基于共享服務理念的自行車助力輔助器設計研究

南京航空航天大學金城學院 張傲妮（通信作者） 蔣志杰 王一潤

隨著大數據時代的到來，人們的生活方式和既有觀念發生了很大程度的改變，服務的質量和水平也逐步提高[1]，低碳生活被提倡，自行車越來越被青睞。其次，當下社會正處在現代化、城市化以及網絡信息化的快速發展時期，交通問題已經成為亟待解決的焦點問題，尤其是大都市的交通擁堵、環境污染、資源危機等狀況已經開始限制社會經濟的發展和人民改善生活質量[2]。在生活中，越來越多的騎行愛好者，加入了專業的自行車隊伍中。但是專業性較強的騎行工作并非很好勝任。因此，用戶需要一個能夠幫助訓練的專業自行車助力輔助器。雖然自行車助力器目前已有的技術很多，例如齒輪傳動的方式，用馬達替換自行車飛輪的方式，杠桿的方式等。但是，這些已有的助力器大多是針對常規自行車設計的助力器，且存在一定的缺陷。再者，市面上針對專業自行車的助力輔助器設計較少，不能滿足人們的需求。文章根據當前的市場需要，結合現有的自行車助力器的缺陷，對助力器進行了改進的研制[3]。與此同時，根據共享服務理念，基于Harmony OS 系統開發了一款線上共享網絡交流APP。不僅能夠幫助特定人群的輔助訓練，還能為其他自行車愛好者提供一個交互網絡環境，及時分享各種信息。

1 共享服務理念

在日常生活中，信息技術已經全面滲透到各個行業的經營管理中，其中共享服務的理念流傳較為廣泛[4]。共享服務是在具有多個運營單元的公司中組織管理功能的一種方式[5]，它指企業將原來分散在不同業務單元進行的財務、人力資源管理、IT 技術等事務性或者需要充分發揮專業技能的活動，從原來的業務單元中分離出來，由專門成立的獨立實體提供統一的服務[6]。在共享服務理念下，共享服務模式已被眾多企業關注并采用，成為整合運作流程、進行管理創新、加快反應速度、提高服務質量，從而提升管理效率、降低成本、增強企業整體核心競爭力的有效方式。可以看出，共享服務已經成為一種趨勢，一種必然。另一方面，在資源匱乏、環保問題日趨突出的今天，可持續發展的思想已逐漸深入人心。在此背景下，聯合國環境規劃署在上世紀九十年代初提出了產品服務系統這一概念，其主旨思想就是通過系統地集成產品與服務，為用戶提供產品服務或效用而不僅僅是傳統的產品來滿足用戶需求，旨在通過減少物質資源的消耗實現可持續發展[7]。基于這一概念前提，為了滿足服務對象的多方面需求，圍繞該產品建立的線上共享平臺起到了很好的交互作用，不僅是助力產品的使用，也形成了系統的上線資源共享平臺。

囿於時間及空間之因素，人們常以健身器材在居家自行進行運動。在缺乏教練從旁指導的情況下，使用者常常在不知不覺間造成運動傷害而不自知[8]。對于整套自行車輔助器體系來說，完整又有一定創新的共享服務系統是很有幫助的，這也是想要推廣產品所必需的一部分。

2 自行車助力輔助器現狀

雖然有關借助器材來輔助訓練兩輪載具的研究已經有了幾十年的歷史，但在自行車翹頭訓練輔助器的研究與生產方面，國內外都處于初始狀態。由于此類產品多以定制為主，價格昂貴，所以普及程度較低[9]。如圖1 所示，此類訓練輔助器能夠防止在練習過程中車輛側向傾倒，以降低訓練難度和保護安全，但基本都是固定住后輪，然后讓車手在上面通過轉移重心起頭并且保持車輪翹起的平衡狀態。摩托車的翹頭訓練器底部安裝有輪子，可以隨摩托車的行駛而一起運動，通過固定后輪軸的方式在穩定車身平衡的同時允許車手做翹頭的動作，理論來說該結構可以運用于自行車的訓練，但目前還沒有此類案例的出現。

圖1 自行車訓練輔助器

初學者在剛接觸時經常會遇到找不到有共同興趣的車友或合適練習技巧地點的情況。傳統的社交平臺如QQ、微信等以地方群的形式聯系用戶，這些群聊的活躍程度、規模大小、水平高低參差不齊。而更早之前的交流平臺，如論壇與貼吧，由于熱度的下降漸漸消失在該群體的視線里。

目前，自行車助力器有后輪摩擦式、前輪改裝式、單邊側向助力式，它們都為電助力式，并形成了相對成熟的產品。這類將傳統自行車改裝為電助力自行車的裝置安裝相對簡單。一般將電池做成水壺的形狀便于隱藏，續航在30 km 到60 km 不等，時速可以大于30 km/h，相比電動車更節約能源。摩擦式自行車助力器在小型化、輕量化方面有優勢，同時在助力的同時給騎手更好的騎行體驗。而前輪改裝式是將前輪換成裝有電動機的特殊輪子，這種方式傳動效率高，功率輸出大，加工精確。

