Как распределение веса и центр тяжести этого электрического мотоцикла соотносятся с аналогичными мотоциклами с ДВС?

Электрические мотоциклы обычно есть более низкий центр тяжести (ЦТ), но более высокий общий вес по сравнению с эквивалентными мотоциклами с ДВС. Аккумуляторный блок — самый тяжелый компонент, на который часто приходится 30–40% от общей массы мотоцикла. — установлен низко на раме, рядом с шарниром маятника. Это перемещает массу ближе к земле, чем цилиндры и топливный бак двигателя внутреннего сгорания, которые располагаются выше и дальше вперед. Результатом является заметно другой характер управляемости: более устойчивый на низких скоростях и при медленных маневрах, но с уникальными компромиссами на пределе, которые должны понимать гонщики, переходящие с машин с ДВС.

Это не предельная разница. На спортивном мотоцикле с ДВС среднего размера, таком как Yamaha MT-07 (мокрый вес 193 кг), двигатель расположен примерно на высоте середины рамы, а топливный бак занимает верхнюю центральную часть. На модели Ноль СР/Ф (220 кг) аккумуляторная батарея расположена в алюминиевой раме с низкой посадкой, что снижает центр тяжести примерно на 40–60 мм по сравнению с сопоставимым нейкедом ICE. Этот разрыв имеет ощутимые последствия для того, как мотоцикл чувствует себя, управляет и реагирует на действия водителя.

Почему размещение батареи определяет все в CoG

В мотоцикле с ДВС самые тяжелые компоненты — блок двигателя, трансмиссия и топливо — расположены по вертикали примерно в 400–700 мм над землей. Двигатель расположен по центру, но приподнят, топливный бак еще выше, а выхлопная система проходит по нижним сторонам. Это создает несколько высокое и смещенное вперед распределение массы, которым инженеры управляют посредством геометрии рамы и настройки подвески.

Электрические мотоциклы перевернули большую часть этой архитектуры. Двигатель компактен и обычно устанавливается низко возле маятника. Аккумуляторная батарея, которая на мощном электрическом мотоцикле, таком как Энергика Эго, весит примерно 110 кг самостоятельно , занимает хребтовую часть рамы и нижние секции — место, которое раньше занимал гораздо более легкий топливный бак и более узкие корпуса двигателя. Поскольку требования к плотности аккумуляторов заставляют проектировщиков максимизировать объем упаковки в самой низкой конструктивно возможной точке, снижение CoG часто является неотъемлемым побочным продуктом компоновки, а не преднамеренным выбором настройки.

Некоторые производители идут дальше, ориентируя призматические или пакетные элементы горизонтально внутри рамы, чтобы опустить центр тяжести еще ниже. Например, в Harley-Davidson LiveWire используется структурная конструкция батареи, при которой сама батарея является частью шасси — конструкция, позволяющая разместить внутри самую тяжелую массу. 300–350 мм от уровня земли , что значительно ниже, чем в любой конфигурации трансмиссии внутреннего сгорания.

Штраф за вес: насколько тяжелее электрические мотоциклы?

Несмотря на преимущество CoG, электрические мотоциклы имеют существенную прибавку в весе по сравнению с эквивалентами с ДВС в том же классе производительности. Это почти полностью связано с массой аккумулятора — современная литий-ионная технология обеспечивает примерно 200–270 Втч/кг на клеточном уровне , но плотность энергии на уровне упаковки (включая корпус, BMS, охлаждающее оборудование и проводку) обычно падает до 130–160 Втч/кг. Таким образом, для получения аккумулятора мощностью 20 кВтч, которого достаточно примерно для 150–200 км смешанной езды, требуется примерно 125–155 кг только аккумуляторного оборудования.

