撞变固态。“自行车刹车”，一个简单的杠杆系统，在车把手处用很小的力，通过刹车装置传递给车轮（车圈或车轴）很大的阻力，达到给自行车制动的目的。
（一）常见的机械摩擦制动器种类
一是径向作用式制动器（块式、带式），如胶皮刹、鼓刹;二是轴向作用式制动器（盘式），如碟刹，碟刹又分油碟刹车和线碟刹车。
（二）目前自行车刹车种类
按制动力的作用点不同，分为刹轮圈和刹轮轴两种，刹轮圈类常见的如胶皮刹，刹轮轴类常见的如鼓刹（抱刹）、罗拉刹、碟刹。
（三）共享单车各品牌采用的刹车种类
“小蓝”采用前抱刹后罗拉刹方式，“小鸣”采用前后双抱刹（鼓刹）方式，“ofo”采用传统的前夹刹（胶皮刹）后抱刹（鼓刹）方式，“Mobike”使用电刹车系统，“Mobike Lite”则升级为碟刹。
（四）常见刹车方式的工作原理及优缺点
胶皮刹：由两块刹车胶皮对车圈互夹产生摩擦力，从而实现制动。优点是重量轻，结构简单，便于安装、保养与维修，性价比高;缺点是雨天、泥地或涉水路面易打滑，用力过大或导致轮胎抱死，安装不当会使车圈变形;不良的刹车皮会损伤车圈乃至轮圈开裂，影响刹车力度和刹车皮使用寿命;长距离制动，刹车皮摩擦面过热易使制动力衰减或丧失。
鼓刹：通过液压将装在刹车鼓内的刹车片往外推，刹车片与随轮胎转动的刹车鼓发生摩擦，使车轮减速。优点是成本较低、不怕泥水、性能优良、维护简单、刹片的耐久度好。缺点是不易散热、刹车系统反应较慢、刹车的踩踏力道不易控制、不利于做高频率的刹车动作、构造复杂零件多、维修不易。
罗拉刹：专为城市休闲车发明的刹车系统，分为两大类，一类是凸轮型，一类是磨擦片型。凸轮型，由拉线牵动拉杆，使凸轮组转动，顶动六个滑块，每两个滑块顶起一块刹车块，三角刹车块同时动作，与刹车鼓体内部磨擦制动;另一种磨擦片型就像摩托车的离合器，动作也像。从外型上区分，带一个大散热片的是磨擦片式，焊有散热片的是凸轮式。罗拉刹的优点是不会受到外界如尘土或雨水的侵入影响，几乎零磨损，制动力平稳，可以不同气象条件下获得很好的刹车力，它的调校和传统的抱闸基本一样，内部不需调整，而只要调整接线行程即以。
碟刹：碟式刹车系统的工作原理是在花鼓上安装一块和车轮同步旋转的碟盘，并在前叉与车架上装置卡钳，再透过卡钳内的刹车块夹紧碟盘，达到刹车的目的。碟刹分为机械式和油压式两种，机械式碟刹是通过手动捏动刹车把，使刹车把与刹车夹器之间连接的线管内的钢丝线拉紧，带动刹车夹收紧，从而让来令片夹在碟片上制动;而油压碟刹则是用高密度的矿物油代替钢线，当捏动刹车把时，刹车把的机械构造会压缩线管内的空间，使线管内的油压增大，通过油的压力压动刹车夹器。
碟式刹车系统的优点是雨天、重度越野或长距离下坡制动时效果较好，散热效果好，在高速刹车时能迅速制动。其中油刹手感和使用效果相较机械碟刹有明显优势，操作灵活，性能超强，但根据使用情况，要定期换油，调试安装以及保养、维护比较繁琐会，或有漏油现象;机械碟刹比较容易保养，性能比较可靠，安装调试比较轻松，维护相对简单，但缺点是重量较大、维护麻烦，价格贵，抱死速度相对较慢，对车圈的控制手感上没有v刹好。
二、把剪切增稠流体应用于共享单车刹车装置的研究
（一）外形设计（如图方案一）
方案一
（二）刹车装置的研究
（1）主要结构组件。刹车把手、复位弹簧、推杆、活塞1、刹车油杯、油管、活塞2、剪切增稠流体、流体箱、转子、轴承、密封垫圈、圆锥齿轮副（齿轮2、齿轮3）、联轴器、齿轮1（与车轮同轴转动）、外罩。
（2）安装部位、应用原理。安装部位：刹车油杯及刹车把手固定在车把处，油管顺车架走线固定，齿轮组及剪切增稠流体箱固定在车轮轴及车架上。应用原理：车把手处应用省力杠杆原理，油推活塞2应用帕斯卡原理，剪切增稠流体给转子施加阻力应用剪切增稠流体性质，齿轮组处应用了两轴平行齿轮传动和两轴不平行齿轮传动原理。
（3）工作过程。在刹车把手处施加较小力通过杠杆放大传递给推杆，推杆推动活塞1压缩油，在油压作用下活塞2把剪切增稠流体推到容器上部，使转子完全浸没在剪切增稠流体中;转子在转动中受到流体阻力迅速减速再通过齿轮3、2、1依次作用于车轮，达到使车轮减速的目的。松开刹车把手时，复位弹簧拉动刹车把手恢复原位，通过杠杆作用推杆拉动活塞1回到原位，油压减小，活塞2因下方油压减小在上下液体压力及自重合力作用下下移至原位，剪切增稠流体在重力作用下下降至转子下表面下方，转子不受流体阻力，齿轮不受阻力，车轮不受阻力正常转动。
三、结语
本文设想方案主要是用油压方式控制剪切增稠流体液面高度对转子施加阻力，转子再通过齿轮把阻力传递给车轮，达到使车轮瞬间减速的目的;也可采用机械线拉的方式控制图1中活塞2上下移动来控制剪切增稠流体高度，再把剪切增稠流体对转子的阻力传递给车轮，此两种刹车方式的控制部分与油碟刹车和线碟刹车相同，既可作为油碟刹车和线碟刹车的辅助刹车装置，也可单独成为刹车装置使用，不足之处是剪切增稠流体箱、圆锥齿轮副、直齿齿轮等设计会增加共享单车的总质量，使骑行舒适度受到一定影响，但其应用前景广泛，可以应用到其它功能自行车，甚至电动自行车、摩托车、汽车等机动车辆领域。
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