關(guān)于我國電動自行車的技術(shù)路線建議*

阮 立張恒靖朱苡瓊 葉帥宏陳 林傅萬進(jìn)

（1-臺州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院 浙江 臺州 318000 2-浙江方圓檢測集團(tuán)股份有限公司）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人們生活水平的日益提高，居民出行距離也逐漸變遠(yuǎn)，鑒于私家車的高成本，給很多普通家庭增加了生活壓力，而城市公交系統(tǒng)由于線路的限制無法完全保障居民的出行需求，因此，以電池為動力的電動自行車就成為了居民的出行必備用品，而且日益受到普通居民的青睞，并發(fā)展成為城鄉(xiāng)道路交通中占據(jù)重要份量的交通工具。

電動自行車使用便捷，具有靈活度高，使用方便，節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，相對于其他交通工具，電動自行車具有極大的便捷性和經(jīng)濟(jì)性[1]，因此電動車逐漸成為大街小巷普通大眾熱愛的交通工具，今年電動自行車一直在快速增長，并不斷改進(jìn)其外觀、體積及電池性能等方面，越來越得到大眾的喜愛，小小的電動自行車為完善我國城鎮(zhèn)交通做出了重大貢獻(xiàn)。

1 電動自行車技術(shù)現(xiàn)狀

電動自行車的主要構(gòu)成部分是車體和驅(qū)動系統(tǒng)，而蓄電池、充電器、電機(jī)和控制器等構(gòu)成了電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)，這幾個(gè)部分是電動自行車的技術(shù)精髓所在，也是研究的重點(diǎn)。

1.1 電池

蓄電池為電動車提供了動力，它對電動自行車的質(zhì)量和使用成本具有重要的影響作用，同時(shí)也直接決定了用戶對電動自行車的信賴度。

目前，電動自行車的蓄電池依然以鉛酸蓄電池為主[2]。鉛酸蓄電池自從1854年發(fā)明以來，其生產(chǎn)技術(shù)已基本走向成熟，而且鉛酸蓄電池經(jīng)久耐用，具有很強(qiáng)的生命力。隨著科技進(jìn)步，其生產(chǎn)工藝過程也逐漸完善，大大降低了鉛酸蓄電池的生產(chǎn)成本。

鋰離子蓄電池是20世紀(jì)末逐步得到廣泛應(yīng)用的高容量可充電電池，這種電池的比能量大，可利用循環(huán)周期長，有效電能利用率高，無記憶效應(yīng)和對環(huán)境無污染，是目前各國重點(diǎn)研究的能量存儲技術(shù)對象。鋰離子蓄電池的正極是鋰金屬氧化物，負(fù)極是貯鋰碳材料，通過鋰離子在正負(fù)電極之間的漂移來完成充放電過程。

1.2 充電器

在日常使用中，為了延長電池的循環(huán)使用壽命和增大放出的總電容量，常常需要控制充電器充電時(shí)的放電深度，從而有效保證蓄電池的周期和總行駛路程。

由于電池的充電參數(shù)受不同生產(chǎn)工藝的影響，因此，不同生產(chǎn)廠家、甚至不同批次的產(chǎn)品之間都具有差異性，同時(shí)鑒于蓄電池技術(shù)的離散特點(diǎn)，較難在充電器行業(yè)間推廣統(tǒng)一的充電器模式，而且統(tǒng)一的充電器模式也很難適應(yīng)不同人群的需求，因此，統(tǒng)一充電的難度較大。

1.3 電機(jī)

目前，電動自行車所采用的電機(jī)類別主要有2種，具體為有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)。

有刷直流電機(jī)的主要組成部分是定子和轉(zhuǎn)子，其中，定子由5大裝置組成，分別為主磁極、換向器、端蓋、機(jī)座和電刷。機(jī)座主要作為各磁極間的磁路連接和機(jī)械支撐作業(yè)。電刷裝置一方面可接通轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子繞組與外電路，給電流提供從電刷進(jìn)入電樞的通路；另一方面可配合換向器獲得直流電。轉(zhuǎn)子為機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換提供了基礎(chǔ)，它的主要組成部分是電樞鐵心、電樞繞組和換向器3部分。

無刷直流電機(jī)的主要組成部分也是定子和轉(zhuǎn)子，其中電樞繞組、位置傳感器和機(jī)殼3部分構(gòu)成了定子的主要結(jié)構(gòu)，而永久磁鋼則構(gòu)成了轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)。且鑒于轉(zhuǎn)子的永磁材料，不但簡化了結(jié)構(gòu)，減輕了質(zhì)量，而且提高了電機(jī)的性能和可靠性。