Сравнение LiveWire поучительно: заменив большой V-образный двигатель и топливную систему на структурный аккумуляторный блок, Harley-Davidson добился почти паритета веса со своим собственным круизером с ДВС, при этом значительно снизив центр тяжести. Это демонстрирует, что снижение веса не является неизбежным, но его устранение требует целенаправленных инженерных инвестиций в легкие материалы рамы и интеграцию структурных аккумуляторов.

Как низкий центр тяжести влияет на управляемость: разница в реальном мире

Более низкий центр тяжести дает несколько измеримых преимуществ в управляемости, которые водители сразу замечают:

• Улучшена стабильность на низких скоростях: Мотоцикл более эффективно противостоит опрокидыванию при парковке, разворотах и медленном движении, что имеет прямое значение, учитывая более высокий общий вес большинства электрических моделей.
• Снижение усилий по бережливости: Для начала наклона необходимо преодолеть гироскопическую инерцию всей массы. Более низкий центр тяжести уменьшает плечо рычага, через которое действует эта масса, в результате чего вход в поворот становится легче, чем предполагает общий вес.
• Более предсказуемый баланс в середине угла: Поскольку масса сосредоточена рядом с шарниром маятника, инерция вращения мотоцикла вокруг оси поворота уменьшается, что способствует более нейтральному и устойчивому ощущению при длительных поворотах.
• Лучшее восстановление со слайдов: Низкий центр тяжести придает скользящему или дестабилизированному мотоциклу более сильную тенденцию к самовосстановлению, уменьшая энергию, необходимую для восстановления равновесия после нарушения сцепления с дорогой.

Многие опытные гонщики, впервые тестирующие электрические мотоциклы, сообщают, что машина чувствует себя легче, чем предполагает его спецификация — такое ощущение напрямую объясняется низким ЦТ, а не каким-либо уменьшением фактической массы. Zero SR/F весом 220 кг часто описывается как ощущения, сравнимые с ICE Nude весом 190 кг в повседневных условиях езды.

Компромисс: лишняя масса создает реальные проблемы

Преимущество низкого ЦТ не устраняет последствий более высокого общего веса — оно просто перераспределяет их. Некоторые сценарии катания ясно демонстрируют штраф за массу:

Быстрое изменение направления

Быстрые переходы по шиканам — определяющая характеристика езды по треку и некоторых видов спортивной езды по шоссе — требуют от гонщика преодолеть инерцию вращения мотоцикла, чтобы перевернуть мотоцикл из одного угла наклона в другой. Общая масса, а не только высота центра тяжести, определяет, сколько усилий это потребует. Электрический мотоцикл массой 260 кг всегда будет требовать больше физических усилий при быстром изменении направления, чем мотоцикл с ДВС массой 193 кг, независимо от того, где находится вес.

Тормозной путь

Большая масса означает большую кинетическую энергию при любой заданной скорости. От На скорости 100 км/ч мотоцикл массой 260 кг несет примерно на 35% больше кинетической энергии, чем его эквивалент массой 193 кг. — все это должно рассеиваться тормозами и шинами. Электрические мотоциклы частично компенсируют это за счет рекуперативного торможения, но чистый тормозной путь обычно длиннее, чем у сопоставимой машины с ДВС, если только тормозное оборудование не будет соответствующим образом усилено.

Внедорожье и условия с низкой тягой

На рыхлых или грунтовых поверхностях более низкий центр тяжести менее выгоден, поскольку способность шин создавать боковую силу уже нарушена. Дополнительная масса становится доминирующим фактором: более тяжелыми электрическими мотоциклами труднее управлять на гравии, грязи или песке, и их труднее восстановить, если они все-таки упадут. Вот почему специально созданные электрические внедорожные мотоциклы, такие как KTM Freeride E-XC, отдают предпочтение агрессивному снижению массы, а не емкости аккумулятора.

