两轮车侧架刹车器

◆贵阳市第五中学 吴景涛 刘丹 郭梦娜

两轮车小巧、价廉，尤其是电动自行车，其动力足、无噪声，低碳环保，是不错的代步工具。

两轮车大多有一个停车辅助装置——侧架。停车时放下侧架，车身三点着地，保持平稳。但侧架存在一些安全隐患。我们曾目睹这样一起交通事故：两轮车的驾驶员向左转弯时车速很快，内偏角较大，未收起的侧架插入地面，车辆失去控制翻倒在地，所幸后方机动车刹车及时，才未造成人员伤亡。

能否在启动车辆时就让电动车的侧架自动收起？向老师提及这个想法后，老师鼓励我们观察、研究校园内电动车的行驶情况。经过观察，我们发现电动车的侧架仅由一根弹簧和一根衬脚构成，侧架被放下时会外翘，着地点与前后轮构成三角形结构，被收起时向后靠拢，与前后轮平行。虽然这种设计方便停车，但启动车辆后如果忘记收起侧架，向左转弯时，车辆易因侧架蹭地而翻倒。

一、两轮车转弯时内偏的机理

经测量，两轮电动车侧架被放下时，偏角约为12°。在一般的平面十字路口直角转弯时，转弯半径为20 米至30 米，车辆转弯时所需向心力仅由车辆内偏动作提供，据此可构建分析研究模型。

两轮车转弯时，向心力来自地面的静摩擦力、地面的支持力和重力平衡。两轮车转弯时为什么会内偏？我们对车轮与地面的接触位置进行受力分析，发现了奥秘。

如图1，地面的支持力FN与摩擦力f 的合力，即地面对车轮的作用力必须经过车的重心，这就是两轮车转弯时需内偏的原因。这样，偏角θ和转弯速度v 之间存在必然联系，即：

图1 两轮车内偏转弯时车轮与地面接触位置的受力分析

图3 测试改造后的自行车在斜坡路面停车的效果

图4 后刹车处并联刹车线

图5 放下侧架，刹车线绷紧（左）；收起侧架，刹车线放松

图6 加装侧架刹车器后的电动车斜面停车实验

g 取9.8 m/s2，当θ=12°，R=20 m时，v≈23.24 km/h。当R=30 m 时，v ≈28.46 km/h。

查找资料后我们得知，市售两轮电动车时速都达到了49 km，所以电动车在转弯时，如未收起侧架，易造成交通事故。

二、两轮车的其他问题

不仅电动车，自行车、摩托车也是如此。在采访多个两轮车车主后，我们发现使用两轮车时还有以下问题：在斜坡停车时不能顺坡停；电动车的一边扶手也是油门，如果大人离开车辆时未关闭电源，他人误旋油门就会启动车辆，引发安全事故。

针对上述问题，我们经过反复讨论，确定了将侧架与后刹车联动的改进方案：侧架被放下时，联动刹车抱死后轮，后轮不动；侧架被收起时，联动刹车松开后轮，车辆正常行驶。

三、设计目标

（一）停车时，放下侧架，后轮刹车抱死后轮，车辆停下。启动车辆时如若忘记收起侧架，则不能启动车辆。故欲行车必须收起侧架，避免车辆转弯时蹭地的危险。

（二）在斜面停车时，由于侧架被放下，刹车抱死车轮，不会溜车。

（三）停车时放下侧架，刹车抱死，他人无意触碰油门，车辆也不会启动。

四、设计过程

（一）以自行车为研究对象进行观察思考

1.实验过程

刹车是通过前面的杠杆结构（刹车手），利用刹车线将拉力传递至刹车处。自行车的侧架由一根弹簧与钢筋旋转组成。我们将刹车线钢绳的一端固定在侧架上，外壳固定在侧架中心旁的钢管上，刹车线另一头与刹车部件铰链连接处连接。通过调整刹车线的长度并反复试验，找到临界点。

2.实验结果

（1）放下侧架，自行车不能被推动；收起侧架，自行车能正常骑行。

（2）在斜面顺坡可停车，停车时无须借助手刹。

（二）以电动车为实验对象的方案设计

1.实验过程

在后刹车处附近的螺帽上设计一个部件将侧架固定在横梁处，将刹车线外壳固定。

2.实验效果

（1）可在坡度为10°的斜坡路面平稳停车。

（2）车辆启动时侧架自动收起，松开刹车，手动刹车正常工作，车辆能安全行驶。

（3）停车时误拧油门，车辆不会启动。

五、创新点

将两轮车的侧架与刹车联动设计，停车时，侧架被自动放下的同时刹车抱死后车轮，车辆平稳停靠。这种设计解决了两轮车在斜面停车时易滑、转弯时侧架易蹭地、误拧油门启动车辆等安全问题，使两轮车的使用更加安全。

专家点评

吴景涛、刘丹、郭梦娜等同学的两轮车侧架刹车器，是一件富有原创性的小发明。这项发明的完成，充分体现了三位同学：

其一，具有良好的创新和协作精神。高中阶段学习十分紧张，三位同学能抽出一定的课余时间，发挥自己的特长，协作完成这个创新项目，难能可贵。

其二，不断打磨和提升作品的精细度，便于推广应用，具有良好的工匠意识。这些正是当代青少年应具备的素养。