2023年11月30日发(作者：宝马525li油耗)
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毕业设计(论文)
电动三轮摩托车结构设计
院（系）名称
专业名称
学生姓名
指导教师
工学院机械系
机械设计制造及其自动化
魏华瑞
曲伟石
2009年5月5日
黄河科技学院毕业设计(论文)
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电动三轮车结构设计
摘要
本文简要介绍了电动三轮车的分类、用途以及各个类型的电动三轮车的优缺点。并
根据我对电动三轮车的市场调查的情况进行分析研究，并对电动三轮车的某些结构做了
简要的介绍、改进和整合。
首先，就电动车的发展过程发展前景以及电动车在发展过程中存在的问题做了简要
的介绍和分析，并对世界上其它国家电动车的发展状况做了简要的叙述。
其次，本文对目前市场上的所具有的电动三轮车的类型做了一个详细的介绍，并对
各个类型的电动三轮车的配置、用途、适用人群、优缺点做了简要的介绍。
最后，经过认真总结和对市场的分析并利用四年来所学的知识，在指导老师和任课
老师的指导和其他同学的帮助下，对电动三轮车的整车参数、外形尺寸、前叉结构、驱
动系统和制动系统做了简单的设计和改进。
关键词： 电动三轮车，前叉结构，驱动系统，制动系统
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The structural design of electric tricycle
Author:weihuarui
Tutor:quweishi
Abstract
This paper introduces the classification of electric tricycle, uses various types of
electrical as well as the advantages and disadvantages of tricycles. And according to my
electric tricycle for market research analysis of the situation, and some of the structure of
electric tricycle a brief introduction, improvement and integration.
First of all, on the development of electric vehicles and electric vehicle development
prospects in the development of problems in the course of a brief description and analysis,
and other countries in the world, the development of electric cars a brief description.
Secondly, this article on the current market has the type of electric tricycle has made a
detailed introduction to the various types of electric tricycle configuration, usage, the
application of people, the advantages and disadvantages of doing a brief introduction.
Finally, after a careful summary and analysis of the market and take advantage of four
years of knowledge, in the guidance of teachers and classroom teachers and other students
with the help of the whole of the electric tricycle parameters, dimensions, front fork structure,
drive system and the braking system to do a simple design and improvement.
Keywords:
electric tricycle, fork, drive system, brake system
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目 录
1 绪论………………………………………………………..………………..……………...1
1.1 课题背景及目的……………………………………………………………………..1
1.2 国内外研究状况……………………………………………………………………..1
1.3 课题研究方法……………………………………………………………………..... 2
1.4 论文构成及研究内容…………………………………………………………….… 2
2 电动三轮车结构设计方案对比分析………………….……………………………….... 3
2.1 目前国内外常见的电动三轮车后桥的结构样式……..…………………………... 3
2.1.1 单侧电机、外置车架型……………………….………………………….... 3
2.1.2 中置电机带大轴型……….………………………………………................ 4
2.2 电动三轮车根据用途不同的分类……………….…….……………………............4
2.2.1 休闲型电动三轮车…………………………….………………………….....4
2.2.2 客运型电动三轮车…………………………………………………………..5
2.2.3 客货两用型电动三轮车……………………………………………………..6
2.2.4 货运型电动三轮车…………………………………………………………..6
2.3 电动三轮车设计方案的确定………………………………………………………..7
3 电动三轮车整车设计简介…………………………...…………………….......................9
3.1 电动三轮车的参数选择…………………...………………………………………. 9
3.2 电动三轮车外形简介…………………...…………………………………….…….9
4 电动三轮车前叉设计………………………………………………………………….....11
4.1 前叉转向轴设计……………………………………………………………….…...12
4.2 前叉连扳设计…………………………………………………................................12
