五月是全國自行車月，宣傳騎自行車的諸多好處，展示自行車技術的發展，并鼓勵更多人嘗試騎自行車。

雖然許多人在騎自行車時更喜歡堅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系的方式。在這里，污垢和先進技術別無選擇，只能合而為一。其測試平臺和最新進展領域之一是電動山地自行車 (eMTB)。

可以說，自行車和我們不斷想要重新發明輪子的愿望是什么？讓我們來看看與戶外活動建立更牢固聯系背后的技術。正如您將看到的，工程學是新發展和自行車創新的中心——改變人們騎車翻山越林的方式。

尋求更小、更輕、更便宜和更強大的電池

特斯拉的電池日標志著每年科技日歷上最受期待的時刻之一。在此次活動中，電池技術的巨大進步得以亮相，旨在制造更強大、更持久、續航里程更遠且成本更低的電動汽車。這一切都歸結為能夠實現埃隆·馬斯克 (Elon Musk) 對特斯拉的愿景，即在三年內以 25,000 美元的價格銷售一輛純電動汽車。

但這項技術如何滲透到 eMTB 中，又將如何影響它們未來的發展？讓我們先看看電動山地車現在使用的電池。

目前，大多數電動山地車電池都是 18650 鋰離子（Li-ion）。鋰離子電池于 1985 年首次開發出來，它們一直是電動汽車發展的主要推動力，因為它們是可充電的，而且您可以從中獲得大量電力而不會占用太多空間。電池尺寸為 18 毫米 x 65 毫米，約為您手指的大小，電池以并聯方式焊接在一起。拆掉塑料外殼，基本上看起來有點像一堆AA電池拼接在一起的樣子。

電池最重要的數字是瓦時。正如您可能認為的那樣，這衡量的是一小時內可以輸送多少瓦特。例如，一個 250 瓦時 (Wh) 的電池可以全功率驅動一個 250W 的電機一小時，而一個 500Wh 的電池可以驅動它兩個小時。大多數電動自行車電池的電量都在 300 到 550 瓦時之間。電池的最終目標是獲得盡可能多的瓦時。但如果你只是繼續添加細胞，你就會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新正在發生。事實上，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航里程。這些電池的內部結構也在不斷完善，工程師們正在試驗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行，否則就有永久損壞自身的風險。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間內帶來更好的性能。

受特斯拉啟發的電池技術加入其中

對于那些關注特斯拉的人來說，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 標準，電池尺寸為 21mm x 70mm。特斯拉于 2017 年與松下一起開發了這種電池，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 一起進入電動山地車。這款自行車配備一塊 700 瓦時的大電池，可提供充足的騎行時間，使其成為當今電動山地車上最大的電池之一。此外，其電機可提供高達 565 瓦的功率和 90Nm 的峰值扭矩。總體而言，Specialized Turbo Levo 的性能和技術處于行業的巔峰。

然而，Tesla 就是 Tesla，他們并沒有止步于 21700。他們最近在 Battery Day 上發布的公告分享了其電池技術的下一步發展。Tesla 電池的尺寸再次增大，這次增大到 4680 或 46mm x 80mm。據特斯拉動力總成和工程高級副總裁 Drew Baglino 稱，與 21700 相比，這項新創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航里程增加了 16% .

配備更強大電池的電動山地車的優勢顯而易見。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航里程。但在您過于興奮之前，請記住，21700 技術從特斯拉 Model 3 汽車滲透到 Specialized Turbo Levo 大約用了兩年時間。和所有新技術創新一樣，預計成本會很高（新技術很少便宜），就像它旨在幫助攀登的山脈一樣。

其他關鍵工程因素在起作用

工程師經常聽到的一個常見抱怨是重量，eMTB 太重了。然而，eMTB 必須承受比普通山地自行車高出 50% 的越野負載。因此，工程師必須考慮制動負載，尤其是前叉上的負載。制動器還需要包含更大的轉子并配備四活塞制動卡鉗以提供足夠的制動力。必須重新考慮和設計前后懸架運動學以及軸承和連桿以提高強度和耐用性。諸如座桿和車把之類的單個組件經常被推到它們的字面斷裂點。所有這些都很快加起來。

使用當前的行業數據，主動騎行方式的最大允許重量達到了 150 公斤的極限。為了超越這一點，工程師們必須開發出更堅固、更堅固的車架和部件，并以不同于標準山地自行車的方式設計它們。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性，從而獲得更好的乘坐質量。碳纖維最大的缺點是其易碎的名聲，以及一個完好無損但脆弱的框架如何在意想不到的時刻突然發生災難性故障。

持續的工程和使用碳的經驗在一定程度上減輕了這一點。然而，幾種使用混合復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中受到高度重視的特性卻很少或沒有下降。混合復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。

準備好一些污垢了嗎？

汽車行業擁有 Ehra-Leissen、Nürburgring 或 Millbrook 試驗場，可以對他們的新汽車技術進行最終測試。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，十二個不同制造商的 eMTB 由一組專業騎手進行測試和折磨。查看電動山地車已經走了多遠，以及它們未來還需要去哪里。但有一件事是肯定的：這種不斷發展的山地自行車類型每年都在不斷發展并變得更好。

雖然不是每個會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在技術方面的進步，尤其是當工程師決定沿著人跡罕至的道路冒險時。這讓我和大自然微笑。現在出去以技術的名義扔一些泥巴。