電動自行車模塊化設計研究

周本剛

摘要：現(xiàn)代城市人的短途綠色出行是基于不同的需求的，不同的需求便成為不同的設計出發(fā)點。文章首先對現(xiàn)代城市短途出行需求的多元性進行分析，其次在現(xiàn)有的自定義電動自行車分析的基礎上，引入模塊化等相關概念，總結分析該類平臺式模塊化設計的要素特點與設計方式，舉例分析得出模塊化設計在電動自行車設計上的具體運用原則。從而降低企業(yè)成本，增加用戶產品自定義的積極性，進而提升品牌形象，推動我國電動自行車行業(yè)的良性發(fā)展。

關鍵詞：城市出行 模塊化設計 電動自行車

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2017）01-0118-02

引言

在經濟日益發(fā)展的今天，城市化的進程不斷推進。交通狀況時刻影響著城市人們的出行質量，21世紀城市的重要挑戰(zhàn)是解決交通擁堵與氣候污染等主要問題，為了方便不同目的的短途出行，全球消費者尋找新型代步產品的需求也越來越大。

眾所周知，自行車等單人交通工具是慢行交通中最大眾化的輕便型交通工具，電動自行車作為電動車與自行車結合的產物，兼具兩者優(yōu)點，是緩解交通的最好方式，雖然電動兩輪車在美國依然處于起步階段，但在亞洲和歐洲，它被廣泛的運用作為汽車的替代品。另一方面，我國的空氣質量問題日益嚴重，霧霾頻發(fā)，自行車出行等低碳出行日益成為居民出行的主動意識，需要積極引導使其成為一種新時尚。國家也陸續(xù)推出了一系列相關政策支持新能源領域的交通方式推廣，根據(jù)Navigant Research調查預測，2016年，兩輪電動車將會占電動車市場規(guī)模的69%，（電動自行車62%，電動滑板車7%），從2016年到2025年，全球電動車產業(yè)規(guī)模將會增加一倍以上，從256億美元增長到622億美元。另外，“2014北京國際自行車博覽會”公布的最新數(shù)據(jù)，當前我國電動自行車市場保有量已超過2億，電動自行車目前年產銷量3000萬輛。中國電動自行車市場經過將近15年的發(fā)展到現(xiàn)在產品與市場逐步發(fā)展進入成熟期，因而電動自行車相關的設計更應當引起注意，針對不同的用途，不同的使用人群的設計同樣需要得到重視。

一、現(xiàn)代城市短途出行需求的多元性分析

在城市出行的領域里，短途出行一直是個邊緣但又不可避免的區(qū)域。以往的私家車出行雖然看似滿足了用戶的各種需求但卻是一種資源與空間的浪費。在電動自行車的設計或使用時，需要合理的將出行需求進行轉化。影響短途出行行為的因素多種多樣，不同的出行目的會有不同的設計需求（或模塊）來與之對應。

北京交通大學的常超凡在其論文——城市居民短距離出行行為研究中，對北京市城八區(qū)居民出行數(shù)據(jù)進行調查，分析得出城市短距離（5公里內）出行中占比最高的為購物，休閑健身與就餐，其次為上學，接送人，看病等。通過查閱相關資料與分析，以電動車自身的設計側重點的角度總結為以下的四個主要應用：1）載物型：如購物，需要相應的載物空間。2）健身，旅游休閑：適當?shù)碾娔苤蓽p輕長時間鍛煉的疲勞。3）載人：舒適的乘坐空間與安全性。道路交通安全法實施條例規(guī)定，自行車載人由地方政府根據(jù)當?shù)貙嶋H情況制定規(guī)章，一般只允許載12歲以下兒童。4）通勤：上班，停車場短途換乘等，需有足夠的續(xù)航能力。

二、電動車模塊化設計現(xiàn)狀分析

（一）電動自行車的平臺式模塊化設計

19世紀50年代歐美國家在計算機控制領域提出“模塊化設計”理念，實現(xiàn)芯片程序快速增刪和調用，標準化、通用化和系列化的方法方便進行控制系統(tǒng)的功能設計。

