在每年7月舉行的環法自行車大賽(Tour de France),向來是受到全球專業與業餘自行車愛好者關注的焦點;在今年的賽事轉播中,美國NBC電視台的一位評論員表示,在選手行進路線中都會有騎著摩托車的巡邏員以手持式掃描器,偵測自行車所散發的熱電場(thermal electric fields);以防杜車手用電動馬達來作弊。

環法自行車大賽主辦單位使用的掃瞄儀器,是由CEA (即法國原子能委員會)所開發的紅外線攝影槍;該設備用以擷取每輛自行車的熱度範圍(thermal envelop),而藉由發現其異常可判斷自行車車架中是否嵌入了微型馬達──這能在選手爬坡或是直線加速時提供助力,但採用微型馬達在比賽中會被視為作弊行為。

國際自行車聯盟(International Cyclists’ Union,UCI)與環法自行車大賽主辦單位的作法並不能被視為偏執,因為這場有21段、總長2,200英哩(約3,540公里)的賽事,除了展現美麗的法國鄉村風景,也是全球自行車運動的盛會;而觀眾們能從現場電視轉播能近距離看到選手們的激烈競爭過程,比賽是否公平進行非常重要。

在國際運動賽事中以科技作弊──UCI使用的專業名詞是「技術詐欺(Technological Fraud)」──是非常嚴重的事情;而不同於運動選手服用禁藥來增強體力,這種技術詐欺很罕見、也不容易成功。對此我們會產生的相關疑問可能是:嵌入自行車的微型馬達需要多大或是得產生多大的熱度範圍,才能被路側的掃描器發現?

若要加強自行車選手的速度與表現,可能會需要使用相當大的馬達;那可能不容易隱藏在自行車座椅或是車軸中。該種馬達以及其電池──特別是電池──還會為自行車添加重量,使得機動性優勢被削減。

而到目前為止,只有一位參加了世界越野自行車錦標賽(Cyclocross World Championships,今年1月底在比利時舉行)的選手,被正式指控在自行車座椅中加裝微型馬達,不過並沒有相關公開訊息顯示其作弊行為是如何達成,或是該選手能因此取得哪些競爭優勢。

太小沒有用,太大藏不住…

技術人員在這方面會意識到一種權衡:你可以把微型機械(如MEMS元件)縮小到顯微尺寸,方便塞進自行車座椅內,但無法得到任何力矩;相反地,你可以為自行車加掛一個動力系統以協助爬坡或競速,但那種尺寸的馬達很難被藏起來。

參考目前市面上電動單車/自行車的規格,或許可以取得一些線索。例如Currie Electro-Drive這家公司,能為通勤者或是長距離騎乘者提供一系列電動單車解決方案;知名自行車品牌萊禮(Raleigh)也是他們的客戶之一。

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Raleigh電動單車(Misceo iE)配備一個大電池,不但笨重也很難在運動賽事中被隱藏
(來源:Currie Electro Drive)

根據Raleigh提供的資料,電動馬達通常會放置在自行車以下三個位置中的一個:前輪、後輪或是中央傳動軸;下圖所示是裝設在自行車底部支架、接近中央傳動軸的馬達。

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裝設在自行車中央傳動軸的電動馬達,能產生350W動力…這也不容易在自行車賽事中隱藏
(來源:SAE)

而Raleigh的資料亦顯示,大多數電動單車會採用踏板輔助感測器,將馬達提供的動力與騎乘者的力量自然結合;不同種類感測器會量測踏板曲軸的旋轉(踩踏節奏)、踏板壓力(扭矩)以及車輪轉速,然後用數位訊號處理器(DSP)來處理感測器饋入資料,以驅動馬達。

Raleigh的文件資料顯示,大多數在美國市場上的電動單車都會配備一個「油門(throttle)」,就像摩托車油門那樣,讓自行車騎士自己控制馬達要提供0~100%的速度;而若將「油門」開到最大,電動單車動力可達到約300W (約二分之一匹馬力);當然馬達動力還可以開到更大,只是這很容易耗盡電池動力。

電動單車不但笨重(特別是配備7.9Ahr容量電池),價格也不便宜,約4,000美元。標準配備的電動自行車一般能支撐體重最高達300磅(lbs,約136公斤)的騎士,不過時速頂多20英哩(32公里;環法自行車大賽的選手平均體重約68公斤,而直線時速可達48公里);但是無論如何,到底要怎麼在競賽用自行車內藏一顆300W的馬達,實在令人費解。

未來的電動單車

不提它是否可能被用來在運動競賽中作弊,電動單車市場近來確實有一些技術進展;市場研究機構IDTechEx的分析師Peter Harrop最新報告指出,有一家來自丹麥的混合動力傳動系統製造商Bike2 (Bike二次方),提供能適用船隻與飛機、也適用自行車的動力系統,其運作原理是讓自行車踏板能為發電機充電,然後驅動位於後輪的無齒輪(gearless)混合動力馬達。

上述方案免除了配備笨重電池的需要,而全電動式的傳動機構(gearless),能適合各種類型的自行車。Bike2將其技術比喻為1960、70年代的全自動汽車變速箱,能為汽車駕駛省下手動換檔的力氣;而加裝了混合動力系統的自行車踩踏與轉向,號稱與全機械腳踏車完全一樣。目前該公司鎖定的目標客戶是生產都會通勤自行車的製造商。

Harrop認為,Bike2的技術可能會獲得一些擁有自行車共乘方案(編按:例如YouBike)的大城市青睞;或是為上海、台北等,民眾不是已經拋棄自行車改開高級房車、就是摩托車充斥馬路的城市,減少一些二氧化碳排放量、達到環保效果。

Bike2的技術還有另一個賣點,就是可以模擬某個自行車路線的路況,例如是鄉間道路、爬坡…讓騎士在踩踏時有身歷其境的感覺;這種技術是搭配一輛像是健身房用的自行車,並能結合虛擬實境畫面與路線圖,提供越野自行車選手進行訓練或是無法參加環法自行車大賽的單車愛好者過乾癮。

而事實上有一家名為Pro-Form的跑步機與固定式腳踏車等健身器材製造商,號稱可提供環法自行車大賽「官方訓練自行車」的廠商;該公司的訓練模擬器路線是由Google Maps提供,受訓者可以選擇一條想嘗試的路線,由Google提供的街景圖則會顯示固定式自行車配備的10吋螢幕上,自行車會模擬路途中騎士會感受到的路況。

無論如何,只要你不是參加國際賽事,嵌入式馬達與自行車的搭配完全合法,而且技術正突飛猛進,能帶給你更多的休閒樂趣!

(參考原文: Future of Electric Bikes: Forget Tour de France,by Stephan Ohr)

編譯:Judith Cheng