名為 Mud 的技術(shù)或看看 eMTB

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

雖然許多人在騎自行車(chē)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(chē)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(wú)選擇，只能合而為一。其測(cè)試平臺(tái)和最新進(jìn)展領(lǐng)域之一是電動(dòng)山地自行車(chē) (eMTB)。

可以說(shuō)，自行車(chē)和我們不斷想要重新發(fā)明輪子的愿望是什么？讓我們來(lái)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(chē)創(chuàng)新的中心——改變?nèi)藗凃T車(chē)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(chē)。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(xiāo)售一輛純電動(dòng)汽車(chē)。

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

目前，大多數(shù)電動(dòng)山地車(chē)電池都是 18650 鋰離子（Li-ion）。鋰離子電池于 1985 年首次開(kāi)發(fā)出來(lái)，它們一直是電動(dòng)汽車(chē)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(lái)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(chē)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(kāi)始增加重量和體積。

從積極的方面來(lái)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(yáng)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(wèn)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(yáng)光下，因此 18650 電池更好的熱管理可以在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)帶來(lái)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(lái)說(shuō)，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(kāi)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(yáng)極和陰極以容納更多的能量。特斯拉還聲稱它具有更長(zhǎng)的使用壽命并且需要更少的充電。

最近，車(chē)手開(kāi)始看到這些電池與Specialized Turbo Levo 一起進(jìn)入電動(dòng)山地車(chē)。這款自行車(chē)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(chē)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。總體而言，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(méi)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(chē)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(chē)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。您可以在更小、更輕的包裝中提供相同的功率，這使自行車(chē)的手柄和外觀更像傳統(tǒng)的山地自行車(chē)，或者您可以保持電池尺寸相同并增加自行車(chē)的續(xù)航里程。但在您過(guò)于興奮之前，請(qǐng)記住，21700 技術(shù)從特斯拉 Model 3 汽車(chē)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(tīng)到的一個(gè)常見(jiàn)抱怨是重量，eMTB 太重了。然而，eMTB 必須承受比普通山地自行車(chē)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(chē)把之類(lèi)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(lái)。

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(kāi)發(fā)出更堅(jiān)固、更堅(jiān)固的車(chē)架和部件，并以不同于標(biāo)準(zhǔn)山地自行車(chē)的方式設(shè)計(jì)它們。這將使自行車(chē)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(chē)。問(wèn)題，或者說(shuō)留在房間里的那頭眾所周知的大象，是……誰(shuí)真的想騎這么重的自行車(chē)？

十多年來(lái)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(chē)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(wú)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(chē)行業(yè)中受到高度重視的特性卻很少或沒(méi)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(kāi)辟道路的幾家公司。

準(zhǔn)備好一些污垢了嗎？

汽車(chē)行業(yè)擁有 Ehra-Leissen、Nürburgring 或 Millbrook 試驗(yàn)場(chǎng)，可以對(duì)他們的新汽車(chē)技術(shù)進(jìn)行最終測(cè)試。最近，我在 YouTube 上看到了 2021 年 eMTB 測(cè)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(zhuān)業(yè)騎手進(jìn)行測(cè)試和折磨。查看電動(dòng)山地車(chē)已經(jīng)走了多遠(yuǎn)，以及它們未來(lái)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(chē)類(lèi)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(chē)的人，但由于國(guó)家自行車(chē)月，我們都可以驚嘆于自行車(chē)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?，F(xiàn)在出去以技術(shù)的名義扔一些泥巴。