基于人机工程学电动自行车设计
基于人机工程学电动自行车设计
随着科学的进步和技术的发展，交通工具越来越发达。但是在给人们带来便捷的同时，作为其动力的石油资源却开始枯竭。而轻型电动自行车以具有操作简单、绿色环保、价格适中、舒适快捷等优点而受到人们的欢迎。轻型电动自行车行业也随之蓬勃发展，轻型电动自行车设计更是不断创新。
在这种大环境下，本文以电动自行车进一步轻型化为目标，但也不忘节能环保，同时兼顾电动自行车的舒适和动力，发掘突出造型、拓展功能、增强时尚三个层面，设计出一款不再仅仅以代步功能为主的轻型电动自行车。20191029185923
本文首先对轻型电动自行车的经典款式从价格、型号、产品特点及动力方面出发，进行了深入细致的比较分析；同时，参考现有电动自行车的结构与使用注意点，为之后设计提供依据。接着，从人际工程学出发，对自行车的相关尺寸，如车架、把手、与座垫等配合人体的尺寸，以符合最舒适的骑乘姿势，确定轻型电动自行车支架的设计方案；从改良设计入手，针对现有电动自行车的不足进行改良，提出设计细节；研究分析现有轻型电动自行车的常用材料，选取一种合适的作为设计的轻型电动自行车材料选择。最后，将设计方案进行具象化，评估和优选出符合既定目标的最终设计定案，完成整个设计流程。关键词：电动自行车;轻型;人机工程学
第1章 轻型电动自行车概述及其所属行业发展概况
1.1 轻型电动自行车的概述
1.1.1 国际上对轻型电动自行车的定义
轻型电动自行车也称为轻型电动车，是具有集成电机用于推进的自行车。目前有大量不同类型的轻型电动自行车在公路上行驶。一般的轻型电动自行车，拥有一个小马达协助前进，而有些马力更强大轻型电动自行车往往拥有接近摩托车的动力。然而，众所周知，让驾驶者不消耗体力的轻型电动自行车不是轻型电动自行车。轻型电动自行车使用充电电池，轻型的可行驶25至32公里/小时（16至20英里），而更多优质产品可超过45公里/小时（28英里每小时），这取决于他们被卖在国家的法律。在一些市场，如德国，他们越来越受欢迎，并成功从传统的自行车攫取了一定的市场份额；而在其他国家，如中国，他们正在逐步取代化石燃料为动力的摩托车。
另外，根据当地法律，许多轻型电动自行车在法律上被列为自行车，而不是拥有更强大动力的轻便摩托车或摩托车，所以他们不受到更严格的法律限制。轻型电动自行车也可以单独定义，在许多领域的法律管辖被视为一个特定的车辆类型。
1.1.2 国内对轻型电动自行车的定义
根据国家标准《轻型电动自行车通用技术条件》（GB17761—1999）定义，轻型电动自行车（motorized bicycle / electric bicycle）：以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。轻型电动自行车归属非机动车管理范畴，应同时具备以下5个特征：必须具备脚踏行驶功能，蓄电池只作为辅助能源；必须具备两个车轮；设计车速不大于20公里/小时；整车重量不大于40公斤；轮胎宽度（胎内）不大于54毫米[1]。
而在民间，轻型电动自行车，俗称为电瓶车，是一种以蓄电池为主要能源的交通工具，其外观与自行车和摩托车相似，一般都带有脚踏板、链条，可以用人力作为辅助动力。
图1.1 轻型电动自行车
1.1.3 轻型电动自行车的优势
首先，与自行车相比，省力，更轻型快捷。电动自行车使用电池提供动力，这与用人力蹬的自行车要省力的多，因此尤其适合老人或家庭主妇。另外，使用起来，比自行车行驶快，方便轻松。而且轻型电动自行车也在不断地改进，体积越来越小，构造越来越简单轻便，并根据不同的人发展出很多款式，如老年款，休闲款，童车款等。
其次，与汽车相比，行程更自由。当汽车遇到交通堵塞，尾随不止的汽车排起长龙，无法动弹时，骑电动自行车的人毫无影响。在这种情况下仍可以自由地走自行车道，不必担心有多长时间的等待，也不会因堵车问题耽误很多事情。而且电动车也不会排出很多的尾气，给空气造成污染，影响城市的美观。
最后，与摩托车相比，更适合大众，环保安全。摩托车的速度是很快的，但一般人很难驾驭，对老人青少年来说更不可能的事情。而摩托车燃烧汽油也排放很多尾气，且速度之快，操作不当，常常更容易造成交通事故。相比之下，电动车具有更环保，更适合大众使用的优势。
轻型电动自行车凭借其操作简单、绿色环保、价格适中、舒适快捷和长久耐用等优势，越来越受到人们的青睐。
1.2 轻型电动自行车行业的发展历程
1.2.1 国外轻型电动自行车的发展历程
轻型电动自行车的历史大约起始于120年前，多年来，有很多的技术改进。
国外电动自行车发展历程如下表：
表1.1 国外电动自行车早起发展历程
时间 说明 历史痕迹
