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碳纖維電動自行車,未來輕量化新趨勢

時間:2019-11-17 10:00 閱讀:2203 來源:互聯網

 隨著電動自行車普及程度的不斷提高,許多設計師感到,他們需要推動輕量碳纖維在電動自行車上的應用,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。 
    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,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了輕量化設計,再結合中驅動電機,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電動自行車。”M2S公司的創始人RobertCrews說,“雖然有些自行車配有更大的電機,但我們所實現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的,而個別部件是在該公司位于北卡羅來納州Asheville的工廠內安裝和測試的。 
    除了提供標準型號的碳纖維車叉和集成數字顯示器,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。該公司成立于2001年,以“為公眾提供環保的交通解決方案”為目標。據創始人和首席技術官AldoBaiocchi介紹,Daymak是加拿大最大的電動自行車經銷商。 
    EC1的開發者介紹說,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,但自行車的結構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合材料車架。”據說Cyclotron是世界上第一款商業化的采用了無輻條車輪技術的自行車。 
    Cyclotron自行車的所有車燈使用自動的光傳感器開關,傳感器根據當時的光線狀態開啟/關閉這些燈。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,而不需要啟動內部的發電機。 
    這款自行車最初是由SinaDeuker設想出來的,她以前是三項全能運動員,其靈感來自于設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展和演變,新發明幾乎每天都會涌現,淘汰過時的產品。”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。我想創造出完美的‘兩輪車’,克服這些缺點,將世界上最先進的技術與無與倫比的質量和藝術結合起來。” 

德國Haibike自行車設計的自行車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方法,在堅持采用‘普通’自行車平臺時,我們很快發現,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方法是非常重要的。Cyclotron自行車是由航天級碳纖維復合材料制成的,所制成的自行車又堅固又輕。設計人員發現,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的,我們總是能發現,碳纖維在這些結構中被廣泛使用。”該公司表示。 
    “在優化Cyclotron單體車架的生產工藝時,我們測試了許多材料的性能,并確定了采用碳纖維夾層結構,我們可以制成最堅固、最輕、最耐用的結構。”該公司說。“為了得到真正的航天級復合結構,我們將兩層碳纖維與超輕芯結構組合起來。這樣我們就可以使用更少層數的碳纖維和更少的樹脂,且不影響結構穩定性。” 
    蜂窩結構 
    Cyclotron車架采用夾層結構和環氧樹脂真空灌注而成,夾層結構由三維芯材和六邊形蜂巢結構組成。這款自行車的車架由類似于船體結構的兩個殼體連接而成。“我們不需要使用任何‘秘密’的生產方法來制造碳纖維車架,因為目前的工藝已經非常成熟。”Cyclotron自行車公司的公關與市場部總監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用持樂觀態度。他對《增強塑料》(ReinforcedPlastics)雜志說:“我們相信復合材料不僅將在自行車車架行業占據主導地位,在任何交通應用領域都將成為主導材料。”

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