交通部署案例集/2015/中國電動腳踏車

定性分析

模式描述

一輛山地車風格的電動腳踏車：一輛Cyclotricity Stealth

電動腳踏車看起來像燃料動力摩托車，但實際上是帶有電動機的腳踏車。大多數電動腳踏車都有踏板，駕駛員可以在電池電量耗盡時將其用作普通腳踏車。但也有沒有踏板的電動腳踏車。電動腳踏車的最高速度約為每小時45公里。由於電力比汽油動力更清潔、更便宜，因此電動腳踏車比燃料動力摩托車或汽車更環保。

場景

眾所周知，中國被稱為“腳踏車王國”，因為它擁有世界上最多的腳踏車保有量。腳踏車早在 1868 年就進入了中國人的生活。第一輛腳踏車出現在上海的街道上。 1920 年代後，腳踏車數量迅速增加。因為在那些年裡，中國很少有人能買得起汽車。對快速旅行的需求很大，而腳踏車價格不高，而且比步行快得多，因此很快就在中國流行起來。在 1950 年代，腳踏車被視為“三大件”之一——與縫紉機和手錶並列。。電動腳踏車出現之前，另一種交通工具是摩托車。它們使用汽油或柴油，因此排放的汙染物相當有害。隨著中國經濟的改善，越來越多的汽車出現在街上。這造成了腳踏車、汽車和摩托車嚴重的混合交通流。在城市地區，摩托車的速度幾乎與汽車相同。因此，當他們的行駛軌跡發生衝突時，由於駕駛員違反交通規則，可能會發生嚴重事故。在那段時間裡，每年都有很多人死於事故。這就是為什麼中國幾個主要城市從 1990 年開始限制摩托車在道路上的使用。電動腳踏車的出現填補了摩托車禁令政策造成的空白。實際上，它在中國市場上出現的時間早於禁令政策的實施。因為它們有電動機，所以它們有電時可以在機動車道上行駛。如果電量耗盡，它們可以切換到非機動車道。由於電動腳踏車更輕、慣性更小，因此它們可以輕鬆地更換車道並掉頭。

發明

電動腳踏車的最早發明可以追溯到 1898 年，第一輛電動腳踏車是透過使用皮帶將電力從電動驅動裝置傳遞到後輪而發明的。美國有各種專利記錄。最初，大多數電池都是鉛酸電池。這些電池非常重且笨重。 鉛酸電池的唯一好處是，與我們今天使用的更新型別的電池相比，它們受溫度的影響較小。當時，這種電池價格昂貴，因此幾乎不可能製造電動腳踏車。

電池

電動腳踏車技術進入製造領域主要得益於可充電電池技術的成熟。使用的電池包括密封鉛酸 (SLA)、鎳鎘 (NiCad)、鎳氫 (NiMH) 或鋰離子聚合物 (Li-ion)。電池組的壽命將在很大程度上影響電動腳踏車的行駛距離。隨著電池壽命的延長，電動腳踏車的實用性也隨之提高。

扭矩感測器

扭矩感測器的開發也是發明電動腳踏車的一塊基石。扭矩感測器是一種將扭轉機械輸入轉換為電輸出訊號的感測器。 扭矩有兩種型別：靜態扭矩和動態扭矩。後者更難測量。在電動腳踏車中使用扭矩感測器的目的是測試電機旋轉過程中產生的訊號，控制器可以使用該訊號來平衡人力和電力。這項技術是在 1990 年代後期開發的。名叫 Takada Yutky 的發明者在 1997 年為此申請了專利。1992 年，一家名為 Vector Services Limited 的公司開始銷售名為“The Zike”的電動腳踏車。這種車輛的結構很簡單，在框架成員中增加了 NiCd 電池和一個 850 克永磁電機。

