五月是全國自行車月，宣傳騎自行車的諸多好處，展示自行車技術(shù)的發(fā)展，并鼓勵(lì)更多人嘗試騎自行車。

雖然許多人在騎自行車時(shí)更喜歡堅(jiān)持在鋪砌的路面上行駛，但其他人則將自行車視為一種逃生工具和一種與大自然聯(lián)系的方式。在這里，污垢和先進(jìn)技術(shù)別無選擇，只能合而為一。其測試平臺(tái)和最新進(jìn)展領(lǐng)域之一是電動(dòng)山地自行車 (eMTB)。

可以說，自行車和我們不斷想要重新發(fā)明輪子的愿望是什么？讓我們來看看與戶外活動(dòng)建立更牢固聯(lián)系背后的技術(shù)。正如您將看到的，工程學(xué)是新發(fā)展和自行車創(chuàng)新的中心——改變?nèi)藗凃T車翻山越林的方式。

尋求更小、更輕、更便宜和更強(qiáng)大的電池

特斯拉的電池日標(biāo)志著每年科技日歷上最受期待的時(shí)刻之一。在此次活動(dòng)中，電池技術(shù)的巨大進(jìn)步得以亮相，旨在制造更強(qiáng)大、更持久、續(xù)航里程更遠(yuǎn)且成本更低的電動(dòng)汽車。這一切都?xì)w結(jié)為能夠?qū)崿F(xiàn)埃隆·馬斯克 (Elon Musk) 對(duì)特斯拉的愿景，即在三年內(nèi)以 25,000 美元的價(jià)格銷售一輛純電動(dòng)汽車。

但這項(xiàng)技術(shù)如何滲透到 eMTB 中，又將如何影響它們未來的發(fā)展？讓我們先看看電動(dòng)山地車現(xiàn)在使用的電池。

目前，大多數(shù)電動(dòng)山地車電池都是 18650 鋰離子（Li-ion）。鋰離子電池于 1985 年首次開發(fā)出來，它們一直是電動(dòng)汽車發(fā)展的主要推動(dòng)力，因?yàn)樗鼈兪强沙潆姷?，而且您可以從中獲得大量電力而不會(huì)占用太多空間。電池尺寸為 18 毫米 x 65 毫米，約為您手指的大小，電池以并聯(lián)方式焊接在一起。拆掉塑料外殼，基本上看起來有點(diǎn)像一堆AA電池拼接在一起的樣子。

電池最重要的數(shù)字是瓦時(shí)。正如您可能認(rèn)為的那樣，這衡量的是一小時(shí)內(nèi)可以輸送多少瓦特。例如，一個(gè) 250 瓦時(shí) (Wh) 的電池可以全功率驅(qū)動(dòng)一個(gè) 250W 的電機(jī)一小時(shí)，而一個(gè) 500Wh 的電池可以驅(qū)動(dòng)它兩個(gè)小時(shí)。大多數(shù)電動(dòng)自行車電池的電量都在 300 到 550 瓦時(shí)之間。電池的最終目標(biāo)是獲得盡可能多的瓦時(shí)。但如果你只是繼續(xù)添加細(xì)胞，你就會(huì)開始增加重量和體積。

從積極的方面來看，制造商并不滿足于原地踏步。在這種大小的電池中仍有大量創(chuàng)新正在發(fā)生。事實(shí)上，博世去年推出了其 625Wh Powertube 電池，盡管電池尺寸更小，但仍可提供巨大的續(xù)航里程。這些電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也在不斷完善，工程師們正在試驗(yàn)不同的陰極和陽極材料以提高容量。

那不是全部。增加電池體積的另一個(gè)大問題是它使熱量更難逸出。如果電池變得太熱，它必須以較低的功率運(yùn)行，否則就有永久損壞自身的風(fēng)險(xiǎn)。eMTB 通常整天都在陽光下，因此 18650 電池更好的熱管理可以在更長的時(shí)間內(nèi)帶來更好的性能。

受特斯拉啟發(fā)的電池技術(shù)加入其中

對(duì)于那些關(guān)注特斯拉的人來說，特斯拉目前不使用 18650 電池也就不足為奇了。相反，他們目前使用 21700 標(biāo)準(zhǔn)，電池尺寸為 21mm x 70mm。特斯拉于 2017 年與松下一起開發(fā)了這種電池，其更大的體積意味著它可以裝入更多的陽極和陰極以容納更多的能量。特斯拉還聲稱它具有更長的使用壽命并且需要更少的充電。

最近，車手開始看到這些電池與Specialized Turbo Levo 一起進(jìn)入電動(dòng)山地車。這款自行車配備一塊 700 瓦時(shí)的大電池，可提供充足的騎行時(shí)間，使其成為當(dāng)今電動(dòng)山地車上最大的電池之一。此外，其電機(jī)可提供高達(dá) 565 瓦的功率和 90Nm 的峰值扭矩?？傮w而言，Specialized Turbo Levo 的性能和技術(shù)處于行業(yè)的巔峰。

然而，Tesla 就是 Tesla，他們并沒有止步于 21700。他們最近在 Battery Day 上發(fā)布的公告分享了其電池技術(shù)的下一步發(fā)展。Tesla 電池的尺寸再次增大，這次增大到 4680 或 46mm x 80mm。據(jù)特斯拉動(dòng)力總成和工程高級(jí)副總裁 Drew Baglino 稱，與 21700 相比，這項(xiàng)新創(chuàng)新將能量提高了五倍，功率提高了六倍，并將使用這些電池的汽車的續(xù)航里程增加了 16% .