1.4 控制器

控制器是電動自行車的“大腦”所在，控制電動自行車的行為。電動自行車控制器根據(jù)其電機(jī)類型可分為有刷和無刷2種電機(jī)控制器。有刷電機(jī)控制器具有結(jié)構(gòu)簡單和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，而無刷電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且對功率要求較高，價(jià)格也偏高?，F(xiàn)在電動自行車廣泛應(yīng)用的是三相無刷直流電機(jī)，這種電機(jī)的驅(qū)動控制器由3部分構(gòu)成，分別為邏輯換向控制、功率驅(qū)動電路和其它一些外圍電路，這3部分構(gòu)造為電流傳輸變換、電機(jī)運(yùn)行調(diào)速、提供顯示和各種保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)提供了保證。

1.5 車體

電動自行車的車體主要由車架、車把、車輪和車閘4部分組成，部分電動自行車包括鏈輪?，F(xiàn)階段，國家針對電動自行車的車重、車寬和車架強(qiáng)度等都給出了具體的標(biāo)準(zhǔn)，并制定了國家標(biāo)準(zhǔn)，而一些新材料、新技術(shù)、新設(shè)計(jì)和新工藝技術(shù)的出現(xiàn)和進(jìn)步也為電動自行車的車體改造提供了變革的契機(jī)。

2 電動自行車的發(fā)展趨勢

2.1 電動自行車對電池行業(yè)發(fā)展提出的要求

1）加快新型電池的研發(fā)

面對科技進(jìn)步和環(huán)境污染，電動自行車行業(yè)在新型燃料電池的研發(fā)上傾注了很大的期望，期望找到一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的動力源。后期，還需要不斷加快對新型燃料電池及其他新型電池的研發(fā)，盡快研制出科學(xué)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)便捷的動力電池。

2）提高一次充電的續(xù)航里程

這個(gè)問題事關(guān)多項(xiàng)，需要保障電機(jī)、控制器、電池和充電器的性能并做好相互之間的匹配[3]，此外還要保證整車的裝配質(zhì)量，并維持較好的騎行習(xí)慣等。在這里我們先撇開其他因素不談，僅對電池這一模塊而言，在維持電動自行車用動力電池的體積和重量一定的同時(shí)，要采用科學(xué)的方法努力提高電池的容量和比能量，這也是未來一段時(shí)間內(nèi)需要研究的課題。

3）延長壽命

對于電池研發(fā)，另外一個(gè)重要工作就是要延長電池的使用壽命，縮短電池的充電時(shí)間。因此，電池行業(yè)要依靠科技和信息的進(jìn)步，提高電池性能，不斷縮短充電時(shí)間，延長使用壽命，方便消費(fèi)者使用。

4）完善售后服務(wù)

售后服務(wù)往往是電池行業(yè)維持穩(wěn)定發(fā)展的有效保障，因此，要提高電池企業(yè)對售后服務(wù)重要性的認(rèn)識，克服以往重銷售輕售后的服務(wù)模式，加快健全和落實(shí)“三包”制度和售后服務(wù)制度的步伐，及時(shí)解決消費(fèi)者面臨的質(zhì)量問題，在消費(fèi)者層面實(shí)現(xiàn)售后服務(wù)社會化。

2.2 構(gòu)建完善的服務(wù)體系

隨著電動自行車的增加及普及，將電動車作為一個(gè)整體來考慮，在設(shè)計(jì)公共充電服務(wù)時(shí)遵循造型簡單大方，操作便捷和優(yōu)化用戶體驗(yàn)的原則，同時(shí)為保證各年齡用戶能無差別流暢地使用設(shè)施，應(yīng)簡單化和便捷化APP的操作流程。

1）建立相應(yīng)的服務(wù)配套設(shè)施

首先，要建立相應(yīng)的配套輔助設(shè)施[4]。電動車在騎行過程中，不但牽涉到充電，而且牽涉到充氣，因此，在配套建設(shè)時(shí)，要考慮到給電動自行車充氣的事情，在公共電動自行車充電站設(shè)計(jì)一個(gè)充氣口就顯得很必要，同時(shí)配備一些基礎(chǔ)維修工具箱，為居民提供良好的出行保障。

2）建立相應(yīng)的休息等待設(shè)施

在住宅小區(qū)和行走道路的設(shè)置中，可將區(qū)域劃分為休息區(qū)和充電區(qū)。在充電區(qū)里可利用車輪卡扣固定電動自行車，保證位置固定，從而減少用戶的操作，解決車輛亂停亂放的問題，休息區(qū)可設(shè)置木質(zhì)座椅，讓用戶放松，從而減少等待時(shí)的焦慮，同時(shí)可準(zhǔn)備一些充電樁，減少用戶等待時(shí)的無聊。

