Хорошо забытое старое

Электровелосипеды от первых моделей к возможностям сегодняшнего дня

03.06.2018
Иван Павлов

Сегодня рынок электровелосипедов по темпам роста не уступает сегменту своих старших собратьев - электромобилей. Только в 2016 году во всем мире было продано чуть меньше 35 млн электровелосипедов - 93% пришлось на Азиатско-Тихоокеанский регион. Однако их популярность растет не только в Азии, но и по всему миру - например, в США в прошлом году зафиксировали двукратный рост продаж. Российский рынок, по мнению экспертов, довольно скромный - в год продается порядка 10 тысяч электровелосипедов - но он тоже активно развивается.

На велосипеды с электрическим приводом уже во всю пересаживаются государственные службы по всему миру: например, полицейские штата Висконсин последовали примеру своих малазийских коллег и патрулируют город на новом транспорте. Появляются городские сервисы для аренды вроде «Велобайка», но уже для электровелосипедов - это сети велопроката, которые можно встретить во многих крупных городах во всем мире. Они позволяют брать электровелосипед в аренду на одной станции и оставлять его в другой части города так, чтобы им мог воспользоваться кто-то другой.

Более того, появляются предложения о том, чтобы включить электровелосипеды в классификацию Европейского союза велосипедного спорта (UEC) и добавить новые дисциплины к обычным заездам и соревнованиям по горным велогонкам.

Попробуем немного «отмотать назад» и разобраться в том, как электровелосипед проделал путь от экспериментального изобретения до популярного атрибута жизни в большом городе.


Фото: AIRWHEEL R8

Велосипед: начало

Изобретение велосипеда в известном нам виде и оснащение его подобием электрической тяги произошло в течение одного столетия. Однако этому предшествовали почти 400 лет попыток собрать транспортное средство, приводимое в действие без какой-либо дополнительной помощи.

По данным Международного велосипедного фонда (IBF), в 1418 году итальянский инженер Джованни Фонтана (Giovanni Fontana) построил устройство с четырьмя колесами, которые приводились в движение благодаря веревке, соединенной с ними зубчатым колесом.


Фото: Giovanni Fontana PD

Существует также миф о некоем чертеже Леонардо да Винчи, на котором изображен практически современный велосипед. Однако, исследования доказывают, что эскизы, неожиданно найденные в 1974 году, - подделка.

Еще одна мистификация - французское изобретение, которое представляло собой игрушку-качалку с колесами. Прототип велосипеда с рулевым управлением без педалей якобы собрал граф де Сиврак (Comte Mede de Sivrac) в 1791 году. Однако, как выяснилось много позднее, эта история была легендой, придуманной журналистом. Графа-изобретателя велосипеда с таким именем никогда не существовало.

Первое подобное устройство, существование которого подтверждается патентом, - «машина для бега» за авторством барона Карла фон Дреза. Есть мнение, что к его появлению привело извержение вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году. Из-за облака пепла погиб урожай на прилегающих территориях, а за ним от голода - и лошади. Заправлять в повозки стало некого, что и натолкнуло барона на мысль об индивидуальном транспорте, управляемом человеком.

По своей сути изобретение было ближе к двухколесному самокату и никогда не существовавшему велосипеду графа де Сиврака. Одно из названий устройства - «Draisienne» - дано ему в честь изобретателя фон Дреза. Кстати, дрезина, которая до сих пор используются для передвижения по рельсам, также носит имя барона.


Фото: Gun Powder Ma CC

Идею деревянного двухколесного транспорта подхватили энтузиасты со всего мира. В следующие десятилетия в патентные службы поступали десятки обращений от людей, которые пытались «изобрести велосипед заново» или предлагали модификации оригинальной концепции. Среди патентов того времени, существенно повлиявших на устройство обычного велосипеда, стоит отметить шарикоподшипники и педальный механизм - до 1839 года у «машин для бега» не было педалей. Шотландец Киркпатрик Макмиллан (Kirkpatrick MacMillan) добавил к велосипеду Дреза педали, приводившие в движение заднее колесо с помощью металлических стержней и шатунов.

