功能型自行車設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用開發(fā)

李忠偉 陳依紅 竇春成

（武漢東湖學(xué)院，湖北 武漢 430212）

一、國內(nèi)外自行車設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

從自行車市場分析，我國一直是自行車生產(chǎn)和銷售的大國，我國擁有自行車量是日本的八倍，是美國的四倍。傳統(tǒng)功能自行車是借助于鏈條傳動(dòng)進(jìn)行行駛的機(jī)械，只滿足于最基本的代步功能。現(xiàn)代自行車雖然發(fā)生了一些變化，開始將無鏈條驅(qū)動(dòng)與信息控制等先進(jìn)技術(shù)用于自行車概念設(shè)計(jì)中，但由于各國生活水平的差異，使用自行車的目的各不相同，雖然自行車附帶的功能越來越全面和人性化了，總的來說，自行車設(shè)計(jì)并未完全朝著功能和人機(jī)交互的方向發(fā)展，也并未得到大面積普及。

而對于國內(nèi)功能型自行車設(shè)計(jì)來說，其設(shè)計(jì)理論研究與國外相比，才剛剛起步；其功能設(shè)計(jì)實(shí)踐與國外相比，更是一片空白。因此，無論在國內(nèi)，還是在國外，在自行車設(shè)計(jì)中如何增加無鏈條電磁驅(qū)動(dòng)、指紋解鎖、智能導(dǎo)航等多功能，都是一個(gè)值得深入研究的課題，是自行車設(shè)計(jì)未來的發(fā)展方向。

二、功能型自行車用戶需求分析

著名的設(shè)計(jì)心理學(xué)家馬斯洛提到了人類需求層次的五個(gè)方面，概括到功能型自行車設(shè)計(jì)實(shí)踐中，主要表現(xiàn)為：

（一）生理需求：體現(xiàn)為騎行的舒適度，坐墊與把手的高度和材質(zhì)可充分提高用戶騎行的舒適度。

（二）安全需求：包括心理和身體的安全感，添加智能指紋解鎖功能，使其用戶得到心理安全滿足，三角構(gòu)架與碳纖維材質(zhì)的添加，使其用戶生命安全得到保障。

（三）社交需求：騎行滿足自由的交流，拉近人與人之間的距離。

（四）尊重需求：自行車的外觀要美觀大方，富有科技感，才能得到尊重。

（五）自我實(shí)現(xiàn)需求：對功能自行車的充分利用，是消費(fèi)者自我實(shí)現(xiàn)需求最充分的表現(xiàn)。

三、功能型自行車具體設(shè)計(jì)應(yīng)用

（一）無鏈條電磁驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。自行車已經(jīng)成為生活交通必不可少的“工具”之一，無鏈條電磁驅(qū)動(dòng)去掉自行車的輪骨和鏈條，不但外觀科技感十足，性能也十分強(qiáng)大。Cyciotro 的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)推出了一款叫“回旋加速器的自行車”，這是一個(gè)物理名詞，這款自行車是利用磁場和電場的相互作用而使帶電粒子作為回旋運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過高頻電子反復(fù)加速的裝置，但是需要自行車進(jìn)行充電。

我們小組設(shè)計(jì)的這款自行車是主要利用磁場轉(zhuǎn)變電力，再將電力轉(zhuǎn)變磁場去驅(qū)動(dòng)輪子的原理。后輪采用大小輪定向兩極磁導(dǎo)向，大輪磁力指向?yàn)檎龢O，小輪磁力指向?yàn)樨?fù)極，小輪連接功能自行車踏板，踏板在小輪和大輪中間置有線圈，踏板帶動(dòng)小輪運(yùn)動(dòng)，正反極磁力形成運(yùn)動(dòng)，線圈會(huì)切割微弱磁場，這樣產(chǎn)生的電力會(huì)流入高效鋰電池，鋰電池會(huì)把電流散布車身用電處，最主要一部分會(huì)流入前輪的磁驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)輪子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。鋰電池也可以自行充電，達(dá)到電動(dòng)車的效果。這款設(shè)計(jì)不僅滿足了人們的運(yùn)動(dòng)健康出行，也滿足了人們在精力不充沛的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)。

（二）指紋解鎖增加安全性。功能自行車車把中心圓管處添加了生物指紋解鎖技術(shù)，為了保證實(shí)用性，指紋鎖設(shè)計(jì)尺寸要和車把中心管尺寸相當(dāng)，直徑應(yīng)該在4 厘米以內(nèi)，功能自行車車把中心管空間有限，電路設(shè)計(jì)需要盡量提高空間利用率并盡量低功耗。我們將指紋解鎖模塊和電源電路與控制電路分別設(shè)計(jì)在功能自行車的管頭和管孔內(nèi)，極大的提高了空間使用率。我們小組打算選用了一款性價(jià)比高、功耗低的指紋解鎖識別。指紋解鎖識別成功，通電銜鐵自動(dòng)縮回，電磁閥自動(dòng)解鎖，反則去電銜鐵彈出鎖定鎖頭，自行車上鎖。如果有人強(qiáng)行破壞自行車鎖，或者移動(dòng)較大距離，自行車會(huì)響出報(bào)警提示。

（三）智能導(dǎo)航方便快捷。功能自行車指紋表盤前置還添加了CPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，因?yàn)榭臻g有限，所以導(dǎo)航系統(tǒng)要連接手機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，導(dǎo)航方式我們采用最簡單的四種標(biāo)頭顯示：直行標(biāo)識、左轉(zhuǎn)標(biāo)識、右轉(zhuǎn)標(biāo)識、掉頭標(biāo)識。有一個(gè)標(biāo)識替換下一個(gè)標(biāo)識的時(shí)候車把會(huì)震動(dòng)，類似于手機(jī)的震動(dòng)模式一樣。這里我們不采用語音提示，是因?yàn)橥獬鲵T行往往噪音很大，語音提示不能準(zhǔn)確提示我們換方向，但震動(dòng)提示直接進(jìn)行肢體傳輸，達(dá)到人機(jī)交互，更容易去接收換向提示。

（四）功能創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。鋰電池位于坐管內(nèi)，拆卸也非常便捷，車主可以將他拆卸下來拿去任何一個(gè)插座充電，沒有拘束。輪胎采用的是一種固態(tài)聚合物制作的無氣輪胎，可行駛1.2 萬公里，不用擔(dān)心輪胎漏氣和爆胎所帶來的困擾。車身采用碳纖維復(fù)合材料。車身的燈置于后輪小輪外壁和大輪內(nèi)壁、前輪內(nèi)壁、坐墊下。車上的所有燈均由自動(dòng)光線傳感器控制，能根據(jù)天氣光線進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，車座后側(cè)的光源延車身后方發(fā)生兩條平行光線的激光，提醒后排車輛注意和保持車距，人身安全得以保障。這款功能型自行車運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)改良了腳踏車“應(yīng)該的設(shè)計(jì)”，統(tǒng)整過的煞車器、固體無氣輪胎、以及電子齒輪箱，讓它在酷炫的外表之下，同時(shí)強(qiáng)化飆速功能。

四、結(jié)論

功能型自行車作為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的研制，是一款嶄新的驅(qū)動(dòng)概念的提出，市場應(yīng)用前景看好，在往后的時(shí)間里絕對是開發(fā)的重點(diǎn)方向，本項(xiàng)目緊緊圍繞功能創(chuàng)新思維，采用電磁驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)達(dá)到多功能研制的要求，再添加了很多人性化的功能，大大的提高了用戶的體驗(yàn)感。