如今,即使是看來不起眼的人力腳踏車也開始走向電動化。我在此指的並不是車速表、GPS等周邊裝置,而是更核心的功能:為騎乘和變速提供動力。這種變化正發生在大眾市場主流的單車上,而不只是一些專業級或高檔的客製單車。

先來看看驅動電力。當然,電動單車並不是什麼新鮮事兒;早期的腳踏車很快地就發展出附加汽油引擎,使其成為最原始的機車雛型,接下來還嘗試發展出各種採用鉛酸電池的電動版本。當然,由於當時的馬達和控制效率相對不高,以及這種電池化學成份的能量/重量和能量/體積比例不恰當,使其難以真正發揮作用。

如今的情況當然改變了(請參考此專門介紹電動單車的網站)。您還可能會看到改裝的電動輔助單車,在其座管或下管安裝著鋰電池組以及電動後輪轂;這些主要用於在大都市的送貨服務。或許看起來粗糙而不夠優雅,但至少能發揮作用。電池組在某種程度上已經標準化了,因而簡化了充電和更換電池。除了DIY 轉換套件外,市場上還有一些時尚、優雅的電動輔助單車,採用的電池整合了Trek Bicycle Corp.和Specialized Bicycle Components等主要供應商以及許多新創公司的車架。

儘管市場上充斥著各式各樣的產品,但美國新創公司GeoOrbital, Inc.推出一款聰明的設計令我印象深刻。這家位於麻州劍橋的GeoOrbital, Inc.成功地在Kickstarter提出了一個創新的想法:一款「插入式」(drop-in)的替代前輪,它結合了電池和馬達,可以直接插入任何腳踏車使用(圖1和2)。該公司已經打造並銷售了數千套,並記錄了數千英哩的騎乘旅程。

20181009_e-bike_NT01P1 GeoOrbital插入式前輪在一個單元中結合了充電電池和馬達,以及電池管理和監控功能,適用於所有單車(來源:GeoObital)

20181009_e-bike_NT01P2 GeoOrbital插入式前輪的機械佈局能夠符合各種車型的限制,表現其巧妙的設計、工程與封裝(來源:GeoOrbital)

我自己都想試用這種電動車輪了。這一設計想法似乎可以讓我們不必花錢去買昂貴或專業的單車。但我唯一的顧慮是,由於「迴轉效應」(gyroscopic effect),在前輪上多次旋轉將會對於單車的操控和機動性產生不利影響。(對於那些認為以前輪作為陀螺儀能讓單車穩定的人:不好意思,這已經是一種早已被多項實驗拆穿的迷思了!只要Google一下「如何保持單車穩定」,就會看到許多可靠的實驗證明事實並非如此。)

這不只是因為單車的電力正在通電。前後變速器也受此電子牽引。傳統上,單車使用位於車把或車把附近的變速桿來拉動由許多穿過保護罩的細鋼絲製線纜(你知道它們其實稱做Bowden電纜嗎?)。雖然這是一種簡單而有效的解決方案,但也存在缺點:線纜易於磨損和卡扣;替換和調整任務可能簡單也可能令人頭痛;手指需要很用力才能拉動沿著車架走的較長線纜。此外,還必須努力克服變速器復位彈簧的作用力。

解決辦法就在於電子變速器。當我第一次看到這些東西時的反應是,「誰需要這些東西?它們只是讓一個根本不存在的問題複雜化的多餘裝置。」然而,顯然地,事實並非如此。諸如Shimano, Inc.等高階單車零件供應商已經推出第二代和第三代變速器了(圖3)。其原理很簡單,但實施其來並不容易:前或後變速鈕——而非變速桿——啟動相應變速器上的電動機構,變速鈕和致動機構之間的連接可以採用硬接線或無線方式。當然,每一種選擇都涉及成本、安裝以及修改。

20181009_e-bike_NT01P3 電子變速器或許看起來像是不必要的功能,但是,Shimano Ultregra D12前變速器(圖示)及其搭配單元由於簡便、功能性和效能等因素,吸引業餘和專業車手的目光(來源:Shimano)

電子變速已經被大多數競賽和許多挑剔的車手認可了,並且廣泛用於業餘愛好者和環法自由車賽(Tour de France)的專業車手。雖然業餘車手可能會喜歡,因為它很「容易」操控,但如果不能真正帶來性能優勢,專業車手是不會使用的,即使電子變速有一點點稍重,甚至成本更高,但這都不成問題。此外,電子變速更可靠,充電電池的續航力可達數千英哩。

當今的單車正朝電動化大步前行,其勢不可擋,尤其它還帶來更多優勢(當然,這也是需要付出代價的)。同時,當你跨上一台具有動力踏板的單車,除了身上的肌肉之外,完全不費吹灰之力即可讓單車暢行無阻,也不必擔心微控制器(MCU)、電源、接線或無線連接、是否易受EMI/RFI干擾等與電子產品有關的各種常見問題,這一切不是很神奇嗎?

你有電動單車嗎?是否曾經騎過這種高科技的動力腳踏車?您對這種電動化的單車有何看法?會不會很快地就會出現單車升級軟體供用戶下載?就像特斯拉(Tesla)的電動車(EV)和其他車輛的情況一樣?

編譯:Susan Hong

(參考原文:The Electrified Bicycle: Good, Bad, or Both?,by Bill Schweber)