Разработка электрических велосипедов — анализ диапазона
Как варьируется запас хода между электровелосипедами со ступичным двигателем и двигателем со средним приводом?
Подробный анализ эффективности крутящего момента, характеристик проходимости и реального пробега — и того, что это на самом деле означает для запаса хода, который вы получите в следующей поездке.
Прямой ответ: ступичные двигатели против двигателей со средним приводом на дальности
Электронные велосипеды со средним приводом обычно обеспечивают на 10–30 % больший запас хода, чем электронные велосипеды со ступичным двигателем, при использовании батареи той же емкости. , потому что они используют передачи велосипеда для более эффективного распределения мощности на пересеченной местности. На ровной, ровной местности электронный велосипед с ступичным мотором и аккумулятором емкостью 500 Втч может проехать от 25 до 40 миль, в то время как электронный велосипед со средним приводом и той же батареей часто может проехать от 30 до 50 миль в идентичных условиях. На холмистой или смешанной местности разрыв увеличивается еще больше, поскольку системы среднего привода регулируют выходной крутящий момент через трансмиссию, тогда как ступичные двигатели применяют относительно фиксированный крутящий момент независимо от уклона.
Тем не менее, запас хода никогда не определяется только типом двигателя. Емкость аккумулятора, вес водителя, уровень помощи, давление в шинах и рельеф местности — все это взаимодействует с архитектурой двигателя и дает окончательное число. В этой статье подробно объясняется, почему ступичные двигатели и двигатели со средним приводом ведут себя по-разному, какой реальный диапазон вы можете ожидать от каждого из них и как выбрать правильную настройку для ваших нужд вождения, в том числе, где легкие электровелосипеды вписывается в уравнение дальности.
Почему тип двигателя меняет уравнение диапазона
Мотор-концентратор расположен внутри переднего или заднего колеса и приводит его в движение напрямую, независимо от передач велосипеда. Он обеспечивает довольно постоянный крутящий момент независимо от скорости или уклона, а это означает, что ему приходится работать усерднее и потреблять больше тока при подъеме на холм или ускорении с места. Двигатель среднего привода, напротив, установлен на шатуне велосипеда и передает мощность через существующую систему цепи и шестерни. Это позволяет двигателю всегда работать в наиболее эффективном диапазоне оборотов, подобно тому, как автомобильный двигатель получает выгоду от трансмиссии.
легкие электровелосипеды
Двигатель со средним приводом не просто приводит в движение мотоцикл — он работает с собственной передачей велосипеда, так же, как трансмиссия позволяет двигателю оставаться в рабочем диапазоне.
Эффективность крутящего момента и энергопотребление
Поскольку двигатель среднего привода может увеличивать крутящий момент за счет более низких передач на подъеме, ему не нужно потреблять столько же чистого тока, чтобы создавать такую же поступательную силу, как и ступичному двигателю. Независимые испытания эффективности показали, что системы среднего привода могут быть на 15–20 % более энергоэффективными, чем ступичные двигатели с прямым приводом, на холмистых маршрутах. , что напрямую приводит к увеличению количества миль за одну зарядку. На равнинной местности разрыв в эффективности значительно сокращается, поскольку ни один тип двигателя не должен работать против силы тяжести.
Распределение веса и сопротивление качению
Ступичные моторы увеличивают неподрессоренную массу колеса, что может немного увеличить сопротивление качению и снизить общую эффективность езды, особенно на неровных поверхностях. Двигатели со средним приводом удерживают вес централизованно возле каретки велосипеда, улучшая баланс и уменьшая потери энергии из-за качания или вибрации колес. Это одна из причин, по которой многие легкие электровелосипеды в категориях «мощность» и «пригородный» все чаще строятся вокруг систем со средним приводом — централизованная масса обеспечивает как лучшую управляемость, так и более предсказуемый запас хода.
