电动自行车模块化设计研究
周本刚
摘要：现代城市人的短途绿色出行是基于不同的需求的，不同的需求便成为不同的设计出发点。文章首先对现代城市短途出行需求的多元性进行分析，其次在现有的自定义电动自行车分析的基础上，引入模块化等相关概念，总结分析该类平台式模块化设计的要素特点与设计方式，举例分析得出模块化设计在电动自行车设计上的具体运用原则。从而降低企业成本，增加用户产品自定义的积极性，进而提升品牌形象，推动我国电动自行车行业的良性发展。
关键词：城市出行 模块化设计 电动自行车
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编号：1003-0069（2017）01-0118-02
引言
在经济日益发展的今天，城市化的进程不断推进。交通状况时刻影响着城市人们的出行质量，21世纪城市的重要挑战是解决交通拥堵与气候污染等主要问题，为了方便不同目的的短途出行，全球消费者寻找新型代步产品的需求也越来越大。
众所周知，自行车等单人交通工具是慢行交通中最大众化的轻便型交通工具，电动自行车作为电动车与自行车结合的产物，兼具两者优点，是缓解交通的最好方式，虽然电动两轮车在美国依然处于起步阶段，但在亚洲和欧洲，它被广泛的运用作为汽车的替代品。另一方面，我国的空气质量问题日益严重，雾霾频发，自行车出行等低碳出行日益成为居民出行的主动意识，需要积极引导使其成为一种新时尚。国家也陆续推出了一系列相关政策支持新能源领域的交通方式推广，根据Navigant Research调查预测，2016年，两轮电动车将会占电动车市场规模的69%，（电动自行车62%，电动滑板车7%），从2016年到2025年，全球电动车产业规模将会增加一倍以上，从256亿美元增长到622亿美元。另外，“2014北京国际自行车博览会”公布的最新数据，当前我国电动自行车市场保有量已超过2亿，电动自行车目前年产销量3000万辆。中国电动自行车市场经过将近15年的发展到现在产品与市场逐步发展进入成熟期，因而电动自行车相关的设计更应当引起注意，针对不同的用途，不同的使用人群的设计同样需要得到重视。
一、现代城市短途出行需求的多元性分析
在城市出行的领域里，短途出行一直是个边缘但又不可避免的区域。以往的私家车出行虽然看似满足了用户的各种需求但却是一种资源与空间的浪费。在电动自行车的设计或使用时，需要合理的将出行需求进行转化。影响短途出行行为的因素多种多样，不同的出行目的会有不同的设计需求（或模块）来与之对应。
北京交通大学的常超凡在其论文——城市居民短距离出行行为研究中，对北京市城八区居民出行数据进行调查，分析得出城市短距离（5公里内）出行中占比最高的为购物，休闲健身与就餐，其次为上学，接送人，看病等。通过查阅相关资料与分析，以电动车自身的设计侧重点的角度总结为以下的四个主要应用：1）载物型：如购物，需要相应的载物空间。2）健身，旅游休闲：适当的电能助力可减轻长时间锻炼的疲劳。3）载人：舒适的乘坐空间与安全性。道路交通安全法实施条例规定，自行车载人由地方政府根据当地实际情况制定规章，一般只允许载12岁以下儿童。4）通勤：上班，停车场短途换乘等，需有足够的续航能力。
二、电动车模块化设计现状分析
（一）电动自行车的平台式模块化设计
19世纪50年代欧美国家在计算机控制领域提出“模块化设计”理念，实现芯片程序快速增删和调用，标准化、通用化和系列化的方法方便进行控制系统的功能设计。
作为标准化的新形式，产品的模块化设计被视为实现产品多样化的主要途径。产品结构、设计过程的重组，实现了用户化产品的批量化生产及大规模生产条件下的个性化。在对产品结构体系及功能一结构相互关系的研究基础上，产品种类与成本，性能之间找到了最佳平衡点。
模块的设计则强调功能需求的独立性，童时中教授在《模块化原理设计方法及应用》一书中将模块化产品的构成模式总结为：新产品（系统）=通用模块（不变部分）+专用模块（变动部分）。即运用标准化理论，巧妙组合产品构成单元中的固定部分和变动部分来构成新产品或使产品多样化。
电动自行车的功能满足度与配件间的组合密切相关，适宜模块化设计的运用。电动自行车的模块化设计是通过设计出不同的平台与专用模块，在标准的安装位置上适当组合，实现功能组合来满足某类用户的特定需求。电动自行车系统的基本构造大致包括结构系统，转向系统，制动系统，车轮系统，传动系统，供电系统，配件系统这些子系统。平台是指电动自行车实现骑行与附加功能的基础框架，或安装载体——车架，也就是结构系统；专用模块具有通用性与互换性，与平台上的标准安装位置相对应，除结构系统外的子系统都可以看作是通用模块。不同的安装组合实现不同针对性的功能配置。可见电动自行车的模块化设计可以更好的适应批量化生产的需求，多样化组合方式更让自行车的配置与使用更灵活，提升用户自定义的积极性。
