功能型自行车设计研究及应用开发

2020-12-07李忠伟陈依红窦春成

魅力中国 2020年46期

李忠伟陈依红窦春成

（武汉东湖学院，湖北武汉 430212）

一、国内外自行车设计现状

从自行车市场分析，我国一直是自行车生产和销售的大国，我国拥有自行车量是日本的八倍，是美国的四倍。传统功能自行车是借助于链条传动进行行驶的机械，只满足于最基本的代步功能。现代自行车虽然发生了一些变化，开始将无链条驱动与信息控制等先进技术用于自行车概念设计中，但由于各国生活水平的差异，使用自行车的目的各不相同，虽然自行车附带的功能越来越全面和人性化了，总的来说，自行车设计并未完全朝着功能和人机交互的方向发展，也并未得到大面积普及。

而对于国内功能型自行车设计来说，其设计理论研究与国外相比，才刚刚起步；其功能设计实践与国外相比，更是一片空白。因此，无论在国内，还是在国外，在自行车设计中如何增加无链条电磁驱动、指纹解锁、智能导航等多功能，都是一个值得深入研究的课题，是自行车设计未来的发展方向。

二、功能型自行车用户需求分析

著名的设计心理学家马斯洛提到了人类需求层次的五个方面，概括到功能型自行车设计实践中，主要表现为：

（一）生理需求：体现为骑行的舒适度，坐垫与把手的高度和材质可充分提高用户骑行的舒适度。

（二）安全需求：包括心理和身体的安全感，添加智能指纹解锁功能，使其用户得到心理安全满足，三角构架与碳纤维材质的添加，使其用户生命安全得到保障。

（三）社交需求：骑行满足自由的交流，拉近人与人之间的距离。

（四）尊重需求：自行车的外观要美观大方，富有科技感，才能得到尊重。

（五）自我实现需求：对功能自行车的充分利用，是消费者自我实现需求最充分的表现。

三、功能型自行车具体设计应用

（一）无链条电磁驱动设计。自行车已经成为生活交通必不可少的“工具”之一，无链条电磁驱动去掉自行车的轮骨和链条，不但外观科技感十足，性能也十分强大。Cyciotro 的设计团队推出了一款叫“回旋加速器的自行车”，这是一个物理名词，这款自行车是利用磁场和电场的相互作用而使带电粒子作为回旋运动，经过高频电子反复加速的装置，但是需要自行车进行充电。

我们小组设计的这款自行车是主要利用磁场转变电力，再将电力转变磁场去驱动轮子的原理。后轮采用大小轮定向两极磁导向，大轮磁力指向为正极，小轮磁力指向为负极，小轮连接功能自行车踏板，踏板在小轮和大轮中间置有线圈，踏板带动小轮运动，正反极磁力形成运动，线圈会切割微弱磁场，这样产生的电力会流入高效锂电池，锂电池会把电流散布车身用电处，最主要一部分会流入前轮的磁驱动，带动轮子进行运动。锂电池也可以自行充电，达到电动车的效果。这款设计不仅满足了人们的运动健康出行，也满足了人们在精力不充沛的时候实现电力驱动。

（二）指纹解锁增加安全性。功能自行车车把中心圆管处添加了生物指纹解锁技术，为了保证实用性，指纹锁设计尺寸要和车把中心管尺寸相当，直径应该在4 厘米以内，功能自行车车把中心管空间有限，电路设计需要尽量提高空间利用率并尽量低功耗。我们将指纹解锁模块和电源电路与控制电路分别设计在功能自行车的管头和管孔内，极大的提高了空间使用率。我们小组打算选用了一款性价比高、功耗低的指纹解锁识别。指纹解锁识别成功，通电衔铁自动缩回，电磁阀自动解锁，反则去电衔铁弹出锁定锁头，自行车上锁。如果有人强行破坏自行车锁，或者移动较大距离，自行车会响出报警提示。

（三）智能导航方便快捷。功能自行车指纹表盘前置还添加了CPS 导航系统，因为空间有限，所以导航系统要连接手机进行导航，导航方式我们采用最简单的四种标头显示：直行标识、左转标识、右转标识、掉头标识。有一个标识替换下一个标识的时候车把会震动，类似于手机的震动模式一样。这里我们不采用语音提示，是因为外出骑行往往噪音很大，语音提示不能准确提示我们换方向，但震动提示直接进行肢体传输，达到人机交互，更容易去接收换向提示。

（四）功能创新与结构创新。锂电池位于坐管内，拆卸也非常便捷，车主可以将他拆卸下来拿去任何一个插座充电，没有拘束。轮胎采用的是一种固态聚合物制作的无气轮胎，可行驶1.2 万公里，不用担心轮胎漏气和爆胎所带来的困扰。车身采用碳纤维复合材料。车身的灯置于后轮小轮外壁和大轮内壁、前轮内壁、坐垫下。车上的所有灯均由自动光线传感器控制，能根据天气光线进行自动调节，车座后侧的光源延车身后方发生两条平行光线的激光，提醒后排车辆注意和保持车距，人身安全得以保障。这款功能型自行车运用空气动力学改良了脚踏车“应该的设计”，统整过的煞车器、固体无气轮胎、以及电子齿轮箱，让它在酷炫的外表之下，同时强化飙速功能。