4.3 前叉筒管设计……………………………………………………............................12
5 电动三轮车驱动系统的设计…………………………………………….........................14
5.1 电动三轮车后桥设计……………………………. ………………………………..14
5.2 电动三轮车后桥半轴的设计……………………………...………………………...22
5.2.1 后桥半轴的材料和最小直径的选择……………….………………………23
5.2.2 后桥半轴各段长度的确定………………. ………………………………...24
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6 电动三轮车制动系统的设计……………………………………………………..…...25
6.1 电动三轮车前轮制动系统的设计………………………………………………....25
6.2 电动三轮车后轮制动系统的设计……………………………………………........26
6.3 电动三轮车驻车系统的设计……………………………………………………....27
结论…………………………………………………………………………………………...28
致谢……………………………………………………………………………………….…..29
参考文献……………………………………………………………………………………...30
附录…………………………………………………………………………………………...31
附录A 有刷和无刷电机的区别…………………………………………………….…31
附录B 我国电动自行车的发展史……………………………………………………..32
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1 绪论
1.1课题背景及目的
目前电动车已经成为城乡主要的交通工具之一，为了顺应时代的潮流和人民生活的
需要，我早已想对电动车做进一步的开发，通过和指导老师讨论决定对电动三轮车进行
进一步的研究和改进，设计出一款更为实用经济的电动三轮车产品。由于能源价格的日
益攀升，电动车具有方便,节能,环保等优点，国家倡导绿色能源，电动车将在世界各地
逐渐普及，这对保护环境、节约资源和提升人们的生活质量有重要的作用。针对掌握的
资料知道电动摩托车是以蓄电池作为辅助能源，它虽然具有普通三轮摩托车的外表特
征，但主要的是，它是在普通三行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把、
闸把等操纵部件和显示仪表系统的、机电一体化的个人交通工具。无论是国内销售,而是
海外发展的电动三轮车.现在还是处于一个摸索中成长的阶段。表现主要有以下几点:科
技含量不够高，整体产业链上中下游问题百出，无具体的行业标准要求限制。电动车行
业经过05和06年“井喷”式增长，到07年整个行业产能已经达到了约6700万台，而
08年市场需求只有2100万台左右，由于产能严重过剩，行业开始进入洗牌阶段，许多
中小企业都陆续的退出了电动车行业，09年行业市场竞争会更加激烈。电动车行业由于
门槛低，技术含量不高，产品仿冒层出不穷，大多数企业在新品开发上放弃了自主研发
而采取市场跟进策略，即市场上什么车型畅销就上什么车型。电动车市场消费者的不成
熟，对新鲜外观的追逐喜好的特点使得电动车新品更新换代过于频繁，企业要想投其所
好吸引这些消费者，就必须加快新品开发的速度，可见电动车新品开发得重要性。
1.2国内外研究状况
纵观全世界，我国的电动车行业用了最少的政府财政支持和行业监管，已经发展成
为最大的电动车生产基地。原始设备制造商的工业增长从1998年的10增长到了2005
年的481。根据非官方网站估计的数目，原始设备的增张从1000到了5000个。电动车
制造厂的年生产辆从1000辆每年增加到了300000辆每年。多数自行车生产厂家的年产
量在10000到50000辆，但有6家企业年产量超过了20万辆。
造成这样的局面的重要原因是在这个行业里，部分企业的技术不够成熟，供应商的
网络是巨大的，制造电动车相对简单。8个原始设备厂供应的零件的利润率只有6%。此
外，和大公司的管理人员访谈时得知，相当多的中小企业盗窃知识产权的现象严重（IP）。
由于进入这一行业的门槛太低和知识产权保护意识太差，有许多无牌的电动自行车制造
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厂销售劣质电动车，但是成本相当低。一些原始设备制造商预测，在未来几年，电动自
行车生产厂家数量将大幅下降并且保持相对稳定的厂家数目 。
该公司说明。目前，制造电动自行车的厂家背景各种各样。有些成立的电动车厂家
是摩托车厂家，电器厂，甚至是玩具车厂家根据目前的电动车市场的需要的增加而转产
的。其中一些公司已经成立60多年的大公司，但是直到2000年才开始制造电动自行车。
许多公司甚至没有一点制造业的经验就直接进入制造电动自行车的行业。德、日、法、
美这几个汽车工业发达国家，到目前为止都已研制出实用的电动汽车，其中包括大客车、
轿车、摩托车等。美国几大主要汽车制造商已广泛深入的开展了电动车的研究。其中通
用汽车公司是电动汽车行业的领导者。通用与美国能源部合作，用MH-Ni电池取代铅
蓄电池，使电动车一次充电行使距离达到160km，他们计划在2004年开始生产燃料电
池的电动汽车。
1.3课题研究方法
通过网上资料的搜集和对市场的亲身调查发现现在电动三轮车的发展状况和技术
水平，然后通过对资料的整合和自身大学四年学到的知识的运用和指导老师的帮助，把
各项新的技术运用到设计的新产品中。
1.4论文的构成及研究内容
论文由任务书、开题报告、文献综述、外文文献、目录、正文、附录、图纸、参考
文献和心得体会等文件组成。内容主要是电动三轮车的整车简介、电动三轮车前叉的设
计、电动三轮车驱动系统的设计和电动三轮车制动系统的设计等组成。
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2 电动三轮车结构设计方案对比分析
2.1 目前国内外常见的电动三轮车后桥的结构样式
2.1.1 单侧电机、外置车架型
单侧轮电机，外置车架（车架在车轮外边），这种结构的车没有大轴，稳定性不好，
后两轮不同步，载重量轻，车架易变形。这种电动三轮车的优点是制造工艺简单车身轻
便，耗电量相对较小 ，没有差速器，驱动系统相对简单，成本低。缺点就是使用范围
比较狭小，不适合在路况不太好的乡下使用。一般情况下此种车型车速较低，车子容易
掌控，可作为老年人、残疾人代步用车。如图表一所示
图表 1
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2.1.2 中置电机带大轴型
要选择中置电机带大轴的车，（大轴又称后桥、后梁，是连接三轮车后两轮之间的
车轴，三轮车的重要部件）这种车稳定性好，中置电机同时驱动后两轮，启动平稳。而
且这类车不用外置车架，整车外观也好看。 这种类型的车成本比较高、车身比较重、