用于推廣騎行的軟件，大多是介紹騎行技術，分享新產品、報道活動等，并不是很好的交流平臺。當前，除了大規模騎行活動有宣傳外，并沒有涉及到自發組織的騎行活動，也沒有區分地區進行智能化推送信息的功能。

3 基于共享服務理念的自行車助力輔助器設計分析

3.1 自行車助力輔助器的形態

由于不能干擾變速器和碟剎的功能，輔助訓練器以三個支點以L 型固定住自行車的后輪，側面有兩個帶有輔助輪的支撐臂連接。其高度比后輪高度略低，因此不會影響用戶的操作，自行車的后輪被輔助器固定住，以保證車不會因為操作者的失誤而倒地。輔助器在使用的過程中難免會發生與用戶肢體接觸的情況，為了避免用戶在使用輔助器時因為碰撞而受傷，助力輔助器的表面必須沒有突出或尖銳的物體。整體造型也應為流線型以降低風阻。由于使用者多為年輕人，輔助器的外觀的設計風格應選擇較為前衛的。

3.2 自行車助力輔助器的結構

為了滿足練習各種動作訓練需求，輔助器需要在各個方向上有自由度，前進和后退方向上由底部的輔助輪提供。在練習一些后輪離地的動作時，輔助器需要具有能讓自行車上下運動的自由度，在此使用連桿的結構。輔助器由三個部分組成，分別為浮動夾持組件、多連桿支撐臂、模塊化動力系統。夾持組件在固定住后輪的同時在其活動范圍內必須有足夠的強度，并盡可能的輕量化。輔助器需要在不對自行車改造的情況下安裝，同時盡可能的降低后輪與輔助器之間的阻力。

3.3 自行車助力輔助器的功能

根據輔助器的預期功能，在犀牛軟件中初步建出模型。經過進一步討論和設計后，在原有基礎上進一步改進模型，如圖2，并依據實際尺寸對模型的大小作出修改。最終在保證功能性和穩定性的情況下盡量使整體重量減輕，不會成為使用者的負擔。

圖2 自行車助力輔助器模型圖

模塊化的助力功能延長了產品的使用周期，即使是已經掌握所有輔助器所能幫助練習的技巧而無需再借助輔助訓練器練習的使用者，也可以通過可安裝的電動機與電池組件與可拆卸的側支撐臂，使原本不可能作為代步的場地自行車能夠輕松前往電動車所能達到的范圍，而非傳統的通過拆卸自行車借助機動車前往目的地。這種環保的交通方式不僅能夠減少用戶的經濟負擔還能夠節約體力與時間，從而解決了廣大目標人群的出行難題，并為App 加強使用者之間的聯系做到物質上的保障。

與現有產品只能在原地使用相比，輔助器能讓使用者在騎行時進行訓練，能還原騎行自行車時車輪產生的角動量所帶來的平衡，更加符合在真實環境下的使用情況，同時在縱向也有一定的自由度，能夠滿足使用者更進一步的訓練需求。使用者在使用輔助器時能夠更快更安全的找到發力的方式以及平衡點，減少訓練難度的同時讓訓練變得安全。動力系統通過后支撐臂上的輪輸出動力，以電助力的形式為自行車提供助力的功能。

3.4 APP 功能的分析

伴隨著移動數據網絡客戶的持續增加和手機的普及化，客戶已經不滿足于通電話、發信息等基本要素，進而將手機作為接受信息、了解新聞時事、搭建社交媒體、便捷日常生活和娛樂的專用工具[10]。為了更好地使整個產品共享服務系統運轉起來，APP平臺對于功能的選擇便顯得尤為重要。在進行整體的APP 設計之前，調查問卷的結果顯示出相當一部分的使用者表明如果有這樣的一套產品系統，他們會愿意去和身邊的朋友分享。從整個產品的預期結果來說，這款APP 需要成為緊密鏈接各個使用者的紐帶，從而形成一種新型的“同好圈”，并且租用產品的愛好者和普通使用者可以互相交流使用心得。所以一個完整的交流模塊是必不可少的功能。與此同時還配備商城功能，還會不定時地發布新產品以供有需要的使用者購買，如圖3 所示。同時，為了讓使用者能夠直觀地了解到自己周圍的可租用產品，精確的地圖及定位系統也是必備的。地圖系統也可以為想要組織進行團體活動的自行車騎行愛好者提供便利，并且定位到周圍的自行車公園和適合騎行的地點，使每個使用的愛好者尋找到更多同好，擴大交友范圍。

圖3 APP 中的市場模塊

4 基于共享服務理念的自行車助力輔助器設計實踐

基于自行車助力輔助器本身存在的一定專業性，因此在共享理念的應用時采用了讓自行車愛好者推動身邊的親戚朋友對產品理解的方案，旨在提高共享的高效性與有效性。共享服務過程中，較為重要的就是服務質量的可持續性，此時在每次使用結束后用戶的反饋信息會直觀地反映在APP 上，為后續使用者提供參考，也能幫助對產品系統進行改進。