Распределение веса спереди назад: сравнение электрических велосипедов

Помимо вертикального центра тяжести, распределение веса между передней и задней осями влияет на рулевое управление и ускорение мотоцикла. Спортивные велосипеды ICE обычно ориентированы на Распределение спереди назад от 50/50 до 52/48 — достигается за счет тщательного позиционирования двигателя и его балансировки по массе топливного бака. Туристические велосипеды с тяжелыми кофрами смещаются в сторону заднего смещения, иногда достигая 45/55.

Электрические мотоциклы сталкиваются здесь с конструктивной проблемой: аккумуляторная батарея часто выдвигается назад, в пространство, которое раньше занимало более легкие компоненты, смещая массу к задней оси. Некоторые производители решают эту проблему, располагая двигатель ближе к передней части маятника и прокладывая вперед тяжелые жгуты проводов. Платформа Energica, например, спроектирована для достижения Разделение спереди и сзади 48/52 — слегка смещен назад, но в пределах диапазона, в котором современная геометрия шасси и антипробуксовочная система могут полностью это компенсировать.

Заметным последствием смещенного назад распределения является небольшое снижение чувствительности передней части и точности рулевого управления на низких скоростях - гонщики, привыкшие к тяжелым передним спортивным мотоциклам с ДВС, могут поначалу обнаружить, что электрическое рулевое управление мотоцикла кажется немного нечетким или плавным на переднем колесе. Это восприятие уменьшается по мере того, как гонщики адаптируются к разным точкам баланса и соответствующим образом перекалибровывают время входа.

Различия в настройке подвески, обусловленные массой электрической платформы

Дополнительная масса электрических мотоциклов требует перекалибровки подвески по сравнению с аналогами с ДВС. Жесткость пружин должна быть увеличена, чтобы предотвратить чрезмерное провисание под более тяжелой неподрессоренной и подрессоренной нагрузкой, в то время как кривые демпфирования нуждаются в корректировке, чтобы предотвратить перегрузку вилки и ударов большей инерцией во время переходов сжатия и отскока.

Для водителей, оценивающих электрический мотоцикл или уже владеющих им, следует несколько последствий:

• Заводские настройки подвески откалиброваны с учетом удельной массы электрической платформы — не предполагайте, что детали модернизации подвески ДВС можно напрямую переносить.
• Гонщики с более легким весом (менее 70 кг) могут счесть заводские пружины слишком жесткими, и им потребуется подрессорка, а не простая регулировка предварительной нагрузки.
• Добавление багажа или пассажира на заднем сиденье значительно усиливает смещение веса задней части автомобиля; Регулируемая предварительная нагрузка сзади особенно важна для электрических мотоциклов, используемых для туризма.
• Необходимо проверить номинальную нагрузку шин. - некоторые электрические мотоциклы приближаются к номинальной нагрузке шин, используемых на эквивалентных моделях с ДВС, или превышают ее, поэтому требуется подтверждение того, что характеристики установленных шин соответствуют фактическому весу в снаряженном состоянии.
  
  

Направление движения: твердотельные батареи и возможности CoG

Текущий вес и профиль центра тяжести электрических мотоциклов являются результатом сегодняшних ограничений технологии аккумуляторов, а не постоянной характеристикой платформы. Твердотельные аккумуляторы, предназначенные для мотоциклов в конец 2020-х - начало 2030-х годов , обещают плотность энергии на уровне упаковки около 400–500 Втч/кг, что примерно в три раза превышает нынешнюю производительность литий-ионных аккумуляторов. При такой плотности блок мощностью 20 кВтч будет весить примерно 40–50 кг вместо 125–155 кг.

Эта трансформация позволит электрическим мотоциклам достичь подлинного паритета веса с машинами с ДВС, сохранив при этом преимущество низкого центра тяжести, поскольку дизайнеры по-прежнему смогут расположить меньший и более легкий пакет низко в раме. Тогда преимущества электрической архитектуры в управляемости полностью проявятся без нынешних массовых компромиссов, что представляет собой фундаментальный сдвиг в динамическом сравнении электрических мотоциклов и мотоциклов с ДВС.