承载能力强，适合城市货运和路况比较差的城乡使用。随着使用范围的扩大，还出现了
电动三轮出租车，电动三轮环卫车等。
2.2 电动三轮车根据用途不同的分类
2.2.1休闲型电动三轮车
休闲型电动三轮车以自用为主，通常作为老年人休闲娱乐、接送儿孙上学或者买
菜走亲戚所用。老年人可以用来作为结伴去钓鱼、逛公园、健身等的代步工具。车身比
较轻，车速比较低，比较省电，还有助理脚踏，可以作为低电或者没电时应急所用，也
可以作为老年人锻炼身体的工具。
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图（1） 休闲型电动三轮车
2.2.2 客运型电动三轮车
客运型电动三轮车以城镇客运为主，他的主要特点就是承载能力强，可以坐五到
六人，电池容量比较大，车身比较重比较长，一般采用中置电动机或者是采用差速电机
的方式作为后桥的驱动方式。电池容量大、电机功率较大、电压较高、行程比较远。同
时也有助理脚踏，在低电、没电或者上坡、起步时使用。这种客运型点动三轮车多用在
城乡客运或者出租所用，车速比较高、车身比较大、轴距较长，稳定性比较好。
图（2）客运型电动三轮车
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2.2.3 客货两用型电动三轮车
客货两用型电动三轮车集合了客运和货运的长处，用途更多、应用范围更广泛。
一般也是采用的中置电动机或者差速电机作为后桥驱动系统，不仅可以载人，还可以载
货，不管是城市还是农村都可以用。它的电动机功率、电池容量、电池组电压更为高，
这样车速更高、动力更强、行程更远、。同时车身使用的钢材更厚、标号更高，同时那
整车成本更高。
图（3）客货两用电动三轮车
2.2.4 货运型电动三轮车
货运型电动三轮车与客运型电动三轮车驱动形式相差不大，也是以中置电动机或
者差速电动机为主要的驱动方式，只是电动机的功率更大，电池电压更高、电动机功率
更高，电池容量更大而已。主要作为城市的轻货的运输工具，与其他机动车相比居于价
格低，操控简单，方便实用的特点。货运型电动三轮车的钢材标号最高，钢板厚度更厚，
成本也相应的会更高。
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图（4）货运型电动三轮车
2.3 电动三轮车设计方案的确定
综合所有电动三轮车的特点和用途，再经过我对本地区市场的需求，我决定设计
一款新型的货运电动三轮车。因为现在的货运型电动三轮车整体来说使用的是多块电车
组和中置电动机。这样呢就加重了车身的自重，还需要有链条的传动。这样的电动三轮
车的缺点呢有两点：一、电动三轮车的电池组的自重消耗了电池的电量，使得电动三轮
车的行程缩短；二、用链条传动在功率的传递过程中也消耗了一部分电能。那么我就想
能不能在电动三轮车上使用一种新型的电池组呢？它既有同样的电池容量，也拥有比较
低的自身重量。再一个就是能不能也把货运型电动三轮车设计成后桥以差速电动机的形
式为驱动方式呢？还有就是目前的货运型电动三轮车外观都是如图四所示的样式，千篇
一律，虽说是用来拉货用的，但是总体来说还是不够美观，不能吸引人们的眼球。那么
我能不能在货运型的电动三轮车的外观上做点文章呢？
通过我认真的分析、导师的指点和通过搜集市场的资料和调研。一个全新的货运
型电动三轮车在我的脑海中应运而生。那就是使用新型的电池组和差速电机做为驱动的
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改进为方案，和更为讲究而且符合大众口味的电动三轮车。不仅外观漂亮，而且车身自
重更轻、行程更远，使用维护更为方便，噪音更低的电动三轮车将会在不久的将来展现
在大家的面前。
图（5）
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3 电动三轮车整车设计简介
3.1 电动三轮车的参数选择
外形尺寸：2910×1000×1210
额定功率：1500w
额定电压：72 v
电池容量：600Ah
最大行程：120km
最高车速：30 km/h
转弯半径：2.5m
爬坡能力：16°
车辆自重：200kg（含电池）
总 承 重：450kg
3.2 电动三轮车外形简介
经过认真的调研和对目前市场的考察，经导师指点。我设计了一款新型电动三轮车。
其外观如下：
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图（6）改进型电动三轮车
车身效仿了原来比较流行的三轮摩托车的外观，整体比较协调，符合多数人的审美
关，市场前景很好。具体参数如下：前后轴距:1930mm 、后轮轴宽:810mm、整车
长:2910mm、整车宽:1000mm、整车高:1210mm 。车斗为三开门型新型设计方法，方便
装卸货物，操作简单。
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4 电动三轮车前叉设计
前叉部件：前叉部件在电动三轮车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，
车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。 转动车把和前
叉，可以使前轮改变方向，起到了电动三轮车的导向作用。此外，还可以起到控制电动
三轮车行驶的作用。前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强
度等性质。导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车
把来改变行驶方向并保持车身平衡。那么前叉又是连接车体和前轮的载体，起到非常重
要的作用。通常的前叉由前叉立管、下档、钢珠、下碗、车架子、上碗、钢珠、上档组
成。
前叉总体设计如下图：
图（7）前叉总成
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4.1 前叉转向轴的设计
轴的材料选择和最小直径估计：
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。按钮转强度法进行最小直径估
算，即：
d?A
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3
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电动三轮车额定功率：1500w 、最高车速：30 km/h 、电动三轮车总 承 重：450kg
经计算前叉轴径为直径为:45mm, 上下立管轴径为:30 mm,减震套筒为外径:40mm,
内径为:33mm的圆管状。
4.2 前叉连扳设计
根据前轮轴的长度可以确定前叉立管中心距为176mm,采用螺母夹紧增加摩擦力
的方式来进行固定。夹紧孔选择直径为34mm，立管中心线到转轴中心线的垂直距离为
22mm,连扳厚度为30mm。泥瓦安装孔到转轴的中心孔的垂直距离为62mm.