В следующие десятилетия изобретатели модифицировали прототип велосипеда, добавляя хорошо известные сегодня детали: колеса со спицами, цепную систему, каучуковые шины, систему торможения. На какой-то момент лидерами на рынке стали так называемые «пенни-фартинги» - велосипеды с большим передним колесом.


Фото: Unknown Author CC

В то же время началась история мотоциклостроения. Прошлое электровелосипеда и мотоцикла тесно связано - оно уходит корнями в необходимость автоматизировать движение велосипеда. Первые патенты на двигатели внутреннего сгорания были зарегистрированы во второй половине XIX века - прототипы будущего мотоцикла тогда использовали паровые двигатели.

В 1860-е годы Сильвестр Ропер (Sylvester H. Roper) из США, которого считают «отцом мотоциклостроения», искал новое применение паровому двигателю. В результате этих поисков он создал первый двухцилиндровый паровой велосипед. Бак для воды находился под седлом, а котел - на месте педалей. По сохранившимся данным, модель страдала от ряда недостатков - шума, неприятного запаха и большого веса.

В 1884 году Ропер приступил к работе над второй версией своего велосипеда. Она была способна развивать максимальную скорость в 64 км/ч с дальностью поездки в 12 км. В 1896 году в возрасте 72 лет Сильвестр погиб, демонстрируя, как быстро может разогнаться его паровой велосипед на трассе.


Фото: Boston Daily Globe CC

В 2015 году паровой велосипед Ропера был продан на аукционе в Лас-Вегасе за 425 тыс. долларов.

В 1884 году Эдвард Батлер (Edward Butler) изобрел «бензиновый велосипед» - фактически современный мотоцикл. Интересно, что это произошло за два года до изобретения первого автомобиля Карлом Бенцем.

Изобретение электровелосипеда

Тем временем в 1886 году Фрэнк Джулиан Спраг (Frank Julian Sprague) разрабатывает первый работающий электродвигатель. На его основе он создает первую электрическую тележку и электрическую лифтовую систему.

Электрификация вообще была популярной темой в промышленности того времени - так же, как и велосипеды. 1890-е считаются «золотым веком» в истории велосипедов: появлялись первые крупные производители, расширялся рынок.

Тогда же был подан первый патент на велосипед с электрическим приводом. Его автором в 1895 году стал Огден Болтон (Ogden Bolton) из США. Патент предполагал установку электродвигателя на ступицу заднего колеса велосипеда. Источником питания выступала 10-вольтовая батарея, установленная на каркас рамы. Судя по документам, изобретение не имело ни системы передач, ни педалей.

Если велосипед Болтона и первые электрические двигатели остались задокументированными, то о существовании электротрицикла известно только из рисунков. По неподтвержденным сведениям в 1881 году французский изобретатель Густав Труве (Gustave Trouvé) оснастил британский трехколесный велосипед с рычажным механизмом электрическим приводом. Подробностей об этом транспорте сохранилось мало, но, по некоторым данным, механизм Труве был компактным и съемным.

Столь же мало информации сохранилось и об электровелосипеде с четырьмя массивными на вид источниками питания. Он был продемонстрирован на выставке Stenley Show в 1897 году. Утверждается, что велосипед был сконструирован британской компанией Humber.


Фото: Jules Beau CC

А патент первого полноценного электровелосипеда определенно принадлежит Осии Либби (Hosea W. Libbey) из Бостона. Его изобретение на два года младше электропривода Болтона. Электрический велосипед Либби был оснащен двумя двигателями, двумя батареями и двумя колесами. На ровной дороге работала только одна батарея, а при подъеме подключалась вторая. Основной идеей Либби была экономия энергии на сложном ландшафте.

