在每年7月举行的环法自行车大赛(Tour de France),向来是受到全球专业与业余自行车爱好者关注的焦点;在今年的赛事转播中,美国NBC电视台的一位评论员表示,在选手行进路线中都会有骑着摩托车的巡逻员以手持式扫描仪,侦测自行车所散发的热电场(thermal electric fields);以防杜车手用电动马达来作弊。

环法自行车大赛主办单位使用的扫瞄仪器,是由CEA (即法国原子能委员会)所开发的红外线摄影枪;该设备用以撷取每辆自行车的热度范围(thermal envelop),而藉由发现其异常可判断自行车车架中是否嵌入了微型马达──这能在选手爬坡或是直线加速时提供助力,但采用微型马达在比赛中会被视为作弊行为。

国际自行车联盟(International Cyclists’ Union,UCI)与环法自行车大赛主办单位的作法并不能被视为偏执,因为这场有21段、总长2,200英哩(约3,540公里)的赛事,除了展现美丽的法国乡村风景,也是全球自行车运动的盛会;而观众们能从现场电视转播能近距离看到选手们的激烈竞争过程,比赛是否公平进行非常重要。

在国际运动赛事中以科技作弊──UCI使用的专业名词是“技术诈欺(Technological Fraud)”──是非常严重的事情;而不同于运动选手服用禁药来增强体力,这种技术诈欺很罕见、也不容易成功。对此我们会产生的相关疑问可能是:嵌入自行车的微型马达需要多大或是得产生多大的热度范围,才能被路侧的扫描仪发现?

若要加强自行车选手的速度与表现,可能会需要使用相当大的马达;那可能不容易隐藏在自行车座椅或是车轴中。该种马达以及其电池──特别是电池──还会为自行车添加重量,使得机动性优势被削减。

而到目前为止,只有一位参加了世界越野自行车锦标赛(Cyclocross World Championships,今年1月底在比利时举行)的选手,被正式指控在自行车座椅中加装微型马达,不过并没有相关公开消息显示其作弊行为是如何达成,或是该选手能因此取得哪些竞争优势。

太小没有用,太大藏不住…

技术人员在这方面会意识到一种权衡:你可以把微型机械(如MEMS组件)缩小到显微尺寸,方便塞进自行车座椅内,但无法得到任何力矩;相反地,你可以为自行车加挂一个动力系统以协助爬坡或竞速,但那种尺寸的马达很难被藏起来。

参考目前市面上电动单车/自行车的规格,或许可以取得一些线索。例如Currie Electro-Drive这家公司,能为通勤者或是长距离骑乘者提供一系列电动单车解决方案;知名自行车品牌莱礼(Raleigh)也是他们的客户之一。 20160726 ebike NT04P1 Raleigh电动单车(Misceo iE)配备一个大电池,不但笨重也很难在运动赛事中被隐藏 (来源:Currie Electro Drive)

根据Raleigh提供的资料,电动马达通常会放置在自行车以下三个位置中的一个:前轮、后轮或是中央传动轴;下图所示是装设在自行车底部支架、接近中央传动轴的马达。 20160726 ebike NT04P4 (Sorce:SAE) 20160726 ebike NT04P5 (Source: Currie Electro Drive) 20160726 ebike NT04P3 (Source: Currie Electro Drive)

装设在自行车中央传动轴的电动马达,能产生350W动力…这也不容易在自行车赛事中隐藏

而Raleigh的数据亦显示,大多数电动单车会采用踏板辅助传感器,将马达提供的动力与骑乘者的力量自然结合;不同种类传感器会量测踏板曲轴的旋转(踩踏节奏)、踏板压力(扭矩)以及车轮转速,然后用数字信号处理器(DSP)来处理传感器馈入数据,以驱动马达。

Raleigh的文件数据显示,大多数在美国市场上的电动单车都会配备一个“油门(throttle)”,就像摩托车油门那样,让自行车骑手自己控制马达要提供0~100%的速度;而若将“油门”开到最大,电动单车动力可达到约300W (约二分之一匹马力);当然马达动力还可以开到更大,只是这很容易耗尽电池动力。

电动单车不但笨重(特别是配备7.9Ahr容量电池),价格也不便宜,约4,000美元。标准配备的电动自行车一般能支撑体重最高达300磅(lbs,约136公斤)的骑手,不过时速顶多20英哩(32公里;环法自行车大赛的选手平均体重约68公斤,而直线时速可达48公里);但是无论如何,到底要怎么在竞赛用自行车内藏一颗300W的马达,实在令人费解。 20160726 ebike NT04P5 在环法自行车赛骑自行车的人被提醒谨防“技术欺诈”:自行车的速度和转矩因嵌入式微电机而大大增强... (Source:NPR)

未来的电动单车

不提它是否可能被用来在运动竞赛中作弊,电动单车市场近来确实有一些技术进展;市场研究机构IDTechEx的分析师Peter Harrop最新报告指出,有一家来自丹麦的混合动力传动系统制造商Bike2 (Bike二次方),提供能适用船只与飞机、也适用自行车的动力系统,其运作原理是让自行车踏板能为发电机充电,然后驱动位于后轮的无齿轮(gearless)混合动力马达。

上述方案免除了配备笨重电池的需要,而全电动式的传动机构(gearless),能适合各种类型的自行车。Bike2将其技术比喻为1960、70年代的全自动汽车变速箱,能为汽车驾驶省下手动换档的力气;而加装了混合动力系统的自行车踩踏与转向,号称与全机械脚踏车完全一样。目前该公司锁定的目标客户是生产都会通勤自行车的制造商。

Harrop认为,Bike2的技术可能会获得一些拥有自行车共乘方案(编按:例如YouBike)的大城市青睐;或是为上海、台北等,民众不是已经抛弃自行车改开高级房车、就是摩托车充斥马路的城市,减少一些二氧化碳排放量、达到环保效果。

Bike2的技术还有另一个卖点,就是可以模拟某个自行车路线的路况,例如是乡间道路、爬坡…让骑手在踩踏时有身历其境的感觉;这种技术是搭配一辆像是健身房用的自行车,并能结合虚拟现实画面与路线图,提供越野自行车选手进行训练或是无法参加环法自行车大赛的单车爱好者过干瘾。

而事实上有一家名为Pro-Form的跑步机与固定式脚踏车等健身器材制造商,号称可提供环法自行车大赛“官方训练自行车”的厂商;该公司的训练仿真器路线是由Google Maps提供,受训者可以选择一条想尝试的路线,由Google提供的街景图则会显示固定式自行车配备的10吋屏幕上,自行车会模拟路途中骑手会感受到的路况。

无论如何,只要你不是参加国际赛事,嵌入式马达与自行车的搭配完全合法,而且技术正突飞猛进,能带给你更多的休闲乐趣!

编译:Judith Cheng

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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