通過在平臺上進行使用感受和騎行生活的分享，使整個產品系統不再拘泥于傳統共享模式中單一的信息傳遞模式。這樣使所有使用者之間不僅僅只有租賃使用的關系，還因為彼此的興趣相投反過來互相傳遞信息，以形成信息網絡。共享的對象也就不只是產品本身，也包含著產品所帶來的精神活動以及一定的社會價值。在此系統的運作下，整體的需求、開發、與評測是由各使用者與服務提供方所共同推進的。共享的多方位性也是當今從業者所重視的點。

4.1 自行車助力輔助器的外觀設計

基于共享服務理念的自行車助力輔助器整體采用了簡約且又概念性的風格，又添加了科幻的要素在其中，更加適合年輕的騎行愛好者使用，如圖4。

圖4 產品三維模型圖

4.2 自行車助力輔助器的結構設計

浮動夾持組件用于固定車輪，同時連接支撐臂提供側向力以使自行車保持穩定狀態，該組件主體為兩個L 型支架和三組小輪，被固定的車輪由三組尺寸較小的輪夾持。此結構能讓后輪在被整體固定的情況下仍然可以轉動，三組小輪每組有一對軸線指向后輪圓心的夾持輪和一個軸線垂直于后輪的限位輪，通過更換不同直徑的夾持輪來適應不同輪胎的胎寬，同時通過增加墊片的方式控制小輪到車輪中心的距離來適應不同的車輪直徑。

三組小輪以每隔90 度的位置夾持輪胎，其中兩組平行于位于車輪下半部分，其連線與地面平行，一組位于車輪斜后上方45度位置。限位輪能夠在后輪受到強大外力時仍被夾持，夾持輪在以損失一定的效率的情況下隨后輪一起旋轉，并提供側向力。

多連桿支撐臂連接浮動夾持組件，連桿結構能讓車輪騰空后不將整個輔助器跟隨以影響操作者，在連桿的作用下，隨車輪垂直運動的只有浮動夾持組件，而側面的輔助輪和動力系統以及支撐部件仍在地面，將對使用者訓練時的不利影響降到最低。其有前后和兩側兩個組成部分，并且都安裝有彈簧避震以吸收沖擊和輪子跟隨自行車整體的移動。

支撐組件能夠在車輪落地后使整車處于平衡狀態，同時保持輔助器自身的穩定。在正常的騎行或后輪不離地的情況下支撐壁由于彈簧的可伸縮結構能使后輪與地面接觸。后輪處安裝有可拆卸的電機組。

4.3 APP 的設計

編寫APP 程序之前預編輯了一個完整的流程圖，使整個程序編寫過程簡單而且可控，為了讓使用者不會因為菜單層次過深而感到不耐煩，將菜單項壓縮至5 到7 個之間，并且對按鈕添加常規的不可點擊、可點擊、聚焦、按下這四種狀態，以免誤導用戶。在全部UI 代碼編寫完成后，進行整體程序的試運行，并找出存在的細微問題以解決，最后輸出完整的APP 框架。

在進行APP 的界面以及交互的設計時，流程分支的數量是考慮的重要因素之一，由于使用者的互相交流和地圖信息是主要的任務功能，所以為了讓主要任務暢通無阻，其他次要任務不會給與太多分支，以免影響用戶的體驗感。從用戶的角度來考慮，一個好的APP 必然要在流量、速度、穩定性上有所見長，只有保證了用戶的體驗感，才能吸引更多人。

綜合以上的考慮，商城、論壇、以及地圖和“我的賬號”等板塊的圖形設計以簡潔、易識別為主要考慮點，讓使用者有一個平衡又內容豐富的觀感，不會單調乏味，整體體驗下來也會更加舒適。而根據整個產品共享服務系統所提煉出來的顏色也作為了整個APP 界面的主色調，占據整體視覺感受的主要地位。對于在整個界面設計中的字體設計，則是考慮到為了拉近使用者之間的距離，采用線條相對粗一些，前端渾圓的字體。這種字體容易使人感到溫暖，親切與柔和。同時如果用戶對界面有著自己的喜好，也可以通過自定義來進行替換，創造出自己的獨特風格。

5 結語

時至今日，自行車仍作為不少人的出行工具，很大程度上得益于綠色低碳環保理念的提出，因為共享服務理念而出現的共享單車體系使自行車能夠隨借隨還。而自行車的魅力至今也還只為少數人所體會到，因為自行車的特技動作門檻高，但是如果是有一定經驗的愛好者又能隨心所欲地做出各種酷炫的動作，而沒有經驗的嘗試者會在一次次的失敗后選擇放棄。這使一個資深愛好者也很難拉動身邊的朋友一起感受自行車的樂趣。本產品系統的設計初衷就是為了降低門檻，讓更多人感受到自行車除了代步工具的另一種可能，同時也為各愛好者提供一個圈子。共享服務APP 也符合了當今時代的社會主流，讓需要助力的人能夠騎得更輕松，想要玩技術的人隨時能體會到樂趣，還可以從交流廣場中了解到更多自行車騎行技術方面的知識。