作為標準化的新形式，產品的模塊化設計被視為實現(xiàn)產品多樣化的主要途徑。產品結構、設計過程的重組，實現(xiàn)了用戶化產品的批量化生產及大規(guī)模生產條件下的個性化。在對產品結構體系及功能一結構相互關系的研究基礎上，產品種類與成本，性能之間找到了最佳平衡點。

模塊的設計則強調功能需求的獨立性，童時中教授在《模塊化原理設計方法及應用》一書中將模塊化產品的構成模式總結為：新產品（系統(tǒng)）=通用模塊（不變部分）+專用模塊（變動部分）。即運用標準化理論，巧妙組合產品構成單元中的固定部分和變動部分來構成新產品或使產品多樣化。

電動自行車的功能滿足度與配件間的組合密切相關，適宜模塊化設計的運用。電動自行車的模塊化設計是通過設計出不同的平臺與專用模塊，在標準的安裝位置上適當組合，實現(xiàn)功能組合來滿足某類用戶的特定需求。電動自行車系統(tǒng)的基本構造大致包括結構系統(tǒng)，轉向系統(tǒng)，制動系統(tǒng)，車輪系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，配件系統(tǒng)這些子系統(tǒng)。平臺是指電動自行車實現(xiàn)騎行與附加功能的基礎框架，或安裝載體——車架，也就是結構系統(tǒng)；專用模塊具有通用性與互換性，與平臺上的標準安裝位置相對應，除結構系統(tǒng)外的子系統(tǒng)都可以看作是通用模塊。不同的安裝組合實現(xiàn)不同針對性的功能配置?？梢婋妱幼孕熊嚨哪K化設計可以更好的適應批量化生產的需求，多樣化組合方式更讓自行車的配置與使用更靈活，提升用戶自定義的積極性。

在2014年針對洛杉磯地區(qū)需求的自行車設計競賽O regonManifest中，來自美國的HUGE Design與4130 Cycle Works共同設計研發(fā)了EVO城市多功能自行車（圖1），它是一輛運用模塊化思想的混合型城市自行車，巧妙地套件式組裝實現(xiàn)了針對多需求的靈活性。標準車架做平臺，通過可以快速拆裝的部件（專用模塊）的組合來實現(xiàn)對不同需求的本土化適應。這些專用模塊包括前后載物籃、文件袋、兒童座椅等，并且通過按需更換的方式滿足不同需求。我們可以看到設計師在安全l生，穩(wěn)定性方面沒有絲毫讓步前提下的努力，最終才有了這外觀與功能和諧的大眾化作品。

（二）電動自行車的模塊化設計方式

電動自行車的模塊化設計通過對應零件的選擇和組合來實現(xiàn)，而平臺式的模塊化設計，以平臺為基礎，通過不同的專用模塊的安裝與更換實現(xiàn)不同功能的組合，滿足用戶需求，從而實現(xiàn)用戶自定義功能。在對現(xiàn)有的模塊化（電動）自行車的模塊化方式分析的基礎上，總結出用戶模塊化自定義有以下兩種：1）套件式的組裝。在購買整個套件（平臺與通用模塊）之后，用戶根據(jù)自身需要，參考明書進行動手安裝，增減某些專用模塊以滿足特定需求，考慮品牌的兼容性，用戶參與設計的思想的主導模塊的選擇。2）非套件式組裝。具有一定的動手能力的用戶購買特定的零件，對平臺進行升級或改裝。此時模塊設計對零件相互兼容性要求得到體現(xiàn)，這種形式類似于DIY組裝電腦?，F(xiàn)有形式包括用戶購買不同品牌的車架與兼容的零件組件進行組裝。值得一提的是，盡管當下輕便型電動自行車普及度并不高，有一部分用戶通過給普通自行車增加電助力模塊的方式來改裝普通自行車，雖然外觀牽強，但也滿足了部分自行車用戶體驗電動助力的需求，這也是市場驅動下的積極嘗試。endprint

