倍速课堂 电助力自行车入门之技术词汇解析

2018-10-08 09:18:15

倍速课堂是倍速出行全新推出的一档电助力自行车知识科普类栏目。在这里倍速君将由浅入深地和大家分享电助力自行车的产品资讯、结构原理剖析、使用维护技巧、改装升级建议等内容。如果您觉得倍速君的文章对您有帮助,别忘了点击分享加关注哦。

开课第一篇,咱们从最基础的电助力自行车各项技术词汇开始讲起。

什么是电助力自行车

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"电助力自行车"也称作"电动助力自行车" ,英文名称为Pedelec(Pedal Electric Cycle 的缩写)。电助力自行车在传统自行车的基础上,增加了动力辅助系统,当骑乘者主动踩踏时,动力辅助系统会对骑行者提供助力,将腿部踩踏力量放大,尤其是在逆风、上坡、长途、负重的情境中,能够大大减轻骑乘着的体能负担。并且还能让体能不佳或者有运动伤害的人也可以体验到户外骑行的乐趣。堪称新时代的骑行利器。

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在骑行圈子里,许多车友们也习惯用E-BIKE(Electric Bike的缩写)来代指电助力自行车,严格来讲是不规范的。Electric Bike在国际标准中是指电动自行车,而电助力自行车没有纯电动模式,依然是人脚踩踏为主,与电动自行车是完全不同的两个品类,但由于约定俗成的习惯性叫法,E-BIKE等于电助力自行车也就慢慢被大众所接受了,好吧,不要在意那些细节。

动力辅助系统≠电机

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动力辅助系统也叫做电助力系统,它也被看作是电助力自行车的心脏。一套完整的动力辅助系统的硬件通常由电机、力矩/速度/踏频传感器、电池、码表显示器、控制器以及连接各种组件的线缆组成。

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而由于电机是动力辅助系统核心中的核心,所以许多车友会将电机与动力辅助系统划上等号。成熟的整车品牌为了确保稳定的产品品质,通常都会采购和使用整套的动力辅助系统,就如同我们常说的变速系统的"大套件"一样,而一些电助力自行车改装工坊出于种种原因,会使用非系列的拼装组件,在系统的兼容度和稳定性以及骑行体验上就要逊色很多了。

轮毂电机

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图左为中置电机,图右为轮毂电机

目前市面上常见的电助力自行车,根据电机安装位置可分为轮毂式和中置式(中驱式)两大类。轮毂式电助力自行车是将电机整合在轮毂(花鼓)中,根据电机的数量和前后位置,轮毂电助力自行车又有前驱、后驱、双驱之分。对于电助力自行车而言,轮毂电机的优势在于不影响车架的整体结构,设计改造成本低,传动系统的负荷小,因此被广泛应用于城市车型、小轮径车型和休旅车型上。

中置电机

中置驱动式的电助力自行车其电机是安装在位于车架五通的挂件上。中置电机的优势在于不会打破整车的重量平衡,车辆重心更好控制;对于全避震车型而言,中置电机相对于后轮毂电机,减少了簧下质量,后避震的反馈也因此更加自然。其次,玩家可以自由选配轮组,可玩性更高,日常的维护也相对便捷。第三,在越野骑行时,中置电机相对于轮毂电机所受的冲击更小,电机损坏的风险和故障率也更低,因此,中置电机是国际大牌的中高端运动电助力自行车的不二之选。

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电助力越野赛事中,车手们无一例外都会选用中置驱动的电助力战车

电机功率

我们常用XXX瓦来衡量电机的动力大小。严格来说,"瓦"是功率单位,电机功率是指电机的电流在单位时间内做的功,功率越大,单位时间内消耗电能越快,通常也意味着电机更动力或更足速度更快,但具体表现与电池电压有关。

这里还需要提到一个名词:额定功率。额定功率经常出现在电机的参数规格表上。通常我们所说的电机额定功率是指电机的额定输出功率,即在理想状态下可长期正常运转的最大输出功率,也有人将其称为"最大使用功率"。

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国内新版电动自行车安全技术规范,要求电助力自行车的电机额定功率不得超过400W