配備更強(qiáng)大電池的電動(dòng)山地車的優(yōu)勢顯而易見。您可以在更小、更輕的包裝中提供相同的功率，這使自行車的手柄和外觀更像傳統(tǒng)的山地自行車，或者您可以保持電池尺寸相同并增加自行車的續(xù)航里程。但在您過于興奮之前，請記住，21700 技術(shù)從特斯拉 Model 3 汽車滲透到 Specialized Turbo Levo 大約用了兩年時(shí)間。和所有新技術(shù)創(chuàng)新一樣，預(yù)計(jì)成本會(huì)很高（新技術(shù)很少便宜），就像它旨在幫助攀登的山脈一樣。

其他關(guān)鍵工程因素在起作用

工程師經(jīng)常聽到的一個(gè)常見抱怨是重量，eMTB 太重了。然而，eMTB 必須承受比普通山地自行車高出 50% 的越野負(fù)載。因此，工程師必須考慮制動(dòng)負(fù)載，尤其是前叉上的負(fù)載。制動(dòng)器還需要包含更大的轉(zhuǎn)子并配備四活塞制動(dòng)卡鉗以提供足夠的制動(dòng)力。必須重新考慮和設(shè)計(jì)前后懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)以及軸承和連桿以提高強(qiáng)度和耐用性。諸如座桿和車把之類的單個(gè)組件經(jīng)常被推到它們的字面斷裂點(diǎn)。所有這些都很快加起來。

使用當(dāng)前的行業(yè)數(shù)據(jù)，主動(dòng)騎行方式的最大允許重量達(dá)到了 150 公斤的極限。為了超越這一點(diǎn)，工程師們必須開發(fā)出更堅(jiān)固、更堅(jiān)固的車架和部件，并以不同于標(biāo)準(zhǔn)山地自行車的方式設(shè)計(jì)它們。這將使自行車更重，騎手將不得不滿足于重量為 27-29 公斤的電動(dòng)山地車。問題，或者說留在房間里的那頭眾所周知的大象，是……誰真的想騎這么重的自行車？

十多年來選擇的框架材料一直是碳纖維。它重量輕，可以雕刻和操縱以增加車架的剛度和靈活性或順應(yīng)性，從而獲得更好的乘坐質(zhì)量。碳纖維最大的缺點(diǎn)是其易碎的名聲，以及一個(gè)完好無損但脆弱的框架如何在意想不到的時(shí)刻突然發(fā)生災(zāi)難性故障。

持續(xù)的工程和使用碳的經(jīng)驗(yàn)在一定程度上減輕了這一點(diǎn)。然而，幾種使用混合復(fù)合材料的新方法顯示出提高安全性的希望，而碳纖維在自行車行業(yè)中受到高度重視的特性卻很少或沒有下降?；旌蠌?fù)合材料將碳纖維粘合線（稱為“層”）與另一種材料（例如塑料或鋼）混合在同一層中。Innegra Technologies、迪尼瑪 (Dyneema) 和 REIN4CED 是為其他公司開辟道路的幾家公司。

準(zhǔn)備好一些污垢了嗎？

汽車行業(yè)擁有 Ehra-Leissen、Nürburgring 或 Millbrook 試驗(yàn)場，可以對(duì)他們的新汽車技術(shù)進(jìn)行最終測試。最近，我在 YouTube 上看到了 2021 年 eMTB 測試。在猶他州圣喬治崎嶇不平、布滿巖石的沙漠中，十二個(gè)不同制造商的 eMTB 由一組專業(yè)騎手進(jìn)行測試和折磨。查看電動(dòng)山地車已經(jīng)走了多遠(yuǎn)，以及它們未來還需要去哪里。但有一件事是肯定的：這種不斷發(fā)展的山地自行車類型每年都在不斷發(fā)展并變得更好。

雖然不是每個(gè)會(huì)閱讀此博客的人都是騎自行車的人，但由于國家自行車月，我們都可以驚嘆于自行車行業(yè)在技術(shù)方面的進(jìn)步，尤其是當(dāng)工程師決定沿著人跡罕至的道路冒險(xiǎn)時(shí)。這讓我和大自然微笑。現(xiàn)在出去以技術(shù)的名義扔一些泥巴。