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为解决个人交通工具的优化及提升城市交通可持续性问题，研究人员开展了龙门架驱动优化及与曲柄组对比的研究。结果显示，特定角度安装导轨的龙门架驱动效率高，且与曲柄组性能相似。该研究为个人交通工具发展提供新思路。
在城市交通拥堵、环境污染以及个人出行需求日益多样化的当下，传统的交通工具面临着诸多挑战。大城市中，汽车数量的剧增导致道路拥堵不堪，不仅浪费人们的时间，还增加了能源消耗和尾气排放，对环境造成严重污染。与此同时，公共交通虽然在一定程度上缓解了交通压力，但无法满足人们 “门到门” 的出行需求，尤其是在远离公共交通线路的区域。而对于小城镇居民和乡村居民来说，交通不便更是加剧了社会排斥问题，影响了人们的生活质量和经济发展。
在这样的背景下，个人车辆（Personal Vehicles）作为一种兼具自行车灵活性和汽车功能性的新型交通工具，逐渐受到人们的关注。然而，其驱动系统的性能直接影响着车辆的整体表现。龙门架驱动（gantry drive）作为一种新型驱动方式，有望为个人车辆带来更高效、更环保的解决方案。波兰华沙理工大学（Warsaw University of Technology）和华沙医科大学（Medical University of Warsaw）的研究人员开展了一项关于龙门架驱动的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
为了深入探究龙门架驱动的性能，研究人员采用了动态测试和统计分析相结合的方法。他们搭建了专门的动态测试台，通过改变龙门架驱动导轨的角度，测量不同条件下人体输出的能量以及机械系统接收的能量。同时，招募了健康的男性学生作为研究对象，在 50W 的负载下进行测试，并收集他们对不同导轨角度的使用感受。
研究结果主要分为以下几个方面：
- 驱动效率分析：通过计算毛效率（ηgross）和净效率（ηnet），研究人员发现，在 3 分钟的测试中，导轨角度为 + 13°（Top Angle，TA）时，龙门架驱动的净效率（ηnet=29.13±1.35%）显著高于 - 5°（Down Angle，DA）时的净效率（ηnet=25.19±1.25%）。在与曲柄组的对比中，虽然曲柄组在净效率方面表现更优，但在低功率运行时，两者效率总体相似。而在毛效率方面，两者在不同座椅位置和观察时间段内均未显示出显著差异。
- 人体感受评估：研究人员通过问卷调查发现，用户对导轨角度的偏好存在差异。其中，+4°（Middle Angle，MA）的角度最受用户青睐，在 36 次测试中被选为最佳角度的次数最多（16 次），TA 角度次之（13 次），DA 角度最少（7 次）。这表明在实际使用中，MA 和 TA 角度可能更符合人体工程学原理，能为用户带来更舒适的体验。
- 车辆结构影响：对配备龙门架驱动和曲柄组的车辆结构进行分析后发现，龙门架驱动在车辆设计上具有独特优势。使用龙门架驱动的车辆可以降低高度，减少约 19% 的正面面积，从而降低空气阻力，提高车辆的稳定性。同时，龙门架驱动的结构设计使得车辆内部空间布局更加合理，能够更好地容纳驱动元件，如变速箱等。
研究结论和讨论部分指出，龙门架驱动和曲柄组在 50W 负载下的性能表现相似，TA 位置在效率和车辆结构布局方面具有一定优势。虽然龙门架驱动在使用过程中也存在一些问题，如需要安装第三轮导致车辆质量增加，在两轮自行车上应用时平衡较难控制等，但它在三轮和四轮车辆上具有广阔的应用前景。搭载龙门架驱动的个人车辆，在辅助发动机或电机的支持下，可具备小型乘用车的功能特性，且价格相对较低，能够在短距离出行中发挥重要作用。此外，这种车辆的推广有助于减少城市交通拥堵，促进绿色交通发展，还能改善小城镇居民的出行状况，缓解社会排斥问题。
综上所述，该研究为个人车辆驱动系统的优化提供了重要的参考依据，为未来城市交通的可持续发展开辟了新的方向。未来研究可以进一步扩大样本量，涵盖不同性别、年龄和健康状况的人群，同时在更广泛的功率范围内进行测试，以全面评估龙门架驱动的性能。此外，还可以开展道路测试，深入研究其在实际使用环境中的表现，为龙门架驱动的实际应用提供更有力的支持。