早期市場發展

電動腳踏車首次出現在中國市場是在 1985 年，但它是從日本進口的。1995 年，中國公司生產的第一批電動腳踏車投放市場。電動腳踏車的存在並沒有引起市場的太多關注。摩托車仍然是道路上最受歡迎的交通工具。它們在大多數城市的道路上行駛，因為針對摩托車的禁令尚未在全國範圍內實施。因此，摩托車的市場份額仍然大於電動腳踏車。在市場發展初期，即 1995 年至 1999 年期間，所有中國電動腳踏車公司都專注於進行技術創新，例如電池、電動機、充電器和控制器技術。市場上的電動腳踏車數量很少，因此只有少數顧客注意到這種比普通摩托車更便宜、更輕的車輛。據說電動腳踏車是第一種實現量產的電動汽車。它準確地描述了當時在日本而不是中國的情況。

政策在孕育階段的作用

電動腳踏車誕生之初，各大城市對摩托車的禁令極大地幫助了電動腳踏車公司擴大市場份額。1985 年，北京成為中國第一個在市區禁止摩托車通行的城市，原因是摩托車事故率高。隨後，2002 年，中國著名的旅遊城市杭州也開始禁止摩托車。2004 年，廣州效仿杭州，開始實施相同的政策。截至 2015 年，中國已有 185 個城市禁止摩托車通行。^[6]政府主要透過兩種方式從道路上清除摩托車。大多數主要城市使用的一種方法是在某個時間點停止授權摩托車牌照。隨著現有摩托車的日益老化，它們將逐漸消失。政府使用的另一種激進方式是同時禁止所有有牌照和無牌照的摩托車。由於中國交通系統不完善，大多數被剝奪摩托車駕駛權的人的交通需求根本無法得到滿足。儘管可以透過調整公交車或地鐵的時刻表來解決城市摩托車駕駛員的一些額外交通需求，但農村摩托車駕駛員的需求無法透過這種方式解決，因為在 20 世紀 90 年代末或 21 世紀初，連線農村和城市地區的公交線路很少。因此，電動腳踏車是前摩托車的絕佳替代品。工業標準的描述是電動腳踏車是一種特殊的腳踏車，使用電力作為輔助能源，有兩個輪子，可以由人力驅動，也可以由電力驅動。這種描述將電動腳踏車與摩托車區分開來，以便有效地規避對摩托車的限制。^[7]從技術角度來看，當時的電動腳踏車電池只能支援大約 30 公里的行駛。電池壽命也很短，爬坡能力也很弱。

模式的增長

2000 年至 2004 年期間，電動腳踏車工廠取得了巨大的發展。由於傳統摩托車的禁令，電動腳踏車的銷量不斷增加。隨著關鍵技術的突破和電動腳踏車效能的提升，它們成為了摩托車和腳踏車的完美替代品。電動腳踏車以其價格低廉、方便快捷、環保的特點吸引了越來越多的消費者。此外，這種車輛不受政策約束。電動腳踏車可以在馬路上作為機動車行駛，也可以在腳踏車道上作為普通腳踏車行駛，因此在城市和農村地區都獲得了普及。^[8]隨著這種車輛需求的不斷擴大，老工廠迅速擴大規模，許多新工廠湧入這一利潤豐厚的領域。所有這些都導致了電動腳踏車生產的快速增長。江蘇省、浙江省和天津市成為中國三大產業密集型城市。與電動腳踏車相關的其他行業也得到了很好的發展，如電池行業和電機行業。^[9]