1895年 Ogden Bolton Jr.被授予美国专利552271。
虽然我们知道他是不是第一个，但我没有找到任何有关电动自行车前发出的专利发明。
1897年 波士顿Hosea W. Libbey发明了一种推进“双电动机”轻型电动自行车（美国专利号：596272）。
1898年 Mathew J. Steffens获得后轮驱动的轻型电动自行车专利，它沿着车轮的外边缘使用了传动皮带。
1899年 John Schnepf获得美国专利627066，它描绘的是一种后轮摩擦辊轮式驱动的轻型电动自行车 。
1969年 Schnepf和G.A. Wood Jr. 与他的美国专利3431994。Wood 的设备通过一系列齿轮，使用了4分马力电机连接。
到了20世纪90年代后期，轻型电动自行车技相关术迅速发展。日本Takada Yutky 在1997年开发出了扭矩传感器和电源控制，并对这种装置提出了专利。在1992矢量服务有限公司发售及出售的被称为兹科的轻型电动自行车自行车，它包括镍镉电池，内置了一个框架构件，包括850克永磁电机。尽管如此，在1992年几乎没有任何商业的轻型电动自行车。
1993年至2004年，轻型电动自行车行业开始缓慢发展，期间生产增长估计35％。相比之下，1995年普通自行车生产下降从峰值107万台。
到2001年，轻型电动自行车行业开始迅猛发展。轻型电动自行车也有了更多的名称：功率自行车，“轻型电动自行车”，辅助踏板，电动助力自行车。而“电动摩托车”变得更加强大，时速达到了80公里/小时（50英里）。
到2007年，轻型电动自行车被认为在许多大城市的街道上占据所有的两轮车辆的10％到20％的份额。它仅需要8小时的充电电池，就以大约20公里/小时的速度，提供了25至30英里（40到48公里）。
1.2.1 国内轻型电动自行车的发展历程
1983年上海自行车二厂试制成功永久牌DX－130轻型电动自行车，这是国内有记录的并形成产业化的第一款轻型电动自行车。它采用150W柱式电机、24V轿车用普通铅酸蓄电池，此车84年投入生产，至91年共生产了4.5万辆，其中出口805辆。
之后国内轻型电动自行车行业迅猛发展，虽然其中也少不了跌宕起伏，但总的来说，业内普遍认同为三个发展阶段：轻型电动自行车的初级阶段、生产规模化阶段、超速发展阶段。
(1) 初级阶段,也被称作是轻型电动自行车的早期实验性生产阶段，从时间上讲，就是1995年到1999年。这个阶段主要是对轻型电动自行车的四大部件，电机、电池、控制器和充电器的关键技术摸索研究。从技术方面上来说，早期的轻型电动自行车，新电池充电一次只能行驶大约30公里，电池寿命短，爬坡能力差，容易磨损，而且电机也都是有刷无齿电机。但这个时期的积累，才为如今的这个产业化的规模在人才、技术和产品研发等方面做好了奠基。
(2) 生产规模化阶段，由于这个时间段内出现了几个将轻型电动自行车推进的机遇，使得在初级阶段里举步维艰的轻型电动自行车行业的发展进入了规模化，更促使行业一下子迎来了春天，而这几个机遇当中最有价值的则为各个城市的“禁摩令”和2003年的“非典”。这个时间段一般都认同为是在2000年到2004年这段时间，在这一时间段里，随着关键技术方面的突破和轻型电动自行车的性能不断提升，让轻型电动自行车成为了摩托车和自行车的替代产品，而它的快捷、环保、方便和廉价，同时也激发了市场对于轻型电动自行车的诉求。在日益增长的市场需求中，先前研发生产的企业迅速崛起，一些新的企业也开始进入，他们对轻型电动自行车的投入也不断加大，使得产能迅速扩展。
(3) 超速发展阶段，从2005年至今，这个阶段是中国国轻型电动自行车的超速发展阶段，被业内称为“喷井阶段”。在这个时间段内，随着企业之间的激烈竞争大大刺激了技术的进步和新技术扩散，全行业的技术水平大幅度提高，蓄电池寿命和容量提高了35%，电机从单一的有刷有齿电机发展成为无刷高效电机为主流，寿命提高了5倍，效率提高了近30%，爬坡和载重能力提高约3.5倍。电池也有单一的铅酸电池演进出多类型的高性能电池，而且锂电池的出现，更加带动了轻型电动自行车，特别是简易款的发展。在电机方面，永磁无刷电机的发明，让行业发展的步伐明显的加快。电机性能的关键是强磁材料的性能，各种永磁材料中，稀土永磁材料性能最为优越。中国国是世界公认的稀土资源大国和稀土产品的制造强国。由于稀土强磁材料性能好，价格低，制造能力强，使得国际市场价格昂贵的BLDC（无刷直流永磁电机）系统在中国企业得到广泛应用，轻型电动自行车产业因此获得了得天独厚的资源优势。从行业的总产销量来看，2005年，全国数百家企业的各种轻型电动自行车（含轻型电动自行车）的总产量预计已经超过900万辆，出口约200~300万辆，实现工业产值200亿，利税约60亿元，相关的生产和服务领域的就业近100万人。
