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电助力车?这里有十点你务必知道的事

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正本清源,什么是E-BIKE电助力自行车?

我们国内通常所说的E-Bike是指电助力自行车,最初起源于日本,后在欧洲发展壮大。按照欧盟法规,相关产品通常分为三大类:电动助力自行车 (Pedelec)、高速型电动助力自行车 (S-Pedelec) 和电动自行车 (E-Bike)。

Pedelec 是英文 Pedal Electric Cycle 的缩写,这种车型通常只有在主动踩踏时,电机才会对骑行者提供助力,因此也称作半踩踏式电动自行车,也就是我们现时车友通常意义上讲的“E-Bike”。 

利用不同的助力模式,电动助力自行车 (Pedelec) 的踩踏助动可以满足不同用户的特殊要求,通常会根据助力强弱来划分档位,也有品牌会根据应用场景来做档位区分,例如平路、越野、爬坡、下坡。当然助动程度会影响电机助力的续航里程以及蓄电池的能耗。 

不同国家对于电动助力自行车 (Pedelec)的额定功率和速度限制也有所不同。按照欧盟标准,电动助力自行车 (Pedelec)的电机额定功率不得超过 250 W。在达到 25 km/h 的时速后助力自动关闭,如果低于这一速度,将再次自动开启助力。一些电动助力自行车 (Pedelec) 还拥有推行辅助系统,当车友推行时,可通过按键激活推行辅助系统,此时单车会匹配步行的速度向前行进,让推行更加轻松省力。

S-Pedelec是电动助力自行车 (Pedelec) 的高速车型,也称为高速型电动助力自行车。它的工作方式与普通电动助力自行车 (Pedelec) 相同。也是需要人力踩踏,电机才会给出助力,不同的是,高速型电动助力自行车(S-Pedelec)的额定功率和断电速度阈值更高,同样按照欧盟标准,高速型电动助力自行车 (S-Pedelec)的额定功率上限提升至500W,当速度超过45km/h 时,电机才会断开助力。因此在德国,高速型电动助力自行车 (S-Pedelec) 根据交通法已归入轻型摩托的类别,因而这一车型需要强制购买保险,并获得使用许可。并且在骑行需要佩戴“合适的”防护头盔,必须安装反光镜,不得占用自行车道。        

在一定条件下,电动助力自行车 (Pedelec)可通过刷程序更改限速,变身成为S-Pedelec;当然,绝大多数的私自改装都会触碰当地国家法规,各位车友请勿以身犯险。

电动自行车的第三个类别便是电动自行车 (E-Bike) 车型,E-Bike是ElectricL Bike的简写,它和助力自行车最大的区别在于,即便没有踩踏踏板,车辆也会受到电机驱动,某些通过油门手柄或按钮起动的电动自行车 (E-Bike) 最高可达到 45 km/h 的时速,所以在欧洲,电动自行车 (E-Bike) 属于轻型摩托的类别,需要购买保险以及上牌。

说到这里有的车友可能会问,E-Bike怎么成电驴了?事实上,在日常语用环境中"E-Bike"也可泛指Pedelec和S-Pedelec车型,这种用法在运动自行车领域尤为常见,很少有品牌商会将产品细分到Pedelec和S-Pedelec,大家都约定俗成地用E-Bike代指自家的电助力自行车产品。久而久之,ElectricL Bike的原始属性慢慢淡去,并逐渐行成了我们现在所说的“E-Bike”即“电助力自行车”。

电助力系统的工作原理

无论是何种品牌的电助力系统,其本质都是将电能转换成动能,并施加在单车的传动系统中,让骑行变得更轻松省力。而我们常说的电助力系统,实质上是包含传感器、控制器、电机三部分。

电助力系统工作时,传感器将侦测到的速度、踏频、力矩等数据传递给控制器,控制器通过计算发出指令控来制电机运转。值得一提的是,绝大多数电机并不是直接作用于传动系统,电机以高转速低扭矩输出动力,需要通过减速系统,将扭矩放大,同时让输出转速接近人腿的踏频(中置电机)或者轮组的转速(轮毂电机)。

同轴电机,平行轴电机

上文提到,电机将电能转换为动能后并不是直接施加在传动系统上,而是要通过一系列降速装置,将扭矩放大、转速降低。因此,对于中置电助力自行车来说,电机动力输出轴和自行车的牙盘轴在结构上是两根轴,中间由降速机构链接。而我们根据这两根轴相对位置的差异,可以将中置电机分为同轴电机(也叫做同心轴电机)和平行轴电机。