成熟階段的發展

電動腳踏車在中國非常普遍，估計到 2010 年初，電動腳踏車數量已達 1.2 億輛。

一輛上海的電動腳踏車

從 2005 年到 2007 年，經濟規模逐漸形成。企業之間的競爭促進了後端技術的進步和擴充套件。資料顯示，在此期間，電池壽命提高了 5 倍，生產效率提高了 30%，爬坡能力和載重量提高了 3.5 倍。同時，製造成本大幅下降。電池從簡單的鉛酸電池發展到多種型別的電池。鋰電池的出現使電動腳踏車更輕巧、更簡潔。此外，永磁無刷電機的發明也給電動腳踏車行業帶來了革命。根據 2011 年生產量排名前十的供應商排名，前三位供應商都是中國供應商，包括第一名和第二名。^[10]大量的電動腳踏車引起了交通管理部門的注意。當時的電動腳踏車與 90 年代的電動腳踏車完全不同。根據國家標準，電力只能作為輔助動力，速度應低於 20 公里/小時。但隨著電動腳踏車的快速發展，其速度遠遠超過 20 公里/小時，甚至達到了摩托車的速度。踏板變得無用或消失，電力最終成為了電動腳踏車的動力來源。這些可能是好訊息，但與高速不一致的是，電動腳踏車的制動效能仍然處於相對較低的水平。大多數電動腳踏車仍然使用與低速腳踏車相同的制動機制。因此，它們在緊急制動時更容易翻車。甚至一些不會騎腳踏車的人也購買了電動腳踏車，因為它們幾乎是最容易學會的車輛。這樣，許多“馬路殺手”湧入了城市道路和街道。由於缺乏駕駛教育，電動腳踏車駕駛員更容易違反交通規則。交通管理部門試圖頒佈法規限制電動腳踏車的使用。但限制電動腳踏車比限制摩托車困難得多。因為可以透過停止發放牌照來輕鬆限制摩托車的使用，而大多數電動腳踏車沒有牌照。根據國家標準，電動腳踏車的重量應小於 40 公里/小時，速度應小於 20 公里/小時。如果不符合標準，駕駛員需要取得駕駛證併購買專門的保險。問題是，一個人購買了一輛最高時速為 20 公里/小時的電動腳踏車後，可以很容易地用新的電機改裝它，並將最高時速提高到 50-60 公里/小時。此外，切斷摩托車的能源供應很容易，因為摩托車使用的是汽油，而切斷電動腳踏車的能源供應則要困難得多，因為它們從普通的電源插座獲取電能。所有這些原因都使得徹底清除街道上的電動腳踏車變得非常困難。

一輛中國電動腳踏車。這裡騎車者沒有使用踏板。

定量分析

分析方法

我們使用 S 型曲線來識別生命週期的每個階段。我們使用資料來估計三引數邏輯模型。

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

• S(t) 是狀態度量（例如生產量或所有權）
• t 是時間（通常以年為單位）
• t_o 是拐點時間（達到 1/2 K 的年份）
• K 是飽和狀態水平
• b 是一個係數。

資料來源

有兩個指標可以反映中國對電動腳踏車的需求，一個是產量，另一個是保有量。保有量是指使用者數量，它直接反映了電動腳踏車的實用性。但關於保有量的資料很難找到，也不準確，因為在發展的初期，關於電動腳踏車保有量的記錄很少。因此，導致了 1999 年至 2003 年期間的資料缺失。然後從 2004 年到 2013 年，中國腳踏車協會每年都會公佈電動腳踏車保有量的資料。另一個指標是電動腳踏車的產量。這些資料很容易獲得，因為它是中國電動腳踏車製造商最重要的指標之一，因此網上有很多生產報告。

年份	年產量（千輛）	累計產量（千輛）
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

預測結果

電動腳踏車產量

中國電動腳踏車累計產量

電動腳踏車保有量曲線顯示，2009年是增長速度最快的年份，我們正在接近峰值，約為2020年的1.848億輛。中國已經擁有1.816億輛電動腳踏車，因此保有量的增長不會持續太久。這一結論與中國實際情況相符。中國政府已意識到電動腳踏車事故率高，許多城市已禁止在市區使用電動腳踏車。隨著新的電動腳踏車國家標準的實施，對這類車輛的限制將越來越大。因此，保有量的增長速度將不會像2004年至2009年那樣快。

年份	預測產量（千輛）	產量（千輛）
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

電動腳踏車保有量

1998年至2013年中國電動腳踏車保有量

電動腳踏車保有量曲線顯示，2009年是增長速度最快的年份，我們正在接近峰值，約為2020年的1.848億輛。中國已經擁有1.816億輛電動腳踏車，因此保有量的增長不會持續太久。這一結論與中國實際情況相符。中國政府已意識到電動腳踏車事故率高，許多城市已禁止在市區使用電動腳踏車。隨著新的電動腳踏車國家標準的實施，對這類車輛的限制將越來越大。因此，保有量的增長速度將不會像2004年至2009年那樣快。

年份	預測保有量（千輛）	保有量（千輛）
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