截止到2012年，中国轻型电动自行车产销量已经占到全球的90%以上，中国已经成为全球最大的轻型电动自行车生产国、消费国和出口国。
1.3 轻型电动自行车市场调查分析与展望
通过广阔网络信息发布平台，搜集国内外各大轻型电动自行车品牌的销售概况，来了解总体销售情况，并参照官方市场调研结果，参考本地实地考场与道路切身感受，推断出轻型电动自行车市场的整体状况。
1.3.1 国内轻型电动自行车市场调查分析
二〇〇六年五月，由中国经济报告课题组组织，国务院发展研究中心、国家发改委、建设部、科技部等部委参与的《轻型电动自行车产业发展战略研究》课题组在北京召开研究成果新闻发布会，公布了课题组经过五个多月的调查与研究所完成的课题报告。
报告认为，国内轻型电动自行车产业是一个不容忽视的新兴产业。1995年中国国第一辆轻型电动自行车在清华大学面世，十年后，中国拥有了全球最大规模的轻型电动自行车工业。据课题组专家保守估算，2010年，中国轻型电动自行车的产销量将可能达到3000万辆，出口量将可能达到500－600万辆，实现工业产值700亿元，包括上下游带动产值的产业总体规模将达到1300亿元。如下图所示，2010年，中国实际共生产电动自行车2954万辆，同比增长33%。基本符合专家估算。
图1.2 2003-2010年中国电动自行车产量（百万辆）
报告同时指出，轻型电动自行车是目前可见的发展中国特色的交通模式最有前途的方向之一。庞大的中国市场将铸就一个辉煌的轻型电动自行车产业，并缓解石油紧缺的局面。
轻型电动自行车优越的能源效能是中国未来能源战略的一个新支点。一方面，轻型电动自行车具有良好的能效特征和巨大的节能潜力。另一方面，轻型电动自行车零排放和污染近乎于零的优良特性使其成为“绿色交通”的经典范例。
轻型电动自行车是构建中国新型城市交通体系的重要组成部分。报告分析认为，从中国新型的城市综合交通体系的要求看，轻型电动自行车成为昂贵的轿车和拥挤的公交车的较理想的替代品和补充品，并将对解决中国沉重的交通问题，对普通百姓的生活，产生巨大的影响。
此外，轻型电动自行车同其他与农民收入水平相称的交通工具相比较，具有系统简单，维修方便，使用费用低，具有良好的经济性等优势。配套大容量电池的轻型电动自行车在中国的农村平原丘陵地区很受欢迎，它已经成为农村居民交通的重要工具和部分农民进城务工、经商、谋生的不可缺少的理想工具。
1.3.2 国际轻型电动自行车市场调查分析
在2010年11月举办的第二十五届世界电动车大会上，美国轻型电动自行车协会的主席本杰明先生指出，在世界上很多国家，轻型电动自行车已成为一种比较普遍使用的交通工具。世界上每个国家、每个人都需要自己的交通工具。在很长一段时间李，世界上大多数人的交通工具都是步行或者是自行车，自行车、轻型电动自行车和摩托车作为交通工具是近几年出现的新的景象。世界范围内很多人都往城市去，城市人口密度逐渐增高。由于城市人口密集程度的提高，在城市内有限的车位、道路、噪音、环境的污染给自行车使用带来了很大困难。世界人口的富裕程度不断提高，大家变富了以后改善生活的方法之一就是改善自己的交通工具。现在很多人富了以后就想要去买一辆车，这是一个非常能够理解的现象。对于一直骑自行车的人来说骑轻型电动自行车是非常大的进步。
如下图1.4，派克研究所对于强劲增长的轻型电动自行车的最新报告研究预计，2009年和2016年之间，将有78600000辆轻型电动自行车（与该地区整体的复合年增长率为8.9％）在2016年的亚太区销售。派克研究所预测，在亚洲以外的地区，西欧具有最大的轻型电动自行车市场，在2009年和2016年之间的复合年增长率为17.3％，为1941000辆。
图1.3 全球轻型电动自行车销量与预测
1.3.3 全球轻型电动自行车市场的良好前景
现在中国还是轻型电动自行车最重要的市场，2010年产销量位于2300万辆—2400万辆之间。印度人口众多，但是富裕程度不如中国，所以他要还需要几年时间才能成长，现在的产销量大概是30万辆左右。欧盟认可轻型电动自行车的程度不断提高，荷兰市场每四辆自行车里面有一辆是轻型电动自行车，德国是八辆中有一辆轻型电动自行车。日本在过去几年里，轻型电动自行车增长的幅度是相对比较稳定的。美国市场2010年的产销量约为20万辆，增长的幅度也是会相对稳定的。对东南亚轻型电动自行车市场的预计是2200万辆。预测2025年的时候，轻型电动自行车的产销量将占所有自行车产销量的一半，销量在5000万辆左右。当电动自行车的状态更加稳定后，很多国家的消费者和政府都会鼓励轻型电动自行车。从政府的角度来讲，一旦技术程度更加稳定，产品的性能有所提升以后，会从政策方面促使大家使用电动产品。到了2025年轻型电动自行车的产量大概是1.3亿辆，它的产值会超过105亿美元。
