交通部署案例集/2015/中国电动自行车

定性分析

模式描述

一辆山地车风格的电动自行车：一辆Cyclotricity Stealth

电动自行车看起来像燃料动力摩托车，但实际上是带有电动机的自行车。大多数电动自行车都有踏板，驾驶员可以在电池电量耗尽时将其用作普通自行车。但也有没有踏板的电动自行车。电动自行车的最高速度约为每小时45公里。由于电力比汽油动力更清洁、更便宜，因此电动自行车比燃料动力摩托车或汽车更环保。

场景

众所周知，中国被称为“自行车王国”，因为它拥有世界上最多的自行车保有量。自行车早在 1868 年就进入了中国人的生活。第一辆自行车出现在上海的街道上。 1920 年代后，自行车数量迅速增加。因为在那些年里，中国很少有人能买得起汽车。对快速旅行的需求很大，而自行车价格不高，而且比步行快得多，因此很快就在中国流行起来。在 1950 年代，自行车被视为“三大件”之一——与缝纫机和手表并列。。电动自行车出现之前，另一种交通工具是摩托车。它们使用汽油或柴油，因此排放的污染物相当有害。随着中国经济的改善，越来越多的汽车出现在街上。这造成了自行车、汽车和摩托车严重的混合交通流。在城市地区，摩托车的速度几乎与汽车相同。因此，当他们的行驶轨迹发生冲突时，由于驾驶员违反交通规则，可能会发生严重事故。在那段时间里，每年都有很多人死于事故。这就是为什么中国几个主要城市从 1990 年开始限制摩托车在道路上的使用。电动自行车的出现填补了摩托车禁令政策造成的空白。实际上，它在中国市场上出现的时间早于禁令政策的实施。因为它们有电动机，所以它们有电时可以在机动车道上行驶。如果电量耗尽，它们可以切换到非机动车道。由于电动自行车更轻、惯性更小，因此它们可以轻松地更换车道并掉头。

发明

电动自行车的最早发明可以追溯到 1898 年，第一辆电动自行车是通过使用皮带将电力从电动驱动装置传递到后轮而发明的。美国有各种专利记录。最初，大多数电池都是铅酸电池。这些电池非常重且笨重。 铅酸电池的唯一好处是，与我们今天使用的更新类型的电池相比，它们受温度的影响较小。当时，这种电池价格昂贵，因此几乎不可能制造电动自行车。

电池

电动自行车技术进入制造领域主要得益于可充电电池技术的成熟。使用的电池包括密封铅酸 (SLA)、镍镉 (NiCad)、镍氢 (NiMH) 或锂离子聚合物 (Li-ion)。电池组的寿命将在很大程度上影响电动自行车的行驶距离。随着电池寿命的延长，电动自行车的实用性也随之提高。

扭矩传感器

扭矩传感器的开发也是发明电动自行车的一块基石。扭矩传感器是一种将扭转机械输入转换为电输出信号的传感器。 扭矩有两种类型：静态扭矩和动态扭矩。后者更难测量。在电动自行车中使用扭矩传感器的目的是测试电机旋转过程中产生的信号，控制器可以使用该信号来平衡人力和电力。这项技术是在 1990 年代后期开发的。名叫 Takada Yutky 的发明者在 1997 年为此申请了专利。1992 年，一家名为 Vector Services Limited 的公司开始销售名为“The Zike”的电动自行车。这种车辆的结构很简单，在框架成员中增加了 NiCd 电池和一个 850 克永磁电机。

早期市场发展

电动自行车首次出现在中国市场是在 1985 年，但它是从日本进口的。1995 年，中国公司生产的第一批电动自行车投放市场。电动自行车的存在并没有引起市场的太多关注。摩托车仍然是道路上最受欢迎的交通工具。它们在大多数城市的道路上行驶，因为针对摩托车的禁令尚未在全国范围内实施。因此，摩托车的市场份额仍然大于电动自行车。在市场发展初期，即 1995 年至 1999 年期间，所有中国电动自行车公司都专注于进行技术创新，例如电池、电动机、充电器和控制器技术。市场上的电动自行车数量很少，因此只有少数顾客注意到这种比普通摩托车更便宜、更轻的车辆。据说电动自行车是第一种实现量产的电动汽车。它准确地描述了当时在日本而不是中国的情况。

