功能型自行車設(shè)計研究及應用開發(fā)

李忠偉 陳依紅 竇春成

（武漢東湖學院，湖北 武漢 430212）

一、國內(nèi)外自行車設(shè)計現(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進行行駛的機械，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)動與信息控制等先進技術(shù)用于自行車概念設(shè)計中，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)計并未完全朝著功能和人機交互的方向發(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)計來說，其設(shè)計理論研究與國外相比，才剛剛起步；其功能設(shè)計實踐與國外相比，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)計中如何增加無鏈條電磁驅(qū)動、指紋解鎖、智能導航等多功能，都是一個值得深入研究的課題，是自行車設(shè)計未來的發(fā)展方向。

二、功能型自行車用戶需求分析

著名的設(shè)計心理學家馬斯洛提到了人類需求層次的五個方面，概括到功能型自行車設(shè)計實踐中，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）自我實現(xiàn)需求：對功能自行車的充分利用，是消費者自我實現(xiàn)需求最充分的表現(xiàn)。

三、功能型自行車具體設(shè)計應用

（一）無鏈條電磁驅(qū)動設(shè)計。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，性能也十分強大。Cyciotro 的設(shè)計團隊推出了一款叫“回旋加速器的自行車”，這是一個物理名詞，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動，經(jīng)過高頻電子反復加速的裝置，但是需要自行車進行充電。

我們小組設(shè)計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)動輪子的原理。后輪采用大小輪定向兩極磁導向，大輪磁力指向為正極，小輪磁力指向為負極，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，踏板帶動小輪運動，正反極磁力形成運動，線圈會切割微弱磁場，這樣產(chǎn)生的電力會流入高效鋰電池，鋰電池會把電流散布車身用電處，最主要一部分會流入前輪的磁驅(qū)動，帶動輪子進行運動。鋰電池也可以自行充電，達到電動車的效果。這款設(shè)計不僅滿足了人們的運動健康出行，也滿足了人們在精力不充沛的時候?qū)崿F(xiàn)電力驅(qū)動。

（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)，為了保證實用性，指紋鎖設(shè)計尺寸要和車把中心管尺寸相當，直徑應該在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，通電銜鐵自動縮回，電磁閥自動解鎖，反則去電銜鐵彈出鎖定鎖頭，自行車上鎖。如果有人強行破壞自行車鎖，或者移動較大距離，自行車會響出報警提示。

（三）智能導航方便快捷。功能自行車指紋表盤前置還添加了CPS 導航系統(tǒng)，因為空間有限，所以導航系統(tǒng)要連接手機進行導航，導航方式我們采用最簡單的四種標頭顯示：直行標識、左轉(zhuǎn)標識、右轉(zhuǎn)標識、掉頭標識。有一個標識替換下一個標識的時候車把會震動，類似于手機的震動模式一樣。這里我們不采用語音提示，是因為外出騎行往往噪音很大，語音提示不能準確提示我們換方向，但震動提示直接進行肢體傳輸，達到人機交互，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，不用擔心輪胎漏氣和爆胎所帶來的困擾。車身采用碳纖維復合材料。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光線傳感器控制，能根據(jù)天氣光線進行自動調(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用空氣動力學改良了腳踏車“應該的設(shè)計”，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，同時強化飆速功能。

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)動概念的提出，市場應用前景看好，在往后的時間里絕對是開發(fā)的重點方向，本項目緊緊圍繞功能創(chuàng)新思維，采用電磁驅(qū)動傳動達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感。