图为Shimano中置电机的传动结构,右侧的白色小齿轮连接的就是电机的动力输出轴,而最左侧连接的是牙盘轴,两轴一左一右处于平行位置,中间由一系列传动齿轮接连,因此这种结构的电机被称为平行轴电机。

图为BOSCH(博世)电机的内部结构,电机输出轴在后部,牙盘轴在前部,同样为平行轴结构。

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▲由于平行轴电机需要较长的内部腔体空间,因此体积较大,呈冬瓜型

▲TTIUM天腾动力研发的同轴中置电机

同轴电机,顾名思义就是牙盘轴和电机的动力输出轴在同一轴心线上,此类电机多为外转子电机,利用电机定子内圈和两侧的空间来安置减速系统,因此同轴电机的外观看起来更小巧,内部结构更紧凑。

不过在有限的空间内,实现多级减速、同时还要兼顾扭矩、散热并且保证传动轴的同心度并非易事。前期我们介绍过的倍速出行电助力自行车所采用的TTIUM电机就是典型的同轴中置电机。作为一个后起的国产品牌,在众多技术壁垒的环境下能够闯出一条新路,并且拥有三项世界专利技术、二十一项国家专利技术和终身唯一编号,确实值得钦佩。

中置、花鼓那家强?

目前市场上的助力电机系统大致可分为中置式和轮毂式两种。中置电机是指驱动电机安装在车架五通位置的电机(分原生一体式和五通外挂式),该电机与车身连接,并通过链条与后轮进行连接而传递动力。轮毂电机是指驱动电机安装在车轮毂位置的电机,该电机直接作用于轮组。

对于运动车型而言,一体式中置电机无疑是最佳的选择。

首先,电机驱动系统位于车架五通处,不会影响整车的前后重量平衡,而对于全避震车型而言,中置电机减少了簧下质量,后避震的反馈也因此更加自然,在越野操控上有先天优势。

其次,轮组的更换相对便捷,如果是轮毂电机,车友很难自行升级轮组,而中置电机就不存在这种情况,玩家可以购买车架组自行DIY,大大增加了可玩性。同时,优秀高效的轮组也能降低传动损耗,大大提升续航能力。

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,所以在防护方面更加有利,从而减少电机的损坏危险,降低故障率。

而对于非运动车型来说,选用轮毂电机无需对传统车架结构进行大改,加之低廉的成本更容易通勤代步类人群接受

大小牙盘?

经常关注电助力产品的车友可能会注意到,同样是中置电机的E-BIKE,有的牙盘大,有的牙盘小,这是为什么呢?

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▲Shimano电机上装配的是一个常规大小的牙盘盘片

▲在BOSCH(博世)系统和PESU MONSTER整车上我们看到的却是小盘片

关于这一点,在《狂野猛兽 PESU MONSTER电助力山地车开箱》一文中已经做过简单的介绍。

虽然电机搭配的是小齿盘,但实际踩起来并不慢,奥妙在于在电机的内部有一个机械的升速装置。用转速来弥补扭矩。即曲柄踩动一圈,牙盘盘片实际转二点几圈,因此十几齿小盘片等效于三十多齿盘片的踩踏效果。

用转速来弥补扭矩,一方面可以减小链条的拉力负担,这对于暴力输出的E-BIKE来说尤为重要。另一方面,牙盘轴高转速,减小了有限空间内电机减速机构的压力。减速装置的体积、运行负担、电机的整体体积都将减少。

不过凡事都有双面性,高转速会加剧小齿盘的磨损,需要从盘片材料上下功夫,同时设计师还需要解决小盘搭小飞的状态下,链条和后下叉干涉的问题。 

五花八门的传感器,当心被忽悠

目前市面上E-BIKE所使用的传感器可分为力矩传感器、踏频传感器、速度传感器。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。 

踏频传感器顾名思义是通过测量踏频来判断助力需求,基本上是踏频越快,助力越猛,踏频越慢,助力越弱。速度传感器同理,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。一些品牌为了掩人耳目提高逼格,也将其称作转速传感器或磁环传感器。而一辆靠谱的E-BIKE通常会将力矩、踏频、速度传感器叠加使用,通过综合运算来判断当前的骑行状态。

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控制程序:无形的上帝之手

同一部电机,同一辆E-BIKE,厂家可以通过刷程序让你感受到截然不同的骑行体验,这并不是玄学。上面我们提到,控制器监测到力矩、速度、踏频信号后,会将信号传递给控制器,控制器通过运算得出输出信号从而指导电机如何出力。控制器的运算法则就是我们所说的控制程序。