Сравнение дальности действия в реальном мире по типу местности
Показатели дальности сильно различаются в зависимости от условий тестирования, поэтому таблица ниже отражает типичные реальные результаты для электронного велосипеда среднего уровня с аккумулятором емкостью 500 Втч, умеренным уровнем помощи и водителем весом около 70 кг (154 фунта).
| Тип местности | Диапазон моторов-концентраторов | Диапазон двигателей среднего привода |
|---|---|---|
| Ровные городские дороги | 30–40 миль | 35–50 миль |
| Смешанная местность (холмистая местность) | 22–30 миль | 28–38 миль |
| Крутые холмы или горные тропы | 15–22 мили | 20–30 миль |
| Высокоскоростная езда только на газе | 18–25 миль | 22–28 миль |
Обратите внимание, что преимущество в запасе хода у двигателей со средней передачей наименьшее на равнинной местности и максимальное на холмистых или горных маршрутах. Если ваши ежедневные поездки на работу совершенно ровные, практическая разница между типами двигателей может быть незначительной. Если ваш маршрут включает в себя регулярные подъемы, преимущество в эффективности системы среднего привода становится гораздо более значительным.
Другие факторы, влияющие на запас хода независимо от типа двигателя
Тип двигателя определяет базовую эффективность, но некоторые другие переменные могут смещать диапазон на 20% и более в любом направлении, независимо от того, какую систему двигателя вы выберете.
Уровень помощи и стиль езды
Езда в режиме низкой помощи и увеличение мощности педали могут увеличить запас хода на 30–50% по сравнению с ездой в режиме максимальной помощи или в режиме только газа. Это справедливо как для систем концентратора, так и для систем среднего привода, поскольку более высокие уровни помощи всегда потребляют больше тока от аккумулятора, независимо от того, насколько эффективно этот ток преобразуется в движение вперед.
Информация
Снижение уровня помощи хотя бы на один шаг может существенно расширить диапазон без дополнительных физических усилий на ровной местности.
Вес водителя и грузовая нагрузка
Каждые дополнительные 25 фунтов (около 11 кг) веса водителя или груза могут уменьшить запас хода примерно на 5–10%, поскольку двигателю приходится работать интенсивнее, чтобы поддерживать ту же скорость и ускорение. Этот эффект немного более выражен в системах с ступичными двигателями, которые не могут использовать редуктор для компенсации дополнительной нагрузки так же эффективно, как это может сделать двигатель со средним приводом.
Емкость аккумулятора и возраст
Батарея большего размера, измеряемая в ватт-часах (Втч), напрямую увеличивает запас хода независимо от типа двигателя. Аккумулятор емкостью 750 Втч может обеспечивать примерно на 50 % больший запас хода, чем аккумулятор емкостью 500 Втч, при тех же условиях. Возраст батареи также имеет значение: большинство литий-ионных аккумуляторов для электронных велосипедов сохраняют от 70% до 80% своей первоначальной емкости после 500–800 полных циклов зарядки. Это означает, что более старая батарея, естественно, будет обеспечивать меньший запас хода, даже если сам двигатель не изменится.
Предупреждение
Если запас хода вашего электронного велосипеда со временем заметно сократился, настоящей причиной часто является стареющая батарея, а не двигатель.
Давление в шинах и сопротивление качению
Недокачанные шины увеличивают сопротивление качению и могут уменьшить запас хода на 5–15%. Это в равной степени относится к обоим типам двигателей, поскольку мотору приходится компенсировать дополнительное сопротивление независимо от того, где он установлен на велосипеде.
Температура окружающей среды
Литий-ионные батареи теряют эффективность в холодную погоду, и водители могут заметить снижение запаса хода на 10–20 %, когда температура падает ниже 40 F (около 4 °C) по сравнению с мягкими условиями при комнатной температуре. Этот эффект является скорее химическим, чем механическим, поэтому он одинаково применим как к электровелосипедам со ступичным двигателем, так и к электровелосипедам со средним приводом. Хранение аккумулятора в помещении перед поездкой в холодную погоду, а не оставление его на ночь на открытом воздухе, может помочь свести к минимуму эти потери.
Ветроустойчивость и скорость езды
Более высокие скорости резко увеличивают аэродинамическое сопротивление, а потребление энергии возрастает примерно пропорционально квадрату скорости. Постоянная езда со скоростью 20 миль в час вместо 12 миль в час может сократить запас хода на 25% и более просто потому, что двигателю приходится преодолевать значительно большее сопротивление ветра, чтобы поддерживать более высокий темп. Встречный ветер еще больше усугубляет этот эффект, независимо от того, используется ли на велосипеде двигатель со ступицей или со средним приводом.
Компромиссы в стоимости, весе и обслуживании между двумя системами
Диапазон — важный фактор, но его не следует оценивать изолированно. Ступичные и среднеприводные двигатели также различаются по первоначальной стоимости, общему весу велосипеда и потребностям в долгосрочном обслуживании — все это влияет на общий опыт владения.