從設計的角度，模塊化自定義的實現(xiàn)與產品零件的通用性相關，這可以通過系統(tǒng)的設計來解決，但成本偏高。在工業(yè)批量化的今天，設計參與其中，就必須能發(fā)揮自己獨特的優(yōu)勢，在適應工業(yè)生產風格同時實現(xiàn)拓展性的模塊自定義，發(fā)揮模塊化設計的優(yōu)勢，盡量降低批量化生產的成本。在2015年8月的歐洲國際自行車展上，德國公司Altinsoy Manufaktur推出了具有完整模塊化設計的Bees bike自行車（圖2），這輛車采用了山地自行車的設計風格，通過專用模塊的置換可以實現(xiàn)電動助力自行車與山地越野自行車的轉換。這顯然是套件式組裝，設計者通過鏤空車架和多種專用模塊的組合，實現(xiàn)用戶自定義的可能性。輕合金網狀車架兼具粗獷的越野風格與輕量化特點。避震系統(tǒng)為可選擇前后全避震；允許客戶定制專屬配件，包括輪胎等，甚至可以兼容其他廠商零件，設計風格統(tǒng)一，增加產品實用性的同時帶來使用樂趣，進而提升了產品的品牌形象。

三、針對不同出行需求的模塊化設計原則

（一）模塊化設計在電動自行車設計上的運用原則

通過對平臺式模塊化設計方式的分析，結合模塊化設計思想在現(xiàn)有電動自行車上的設計運用，總結出以下幾個設計原則：1）簡化產品結構與模塊之間的聯(lián)系。簡化的產品結構有利于模塊化產品的配置調整，方便拆裝，減少安全風險，同時外觀適度融合以保證設計品質。簡單的結構同時可以降低成本，利于大眾化。2）高精度的設計使產品穩(wěn)定，產品在使用周期保持穩(wěn)定的性能，優(yōu)良材料可減緩損耗，滿足產品的環(huán)境屬性與功能屬性的同時延長使用壽命。3）以最少的模塊數(shù)量實現(xiàn)最多的產品種類，縮減研發(fā)成本與周期。4）系列化的產品（模塊）有利于品牌形象的塑造與維持，提升產品識別度，以有限的種類與規(guī)格為基礎，滿足市場多樣話需求，同時有一定的經濟合理性。

（二）平臺型可變組合

以通用模塊為基礎的電動自行車模塊化設計可以歸納為一種平臺型的設計。模塊化設計傾向于精心設計出多種模塊，以組合出多樣化的產品，而非對每種產品都進行單獨設計。平臺的設計上應保持整體簡潔高效，由于要考慮與諸多專用模塊的兼容性，在設計之初，車架平臺須考慮到一定范圍內的冗余設計，為將來的模塊開發(fā)預留接口，即給產品功能延伸留有余地，或使一種模塊或產品具有更大適用范圍，提高模塊的通用（商品化）程度。與之關聯(lián)的專用模塊的設計要保持模塊的功能與結構具有一定的獨立性，完整性，便于連接與分離以保障兼容。另外，模塊的功能定位也要經過詳細的分析與用戶研究以逐步確定。在對一定范圍內的不同功能或相同功能但不同性能、不同規(guī)格的部件進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊作為可變部分，通過適當?shù)哪K選擇或組合來構成不同的產品，使市場細分化背景下的用戶需求得到滿足。整個過程通過模塊化設計的適當運用加快企業(yè)的產品研發(fā)進程。

結語

電動自行車設計的方法多種多樣，并不僅限于文中探索的平臺式模塊化設計方法，設計師應該在不同的情境下尋找最適合的設計方式，探索之中進行創(chuàng)造性的勞動，以解決不斷變動的問題。由于城市短途出行領域中存在需求多樣化的特征，所以合理的運用模塊化設計在該語境下的電動自行車設計中具有重要意義。在低成本，滿足需求的同時增加用戶對產品自定義的積極性與使用樂趣，促進良好的人機關系，進而提升品牌形象，促進良性發(fā)展。endprint