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碳纖維電動自行車，未來輕量化新趨勢
隨著電動自行車普及程度的不斷提高，許多設(shè)計師感到，他們需要推動輕量碳纖維在電動自行車上的應(yīng)用，以使它們成為一種實用的交通工具。本文研究了這一不斷增長的市場上有哪些前沿的增強塑料技術(shù)。
M2SBikes公司位于美國北卡羅萊納州Arden市，成立于2015年。該公司的目標是制造價格合理且高質(zhì)量的電動自行車。M2S公司稱，對于那些正在尋找新型的出行工具或者不想流汗的騎行者來說，電動自行車是天賜之物——當前進變得困難時，騎行者可以讓電機來承擔這些壓力。
2016年，M2S推出了兩款新型號的電動自行車，一個是碳纖維電動自行車，一個是胖版電動自行車fatbike(因為輪胎比較厚)。這兩款自行車最初都是由推介碳纖維自行車的眾籌活動All-Go資助的——該活動是由Kickstarter活動促成的，總共得到了20位支持者的支持，募集到了50335美元(約34.5萬元人民幣)。那些意向支付2000美元或更高金額的用戶收到了自行車，包括電池和充電器。
All-Go自行車功能多樣且重量輕，采用了堅固的碳纖維車架，因此包括電池在內(nèi)僅重33磅(約15公斤)。
M2S表示，目前市場上的一些電動自行車可能非常重，難以把它們裝在自行車架上或用腳蹬回家。然而，All-Go自行車功能多樣且重量輕，采用了堅固的碳纖維車架，因此包括電池在內(nèi)僅重33磅(約15公斤)。采用峰值功率為600瓦的中速電機，它可以達到30英里/小時(約48公里/小時)的速度。該車有一個27速的ShimanoAlivio傳動系統(tǒng)，充電一次可行駛35英里(約56公里)。All-GO的可拆卸式電池可以在四小時內(nèi)充電完畢，裝在自行車的碳纖維車架上。
“使用碳纖維車架我們實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，再結(jié)合中驅(qū)動電機，可以將動力傳遞給踏板，因此自行車的平衡度非常好，因此它的騎行充滿樂趣，并且性能超過了大多數(shù)電動自行車。”M2S公司的創(chuàng)始人RobertCrews說，“雖然有些自行車配有更大的電機，但我們所實現(xiàn)的功率重量比使這輛自行車非常適合通勤、休閑騎行和比較輕松的越野地形。
類似于M2SAll-Go電動自行車的碳纖維車架的制造
M2S公司的All-Go自行車的碳纖維車架都是在亞洲生產(chǎn)的，而個別部件是在該公司位于北卡羅來納州Asheville的工廠內(nèi)安裝和測試的。
除了提供標準型號的碳纖維車叉和集成數(shù)字顯示器，該公司還可以提供100毫米的升級款避震車叉。
來自加拿大的解決方案
另一款碳纖維電單車是EC1，由加拿大公司Daymak開發(fā)。該公司成立于2001年，以“為公眾提供環(huán)保的交通解決方案”為目標。據(jù)創(chuàng)始人和首席技術(shù)官AldoBaiocchi介紹，Daymak是加拿大最大的電動自行車經(jīng)銷商。
EC1的開發(fā)者介紹說，對于騎行者來說，它是世界上第一個價格適中的二合一碳纖維電動自行車，在Indiegogo和Kickstarter上都進行了眾籌，售價分別為79513美元(約54.4萬元人民幣)和74220美元(約50.8萬元人民幣)。
EC1碳纖維電動自行車重34磅(約15.4公斤)，其中碳纖維車架重2.53磅(約1.15公斤)。
Daymak公司說，電動自行車的平均重量為60磅(約27公斤)，蹬踏起來非常累——只有用電機才能實現(xiàn)自主前進。然而，使用碳纖維可以改變這一切。EC1碳纖維電動自行車重34磅(約15.4公斤)，其中碳纖維車架重2.53磅(約1.15公斤)，據(jù)說騎行速度可以達到20英里/小時(約32公里/小時)。如果去除后輪和電機，換上備用的輪輞，自行車的重量可以變得更輕，這也就將輕量級碳纖維電動自行車變成了輕量的山地自行車。如果繼續(xù)把鋼輞、車把或更多部件升級為碳纖維材料，自行車的總重量可以進一步降至32磅/14.5公斤左右。這款自行車569毫米的車架采用700單向碳纖維制成，該公司說這是最堅固的碳纖維織物，比常規(guī)的12K或3K纖維束都要堅固。“這一做法使得我們得以顯著降低車的重量，但自行車的結(jié)構(gòu)完整性沒有受到絲毫影響。”Daymak公司表示。
纖細的車架也減小了空氣阻力，騎行者可以達到更高的速度。
未來的旅行
