電動自行車的科學設計

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，還是一些特殊行業的謀生工具，在外賣、快遞、代駕等服務行業應用極其廣泛。

據權威部門統計，全國電動自行車保有量已超過3億輛。基于如此龐大的使用群體，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，并由此發生了一些安全事故，其中尤以火災事故最為突出，造成了人民生命和財產損失。

由此可見，電動自行車是典型的小產品大民生，電動自行車的安全絕對不容忽視，因此科學的設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狀

電動自行車出現于20世紀90年代，在普通自行車的原有結構上，增加電池和電機，通過簡單的轉換開關，實現電驅動騎行功能。

20世紀90年代后期至21世紀初期，隨著1999年版電動自行車國家標準的頒布實施，電動自行車開始擁有獨立的設計，將電池、電機、控制器等電氣部件，與車架更好地結合在一起，使得騎行感受大幅度提升。

2000年后，電動自行車的設計變得更加復雜，主體結構已經脫離了傳統自行車的樣子，最典型的變化就是輪徑變小，增加了減震部件，電池電壓和電機功率在不斷增加。原有國家標準已經不能適應產品的發展，因此，GB17761開始計劃修訂。

2018年新版電動自行車國家標準發布，對電動自行車提出了更明確的質量要求，實施強制性產品認證管理制度，有效地規范了電動自行車的生產和使用。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 當前電動自行車的設計缺陷

電動自行車雖然經歷了20多年的不斷發展，但是，當前電動自行車的設計仍然存在一些缺陷。

3.1 無設計（被動設計）

無設計是指簡單地將采購的零部件拼湊在一起，沒有獨特的原創設計，更沒有嚴謹的定型試驗，忽略了應有的安全底線思維，容易造成主要零部件之間匹配不合理，增加了產品的安全隱患。同時，由于電動自行車的產品周期相對較短，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無法得到保障。

3.2 借鑒設計

產品同質化嚴重，無品牌設計語言，大部分企業的主銷車型都是跟隨頭部企業的產品設計，外觀、功能高度一致，致使消費者在選購產品時，更加關注的是產品價格，而非品質。

4 電動自行車的科學設計

那么怎樣的設計才是科學的呢？

我們認為，至少要做到以下幾點：組建完善專業的技術團隊，一切以人才為基礎；嚴格遵守國家標準要求，一切以合規為前提；合理配備組裝檢驗設備，一切以精準為保障；基于試驗數據定型產品，一切以安全為底線。

此外，我們還應重點關注以下幾個方面：

4.1 機械結構設計——主體結構合理，部件強度達標。

主體結構是支撐電動自行車的部件總成，包括車架、前叉、車把、車輪等主要機械部件。這些部件都有各自的產品標準，標準對尺寸、強度等都有很明確的要求。我們應該在確保產品符合標準要求的前提下，優化部件之間的組合設計，充分考慮結構對于騎行的影響，保證騎行安全。

4.2 電氣系統設計——功能完備，合理匹配。

電氣系統主要包括以下部件：電池、電機、控制器、充電器、轉剎把、燈具、儀表、整車線束等。電氣系統的合理設計與合理匹配，直接關系到電驅動行駛時，功能是否正常、完備。比如，轉把用來驅動車輛行駛，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，任何一個環節出現問題，都會影響騎行安全。

4.3 防水防火設計——保障惡劣環境下使用安全。

防水設計主要是應對淋雨、涉水等特殊情況，保障電氣系統不會因為浸水而發生短路，造成車輛受損或人身傷害，應重點關注燈具、功能開關、電池盒和電機。而防火設計應重點關注全車各部位非金屬材料、所有電氣線路和接插件等，首先不能因為故障引起自身非正常發熱，其次還要在一定程度上避免或延緩火災對車輛的影響。

4.4 騎行安全設計——保護所有交通參與者安全。

在電動自行車國家標準中，有3項檢驗項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險，車速提示音能夠準確提示車輛位置、提醒騎行者遵守交通法規，防失控要求可以有效避免車輛非正常啟動。電動自行車生產企業應嚴格按照標準要求設計相應功能，做好充分的安全保障。

4.5 充電安全設計——增加主動安全措施。

充電安全設計包括但不限于優化充電接口設計、合理設計短路保護裝置規格、增加BMS電池管理系統等。同時，充電器也應滿足電氣安全國家標準要求，增加和電池的握手協議，確保正確充電。

4.6 在車型設計和定型試驗中，還應充分考慮電動自行車的使用壽命，確保在其壽命周期內的所有功能設計均可正常使用。

5 未來設計趨勢

安全！安全！安全！——安全是底線，安全是永恒不變的設計主題。

個性化（差異化）——隨著消費人群的增加，使用者年齡結構的變化，電動自行車車型的設計應緊跟時代潮流，同質化、普通化的產品不足以吸引潛在的消費者。

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，保護電池和電氣線路，避免非正常發熱；增加電池盒內的主動滅火裝置，設置最后一道防線。

專業化（特殊行業、特殊設計）——針對外賣、快遞、代駕等特殊行業，開發新產品；重點關注特殊行業，保障從業者的騎行安全、人身安全和財產安全。

標準化（強制性國家標準陸續出臺）——針對電動自行車，目前已知的即將發布的國家標準就有2項，分別涉及電氣安全和充電器。標準的實施，必將對電動自行車的設計提出更高的要求。