今天轻型电动自行车行业取得了举足轻重的地位，但是越来越多摩托车行业和自行车行业的领头者加入到轻型电动自行车行业来。很多大型的、世界有名的自行车公司都已经加入到了轻型电动自行车行业中来。其中一个重要原因是，城市人口密集程度的提高、停车空间越来越小、交通堵塞、政府对环境的重视以及能源的价格。还有一个很重要的因素是石油价格的上涨。预计2025年石油产量将会下降30%，这将会进一步加剧化石燃料的价格的上涨。轻型电动自行车的产销量在世界各地，尤其在中国和印度近两年来增长的幅度非常大，将来预计仍然会保持这一强劲势头。
本章小结
本章首先介绍了国内外轻型电动自行车的发展历史，然后是其行业的发展。从中可以看出中国已是世界轻型电动自行车主要生产大国和消费大国，无论是产量、产值、销量及经济效益等都已经有了很大的发展，将来仍会保留这一强劲势头。
第2章 轻型电动自行车的研究
2.1 轻型电动自行车的市场调查与分析
充分利用广阔的网络的信息平台，来了解各大主流轻型电动自行车。再按照品牌选取各自有代表性的相关型号的轻型电动自行车以图文并茂方式展示出来，并在性能、外观、价格、市场等方面做相应的比较。
2.1.1 国内轻型电动自行车市场调查
下面对轻型电动自行车行业中，新日、绿源、爱玛、台铃、雅迪这五个品牌进行市场调查，并进行分析。
(1) 新日（见下表2.1）：
表2.1 新日牌轻型电动自行车
小骑士3号：1、造型设计优美，体态轻盈，色彩艳丽，实用方便。2、双减震结构：骑行舒适，稳定性好，不会因撞击、颠簸、摇晃而影响骑行，适合各种路况，有效消减行驶疲劳。
飘逸B：1、电池:为电机提供更多能量输出，提高有效续行里程；超长寿命，持久如新。2、整车人机工程:设计合理、乘骑舒适，是一款为广大城镇青年用户量身打造的时尚、环保、引领潮流的城市锂电跑车。
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 轻型电动自行车概述及其所属行业发展概况 1
1.1 轻型电动自行车的概述 1
1.1.1 国际上对轻型电动自行车的定义 1
1.1.2 国内对轻型电动自行车的定义 1
1.1.3 轻型电动自行车的优势 2
1.2 轻型电动自行车行业的发展历程 2
1.2.1 国外轻型电动自行车的发展历程 2
1.2.1 国内轻型电动自行车的发展历程 4
1.3 轻型电动自行车市场调查分析与展望 5
1.3.1 国内轻型电动自行车市场调查分析 5
1.3.2 国际轻型电动自行车市场调查分析 7
1.3.3 全球轻型电动自行车市场的良好前景 8
第2章 轻型电动自行车的研究 9
2.1 轻型电动自行车的市场调查与分析 9
2.1.1 国内轻型电动自行车市场调查 9
2.1.2 轻型电动自行车品牌对比与分析 11
2.2 轻型电动自行车典型设计案例分析 11
2.2.1 轻型电动自行车经典案例 11
2.2.2 各经典案例对比分析结论 15
第3章 轻型电动自行车的部件与使用分析 16
3.1 轻型电动自行车的部件分析 16
3.1.1 轻型电动自行车整车的构造 16
3.1.2 各部件的主要作用 16
3.2 轻型电动自行车的使用说明 19
3.2.1 主要技术性能要求 19
3.2.2 整车安全要求 20
3.2.3 电动车的使用注意事项 20
第4章 轻型电动自行车设计研究 22
4.1 人机工程学在轻型电动自行车设计中的运用 22
4.2 现有轻型电动自行车的改良设计 25
4.2.1 轻型电动自行车使用者分析 25
4.2.2 现有轻型电动自行车使用的不足与改良 26
4.3 轻型电动自行车的材料与技术 27
4.3.1 金属材料 27
4.3.2 塑料和聚合物 28
4.3.3 碳纤维 29
4.3.4 材料的选择 30
第5章 轻型电动自行车的设计 31
5.1 轻型电动自行车设计草图提案 31
5.1.1 针对轻型电动自行车轻型化的设计概念 31
5.1.2 优先折叠的设计方案 31
5.1.3 优先外观和舒适的设计方案 31
5.1.4 优先动力的设计方案 33
5.1.5 突破原有的创新设计 34
5.2 轻型电动自行车设计2D效果图提案 34
5.3 最终设计方案的提出 35
5.3.1 设计的目标 35
5.3.2设计目标的实现方式 35
5.3.3 定案的提出 36
总 结 45
参考文献 46
致 谢 47