Изобретение дополнительного колеса

Кстати, о колесах. Шквал патентов не привел к появлению серийного электровелосипеда, но косвенно вдохновил других конструкторов на изобретение «дополнительного колеса» для автоматизации обычного велосипеда. Это устройство - Auto-Wheel - крепилось к заднему колесу. Первая модель была представлена в 1909 году.

Auto-Wheel выпускали до конца 1920-х годов. Колесо позволяло разогнаться до 25 км/ч и фактически делало обычный велосипед мотоциклом. По этому принципу позже создавались мопеды - велосипеды оснащались компактными двигателями внутреннего сгорания. Кстати, и Auto-Wheel приводился в движение двигателем внутреннего сгорания. Так что говорить о нем в контексте электровелосипедов не совсем корректно.

Современным продолжателем этой идеи можно считать Electron Wheel - «электрическое колесо» с аккумулятором и датчиками, которые передают данные о скорости и состоянии заряда батареи в приложение для смартфона.

Первые электровелосипеды на рынке

Вернемся к главной теме. В 1920 году немецкая компания Heinzmann начала массовое производство электродвигателей для велосипедов. Первый был установлен на парный велосипед. Кстати, электровелосипеды под этим брендом выпускаются до сих пор, и в 2020 году Heinzmann отпразднует 100-летие.

В это время французский конкурент Heinzmann приступил к выпуску «электроциклетов». Такой транспорт мог разогнаться до 25 км/ч и проехать на одном заряде 30 км. Его слабым местом был вес - 75 кг.

В течение 30-х годов XX века число компаний, выпускающих электровелосипеды, расширилось. К ним присоединились Philips с моделями Simplex, Juncker и Gazelle. Первая появилась, когда Philips объединились с производителем обычных велосипедов (известно, что у этой модели была 12-вольтовая батарея).

Juncker весил 50 кг без батареи. На ее полный заряд уходил целый день, но этого хватало, чтобы проехать до 40 км со скоростью 18 км/ч. Для выпуска Gazelle Philips объединилась с еще одним производителем, который также до сих пор в строю.


Фото: Unknown photographer CC

Вторая мировая война на время остановила развитие индустрии. Но в то же время топливный кризис вызвал повышенный интерес к транспортным средствам с электроприводом в качестве альтернативы автомобилям с бензиновым двигателем. В течение этого кризиса изобретатель Аргирис Стефанос (Argyris Stefanos) подал патент, который содержал заметные улучшения существующей технологии: парные батареи располагались по обеим сторонам заднего колеса - это улучшало поперечный баланс.

Еще одна важная веха в истории всех велосипедов, которая затрагивает и развитие электровелосипедов, - разработка итальянским велогонщиком Туллио Кампаньоло (Tullio Campagnolo) переключателя передач. Он представил изобретение на Миланской выставке в 1949 году. Прототипы устройства разрабатывались с начала 1900-х, но они были слишком сложными и неэффективными.


Фото: Brooklyn Museum CC

В 1946 году Бенджамин Боуден (Benjamin Bowden), который занимался проектированием дизайна автомобилей, на ярмарке в Лондоне представил прототип «велосипеда будущего». В духе времени он был с электроприводом.

Эта модель носила имя Classic. Ее устройство позволяло накапливать энергию при движении по склону и подключать привод для ее использования при движении в гору. Батареи были спрятаны внутри широкой рамы.

Однако, это был всего лишь прототип, и Великобритания не выделила денег на проект. В 1950-х Боуден переехал в Мичиган. Здесь ему удалось привлечь необходимые средства, но он все же отказался от электропривода.

Чтобы обеспечить коммерческий успех своему изобретению, Боуден сохранил футуристический дизайн и дал проекту «космическое» имя Spacelander - это отвечало духу «космической гонки», разгоравшейся в то время.