少数E-BIKE品牌甚至在APP上开放程序调试端口,允许玩家自由调整助力曲线,同一辆车,你可以让它初段起步迅猛,中段巡航平稳,末段加速狂暴,也可以让它起步平顺,中段加速灵敏,末段平顺限速。在当今的数字世界中,当硬件技术发展到一定层次,软件将会成为电机决定性差异的关键。

电机额定功率

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”,注意,电机的额定功率不等于峰值功率。许多车友习惯用额定功率来衡量电机的性能,严格来说是不对的,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。

一些国家和地区对电助力自行车的额定功率有强制的法规要求,例如欧盟标准是额定功率不得高于250W,而在美国的部分地区,这一标准则会被放宽至750W,在中国,新国标规定电动车和电助力自行车额定功率不得超过400W。

电池容量

许多人都习惯用毫安来表示电池容量,但严格来说,这是一个错误的表达方式。毫安是电流的计量单位,毫安时(mAh)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瓦时(wh)。以PESU MONSTER 整车上搭配的电池为例,电池电压为36V,容量为13.6Ah,如果换算成瓦时(wh),那就是13.6*36=489.6,即489.6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?

电池组内有乾坤

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电池控制系统(BMS)。

目前市面上的电助力自行车通常都是采用18650锂电池电芯,18650电芯寿命长、单位密度容量大、工作性能稳定。大名鼎鼎的特斯拉在整车上使用了数千颗18650电芯来保障续航能力。

需要注意的是,18650是电芯的规格型号(电芯直径18mm,长度65mm),即便是同一厂家生产的不同等级的18650电芯,其容量、耐用性都有差异,更不用说国际大牌和黑作坊的差距了。如果某个品牌含糊其辞说“特斯拉同款电芯”,此时车友们就要多留个心眼了。

提升续航的小技巧

续航能力是很多车友选购电助力自行车最看重的一项参数。其实在电量相同的情况下,使用一些节能小技巧就能有效提升续航能力。

合理运用助力档位

保持稳定的骑行节奏。许多车友一上车就喜欢将助力档位加到最猛,在长距离骑行时也频繁地拉扯,这样的操作对电量消耗无疑是非常大的。如果你想骑得更远,保持均匀的踩踏节奏以及恰到好处的动力辅助才是最节能的操作方式。

别忘了机械变速档位

拥有电助力之后便忽略了机械变速,开4档助力用11T小飞轮爬坡,这是很多老鸟都会犯的错误。在长距离爬坡时将机械变速用起来,能节省将近一半的电能,减少电机负荷和发热,并且降低对链条和齿盘的伤害。

图文来源:倍速出行

责任编辑:Kent

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  • 热门评论
  • Mr.kuin 2018-08-23 23:15

    觉得亮点在于,人家欧盟把电驴归到摩托车了

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    • 宅男之友 2018-08-24 09:12

      我觉得也就该这样

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    • 小朙… 2018-08-25 09:41

      对头

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    • pop牙盘 2018-08-26 15:56

      其实按我们国家的标准,好多电驴应该是算机动车了的,但是可能执行有难度吧

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  • 江淮人 2018-08-24 05:26

    直接买电动车得了

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    • 小朙… 2018-08-25 09:42

      老了就不一定会这样说了,兄弟

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    • 江淮人
      回复小朙…
      2018-08-26 05:08

      老了,更得买电动车了,骑不动了

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    • 火星方式 2018-08-29 18:52

      感觉大部分电动车的通过性都很差,最明显的例子是,很多共享单车都可以快速通过的路段,那些骑电动的却要频繁刹车,要不然那声音,简直就是要震坏的前兆

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  • 全部
  • 程默amkjdxcm 2018-09-17 09:12

    非常好的科普帖子,记得标哥说过一句话,电助力自行车不管怎么升级,永远都要是踩出来的~

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  • wangyue9 优秀评论员 2018-08-26 16:33

    隔行如隔山,我感觉好复杂啊~~

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  • 我疯故我在 2018-08-25 11:43

    好玩

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  • luwei103202 2018-08-24 13:54

    电助力是个伴成品,要踩踏才有,这是坑

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  • 骑车熊猫人 2018-08-24 10:49

    真的不好意思说中置电机的话博菲利了解下,虽然我觉得做了10多年,质量也就勉强合格。

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  • 114940844 2018-08-23 23:06

    一直在用崔克,博世电机

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  • 大M来袭 2018-08-23 18:46

    无论是1W整车还是6800的自组车架都是最便宜的,自组注意后12MM桶轴,前快拆。。。

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  • 贝小帅 2018-08-23 17:55

    这个很想试一下      !

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  • 大白不白 2018-08-23 17:45

    学习了呢!     !

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  • 李思龙 2018-08-23 17:30

    喜欢,想玩。

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