3）建立防盜設(shè)施和資源長期被占的解決措施

在設(shè)計(jì)APP時(shí)，要設(shè)計(jì)異常通知模塊，從而在通電異常停止時(shí)，發(fā)提醒到用戶APP，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能。在模塊上設(shè)置“恢復(fù)供電”和“聯(lián)系服務(wù)人員”兩個(gè)用戶選項(xiàng)，用戶如果無法及時(shí)確定財(cái)物安全，可以聯(lián)系工作人員前去查看，并調(diào)取監(jiān)控錄像進(jìn)行查驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無問題后，可通過點(diǎn)擊“恢復(fù)供電”來繼續(xù)進(jìn)行充電。

同時(shí)也應(yīng)預(yù)防充電資源長時(shí)間被占用的措施，這項(xiàng)功能可通過在APP充電區(qū)進(jìn)行功能設(shè)置而實(shí)現(xiàn)，通過提示并預(yù)警用戶在完成充電后繼續(xù)占有充電口，在充電完成后的時(shí)間采取加倍收費(fèi)的措施，從而避免資源浪費(fèi)的情況。

4）建立完善的線上線下服務(wù)體系

當(dāng)今信息發(fā)展迅猛，采用電子計(jì)時(shí)的收費(fèi)模式可以根據(jù)用戶充電時(shí)間的長短進(jìn)行收費(fèi)，不但公平而且合理[5]。同時(shí)在移動端平臺設(shè)置不同的模塊，提供快、慢兩種充電選項(xiàng)，從而有針對性地解決不同用戶的需求。

2.3 提高電動自行車智能化制造

對于電動車產(chǎn)業(yè)而言，僅僅提高服務(wù)模式是不夠的，還要在產(chǎn)品制造及相關(guān)層面達(dá)到智能化，現(xiàn)在智能化發(fā)展和應(yīng)用的趨勢也體現(xiàn)在了電動車制造領(lǐng)域、服務(wù)領(lǐng)域和檢測領(lǐng)域。電動自行車的智能制造未來將體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

1）智能化建模仿真

當(dāng)前階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及供應(yīng)鏈管理的各個(gè)階段，建模與仿真技術(shù)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，甚至應(yīng)用到整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期過程。而在電動自行車生產(chǎn)過程中也要提高智能化應(yīng)用，通過3D技術(shù)展示產(chǎn)品外形，完善電動自行車的設(shè)計(jì)比例。通過建模與仿真等減少測試和建模的支出，從而提高產(chǎn)品的成功率，降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)，簡化設(shè)計(jì)和制造過程，盡快使新產(chǎn)品進(jìn)入市場。

2）應(yīng)用智能裝備

近年來，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在生產(chǎn)領(lǐng)域中不斷拓展和延伸，應(yīng)用范圍和功能都在增強(qiáng)，而且隨著生產(chǎn)領(lǐng)域的自動化和智能化水平的提高，生產(chǎn)效率也得到了極大提升。因此，在電動自行車制造行業(yè)也要逐步使用智能裝備[6]，使用工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線，未來的生產(chǎn)裝備應(yīng)將工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套裝備作為主流的發(fā)展方向。

3）提高供應(yīng)鏈管理

引入高科技信息管理手段，在資源規(guī)劃時(shí)采用企業(yè)資源規(guī)劃軟件，在信息管理上采用無線電頻率識別技術(shù)，對電動自行車的供應(yīng)鏈進(jìn)行高效管理，從而縮短訂單流動的時(shí)間，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

4）智能服務(wù)業(yè)模式

電動自行車制造商在生產(chǎn)中可采用嵌入式軟件，從而結(jié)合無線連接和在線服務(wù)等流程，建立整合成一套完整的新的“智能”服務(wù)業(yè)模式，打通制造業(yè)與服務(wù)業(yè)之間的樞紐，從而提高消費(fèi)者的產(chǎn)品體驗(yàn)。

3 結(jié)束語

中國作為人口基數(shù)很大的國家，電動自行車的出現(xiàn)和廣泛使用極大地緩解了交通的沉重壓力，同時(shí)作為綠色出行工具，對環(huán)境保護(hù)也具有重要的積極影響。但電動自行車的機(jī)會與挑戰(zhàn)往往是共同存在的，人們在基本的需求被滿足之后，對電動自行車的結(jié)構(gòu)、部件、控制方式、蓄電池和外觀都提出了更高的要求，所以說，電動自行車產(chǎn)業(yè)要朝著經(jīng)濟(jì)化、服務(wù)化和智能化發(fā)展，利用新科技、新技術(shù)和新工藝，提升電動自行車形象，推動電動自行車市場的成長。