4.3 前叉筒管设计
据我了解，前叉目前有很多种设计方式，常见的有液压式，弹簧式，气压式等等。
气压式减震是通过气囊来完成其性能的气囊真正的作用有两点：
1、缓解内杆移动时产生的液压腔容积变化！
2、防空程作用，使液压阻尼能更好的工作！
第1点很容易理解，内杆虽然比较细，但是液体不能压缩，内杆压进去后内腔容积的一
点点变小也足以产生高压是减震油泄露！一般民用车的减震是通过液压腔不注满，保留
一部分气体用于适应这个容积变化，但是减震剧烈运动时，气体就可能使液压油产生气
泡，气泡通过活塞时就会产生震动和不稳定！使用气囊的话就既可以通过收缩缓解这个
容积变化，又把油气分离，避免减震油产生气泡影响减震效果！
第2点，如果没有气囊，减震快速压缩的时候，活塞下的空间很可能产生真空，减震再
回弹的时候，产生真空的那一段行程内就是无阻尼的，影响了减震的效果，这个区域称
为“空程”，这种情况在民用车上没多大关系，但用在减震器需要高速、剧烈运动的赛车
上问题就大了！而气囊减震通过充入高压气体，相当与大大提升了液压腔的气压，可以
有效的避免减震压缩时活塞下端产生真空的“空程”，也就改善了减震的效果！
可以看出气囊的作用，跟“使减震更硬”、“把车顶高一点”完全没关系，希望不要再有朋
友们进入这样的误区！
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气囊减震图如下：
图（8）气囊减震图
但是使用气囊式减震成本太高，一时还难以让消费者接受。我决定还是使用弹簧式
减震比较使用，用在电动三轮车上完全可以满足它的使用要求。故在这里还是选用弹簧
式前叉，前叉立管的最小长度选择为:320mm, 最大长度为:380mm。车轴孔直径选择为:17
mm,两立管内沿的距离为:152mm。
这款减震器既经济使用，又完全能满足车辆的使用要求，并却在市场上也容易买到，
便于零部件的购买与维修。不是出现大的问题，一般情况下自己就可以处理和进行维护。
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5 电动三轮车驱动系统的设计
5.1 电动三轮车后桥设计
电动三轮车后桥采用丁字型后桥：丁字型电动后桥具有结构紧凑、体积小、传动效
率高、故障率低、适应能力强等优点，专门用于实用三轮、小四轮电动车。
它的应用重量应用使车辆重量减轻，机构布置合理、车辆控制操作简单、成本
大幅下除、故障率明显减少，是低价位铅酸电池电动车的最佳配套产品。
为便于用户了解，现将其技术参数简述如下，以供使用前参考。其宽度可根据
用户定制
图（9）丁字形电动三轮车后桥
丁字型电动三轮车后桥采用的是差速电机的驱动形式，这样的后桥不用链传动，直
接通过齿轮传动传到后轮上。较少了功率在传动过程中的能量损失，也简化了后桥的工
艺流程和加工难度。既方便又实用美观，一定是未来电动三轮车的典范。车架部件是构
成电动三轮车的基本结构体，也是电动三轮车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间
接安装在车架上的。
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电动三轮车电机的功率选择为1500w,那么就需要一种电容比较大的电池组来作为驱动
电源。 随着电动助力车行业从2006年下半年开始进入行业整合与战略转型阶段，其动
力电源配套产品也呈现出新的趋势特征。典型的主流趋势是锂电池开始以产业化模式用
作电动助力车动力电池，以替代铅酸蓄电池和镍氢电池等传统产品。在政府政策规范和
行业协会大力倡导下，以及消费升级和消费结构变化的推动下，电动助力车用锂电池的
发展十分迅速，且呈现加速度的态势。据估算，2007年电动助力车用锂离子电池出货量
在25万组以上，较上年增长约110%；人们乐观预测2008年出货量可以达到50万组以
上，再现翻番的增长速度。经过2～3年的行业磨合，在电动助力车结构逐渐梳理清晰
的背景下，电动助力车用锂电池的年出货量将可望达到100万组以上，占电动助力车电
池整个市场的约5%以上。
锂电池由主要用于电子数码终端消费品的储能型二次电源向动力型二次电源发展，
是其产业发展历程中一次质的飞跃。由此推动锂电池行业扩张能力大幅度提升。其中，
锂电池用于电动助力车动力电源是其最具有划时代意义的行业拓展。如果能够成功，则
是锂电池自手机电池以后所开拓的最具发展潜力的市场空间。对此，分析并把握现阶段
锂电池用于电动助力车的关键特点显得尤为重要。
直接挑战铅酸蓄电池，较高的成本是用于电动助力车的锂电池的第一个关键特点。
较低的成本所决定的高性价比特点是铅酸蓄电池160多年长盛不衰的关键因素。
锂电池在没有任何中间过渡层产品的情况下用于电动助力车，直接与铅酸蓄电池竞争，
主要是性价比竞争，因此产生非常大的压力。相对于铅酸蓄电池来说，锂电池较高的成
本主要由于以下原因：
第一、原材料价格较高。锂电池的正极材料、负极材料、集流体、隔膜、电解质等
主材价格比铅酸蓄电池高出很多，其组装辅材和外部电路系统成本则是铅酸蓄电池几乎
没有的。虽然锂电池由于能量远高于铅酸蓄电池，因此单位功率的原辅材料成本并没有
表现出来的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距确实存在，而且差距以倍数计；
第二、由于制作工艺的原因，锂电池的人工成本比较比例。在制造成本中，锂电池
的人工成本占40%以上，而铅酸蓄电池的人工成本一般为10%～20%；
第三、锂电池生产用的机器设备价值较高，单位功率的固定资产折旧金额较大；
第四、锂电池在生产中大部分过程是不可逆的，而铅酸蓄电池是可逆修复的，因此
锂电池的总体合格率较低；
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第五、铅酸蓄电池使用之后的回收价值在40%以上，而锂电池的回收价值几乎是
零。