随着科学的进步和技术的发展，交通工具越来越发达。但是在给人们带来便捷的同时，作为其动力的石油资源却开始枯竭。而轻型电动自行车以具有操作简单、绿色环保、价格适中、舒适快捷等优点而受到人们的欢迎。轻型电动自行车行业也随之蓬勃发展，轻型电动自行车设计更是不断创新。
在这种大环境下，本文以电动自行车进一步轻型化为目标，但也不忘节能环保，同时兼顾电动自行车的舒适和动力，发掘突出造型、拓展功能、增强时尚三个层面，设计出一款不再仅仅以代步功能为主的轻型电动自行车。20191029185923
本文首先对轻型电动自行车的经典款式从价格、型号、产品特点及动力方面出发，进行了深入细致的比较分析；同时，参考现有电动自行车的结构与使用注意点，为之后设计提供依据。接着，从人际工程学出发，对自行车的相关尺寸，如车架、把手、与座垫等配合人体的尺寸，以符合最舒适的骑乘姿势，确定轻型电动自行车支架的设计方案；从改良设计入手，针对现有电动自行车的不足进行改良，提出设计细节；研究分析现有轻型电动自行车的常用材料，选取一种合适的作为设计的轻型电动自行车材料选择。最后，将设计方案进行具象化，评估和优选出符合既定目标的最终设计定案，完成整个设计流程。关键词：电动自行车;轻型;人机工程学
第1章 轻型电动自行车概述及其所属行业发展概况
1.1 轻型电动自行车的概述
1.1.1 国际上对轻型电动自行车的定义
轻型电动自行车也称为轻型电动车，是具有集成电机用于推进的自行车。目前有大量不同类型的轻型电动自行车在公路上行驶。一般的轻型电动自行车，拥有一个小马达协助前进，而有些马力更强大轻型电动自行车往往拥有接近摩托车的动力。然而，众所周知，让驾驶者不消耗体力的轻型电动自行车不是轻型电动自行车。轻型电动自行车使用充电电池，轻型的可行驶25至32公里/小时（16至20英里），而更多优质产品可超过45公里/小时（28英里每小时），这取决于他们被卖在国家的法律。在一些市场，如德国，他们越来越受欢迎，并成功从传统的自行车攫取了一定的市场份额；而在其他国家，如中国，他们正在逐步取代化石燃料为动力的摩托车。
另外，根据当地法律，许多轻型电动自行车在法律上被列为自行车，而不是拥有更强大动力的轻便摩托车或摩托车，所以他们不受到更严格的法律限制。轻型电动自行车也可以单独定义，在许多领域的法律管辖被视为一个特定的车辆类型。
1.1.2 国内对轻型电动自行车的定义
根据国家标准《轻型电动自行车通用技术条件》（GB17761—1999）定义，轻型电动自行车（motorized bicycle / electric bicycle）：以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。轻型电动自行车归属非机动车管理范畴，应同时具备以下5个特征：必须具备脚踏行驶功能，蓄电池只作为辅助能源；必须具备两个车轮；设计车速不大于20公里/小时；整车重量不大于40公斤；轮胎宽度（胎内）不大于54毫米[1]。
而在民间，轻型电动自行车，俗称为电瓶车，是一种以蓄电池为主要能源的交通工具，其外观与自行车和摩托车相似，一般都带有脚踏板、链条，可以用人力作为辅助动力。
图1.1 轻型电动自行车
1.1.3 轻型电动自行车的优势
首先，与自行车相比，省力，更轻型快捷。电动自行车使用电池提供动力，这与用人力蹬的自行车要省力的多，因此尤其适合老人或家庭主妇。另外，使用起来，比自行车行驶快，方便轻松。而且轻型电动自行车也在不断地改进，体积越来越小，构造越来越简单轻便，并根据不同的人发展出很多款式，如老年款，休闲款，童车款等。
其次，与汽车相比，行程更自由。当汽车遇到交通堵塞，尾随不止的汽车排起长龙，无法动弹时，骑电动自行车的人毫无影响。在这种情况下仍可以自由地走自行车道，不必担心有多长时间的等待，也不会因堵车问题耽误很多事情。而且电动车也不会排出很多的尾气，给空气造成污染，影响城市的美观。
最后，与摩托车相比，更适合大众，环保安全。摩托车的速度是很快的，但一般人很难驾驭，对老人青少年来说更不可能的事情。而摩托车燃烧汽油也排放很多尾气，且速度之快，操作不当，常常更容易造成交通事故。相比之下，电动车具有更环保，更适合大众使用的优势。
轻型电动自行车凭借其操作简单、绿色环保、价格适中、舒适快捷和长久耐用等优势，越来越受到人们的青睐。
1.2 轻型电动自行车行业的发展历程
1.2.1 国外轻型电动自行车的发展历程
轻型电动自行车的历史大约起始于120年前，多年来，有很多的技术改进。
国外电动自行车发展历程如下表：
表1.1 国外电动自行车早起发展历程
时间 说明 历史痕迹
1895年 Ogden Bolton Jr.被授予美国专利552271。