国际上,电助力自行车最大的销售市场欧洲的法规要求低速型电助力自行车的电机额定功率不得超过250W,高速型电助力自行车电机额定功率不得超过500W,在美国的部分地区,这一标准被放宽至750W。在中国,根据2018年最新的电动自行车安全技术规范,要求电助力自行车的电机额定功率不得超过400W。

需要注意的是,额定功率是实验室中的理想数值,并不等同于实际骑行中电机的工作功率,更不是电机所能发挥的最高功率。因为其中还涉及到电机的结构设计、额定电压、转化效率、输出扭矩等诸多因素,即便是额定功率一样的两款电机,也有完全不同的骑行体验。

速度传感器

速度传感器是用来监测车辆行进速度的组件,它的原理与传统的磁铁感应码表类似。通常,中驱电助力系统是将磁铁安装在车轮辐条上,位于后下叉内侧的传感器通过电磁感应侦测车轮转速,再根据预先设定的轮径最终计算得出车速。而部分轮毂式电助力系统则是将速度传感器整合在轮毂内部。

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值得一提的是,业界大佬Shimano今年新推出了磁铁整合式碟片,将磁铁整合在碟片基座上,这样不仅外观更简洁,更重要的是能够在残酷极端的越野路段中保证稳定的信号输出,当然这套系统的价格也足以让您的钱包的更加整合。

踏频传感器

踏频传感器是通过测量踩踏频率(曲柄或中轴的转速)来判断助力需求,踏频越快,助力越猛,踏频越慢,助力越弱。

市面上许多价格低廉的电助力自行车往往只配备了速度和踏频传感器,但这样的设定显然无法匹配真实需求,例如在爬坡或遇到逆风时,人的踏频和速度变慢,而电机却默认车友不需要太大的助力。因此,使用踏频/速度传感器的E-BIKE通常会加入纯电动模式,然而这一定程度上也背离了电助力的初衷。

力矩传感器

力矩传感器是通过测量踩踏发力后金属表面产生的细微形变,从而获得高精度的扭力数值,简单来讲就是监测车手踩踏的力量。

力矩传感器是三种传感器中最重要也是最有科技含量的部分,里面门道众多,后续倍速课堂将单独出一篇内容来跟大家聊聊力矩传感器的秘密。

电池容量:

许多人都会犯一个低级错误,那就是有安或毫安来描述电池容量。安是电流的计量单位,安时(Ah)才是正确的电池容量单位,而一些严谨的品牌还会同时标上电池的能量单位瓦时(wh)。通俗点来说,前者是表示一个水池里储蓄了多少水,后者则是用来说明释放这一池水能发挥出多大的效用,两者呈正相关。

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举个栗子,PESU MONSTER 350W整车上搭配的电池电压为36V,容量为13Ah,如果换算成瓦时(wh),那就是13*36=468,即468瓦时,约等于0.5千瓦时就是半度电,这样一说是不是更容易理解了?

电池类型:

与力矩传感器一样,电助力自行车的电池同样门道众多,鱼龙混杂。后续倍速君也会用单独一篇内容为大家详细说明,在本期的入门课堂中仅简单介绍一下当前电助力自行车市场上常见的电池类型。

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电助力自行车无论是外置式电池还是车架隐藏式电池,我们所看到的"电池"其实都只是电池包的外壳。拆开外壳里面是密密麻麻排列的电芯以及BMS(电池管理系统)。

目前市面上的电助力自行车通常都是采用18650锂电池电芯(电芯直径18mm,长度65mm,0表示圆柱形电池),常见的18650电池根据正极材料又可分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。18650锂电池电芯寿命长、单位密度容量大、工作性能稳定,是目前电助力自行车电池系统的主流选择。

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国外玩家爆改电池组案例,非专业人士切勿模仿

除此之外,市场上也有少数电助力自行车品牌对电池容量有极致追求,采用容量更大的21700锂电池电芯,相比于18650锂电池,21700锂电池单体容量可提升35%,电池系统能量密度提升约20%。但目前,21700锂电池的普及度并不高,电池的量产工艺或仍存在技术难题,前景光明但仍是任重道远。

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