综上，相对于铅酸蓄电池，锂电池用于电动助力车的成本较高是一个突出的特点，
也是影响锂电池大规模替代铅酸蓄电池用于电动助力车的关键特点。对此，我们必须正
视，不能回避。
锂电池是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池，这也是促进
锂电池用于电动助力车的一个关键因素。主要的可以概括如下：
（1）比能量高；无论是体积比能量，还是重量比能量，锂电池均比铅酸蓄电池高
出三倍以上。由此决定了锂电池体积更小、重量更轻，其市场消费感觉很好；
（2）循环寿命长；锂电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上，采用磷
酸铁锂正极材料的锂电池可以达到2000次左右，超出铅酸蓄电池1.5倍至5倍以上。这
大大降低了锂电池的使用成本，提高了消费者的使用便利程度；
（3）具有较宽的充电功率范围；这是锂电池具有的独特优势。在需要时，可以1C～
3C充电，使充电时间控制在20分钟～1小时，充电效率达到85%以上。在进一步技术
创新的基础上，这一特性得到更好的发挥，可以具有很好的商业价值；
（4）倍率放电性能好；锂电池的倍率放电可以达到10倍率以上，特殊制作可以达
到30倍率。这一特性非常有利于电动助力车的智能控制骑行技术的发展。只是目前对
这一特性尚未有很好的开发与利用。
在锂电池发展过程中，因为采用的正负极材料及其配方不同，出现过爆炸、燃烧等
不安全现象。主要是负极采用金属锂，经循环后产生枝晶，致使短路，出现燃烧爆炸；
而正极材料采用钴酸锂或镍钴锂等，其化学活泼性较高，在石墨负极的配合下，一旦出
现高温，容易发生爆炸燃烧。尽管实际发生的概率在十万分之一或百万分之一以上，但
由于以手机及笔记本电脑等为主的电子消费品数量极大，使用范围极广，因此累计发生
的安全事故绝对数量使人们感觉很多。由于这些电子消费品是人们日常生活经常相伴，
不可或缺的用品，一旦发生安全问题，影响很大，致使人们“谈锂电池色变”。这种在电
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子数码产品中使用的锂电池的安全问题形成一种成见，开始影响电动助力车用锂电池。
之所以说这是一种“成见性”的特点，是因为在技术创新的推动下，这一问题已经得到解
决。目前，多家研究机构和企业通过技术创新采用改性锰酸锂或磷酸铁锂为正极材料，
其氧化性呈惰性状况，并具有很强的承受大电流、高电压的能力，配以新型电解质和耐
高温隔膜，制作的锂电池经过非常苛刻的测试，可以说，完全解决了安全性问题。以浙
江振龙电源股份有限公司（以下简称“振龙公司”）生产的动力型聚合物锂电池为例，过
充达到3C15V，热滥用达到150摄氏度，高温95摄氏度搁置48小时，短路、针刺、振
动，反复多次测试，无一爆炸燃烧。可以说，这是一种与传统锂电池在基本性质上不同
的锂电池，它具有很好的安全性。
但是，仍然在发生着的某些锂电池安全事故，以及人们已经形成的成见，至今仍严
重影响锂电池用于电动助力车的进一步推广，这也是我们不得不重视的一个关键特点。
这是锂电池具有战略发展意义的关键特点。
当锂电池采用锰酸锂正极材料以后；当聚合物锂电池改革了电解质膜制作的特殊工
艺以后，在技术创新的持续推进下，锂电池进入了完全绿色环保可再生能源发展的崭新
阶段。从社会发展宏观层面和政府政策导向层面，采用这种全环保无污染的二次化学电
源替代铅酸蓄电池，生产成千万辆甚至上亿辆电动助力车供中国广大老百姓作为基本代
步交通工具，其重大战略意义是不言而喻的。从操作层面把握，关键是政策力度在什么
时候逐步到位。
以上四个方面是决定现阶段锂电池用于电动助力车发展状况以及发展趋势和空间
的关键特点。针对这些特点，采取积极的应对措施和主动有力的策略，是全行业的当务
之急。
我们目前的任务是将锂电池这种绿色环保的可再生能源用于电动助力车行业，并推
动其得到尽可能广泛的发展。对此，我们首先应该分析并把握电动助力车的行业本质。
无轮从我国自行车发展的历史背景看，还是从我国人多地少，石油能源匮乏及
经济尚不发达的国情特点看，电动助力车是一种基本的、数量最多的代步交通工具。
随着经济发展，人民生活水平提高，及对传统自行车更新换代改进的需要，电动助
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力车的迅速发展具有必然的性质。对这一新兴的、正处于快速发展中的行业的本质，
笔者的初步认识是：高技术与低成本相结合，以满足普通的代步交通工具需要。对
这一行业本质的把握，主要有三个层面的要点：
（1）高技术：电动助力车是一个高技术密集的产品，包括设计、电机、车身材质、
电池和骑行控制系统，无一不是最新的高技术的成果。任何一个方面的技术含量欠缺不
到位，都会使整个产品的性能和稳定性大大下降；
（2）低成本:电动助力车在中国是自行车的更新产品，其历史价格参照物是自行车；
而且购买电动助力车的主体是收入较低的普通老百姓，其年可支配收入一般在1万元～
2万元。因此，低成本是一个重要前提；
（3）普通代步交通工具；这也就是说，电动助力车使用密度较高，骑行频次较高，
骑行的道路状况可能不好，同时必然要求带人载物。因此，消费者对电动助力车的骑行
距离、循环寿命、充电时间、牢固可靠性及对路面的适应性等要求较高。
把握电动助力车行业本质，根据现阶段锂电池运用的关键特点，我们才能够设计应
对策略和实现路径，通过电动助力车用锂电池整个供应链共同的努力，克服瓶颈，尽快
把这个事业做大。对此，本文就以下对策进行初步探讨：
对策一：节能环保政策加大落实力度，加快落实步伐
这是需要整个社会和政府做的事情。大量生产铅酸蓄电池用于电动助力车，从微观
看，目前的性价比无出其右，低廉的成本是其他电池无法与之竞争的；但是从社会成本
看，酸雾、铅粉（铅烟尘）和污水对环境的影响和社会支付的代价是很大的，而且是需
要长期支付的。一个负责任的社会主体，一个负责任的政府应该尽快阻止这种污染的继