虽然我们知道他是不是第一个，但我没有找到任何有关电动自行车前发出的专利发明。
1897年 波士顿Hosea W. Libbey发明了一种推进“双电动机”轻型电动自行车（美国专利号：596272）。
1898年 Mathew J. Steffens获得后轮驱动的轻型电动自行车专利，它沿着车轮的外边缘使用了传动皮带。
1899年 John Schnepf获得美国专利627066，它描绘的是一种后轮摩擦辊轮式驱动的轻型电动自行车 。
1969年 Schnepf和G.A. Wood Jr. 与他的美国专利3431994。Wood 的设备通过一系列齿轮，使用了4分马力电机连接。
到了20世纪90年代后期，轻型电动自行车技相关术迅速发展。日本Takada Yutky 在1997年开发出了扭矩传感器和电源控制，并对这种装置提出了专利。在1992矢量服务有限公司发售及出售的被称为兹科的轻型电动自行车自行车，它包括镍镉电池，内置了一个框架构件，包括850克永磁电机。尽管如此，在1992年几乎没有任何商业的轻型电动自行车。
1993年至2004年，轻型电动自行车行业开始缓慢发展，期间生产增长估计35％。相比之下，1995年普通自行车生产下降从峰值107万台。
到2001年，轻型电动自行车行业开始迅猛发展。轻型电动自行车也有了更多的名称：功率自行车，“轻型电动自行车”，辅助踏板，电动助力自行车。而“电动摩托车”变得更加强大，时速达到了80公里/小时（50英里）。
到2007年，轻型电动自行车被认为在许多大城市的街道上占据所有的两轮车辆的10％到20％的份额。它仅需要8小时的充电电池，就以大约20公里/小时的速度，提供了25至30英里（40到48公里）。
1.2.1 国内轻型电动自行车的发展历程
1983年上海自行车二厂试制成功永久牌DX－130轻型电动自行车，这是国内有记录的并形成产业化的第一款轻型电动自行车。它采用150W柱式电机、24V轿车用普通铅酸蓄电池，此车84年投入生产，至91年共生产了4.5万辆，其中出口805辆。
之后国内轻型电动自行车行业迅猛发展，虽然其中也少不了跌宕起伏，但总的来说，业内普遍认同为三个发展阶段：轻型电动自行车的初级阶段、生产规模化阶段、超速发展阶段。
(1) 初级阶段,也被称作是轻型电动自行车的早期实验性生产阶段，从时间上讲，就是1995年到1999年。这个阶段主要是对轻型电动自行车的四大部件，电机、电池、控制器和充电器的关键技术摸索研究。从技术方面上来说，早期的轻型电动自行车，新电池充电一次只能行驶大约30公里，电池寿命短，爬坡能力差，容易磨损，而且电机也都是有刷无齿电机。但这个时期的积累，才为如今的这个产业化的规模在人才、技术和产品研发等方面做好了奠基。
(2) 生产规模化阶段，由于这个时间段内出现了几个将轻型电动自行车推进的机遇，使得在初级阶段里举步维艰的轻型电动自行车行业的发展进入了规模化，更促使行业一下子迎来了春天，而这几个机遇当中最有价值的则为各个城市的“禁摩令”和2003年的“非典”。这个时间段一般都认同为是在2000年到2004年这段时间，在这一时间段里，随着关键技术方面的突破和轻型电动自行车的性能不断提升，让轻型电动自行车成为了摩托车和自行车的替代产品，而它的快捷、环保、方便和廉价，同时也激发了市场对于轻型电动自行车的诉求。在日益增长的市场需求中，先前研发生产的企业迅速崛起，一些新的企业也开始进入，他们对轻型电动自行车的投入也不断加大，使得产能迅速扩展。
(3) 超速发展阶段，从2005年至今，这个阶段是中国国轻型电动自行车的超速发展阶段，被业内称为“喷井阶段”。在这个时间段内，随着企业之间的激烈竞争大大刺激了技术的进步和新技术扩散，全行业的技术水平大幅度提高，蓄电池寿命和容量提高了35%，电机从单一的有刷有齿电机发展成为无刷高效电机为主流，寿命提高了5倍，效率提高了近30%，爬坡和载重能力提高约3.5倍。电池也有单一的铅酸电池演进出多类型的高性能电池，而且锂电池的出现，更加带动了轻型电动自行车，特别是简易款的发展。在电机方面，永磁无刷电机的发明，让行业发展的步伐明显的加快。电机性能的关键是强磁材料的性能，各种永磁材料中，稀土永磁材料性能最为优越。中国国是世界公认的稀土资源大国和稀土产品的制造强国。由于稀土强磁材料性能好，价格低，制造能力强，使得国际市场价格昂贵的BLDC（无刷直流永磁电机）系统在中国企业得到广泛应用，轻型电动自行车产业因此获得了得天独厚的资源优势。从行业的总产销量来看，2005年，全国数百家企业的各种轻型电动自行车（含轻型电动自行车）的总产量预计已经超过900万辆，出口约200~300万辆，实现工业产值200亿，利税约60亿元，相关的生产和服务领域的就业近100万人。