政策在孕育阶段的作用

电动自行车诞生之初，各大城市对摩托车的禁令极大地帮助了电动自行车公司扩大市场份额。1985 年，北京成为中国第一个在市区禁止摩托车通行的城市，原因是摩托车事故率高。随后，2002 年，中国著名的旅游城市杭州也开始禁止摩托车。2004 年，广州效仿杭州，开始实施相同的政策。截至 2015 年，中国已有 185 个城市禁止摩托车通行。^[6]政府主要通过两种方式从道路上清除摩托车。大多数主要城市使用的一种方法是在某个时间点停止授权摩托车牌照。随着现有摩托车的日益老化，它们将逐渐消失。政府使用的另一种激进方式是同时禁止所有有牌照和无牌照的摩托车。由于中国交通系统不完善，大多数被剥夺摩托车驾驶权的人的交通需求根本无法得到满足。尽管可以通过调整公交车或地铁的时刻表来解决城市摩托车驾驶员的一些额外交通需求，但农村摩托车驾驶员的需求无法通过这种方式解决，因为在 20 世纪 90 年代末或 21 世纪初，连接农村和城市地区的公交线路很少。因此，电动自行车是前摩托车的绝佳替代品。工业标准的描述是电动自行车是一种特殊的自行车，使用电力作为辅助能源，有两个轮子，可以由人力驱动，也可以由电力驱动。这种描述将电动自行车与摩托车区分开来，以便有效地规避对摩托车的限制。^[7]从技术角度来看，当时的电动自行车电池只能支持大约 30 公里的行驶。电池寿命也很短，爬坡能力也很弱。

模式的增长

2000 年至 2004 年期间，电动自行车工厂取得了巨大的发展。由于传统摩托车的禁令，电动自行车的销量不断增加。随着关键技术的突破和电动自行车性能的提升，它们成为了摩托车和自行车的完美替代品。电动自行车以其价格低廉、方便快捷、环保的特点吸引了越来越多的消费者。此外，这种车辆不受政策约束。电动自行车可以在马路上作为机动车行驶，也可以在自行车道上作为普通自行车行驶，因此在城市和农村地区都获得了普及。^[8]随着这种车辆需求的不断扩大，老工厂迅速扩大规模，许多新工厂涌入这一利润丰厚的领域。所有这些都导致了电动自行车生产的快速增长。江苏省、浙江省和天津市成为中国三大产业密集型城市。与电动自行车相关的其他行业也得到了很好的发展，如电池行业和电机行业。^[9]

成熟阶段的发展

电动自行车在中国非常普遍，估计到 2010 年初，电动自行车数量已达 1.2 亿辆。

一辆上海的电动自行车

从 2005 年到 2007 年，经济规模逐渐形成。企业之间的竞争促进了后端技术的进步和扩展。数据显示，在此期间，电池寿命提高了 5 倍，生产效率提高了 30%，爬坡能力和载重量提高了 3.5 倍。同时，制造成本大幅下降。电池从简单的铅酸电池发展到多种类型的电池。锂电池的出现使电动自行车更轻巧、更简洁。此外，永磁无刷电机的发明也给电动自行车行业带来了革命。根据 2011 年生产量排名前十的供应商排名，前三位供应商都是中国供应商，包括第一名和第二名。^[10]大量的电动自行车引起了交通管理部门的注意。当时的电动自行车与 90 年代的电动自行车完全不同。根据国家标准，电力只能作为辅助动力，速度应低于 20 公里/小时。但随着电动自行车的快速发展，其速度远远超过 20 公里/小时，甚至达到了摩托车的速度。踏板变得无用或消失，电力最终成为了电动自行车的动力来源。这些可能是好消息，但与高速不一致的是，电动自行车的制动性能仍然处于相对较低的水平。大多数电动自行车仍然使用与低速自行车相同的制动机制。因此，它们在紧急制动时更容易翻车。甚至一些不会骑自行车的人也购买了电动自行车，因为它们几乎是最容易学会的车辆。这样，许多“马路杀手”涌入了城市道路和街道。由于缺乏驾驶教育，电动自行车驾驶员更容易违反交通规则。交通管理部门试图颁布法规限制电动自行车的使用。但限制电动自行车比限制摩托车困难得多。因为可以通过停止发放牌照来轻松限制摩托车的使用，而大多数电动自行车没有牌照。根据国家标准，电动自行车的重量应小于 40 公里/小时，速度应小于 20 公里/小时。如果不符合标准，驾驶员需要取得驾驶证并购买专门的保险。问题是，一个人购买了一辆最高时速为 20 公里/小时的电动自行车后，可以很容易地用新的电机改装它，并将最高时速提高到 50-60 公里/小时。此外，切断摩托车的能源供应很容易，因为摩托车使用的是汽油，而切断电动自行车的能源供应则要困难得多，因为它们从普通的电源插座获取电能。所有这些原因都使得彻底清除街道上的电动自行车变得非常困难。