在2014年针对洛杉矶地区需求的自行车设计竞赛O regonManifest中，来自美国的HUGE Design与4130 Cycle Works共同设计研发了EVO城市多功能自行车（图1），它是一辆运用模块化思想的混合型城市自行车，巧妙地套件式組装实现了针对多需求的灵活性。标准车架做平台，通过可以快速拆装的部件（专用模块）的组合来实现对不同需求的本土化适应。这些专用模块包括前后载物篮、文件袋、儿童座椅等，并且通过按需更换的方式满足不同需求。我们可以看到设计师在安全l生，稳定性方面没有丝毫让步前提下的努力，最终才有了这外观与功能和谐的大众化作品。
（二）电动自行车的模块化设计方式
电动自行车的模块化设计通过对应零件的选择和组合来实现，而平台式的模块化设计，以平台为基础，通过不同的专用模块的安装与更换实现不同功能的组合，满足用户需求，从而实现用户自定义功能。在对现有的模块化（电动）自行车的模块化方式分析的基础上，总结出用户模块化自定义有以下两种：1）套件式的组装。在购买整个套件（平台与通用模块）之后，用户根据自身需要，参考明书进行动手安装，增减某些专用模块以满足特定需求，考虑品牌的兼容性，用户参与设计的思想的主导模块的选择。2）非套件式组装。具有一定的动手能力的用户购买特定的零件，对平台进行升级或改装。此时模块设计对零件相互兼容性要求得到体现，这种形式类似于DIY组装电脑。现有形式包括用户购买不同品牌的车架与兼容的零件组件进行组装。值得一提的是，尽管当下轻便型电动自行车普及度并不高，有一部分用户通过给普通自行车增加电助力模块的方式来改装普通自行车，虽然外观牵强，但也满足了部分自行车用户体验电动助力的需求，这也是市场驱动下的积极尝试。
从设计的角度，模块化自定义的实现与产品零件的通用性相关，这可以通过系统的设计来解决，但成本偏高。在工业批量化的今天，设计参与其中，就必须能发挥自己独特的优势，在适应工业生产风格同时实现拓展性的模块自定义，发挥模块化设计的优势，尽量降低批量化生产的成本。在2015年8月的欧洲国际自行车展上，德国公司Altinsoy Manufaktur推出了具有完整模块化设计的Bees bike自行车（图2），这辆车采用了山地自行车的设计风格，通过专用模块的置换可以实现电动助力自行车与山地越野自行车的转换。这显然是套件式组装，设计者通过镂空车架和多种专用模块的组合，实现用户自定义的可能性。轻合金网状车架兼具粗犷的越野风格与轻量化特点。避震系统为可选择前后全避震；允许客户定制专属配件，包括轮胎等，甚至可以兼容其他厂商零件，设计风格统一，增加产品实用性的同时带来使用乐趣，进而提升了产品的品牌形象。
三、针对不同出行需求的模块化设计原则
（一）模块化设计在电动自行车设计上的运用原则
通过对平台式模块化设计方式的分析，结合模块化设计思想在现有电动自行车上的设计运用，总结出以下几个设计原则：1）简化产品结构与模块之间的联系。简化的产品结构有利于模块化产品的配置调整，方便拆装，减少安全风险，同时外观适度融合以保证设计品质。简单的结构同时可以降低成本，利于大众化。2）高精度的设计使产品稳定，产品在使用周期保持稳定的性能，优良材料可减缓损耗，满足产品的环境属性与功能属性的同时延长使用寿命。3）以最少的模块数量实现最多的产品种类，缩减研发成本与周期。4）系列化的产品（模块）有利于品牌形象的塑造与维持，提升产品识别度，以有限的种类与规格为基础，满足市场多样话需求，同时有一定的经济合理性。
（二）平台型可变组合
以通用模块为基础的电动自行车模块化设计可以归纳为一种平台型的设计。模块化设计倾向于精心设计出多种模块，以组合出多样化的产品，而非对每种产品都进行单独设计。平台的设计上应保持整体简洁高效，由于要考虑与诸多专用模块的兼容性，在设计之初，车架平台须考虑到一定范围内的冗余设计，为将来的模块开发预留接口，即给产品功能延伸留有余地，或使一种模块或产品具有更大适用范围，提高模块的通用（商品化）程度。与之关联的专用模块的设计要保持模块的功能与结构具有一定的独立性，完整性，便于连接与分离以保障兼容。另外，模块的功能定位也要经过详细的分析与用户研究以逐步确定。在对一定范围内的不同功能或相同功能但不同性能、不同规格的部件进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块作为可变部分，通过适当的模块选择或组合来构成不同的产品，使市场细分化背景下的用户需求得到满足。整个过程通过模块化设计的适当运用加快企业的产品研发进程。
结语
电动自行车设计的方法多种多样，并不仅限于文中探索的平台式模块化设计方法，设计师应该在不同的情境下寻找最适合的设计方式，探索之中进行创造性的劳动，以解决不断变动的问题。由于城市短途出行领域中存在需求多样化的特征，所以合理的运用模块化设计在该语境下的電动自行车设计中具有重要意义。在低成本，满足需求的同时增加用户对产品自定义的积极性与使用乐趣，促进良好的人机关系，进而提升品牌形象，促进良性发展。