截止到2012年，中国轻型电动自行车产销量已经占到全球的90%以上，中国已经成为全球最大的轻型电动自行车生产国、消费国和出口国。
1.3 轻型电动自行车市场调查分析与展望
通过广阔网络信息发布平台，搜集国内外各大轻型电动自行车品牌的销售概况，来了解总体销售情况，并参照官方市场调研结果，参考本地实地考场与道路切身感受，推断出轻型电动自行车市场的整体状况。
1.3.1 国内轻型电动自行车市场调查分析
二〇〇六年五月，由中国经济报告课题组组织，国务院发展研究中心、国家发改委、建设部、科技部等部委参与的《轻型电动自行车产业发展战略研究》课题组在北京召开研究成果新闻发布会，公布了课题组经过五个多月的调查与研究所完成的课题报告。
报告认为，国内轻型电动自行车产业是一个不容忽视的新兴产业。1995年中国国第一辆轻型电动自行车在清华大学面世，十年后，中国拥有了全球最大规模的轻型电动自行车工业。据课题组专家保守估算，2010年，中国轻型电动自行车的产销量将可能达到3000万辆，出口量将可能达到500－600万辆，实现工业产值700亿元，包括上下游带动产值的产业总体规模将达到1300亿元。如下图所示，2010年，中国实际共生产电动自行车2954万辆，同比增长33%。基本符合专家估算。
图1.2 2003-2010年中国电动自行车产量（百万辆）
报告同时指出，轻型电动自行车是目前可见的发展中国特色的交通模式最有前途的方向之一。庞大的中国市场将铸就一个辉煌的轻型电动自行车产业，并缓解石油紧缺的局面。
轻型电动自行车优越的能源效能是中国未来能源战略的一个新支点。一方面，轻型电动自行车具有良好的能效特征和巨大的节能潜力。另一方面，轻型电动自行车零排放和污染近乎于零的优良特性使其成为“绿色交通”的经典范例。
轻型电动自行车是构建中国新型城市交通体系的重要组成部分。报告分析认为，从中国新型的城市综合交通体系的要求看，轻型电动自行车成为昂贵的轿车和拥挤的公交车的较理想的替代品和补充品，并将对解决中国沉重的交通问题，对普通百姓的生活，产生巨大的影响。
此外，轻型电动自行车同其他与农民收入水平相称的交通工具相比较，具有系统简单，维修方便，使用费用低，具有良好的经济性等优势。配套大容量电池的轻型电动自行车在中国的农村平原丘陵地区很受欢迎，它已经成为农村居民交通的重要工具和部分农民进城务工、经商、谋生的不可缺少的理想工具。
1.3.2 国际轻型电动自行车市场调查分析
在2010年11月举办的第二十五届世界电动车大会上，美国轻型电动自行车协会的主席本杰明先生指出，在世界上很多国家，轻型电动自行车已成为一种比较普遍使用的交通工具。世界上每个国家、每个人都需要自己的交通工具。在很长一段时间李，世界上大多数人的交通工具都是步行或者是自行车，自行车、轻型电动自行车和摩托车作为交通工具是近几年出现的新的景象。世界范围内很多人都往城市去，城市人口密度逐渐增高。由于城市人口密集程度的提高，在城市内有限的车位、道路、噪音、环境的污染给自行车使用带来了很大困难。世界人口的富裕程度不断提高，大家变富了以后改善生活的方法之一就是改善自己的交通工具。现在很多人富了以后就想要去买一辆车，这是一个非常能够理解的现象。对于一直骑自行车的人来说骑轻型电动自行车是非常大的进步。
如下图1.4，派克研究所对于强劲增长的轻型电动自行车的最新报告研究预计，2009年和2016年之间，将有78600000辆轻型电动自行车（与该地区整体的复合年增长率为8.9％）在2016年的亚太区销售。派克研究所预测，在亚洲以外的地区，西欧具有最大的轻型电动自行车市场，在2009年和2016年之间的复合年增长率为17.3％，为1941000辆。
图1.3 全球轻型电动自行车销量与预测
1.3.3 全球轻型电动自行车市场的良好前景
现在中国还是轻型电动自行车最重要的市场，2010年产销量位于2300万辆—2400万辆之间。印度人口众多，但是富裕程度不如中国，所以他要还需要几年时间才能成长，现在的产销量大概是30万辆左右。欧盟认可轻型电动自行车的程度不断提高，荷兰市场每四辆自行车里面有一辆是轻型电动自行车，德国是八辆中有一辆轻型电动自行车。日本在过去几年里，轻型电动自行车增长的幅度是相对比较稳定的。美国市场2010年的产销量约为20万辆，增长的幅度也是会相对稳定的。对东南亚轻型电动自行车市场的预计是2200万辆。预测2025年的时候，轻型电动自行车的产销量将占所有自行车产销量的一半，销量在5000万辆左右。当电动自行车的状态更加稳定后，很多国家的消费者和政府都会鼓励轻型电动自行车。从政府的角度来讲，一旦技术程度更加稳定，产品的性能有所提升以后，会从政策方面促使大家使用电动产品。到了2025年轻型电动自行车的产量大概是1.3亿辆，它的产值会超过105亿美元。