续延续，尽快鼓励支持节能环保产品的发展。这一对策的落实，是锂电池用于电动助力
车发展必要的前提和环境。
对策二：以较高的整体性价比应对高成本
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就绝对的成本比较，锂电池不可能做到与铅酸蓄电池一样；也就是说，单纯以放电
功率的性价比而言，目前锂电池无法与铅酸蓄电池竞争。但是整体性价比，是锂电池与
铅酸蓄电池进行成本竞争的主要取胜之道。这包括两个方面：
一方面，以技术创新为基础，不断降低成本，提高性价比。锂电池的核心是通过锂
离子脱嵌与嵌入的转移来实现电能与化学能之间的转换。可以实现并且更高效率的实现
这一核心的锂电池材料、制作工艺及其相关技术存在非常广阔的创新空间。例如，研发
创新采用锰酸锂为锂电池正极材料，既解决了安全性问题，又使正极材料的成本大幅度
下降；由60多万元一吨的钴酸锂下降为5万多元一吨的锰酸锂。另外，通过研发和技
术创新，使目前锂电池所需要的部分材料得以国产化，打破日本美国企业的垄断，从而
大幅度降低成本。这方面的工作已经取得了积极的进展。可以初步估计，经过1～2年
的努力，用于电动助力车的锂电池的制造成本可以下降30%以上。在铅酸蓄电池的铅资
源价格不断上涨的背景下，锂电池的相对性价比将会大幅度提高。
另一方面，通过整车的设计改进和消费理念的引导，提高使用锂电池的电动助力车
的“感受性价比”。所谓“感受性价比”，是指消费者在消费过程中主观体验产品舒适度、
便利度、新奇度及各种精神享受与其支付的价格的比较。例如，采用智能控制设计的电
动助力车以骑行使用的力度为控制主体，充分发挥锂电池倍率放电特性，骑行者越是用
力，放电功率越大，速度越快并且骑行效率越好；这可以使骑行者获得一种特别的感受。
锂电池具有较高的比能量，具有快充的技术条件，聚合物锂电池又有非常好的设计柔性，
这些都可以更好的利用来提高“感受性价比”，弥补低层次的功率性价比的不足。
对策三：加大产业链整合力度，充分发挥锂电池的优势性能
从目前的实际情况看，由于锂电池刚刚进入电动助力车行业，基本上采取的是就着
铅酸蓄电池轨迹走的路径，按铅酸蓄电池原有的设计套入锂电池。例如电压模式，因为
铅酸蓄电池是以2V单体为基础进行串联而成的，所以目前绝大多数电动助力车采用的
电压是24V、36V和48V等。而实际上，配合电机、载重、速度等等整车整体设计最佳
的电压、电流及放电功率却未必如此。既然锂电池有非常好的比能量、循环寿命、快充
条件、倍率放电能力等等优势性能，那么电动助力车生产厂商在进行整车设计的时候，
在制造过程安排的时候，在考虑售后服务维修的时候，将锂电池制造企业更紧密的整合
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在一起，从而更好地发挥锂电池的优势特性。例如放电功率，如果充分考虑锂电池有效
工作电压在3.0V～4.2V之间，则可以用紧设计方式，在充分发挥电机功能的前提下，
将锂电池做的更小、更轻；再譬如，如果进一步完善技术创新，克服磷酸铁锂目前存在
的弱点，将锂电池循环寿命做到1500次以上，则在整车设计的时候，特别是电机寿命、
材质寿命和控制系统寿命等，加大使用寿命延长的设计，推出5年以上的保质期，同时
在商务策略和售后服务策略上进行调整，打造一种全新的概念车。总之，加大产业链整
合力度，尽快采用总体设计模式，实现产业流程再造，以充分发挥锂电池优势性能，是
锂电池大规模用于电动助力车发展的必由之路。
对锂电池用于电动助力车的发展作为一次产业转型来对待，是一个庞大的系统工
程；但是，以上述四个方面为抓手，从点的突破开始，以点带面，纲举目张，我认为是
比较有效率的关键之处。
在将锂电池用于电动助力车的过程中，以振龙公司为代表的一些锂电池生产厂商开
发出具有更为高端技术的动力型聚合物锂电池，这与电动助力车的需要更为契合。针对
上述锂电池应用于电动助力车的特点，振龙公司开发的动力型聚合物锂电池具有更为明
显的优势特性：
1、具有非常好的比能量特点，尤其是重量比能量
聚合物锂电池采用复合铝塑膜为电芯外壳，因此在同样技术和材料的情况下具有更
好的重量比能量，见下表：
在保持锂电池工作电压平台最高的前提下，聚合物锂电池的重量比能量是最好的；因此
在消费者的实际使用中，聚合物锂电池是最轻便的；从目前正在紧锣密鼓地制定行业政
策和标准的角度看，聚合物锂电池更适合用于电动助力车。
2、具有更好的安全性能，因此聚合物锂电池可以完全消除“安全性成见”
聚合物锂电池在被发明出来时，就是以其较高的安全性能为典型特征。聚合物锂电
池独特的电解质配方和制作工艺方式，优化了极性材料与电解质的结合关系，屏除了电
池内部产生较大气体压力的源头因素。同时，铝塑膜外壳的软包形式使得可能的内部压
力可以得到缓解。因此，聚合物锂电池可以较好的避免液态锂电池常见的爆炸与燃烧现
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象。目前的动力型聚合物锂电池均采用锰酸锂或磷酸铁锂为正极材料，这为彻底解决安
全性问题奠定了基础。
3、具有独特的柔性设计特点，因此聚合物锂电池更适合产业流程整合
聚合物锂电池的极片规格、外形尺寸、极耳位置、连接方式等都具有很好的设计柔
性，可以在较短的时间内，以较低的成本，尽可能贴近客户的需要设计出新的款式、尺
寸、规格、品种。这为推进产业流程整合，适应综合设计需要提供了更好地条件，同时
也为电动助力车更多个性化设计提供了较大的空间，为电动助力车生产厂家短平快地争
夺市场提供较好的支持。
4、具有高倍率放电优势，因此聚合物锂电池更显强势瞬间动能
聚合物锂电池在航模、玩具、电动工具等市场拓展过程中呈现出无可比拟的高倍率
放电优势，相关技术已经比较成熟。因此当聚合物锂电池用于电动助力车时，这一特性
为电动助力车动力设计和智能控制系统设计提供了特别的技术支持；在电动助力车启