- Электронные велосипеды с ступичным мотором, как правило, дешевле в производстве и покупке, что делает их распространенным выбором для недорогих пригородных моделей.
- Двигатели со средним приводом создают дополнительную нагрузку на цепь, кассету и переключатель, что со временем может привести к более быстрому износу трансмиссии и несколько более высоким затратам на техническое обслуживание.
- Ступичные моторы упрощают установку и ремонт, поскольку мотор представляет собой автономный блок внутри колеса.
- Многие легкие электровелосипеды Отдавайте предпочтение системам со средним приводом, особенно потому, что централизованный вес и эффективная подача мощности позволяют снизить общий вес велосипеда без ущерба для способности преодолевать подъемы.
- Системы со средним приводом обычно лучше справляются с крутыми техническими условиями местности, что делает их распространенным выбором для электронных велосипедов, ориентированных на бездорожье и горы.
Успех
Сопоставление типа двигателя с реальной местностью, а не погоня за максимально заявленным запасом хода, является наиболее надежным способом получить ожидаемый пробег.
Как сделать выбор, исходя из ваших приоритетов
Выбор между ступичным двигателем и двигателем со средним приводом в конечном итоге зависит от местности, по которой вы чаще всего ездите, и от того, насколько вы цените максимальный запас хода по сравнению с первоначальными затратами и простотой.
- Если ваши поездки на работу или типичный маршрут ровные и предсказуемые, электровелосипед с ступичным мотором может предложить почти сопоставимый запас хода по более низкой цене.
- Если ваша езда регулярно проходит по холмам, горам или смешанной местности, двигатель со средним приводом, как правило, значительно расширит запас хода и уменьшит нагрузку на аккумулятор при подъемах.
- Если минимизация общего веса велосипеда является приоритетом, обратите внимание на системы со средним приводом, которые более распространены среди велосипедистов. легкие электровелосипеды Предназначен для езды на длинные дистанции или для спортивной езды.
- Если важнее всего низкие эксплуатационные расходы и простой ремонт, система ступичного двигателя может лучше соответствовать вашим потребностям, особенно для случайных или нечастых ездоков.
- Если вы часто перевозите груз или ездите с пассажиром, рассмотрите возможность использования двигателя со средним приводом в сочетании с аккумулятором большей емкости, чтобы компенсировать влияние дополнительного веса на запас хода.
Опасность
Не полагайтесь на одну цифру дальности для ровной дороги при планировании маршрута с реальным перепадом высот — недостаток подъемов может быть достаточно значительным, чтобы оставить вас в затруднительном положении.
На практике ни один из типов двигателей не является универсальным — правильный выбор зависит от соответствия сильных сторон системы реальным условиям езды. Гонщики, которые отдают предпочтение способности преодолевать подъемы, эффективности на пересеченной местности и меньшему общему весу велосипеда, как правило, тяготеют к двигателям со средним приводом, в то время как те, кто хочет более простую и доступную установку для ровных маршрутов, часто находят ступичные двигатели вполне адекватными. Тестирование велосипеда в условиях, схожих с вашим ежедневным маршрутом, остается наиболее надежным способом оценить реальный запас хода.
Также стоит подумать о том, как со временем могут измениться ваши привычки вождения. Гонщик, который начинает ездить по ровным улицам, позже может захотеть изучить более холмистые маршруты или более длительные поездки на выходных, и в этом случае расширенный запас хода и эффективность подъема двигателя со средним приводом могут оказаться более ценными в долгосрочной перспективе, чем первоначальная экономия затрат на систему ступичного двигателя. И наоборот, гонщик, которому нужны только короткие поездки на работу или по делам, может обнаружить, что мотор-концентратор с комфортом покрывает его потребности, даже не разряжая батарею до предела.
В конечном счете, сравнение заявленных значений диапазона — это только отправная точка. Поскольку реальный запас хода сильно зависит от местности, веса водителя, уровня помощи и даже погоды, лучше всего рассматривать оценки производителя как потолок, а не гарантию. Запрос данных о дальности полета, проверенных в условиях, близких к вашим — поездка на работу по холмистой местности, грузовые нагрузки или езда в холодную погоду — даст вам гораздо более точную картину того, чего ожидать, чем один только показатель по ровной дороге.
Previous