今天轻型电动自行车行业取得了举足轻重的地位，但是越来越多摩托车行业和自行车行业的领头者加入到轻型电动自行车行业来。很多大型的、世界有名的自行车公司都已经加入到了轻型电动自行车行业中来。其中一个重要原因是，城市人口密集程度的提高、停车空间越来越小、交通堵塞、政府对环境的重视以及能源的价格。还有一个很重要的因素是石油价格的上涨。预计2025年石油产量将会下降30%，这将会进一步加剧化石燃料的价格的上涨。轻型电动自行车的产销量在世界各地，尤其在中国和印度近两年来增长的幅度非常大，将来预计仍然会保持这一强劲势头。
本章小结
本章首先介绍了国内外轻型电动自行车的发展历史，然后是其行业的发展。从中可以看出中国已是世界轻型电动自行车主要生产大国和消费大国，无论是产量、产值、销量及经济效益等都已经有了很大的发展，将来仍会保留这一强劲势头。
第2章 轻型电动自行车的研究
2.1 轻型电动自行车的市场调查与分析
充分利用广阔的网络的信息平台，来了解各大主流轻型电动自行车。再按照品牌选取各自有代表性的相关型号的轻型电动自行车以图文并茂方式展示出来，并在性能、外观、价格、市场等方面做相应的比较。
2.1.1 国内轻型电动自行车市场调查
下面对轻型电动自行车行业中，新日、绿源、爱玛、台铃、雅迪这五个品牌进行市场调查，并进行分析。
(1) 新日（见下表2.1）：
表2.1 新日牌轻型电动自行车
小骑士3号：1、造型设计优美，体态轻盈，色彩艳丽，实用方便。2、双减震结构：骑行舒适，稳定性好，不会因撞击、颠簸、摇晃而影响骑行，适合各种路况，有效消减行驶疲劳。
飘逸B：1、电池:为电机提供更多能量输出，提高有效续行里程；超长寿命，持久如新。2、整车人机工程:设计合理、乘骑舒适，是一款为广大城镇青年用户量身打造的时尚、环保、引领潮流的城市锂电跑车。
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 轻型电动自行车概述及其所属行业发展概况 1
1.1 轻型电动自行车的概述 1
1.1.1 国际上对轻型电动自行车的定义 1
1.1.2 国内对轻型电动自行车的定义 1
1.1.3 轻型电动自行车的优势 2
1.2 轻型电动自行车行业的发展历程 2
1.2.1 国外轻型电动自行车的发展历程 2
1.2.1 国内轻型电动自行车的发展历程 4
1.3 轻型电动自行车市场调查分析与展望 5
1.3.1 国内轻型电动自行车市场调查分析 5
1.3.2 国际轻型电动自行车市场调查分析 7
1.3.3 全球轻型电动自行车市场的良好前景 8
第2章 轻型电动自行车的研究 9
2.1 轻型电动自行车的市场调查与分析 9
2.1.1 国内轻型电动自行车市场调查 9
2.1.2 轻型电动自行车品牌对比与分析 11
2.2 轻型电动自行车典型设计案例分析 11
2.2.1 轻型电动自行车经典案例 11
2.2.2 各经典案例对比分析结论 15
第3章 轻型电动自行车的部件与使用分析 16
3.1 轻型电动自行车的部件分析 16
3.1.1 轻型电动自行车整车的构造 16
3.1.2 各部件的主要作用 16
3.2 轻型电动自行车的使用说明 19
3.2.1 主要技术性能要求 19
3.2.2 整车安全要求 20
3.2.3 电动车的使用注意事项 20
第4章 轻型电动自行车设计研究 22
4.1 人机工程学在轻型电动自行车设计中的运用 22
4.2 现有轻型电动自行车的改良设计 25
4.2.1 轻型电动自行车使用者分析 25
4.2.2 现有轻型电动自行车使用的不足与改良 26
4.3 轻型电动自行车的材料与技术 27
4.3.1 金属材料 27
4.3.2 塑料和聚合物 28
4.3.3 碳纤维 29
4.3.4 材料的选择 30
第5章 轻型电动自行车的设计 31
5.1 轻型电动自行车设计草图提案 31
5.1.1 针对轻型电动自行车轻型化的设计概念 31
5.1.2 优先折叠的设计方案 31
5.1.3 优先外观和舒适的设计方案 31
5.1.4 优先动力的设计方案 33
5.1.5 突破原有的创新设计 34
5.2 轻型电动自行车设计2D效果图提案 34
5.3 最终设计方案的提出 35
5.3.1 设计的目标 35
5.3.2设计目标的实现方式 35
5.3.3 定案的提出 36
总 结 45
参考文献 46
致 谢 47
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