动、爬坡、瞬间加速等关键点和骑行中使用的力度大小，聚合物锂电池的倍率放电性能
可以提供非常到位的动能支撑，从而发挥独到的效率作用。
5、由于铝塑膜和工艺的特点，聚合物锂电池更具成本下降空间
目前聚合物锂电池的成本与液态锂电池相当，但是，其在两个方面具有更为确定的
成本下降空间：一是铝塑膜外壳，目前国产产品的研发已经取得阶段性成果，估计近一
两年可以有适用的批量化的产品供应。届时，铝塑膜外壳的成本将会有较大的下降幅度；
二是制作工艺成本下降。目前聚合物锂电池成本较高的一个重要方面是比较复杂的工艺
过程和较高的制作成本。随着工艺技术研发创新的进一步深化和简化，聚合物锂电池的
制造工艺成本预期有较大的下降空间。
电动助力车在实际使用过程中对快速充电性能有比较强烈的需求。针对此需求，
振龙公司特别在材料匹配及特殊的工艺设计方面加大力度，开发的聚合物锂电池具有很
好的充电电流宽度。目前已经可以批量生产1C电流充电的聚合物锂电池，可以使充电
时间缩短到1小时。而已经在实验室研发成功，并制作出样品的3C充电模式，可以使
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充电时间达到20分钟，其容量效率仍保持在86%以上。我们认为，一旦实现工业化批
量生产，电动助力车的使用便捷将会发生革命性的变化。
综上所述，新一代动力型聚合物锂电池具有更为鲜明的特点，更有利于应用于电动
助力车新的发展阶段，因此，在国家政策进一步落实支持的背景下，张扬这些特点，并
使这些特点在更大规模的数量上得以实现，将有力地推动电动助力车尽快进入一个更高
层次的新的发展轨道。
项目指标
铅酸蓄电 镍镉电 镍氢电 液态锂电 聚合物锂电
池 池 池 池 池
50 65 130 160 35
1.2 1.2 3.7 3.7 2
重量比能量（Wh/kg）
额定电压（V）
现阶段锂电池应用于电动助力车及其发展的特点是解决行业转型的关键，也是规范
电动助力车管理的重要条件，更是发展绿色代步交通工具，打造环保节能社会的一个方
面努力的核心。博鳌（亚洲）论坛将建设绿色节能社会作为大会主题之一，并将发展可
再生能源作为其中的一个重点。可以预期，对污染产业的制约，对绿色环保产业的扶持
和倡导，将越来越成为社会的共识，中国政府的政策也一定会逐渐加大落实力度，锂电
池的用途也会会越来越多。
5.2 电动三轮车后桥半轴的设计
电动三轮车后桥尺寸需要根据电动三轮车的车架的各个尺寸来完成，要想设计后桥
的尺寸，必须以车架为前提。车架尺寸参数如下：
车架总长度为：2225mm、车前身长度为：1030mm、车斗部分长度为：1145mm
车架总高为：635mm、车身最宽为：670mm
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电动三轮车的车架总成具体尺寸参数如下图：
图（10）电动三轮车车架图
5.2.1后桥半轴的材料和最小直径的选择
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。按钮转强度法进行最小直径估
算，即： 。
d?A
00
3
p
n
电动三轮车额定功率：1500w 、车辆自重：200kg（含电池）电动三轮车额定功率：
1500w 、最高车速：30 km/h 、电动三轮车总 承 重：450kg
初算轴时，最小直径段开有键槽，还要考虑键槽对强度的影响。当该段截面上有一
个键槽时，d增大5%-7%,两个键槽时，d增大10%-15%。为了能和轴承相配合，那么可
以确定后桥半轴的最小直径为25mm,其余轴径为30mm.
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5.2.2 后桥半轴的各段长度的确定
轴的各段长度确定：安装车轮段长度为:120mm
半轴总长为:318mm
与差速电机啮合处的花键长为:50mm
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6 电动三轮车制动系统的设计
制动一般前轮制动由手捏闸把来控制，后轮制动由脚踩制动踏板来完成。电动三
轮车的制动装置有机械鼓式制动器和液压盘式制动器两种。鼓式制动器结构与汽车、拖
拉机相似，制动蹄块由铝合金压铸成型，上面粘有摩擦制动片，通过制动臂转动制动凸
轮并推开制动蹄块起到制动的目的。制动器由油箱、柱塞阀油泵（均在车把上）、液压
油管、制动钳、制动盘等组成。制动错开与前叉导向近固定在一起，是制动装置的固定
部分。制动盘与车轮固定在一起，随车轮旋转。制动时，握紧闸把，柱塞阀移动，推动
液压油沿液压油管进入制动钳的两个油缸。在压力油的作用下，油缸推动摩擦片从两边
紧夹住制动盘，产生很大的摩擦阻力，迫使车轮停止转动。放松闸把时，液压油路中的
压力迅速回降，油缸带动摩擦片恢复原位，解除制动。
6.1 电动三轮车前轮制动系统的设计
电动三轮车前轮制动系统采用手捏闸形式:
制动原理：通过电动三轮车前叉手柄——手柄拉线——刹车拉片——刹车转轴——
轮觳——刹车皮——刹车锅达到刹车的作用。
各部分参数：
前轮制动总摩擦片面积为（单片）：1870
mm
2
前轮制动总面积为：18702=3740
?
mm
2
前轮轮觳直径为:95mm
摩擦片的直径为:93.5mm
转轴为一个:614(mm)的圆角长方体
?
拉片两中心孔的距离为:60mm
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前轮制动系统图如下：
图（11）前轮制动系统图
6.2 电动三轮车后轮制动系统的设计
电动三轮车后轮制动系统采用脚踩制动踏板式
原理：通过制动踏板——连杆——中间转轴——连杆——拉片——制动转轴——制
动摩擦片压紧轮觳完成制动过程。
后轮觳制动系统的制动直径为:160mm
后轮摩擦片的制动直径为:158mm
制动板总长为:70mm
制动轴为:1416(mm)圆角长方体
?