Модель оказалась одной из самых дорогих на рынке США и к тому же непрактичной - рама была хрупкой и быстро ломалась. В результате производство было остановлено, а Боудену удалось продать всего несколько сотен Spacelander'ов.

Позже права на выпуск были выкуплены для переиздания легендарного байка, но это уже никак не связано с историей электровелосипедов.

Азиатское чудо

Интерес к электроприводам ослабел вскоре после окончания топливного кризиса, и в течение 30 лет электровелосипеды оставались в тени.

Все изменилось, с вовлечением в эту сферу японских технологий. В 1970 году Panasonic выпустил свой первый электровелосипед. Основатель компании лично презентовал эту модель. За ней последовало еще несколько разработок, но они так и не стали серийными. Проблема заключалась в слишком тяжелых аккумуляторах. До следующего рывка пришлось ждать почти 20 лет.

Важной для развития электровелосипедов вехой стало то, что на нее обратили внимание власти Китая. Это произошло еще в 1960-х, и уже в 70-х поступил заказ на первую партию электровелосипедов - внешне они были похожи на французские электроциклеты.

В следующем десятилетии в крупных городах - Шанхае и Тяньцзине - стали появляться первые местные производители. Тем не менее, годовое производство электровелосипедов составляло менее 20 тысяч штук в год на миллиард жителей. Всплеск интереса продолжался всего несколько лет, а затем угас по нескольким причинам. Во-первых, батареи все еще не могли удовлетворить требования потребителей: они были тяжелыми и не предполагали поездок на большие расстояния без подзарядки. Во-вторых, цена электровелосипедов была достаточно высокой по сравнению с бензиновыми мотороллерами.

Ситуацию изменил технологический прорыв, но уже на Западе. В 1989 году европеец Майкл Куттер (Michael Kutter) разработал систему ассистирования педалированию. Датчик системы реагировал на скорость движения педалей и автоматически включал мотор-колесо электровелосипеда при начале вращения. Такая технология применяется и в современных электровелосипедах.

Тогда же, в 1989 году, возникла еще одна инновация - Sanyo Enacle стал первым велосипедом с электроприводом и никель-кадмиевым аккумулятором. Технология получила развитие с выходом Sinclair Zike. Это был суперкомпактный электровелосипед, но он «провалился» из-за подрядчика, который не справился с запланированным объемом выпуска. А в 1991 году Sony и Asahi Kasei выпустили первый коммерческий литий-ионный аккумулятор. Он был компактнее и легче других источников питания.

Стремление китайского правительства к использованию новых источников энергии и улучшению экологической ситуации в стране дали толчок к расцвету индустрии. К 1999 году лицензии на производство электровелосипедов получили компании в Шанхае, Тяньцзине, Цзянсу, Чжэцзяне, Хэбэе и других провинциях. При поддержке правительства за менее чем 10 лет в стране появилось 480 местных производителей.

В то же время правительство ввело классификацию электровелосипедов - ими признавали двухколесные транспортные средства с электроприводом, которые весят менее 40 кг и имеют максимальную скорость в 20 км/ч. Так электровелосипеды стали полноправными участниками движения, при этом для управления ими не требовались какие-либо документы и удостоверения.

Жители Китая стали активно пересаживаться на новый вид транспорта и вывели страну в мировые лидеры по производству электровелосипедов.

Обратно на Запад

В Европе и США интерес к электровелосипедам снизился со времен «Classic» Бенджамина Боудена. Тем не менее, даже в годы затишья здесь «сияли» свои звезды. Например, лидером немецкого рынка в 70-е был Solo Electra - первый серийный электровелосипед, выпущенный в 1973 году. На нем стоял двигатель Bosch, а на одном заряде можно было проехать до 37 км.

Если говорить про современный период развития отрасли, то именно азиатский рынок и популярность электровелосипедов в Китае и натолкнула европейские и американские компании на мысли об обновлении своего модельного ряда.

Источник: Habr

Читайте другие наши материалы