電動自行車的科學(xué)設(shè)計

1 前言

電動自行車是一種最常見的交通工具，不僅是民眾短途出行的主要代步工具，還是一些特殊行業(yè)的謀生工具，在外賣、快遞、代駕等服務(wù)行業(yè)應(yīng)用極其廣泛。

據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計，全國電動自行車保有量已超過3億輛?；谌绱她嫶蟮氖褂萌后w，電動自行車給我國社會帶來的影響是方方面面的，在給民眾提供出行便利、提升通勤效率的同時，也帶來了一定的安全隱患，并由此發(fā)生了一些安全事故，其中尤以火災(zāi)事故最為突出，造成了人民生命和財產(chǎn)損失。

由此可見，電動自行車是典型的小產(chǎn)品大民生，電動自行車的安全絕對不容忽視，因此科學(xué)的設(shè)計是保證電動自行車安全使用的第一步。

2 電動自行車的歷史與現(xiàn)狀

電動自行車出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，在普通自行車的原有結(jié)構(gòu)上，增加電池和電機(jī)，通過簡單的轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動騎行功能。

20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初期，隨著1999年版電動自行車國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，電動自行車開始擁有獨(dú)立的設(shè)計，將電池、電機(jī)、控制器等電氣部件，與車架更好地結(jié)合在一起，使得騎行感受大幅度提升。

2000年后，電動自行車的設(shè)計變得更加復(fù)雜，主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)自行車的樣子，最典型的變化就是輪徑變小，增加了減震部件，電池電壓和電機(jī)功率在不斷增加。原有國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能適應(yīng)產(chǎn)品的發(fā)展，因此，GB17761開始計劃修訂。

2018年新版電動自行車國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，對電動自行車提出了更明確的質(zhì)量要求，實(shí)施強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理制度，有效地規(guī)范了電動自行車的生產(chǎn)和使用。與此同時，隨著使用人群不斷的增加，電動自行車的車型更加多樣化。

3 當(dāng)前電動自行車的設(shè)計缺陷

電動自行車雖然經(jīng)歷了20多年的不斷發(fā)展，但是，當(dāng)前電動自行車的設(shè)計仍然存在一些缺陷。

3.1 無設(shè)計（被動設(shè)計）

無設(shè)計是指簡單地將采購的零部件拼湊在一起，沒有獨(dú)特的原創(chuàng)設(shè)計，更沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄐ驮囼?yàn)，忽略了應(yīng)有的安全底線思維，容易造成主要零部件之間匹配不合理，增加了產(chǎn)品的安全隱患。同時，由于電動自行車的產(chǎn)品周期相對較短，往往一款新車型上市短短3個月的時間就可能被市場淘汰，造成已售出車型的售后服務(wù)無法得到保障。

3.2 借鑒設(shè)計

產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，無品牌設(shè)計語言，大部分企業(yè)的主銷車型都是跟隨頭部企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計，外觀、功能高度一致，致使消費(fèi)者在選購產(chǎn)品時，更加關(guān)注的是產(chǎn)品價格，而非品質(zhì)。

4 電動自行車的科學(xué)設(shè)計

那么怎樣的設(shè)計才是科學(xué)的呢？

我們認(rèn)為，至少要做到以下幾點(diǎn)：組建完善專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊，一切以人才為基礎(chǔ)；嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)要求，一切以合規(guī)為前提；合理配備組裝檢驗(yàn)設(shè)備，一切以精準(zhǔn)為保障；基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)定型產(chǎn)品，一切以安全為底線。

此外，我們還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個方面：

4.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計——主體結(jié)構(gòu)合理，部件強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

主體結(jié)構(gòu)是支撐電動自行車的部件總成，包括車架、前叉、車把、車輪等主要機(jī)械部件。這些部件都有各自的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)對尺寸、強(qiáng)度等都有很明確的要求。我們應(yīng)該在確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，優(yōu)化部件之間的組合設(shè)計，充分考慮結(jié)構(gòu)對于騎行的影響，保證騎行安全。

4.2 電氣系統(tǒng)設(shè)計——功能完備，合理匹配。

電氣系統(tǒng)主要包括以下部件：電池、電機(jī)、控制器、充電器、轉(zhuǎn)剎把、燈具、儀表、整車線束等。電氣系統(tǒng)的合理設(shè)計與合理匹配，直接關(guān)系到電驅(qū)動行駛時，功能是否正常、完備。比如，轉(zhuǎn)把用來驅(qū)動車輛行駛，剎把用來在制動情況下及時切斷電源，各部件間通過各種線束連接在一起。所以，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響騎行安全。

4.3 防水防火設(shè)計——保障惡劣環(huán)境下使用安全。

防水設(shè)計主要是應(yīng)對淋雨、涉水等特殊情況，保障電氣系統(tǒng)不會因?yàn)榻l(fā)生短路，造成車輛受損或人身傷害，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注燈具、功能開關(guān)、電池盒和電機(jī)。而防火設(shè)計應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注全車各部位非金屬材料、所有電氣線路和接插件等，首先不能因?yàn)楣收弦鹱陨矸钦０l(fā)熱，其次還要在一定程度上避免或延緩火災(zāi)對車輛的影響。

4.4 騎行安全設(shè)計——保護(hù)所有交通參與者安全。

在電動自行車國家標(biāo)準(zhǔn)中，有3項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目需引起我們足夠的重視，包括車速限值、車速提示音、防失控。車速過快會增加碰撞風(fēng)險，車速提示音能夠準(zhǔn)確提示車輛位置、提醒騎行者遵守交通法規(guī)，防失控要求可以有效避免車輛非正常啟動。電動自行車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計相應(yīng)功能，做好充分的安全保障。

4.5 充電安全設(shè)計——增加主動安全措施。

充電安全設(shè)計包括但不限于優(yōu)化充電接口設(shè)計、合理設(shè)計短路保護(hù)裝置規(guī)格、增加BMS電池管理系統(tǒng)等。同時，充電器也應(yīng)滿足電氣安全國家標(biāo)準(zhǔn)要求，增加和電池的握手協(xié)議，確保正確充電。

4.6 在車型設(shè)計和定型試驗(yàn)中，還應(yīng)充分考慮電動自行車的使用壽命，確保在其壽命周期內(nèi)的所有功能設(shè)計均可正常使用。

5 未來設(shè)計趨勢

安全！安全！安全！——安全是底線，安全是永恒不變的設(shè)計主題。

個性化（差異化）——隨著消費(fèi)人群的增加，使用者年齡結(jié)構(gòu)的變化，電動自行車車型的設(shè)計應(yīng)緊跟時代潮流，同質(zhì)化、普通化的產(chǎn)品不足以吸引潛在的消費(fèi)者。

智能化（增加主動及被動安全措施）——例如，可以在充電線路中加入安全電路，保護(hù)電池和電氣線路，避免非正常發(fā)熱；增加電池盒內(nèi)的主動滅火裝置，設(shè)置最后一道防線。

專業(yè)化（特殊行業(yè)、特殊設(shè)計）——針對外賣、快遞、代駕等特殊行業(yè)，開發(fā)新產(chǎn)品；重點(diǎn)關(guān)注特殊行業(yè)，保障從業(yè)者的騎行安全、人身安全和財產(chǎn)安全。

標(biāo)準(zhǔn)化（強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺）——針對電動自行車，目前已知的即將發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)就有2項(xiàng)，分別涉及電氣安全和充電器。標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，必將對電動自行車的設(shè)計提出更高的要求。