一辆中国电动自行车。这里骑车者没有使用踏板。

定量分析

分析方法

我们使用 S 型曲线来识别生命周期的每个阶段。我们使用数据来估计三参数逻辑模型。

$Y(t)={\frac {K}{1+e^{-b(t-to)}}}$

• S(t) 是状态度量（例如生产量或所有权）
• t 是时间（通常以年为单位）
• t_o 是拐点时间（达到 1/2 K 的年份）
• K 是饱和状态水平
• b 是一个系数。

数据来源

有两个指标可以反映中国对电动自行车的需求，一个是产量，另一个是保有量。保有量是指用户数量，它直接反映了电动自行车的实用性。但关于保有量的数据很难找到，也不准确，因为在发展的初期，关于电动自行车保有量的记录很少。因此，导致了 1999 年至 2003 年期间的数据缺失。然后从 2004 年到 2013 年，中国自行车协会每年都会公布电动自行车保有量的数据。另一个指标是电动自行车的产量。这些数据很容易获得，因为它是中国电动自行车制造商最重要的指标之一，因此网上有很多生产报告。

年份	年产量（千辆）	累计产量（千辆）
1998	58	58
1999	148	206
2000	293	499
2001	586.7	1085.7
2002	1594.5	2680.2
2003	3997.2	6677.4
2004	6757.1	13434.5
2005	12110	25544.5
2006	19500	45044.5
2007	21659	66703.5
2008	21886	88589.5
2009	26180	114769.5
2010	29544	144313.5
2011	30960	175273.5
2012	35050	210323.5
2013	36950	247273.5
2014	35000	282273.5

预测结果

电动自行车产量

中国电动自行车累计产量

电动自行车保有量曲线显示，2009年是增长速度最快的年份，我们正在接近峰值，约为2020年的1.848亿辆。中国已经拥有1.816亿辆电动自行车，因此保有量的增长不会持续太久。这一结论与中国实际情况相符。中国政府已意识到电动自行车事故率高，许多城市已禁止在市区使用电动自行车。随着新的电动自行车国家标准的实施，对这类车辆的限制将越来越大。因此，保有量的增长速度将不会像2004年至2009年那样快。

年份	预测产量（千辆）	产量（千辆）
1998	159.5	58
1999	304.9	206
2000	582.6	499
2001	1112.2	1085.7
2002	2119.7	2680.2
2003	4027.3	6677.4
2004	7606.8	13434.5
2005	14211.6	25544.5
2006	26028.6	45044.5
2007	46050.9	66703.5
2008	77037.4	88589.5
2009	118855.2	114769.5
2010	165960.9	144313.5
2011	209344.4	175273.5
2012	242489.6	210323.5
2013	264376.8	247273.5
2014	277472.4	282273.5

电动自行车保有量

1998年至2013年中国电动自行车保有量

电动自行车保有量曲线显示，2009年是增长速度最快的年份，我们正在接近峰值，约为2020年的1.848亿辆。中国已经拥有1.816亿辆电动自行车，因此保有量的增长不会持续太久。这一结论与中国实际情况相符。中国政府已意识到电动自行车事故率高，许多城市已禁止在市区使用电动自行车。随着新的电动自行车国家标准的实施，对这类车辆的限制将越来越大。因此，保有量的增长速度将不会像2004年至2009年那样快。

年份	预测保有量（千辆）	保有量（千辆）
1998	130.26	40
1999	268.84	NA
2000	554.41	NA
2001	1141.42	NA
2002	2342.07	NA
2003	4772.85	NA
2004	9593.83	19690
2005	18776.51	37060
2006	34992.93	56330
2007	60141.36	81110
2008	92235.50	101100
2009	124369.40	120490
2010	149604.60	136270
2011	165903.00	150280
2012	175141.20	162570
2013	179993.90	181610
2014	27747.24	28227.35