名字深奧的Cyclotron是最近新開發(fā)的一款電動自行車，也曾在Kickstarter和Indiegogo上進行過眾籌。在Kickstarter上，132名支持者意向支付了169105歐元(約124.6萬元人民幣)，以幫助該項目成為現(xiàn)實，而在Indiegogo上，總共籌集到了69360美元(約47.5萬元人民幣)，是最初目標的426%。
“在這個星球上，你不會看到其他制造商制造出任何類似的自行車。”它的創(chuàng)造者們在Kickstarter頁面上說，而且他們說得沒錯。這款完全集成的自行車外觀非常具有未來感：無輻條車輪、藍色LED輪輞和光滑的碳纖維車架。
據(jù)該公司介紹，它是“世界上第一個無輪轂的自行車，采用了電子變速箱和超輕的航天級碳纖維復(fù)合材料車架。”據(jù)說Cyclotron是世界上第一款商業(yè)化的采用了無輻條車輪技術(shù)的自行車。
Cyclotron自行車的所有車燈使用自動的光傳感器開關(guān)，傳感器根據(jù)當時的光線狀態(tài)開啟/關(guān)閉這些燈。自充電的鋰離子電池包可以為Cyclotron的燈提供超過八個小時的動力，而不需要啟動內(nèi)部的發(fā)電機。
這款自行車最初是由SinaDeuker設(shè)想出來的，她以前是三項全能運動員，其靈感來自于設(shè)計博客時遇到的許多概念自行車。“我們生活的方方面面都在快速發(fā)展和演變，新發(fā)明幾乎每天都會涌現(xiàn)，淘汰過時的產(chǎn)品。”Deuker說。“但是，就自行車而言，在過去的幾十年里，它們的速度幾乎沒有變化。我想創(chuàng)造出完美的‘兩輪車’，克服這些缺點，將世界上最先進的技術(shù)與無與倫比的質(zhì)量和藝術(shù)結(jié)合起來。”
德國Haibike自行車設(shè)計的自行車xDuroFullSevenCarbonUltimate
為了減小空氣的阻力和擾動，Cyclotron自行車采用氣動翼形管型材，它們可以像一把刀一樣割穿空氣。“Cyclotron車架的管形部件是隱形戰(zhàn)機的邊緣線和超輕型滑翔機的組合。”該公司表示。
“我們研究了許多其他類型車輛的最新高科技材料和生產(chǎn)方法，在堅持采用‘普通’自行車平臺時，我們很快發(fā)現(xiàn)，改善的可能性是相當有限的。”該公司在其Kickstarter頁面上表示。對這家公司來說，所使用的材料和生產(chǎn)方法是非常重要的。Cyclotron自行車是由航天級碳纖維復(fù)合材料制成的，所制成的自行車又堅固又輕。設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)，在制造輕型車輛時，碳纖維是一個共同的主題。“無論何時，速度和性能都是相關(guān)的，我們總是能發(fā)現(xiàn)，碳纖維在這些結(jié)構(gòu)中被廣泛使用。”該公司表示。
“在優(yōu)化Cyclotron單體車架的生產(chǎn)工藝時，我們測試了許多材料的性能，并確定了采用碳纖維夾層結(jié)構(gòu)，我們可以制成最堅固、最輕、最耐用的結(jié)構(gòu)。”該公司說。“為了得到真正的航天級復(fù)合結(jié)構(gòu)，我們將兩層碳纖維與超輕芯結(jié)構(gòu)組合起來。這樣我們就可以使用更少層數(shù)的碳纖維和更少的樹脂，且不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。”
蜂窩結(jié)構(gòu)
Cyclotron車架采用夾層結(jié)構(gòu)和環(huán)氧樹脂真空灌注而成，夾層結(jié)構(gòu)由三維芯材和六邊形蜂巢結(jié)構(gòu)組成。這款自行車的車架由類似于船體結(jié)構(gòu)的兩個殼體連接而成。“我們不需要使用任何‘秘密’的生產(chǎn)方法來制造碳纖維車架，因為目前的工藝已經(jīng)非常成熟。”Cyclotron自行車公司的公關(guān)與市場部總監(jiān)ChrisWilliams表示。
車輪沒有輻條，可以在車輪空間插入物體。該公司的一個建議是插入一個由纖維復(fù)合材料制成的多邊形籃筐，既輕便又耐用。一個多邊形籃筐足夠存放兩大袋雜物或兩組六瓶裝水。該公司為Cyclotron配備了一個序列式變速箱，這意味著沒有暴露在外的機械部件，也就很少需要維護。該公司在Indiegogo頁面上評論顯示，最終的自行車還集成有碳纖維撐腳架。
Williams對碳纖維在電動自行車上的應(yīng)用持樂觀態(tài)度。他對《增強塑料》(ReinforcedPlastics)雜志說：“我們相信復(fù)合材料不僅將在自行車車架行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，在任何交通應(yīng)用領(lǐng)域都將成為主導(dǎo)材料。”