后制动踏板的力矩为:235mm
踏板与拉杆力矩为：61mm
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后轮制动摩擦片面积（单片）：5370
mm
2
单个后轮制动面积：53702=10740
?
mm
2
后轮制动总面积：107402=21480
?
mm
2
6.3 电动三轮车驻车系统的设计
原理：驻车手柄中间有一带弹簧的导杆与车身上的齿状锁止开关配合
通过驻车手柄——连杆——中间转轴连接制动系统起到驻车的作用。
驻车手柄长度为：185mm
驻车手柄的力矩为：38mm
驻车中轴连接板长度为：55mm
电动三轮车制动系统设计图如下：
图（13）电动三轮车制动系统总成图
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结论
毕业设计是本科教学工作的最后一个环节，同时也是很重要的一个环节，是对学
生整个大学生活中所学知识的综合检验。
通过本次设计，对大学四年所学到的知识有了进一步的了解，充分的运用了本专
业所学的科目，将这些知识进行了综合运用，同时把这四年的学习中所学到的、看到的，
尽可能的运用到本次设计中。在对机械和机械传动零件的分析、设计、选用、正确使用
以及维护等方面有了更加深刻的理解。真正做到了理论与实践相结合。总结了过去四年
中学习到的机械设计制造的基本知识，进一步了解常用机构、常用传动方式、联接零部
件、轴系零部件的应用。通过对本课程的学习，使我对机械设计方面的基本内容有一个
总体了解，对机械设计制造及其自动化专业的认识上升到了一个新的高度，
在机械传动综合实验台本体设计中掌握典型的机械传动的组成、机构的运动学和动
力学分析，理解轮系运动方式及动力传递，掌握传动部件效率测定和计算。
进一步了解机构组成及其运动特性，了解确定机械产品设计方案的方法，根据给定
工程实际题目，设计最优方案，培养我在实际工程中的动手能力，培养了我创新意识及
综合设计能力。
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致谢
本次设计是在曲伟石老师的悉心指导下完成的。曲老师在百忙之中还专门抽出时间给
我们指导，在这课程设计的短短的几个月的时间里，使我巩固了以前所学的知识，通过这
次的毕业设计，使我对今后的工作更加充满了信心。曲老师以其严谨求实的治学态度、高
度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神将对我今后的工作
和学习产生深远的影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。我
在此向曲老师表示衷心的感谢和由衷的敬意！此外，从开始进入课题到论文的顺利完成，
我深深的感谢四年大学生活中所有的老师，你们给了我知识、信心和勇气，使我打下了机
械专业知识的坚实基础，为我顺利完成本次设计和今后的成长奠定了基础；同时还有很多
可敬的师长、同学、朋友给了我极大的帮助和鼓舞，在这里请接受我诚挚的谢意。谢谢你
们！
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参考文献
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[2] 殷玉枫机械设计课程设计北京：机械工业出版社，2006
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[18] 《冲压成型工艺与模具设计》 李奇涵 科学出版社
[19] 中国电动车网
[20] 绿源官方网
[21] 中国机械网
[12] 电动车论坛网
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附录
附录A 有刷和无刷电机的区别
有刷型 无刷型
转速 2000 rp 300 rpm
平均重量 4kg 6kg
优势 有齿轮|离合器便于使用单 寿命长，维护要求低，马力强大
一模式，更好的为远距离的 （便于上坡和载重）
行驶做一些变化，便宜
缺点 转速高，维修频繁 电机的控制器比较昂贵（三刷以上）
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附录B
我国电动自行车的发展史
年份 事件
1987 电动汽车研究所的中国电工技术学会成立
1991 国家科学委员会提名电动自行车在第九个五年计划期间作为10
个主要技术目
1993 上海成立电动汽车产业化发展中心
1994 上海在申办开发电动汽车的研究方面输给了广州，把发展方向转
向了电动自行车（via Crane）。天津禁止出售汽油动力踏板车。
（Fairley 2005）
1995 李鹏总理宣布支持电动汽车行业，担任“电动自行车发展行业研
究会秘书长”的职务
1995 100beta-test 电动自行车诞生（费尔利 2005）
1996 第一届电动自行车会展举行
1996 上海暂停发在市中心放以汽油为动力的摩托车的许可证，并积极
协调发展动自行车技术。
1997 起重机首批商业电动自行车（150-180W电机，7安时电池能力）
（费尔利2005 ）
1998 广州，石家庄，苏州禁止出售汽油动力踏板车。其他许多中型|
大型城市相继效仿这一规定
1999 国家电动车标准出台，形成统一的规范BSEB和SSEB
1999 上海开始年检汽油踏板车，消除尾气排量不达标的车辆，大约5，
3万辆被淘汰，预计将在4-5年内电动自行车全部取代摩托车
1999 上海经济贸易委员会名单电动自行车作为12个主要攻关项目中
的“高地”
1999 电动自行车牌照在上海，天津江苏，浙江，广东，云南，安徽，
河北等地发放。
2000 全国行政协调员向外交部建议促进电动自行车的发展
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2000 国家交通部草拟“道路交通安全法”允许电动自行车使用自行车
道，只要他们有踏板和速度不高于20公里每小时。
2000 浙江创建电动汽车筹备小组，宁波市举办电动自行车节，上海举
办第一届国际电动车及零部件博览会
2002 北京在2006年为了促进汽车工业的发展出台了停止发放电动自
行车牌照的禁令，北京交通部行政署（人民日报 2002年）
2002 福州市政府禁止电动自行车上路，但后来被电动自行车制造商和
公民起诉，在全国提高人们对电动车的使用(Ni 2006)
2003 SARS爆发后，许多乘客不再乘坐公共汽车，电动自行车销售激增。
(Fairley 2005)
2004 中国通过“道路交通安全法” (see 2000 above)
2005 电动自行车年销售量突破千万
2006 一月四日，北京公共交通局禁止电动自行车上路
2006 上海使用电动自行车的人口达到一百三十五万辆，在所有城市中
是最高的。(Zhang et al. 2006).
2006 电动自行车的生产量预计在200 6年将达到一千八百万辆（王
2006）
2006 11月3日，广东宣布禁止所有电动车上路
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