电动自行车的性能评价——兼剖析业界存在的错误认识

(原)路西法

宁波北斗科技有限公司总工程师　　周长进教授
众所周知，电动自行车由车体和附件，电机和控制器，蓄电池和充电器等五大部件所构成。电动自行车整车性能取决于五部件的性能质量以及相互匹配情况。整车设计和部件选配应从电气、机械、力学和人体工程等方面综合研究分析，在此基础上通过优化组合才能制造出性能优良、成本低的电动自行车。电动自行车不是五部件的简单拼装，否则难以达到国标的技术要求。
评价电动自行车的性能优劣，主要从以下几方面：
最高车速：
国标GB17761规定，电动自行车的最高车速为20Km/h，这是一否决项目，是必须遵守的。但目前在国内市场上，违反这一规定的尚不在少数，有部分车速达到（28～30）Km/h，以满足少数人不合理的要求。另外，对于最高车速不同的电动自行车，是无法比较其充电一次续驶里程、加速性、爬坡能力和过载能力等性能的优劣，比较的前提是在符合国标规定的最高车速条件下进行。
充电一次续驶里程：
国标GB17761规定，续行里程是对蓄电池充足电，以最高车速电动骑行到欠压保护装置作出反应为止所行驶的里程。在此说明这里所述的续行里程不是电池充足电后所能行驶的最远里程，最远里程是用经济车速行驶的里程。对于使用铅酸电池的电动自行车而言，经济车速约为（15～16）Km/h。
显然，充电一次续驶里程是系统效率的反映，系统效率越高，充电一次续驶里程越远。对于电动自行车而言，系统效率
ηS=ηC·ηM·ηT·ηR
ηC—控制器效率
ηM—驱动电机效率
ηT—传动机构效率
ηR—轮胎效率
实际上，人们往往注意了电机效率和传动机构的效率，而忽略了控制器在载波状态下其效率降低较多这一事实。基于这一点电动自行车在最高车速（功率管全导通）骑行系统将有较高效率。另一方面，轮胎效率对系统效率影响也很大，但往往未引起人们的重视。轮胎效率和轮胎规格尺寸、花纹和橡胶材料等因素有关。对于电动自行车轮胎应选用13/8″～1.75″、表面平滑、材料软硬适中的材料。
加速性：
　　电动自行车的加速有快慢之分，无好坏之别。有人喜爱能在较短时间内加速到一定车速的电动自行车，但也有人不喜爱这种车。因为加速快的车在加速过程中由于惯性等原因而产生抖动，加速越快的车子抖动幅度越大，范围越小，骑行稍有不舒适的感觉。相反，加速慢的车子，这种抖动幅值较小，范围较大，骑行者对抖动感觉不明显，不过加速时间较长。电动自行车的加速快慢取决于加速转矩的大小。由式：
　　　　　　　　 ME=MO ML Jdω/dt
式中：Me=KMIMAX—电磁转矩
　　　　 KM—转矩常数
　　　　 IMAX—控制器可连续输出的最大电流或限流值
　　　　 MO—空载转矩
　　　　 ML—负载转矩
Jdω/dt—加速转矩
J—转动惯量
dω/dt—机械角加速度
也可写成： Jdω/dt= KMIMAX －MO－ML
对于电动自行车而言，ML和载重、车速、轮胎规格、气压、路况、风力大小和方向等因素有关。由此不难看出，对于转矩常数大，控制器输出电流大而负载转矩小的电动自行车加速快。
加速性是过渡过程中性能体现。
4爬坡能力
电动自行车匀速爬坡时，其转矩平衡方程式如下：
Me max= ML Mα
式中 Me max=KMIMAX —连续产生的最大电磁转矩
ML —以爬坡相同车速行驶在平路上所需转矩
Mα = G·sinα·D/2
G—车重 载重
α—坡度角
D—轮胎直径
由上式看出，电机连续输出的转矩越大，可产生爬坡转矩也越大，爬坡能力越强。另外，重量和轮胎直径越小，在同样爬坡转矩作用下可爬的坡度角α越大。
爬坡能力是电机短时工作状态下的性能体现。
在一般情况下，爬坡和平路正常行驶相比毕竟所占比例较小，为提高的电机的负载率，降低电机制造成本，对于电动自行车电机的设计或选择时对爬坡转矩不在额定数据中考虑，爬坡转矩由电机过载承担。
5过载能力和负载性
过载指转矩过载或功率过载，一般是指转矩过载。由上不难看出，转矩过载能力和上述爬坡能力是一致的，二者本质相同，仅表述不同而已。
对于电动自行车而言，过载能力、负载性和电机的机械特性有关，电机的特性硬，则过载能力强，负载性好。
而电机的机械特性取决于阻尼系数F
F=KmKe/Ra
式中 Km—转矩常数
Ke—反电势系数
Ra—电枢电阻
F越大，机械特性越硬，负载能力越强。
对于电动自行车，除上述几项指标外，还有通用要求，如安全性，制动性，驾驶平稳舒适，调速平滑，振动小，噪声低，重量轻，造型好，外型美观大方等，这里不再叙述。
但是，目前在行业内部，在消费者中间普遍存在着诸多不正确的认识和说法，如不及时加以澄清和纠正，必然影响到电动自行车行业的发展。
首先是电动自行车电机功率选择问题。
电机功率并非越大越好，电机功率由车重、载重和车速决定。国标17761对车重、标准载重和车速都作了明确规定：其整车质量应不大于40Kg，标准载重75 Kg，最高车速应不大于20 Km/h。在这样的条件下，电动自行车的驱动功率经实测和计算仅为110W，若采用低速直接驱动电机的驱动方式，考虑到功率余量，选用额定输出功率为120W的电机则可。若采用其他驱动方式，还须计及传动机构的驱动效率来选择电机功率。
电机功率的选择仅考虑在最高车速平稳运行下所需的功率，而不计及爬坡和逆风行驶时增加的功率，这部分功率由电机的过载承担。因为爬坡和逆风等行驶的机率和平时正常行驶相比毕竟要少得多。若以爬坡、逆风等计算和选择电机功率，则电机功率可能要增加数倍，而这种电机一方面制造成本增加很多，另外在正常行驶时因负载率低，导致效率低，这将大幅缩短充电一次续驶里程。
在此特别指出，对于电动自行车而言，最重要的不是电机功率大小，而是电机的机械特性曲线M=f（n）。除此之外，还有作为电机负载的电动自行车自身的特性曲线ML=f（DL，V），两条曲线的交点真正才是电机工作点，从而决定了车速。所以对于不同轮径DL和车速V应该有针对性地设计专用电机，否则就达不到预想目标。所以把同等功率的电机装在不同规格的车上效果是不一样的。
从以上分析不难看出，盲目地不切实际地选择大功率电机未必是件好事情。它可能会导致出现很多问题。正确的作法是根据车速、车规格来设计、制造、选配电机，才能达到理想的匹配效果。

(原)钱百万

太长拉/.但是还是要顶一下呵呵

(原)自由自在

你可真能发啊！！！！

(原)我是卡卡

不愧为水王啊

(原)longpass

2000w电机的机械特性曲线M=f（n）与特性曲线ML=f（DL，V）这两条曲线的交点（电机工作点）是多少呢