如何选择中置驱动电动自行车电机?
在国际疫情影响下, 自行车市场近年来呈现罕见的增长态势, 与国内上下游工厂加班加点生产出口. 其中, 电动自行车增长迅速. 在可预见的未来, 电动自行车必将成为国内自行车行业新的增长点.
电动助力自行车, 从广义上讲, 是一种电动辅助自行车, 与纯电动自行车或电动汽车不同, 仍然需要手动步进和驱动. 电动机仅起辅助功能. 在额定工况下对自行车进行辅助工作, 让骑行更轻松, 提高整体耐力，降低骑行难度.
从最早的电动通勤车到今天的电动山地自行车, 道路车辆, 和碎石车辆, 电力系统的发展已经能够在技术上实现车型的全面适配. 我们可以看到是否是普通的硬尾XC, 越野森林车口味较重, 或道路车辆, 有电力的影子. 我在长期的骑行经历中也经历了电力产品的不同发展阶段和形态. 下面是一个简单的分享.
电动助力的外在表现一般分为轮驱动和中驱动.
早年, 由于设计理念和车身结构, 一些通勤和旅行车辆采用前轮驱动的形式 (如日本松下的单速通勤车、小米的电动折叠自行车). 前轮花鼓设有驱动电机, 电机被集成到花鼓中. 上电后, 电能转化为机械能. 这种方式结构比较简单，成本较低, 也是目前市场上改装电动自行车的主要形式之一.
然而, 前轮驱动存在很多问题. 第一个问题是重量. 前轮比较大而且重. 前轮增加几公斤的重量将对日常操控产生重大影响; 第二个问题是阻力. 当电池电量耗尽时, 轮毂电机会增加骑行时的阻力, 并结合自身重量, 会影响骑行体验; 第三个问题是适应性问题. 制造商需要为前轮电机准备轮组. 如果是普通通勤车辆, 这不是一个大问题.
然而, 如果是高端运动自行车, 厂家准备的轮组无论是在等级还是适应性上都存在不足; 此外, 前轮电机的自重和驱动力可以增加前制动器的压力, 加剧制动损失, 并且在严重的情况下, 可能会导致一些安全问题; 轮毂电机在能耗方面也不具备优势. 所以, 这种驱动形式在运动自行车上没有得到广泛推广也在情理之中.
与前轮电机相比, 后轮电机的结构比较复杂, 还需要考虑传动系统的匹配, 如塔座飞轮, 这导致更高的成本. 然而, 后轮电机也有一些难以克服的缺点. 首先是它的完整性, 这使得市场上很难找到可用于改装和匹配品牌轮圈的后轮电机.
所以, 还是需要厂家准备轮组, 对于不同机型的适配非常不方便, “对轮组后期升级也有影响, 而前轮电机的重量问题在后轮电机上依然存在. 后轮电机驱动在某些环境下容易打滑, 当没有电源时, 它仍然带来显着的骑行阻力. 电机位于轮组位置, 在长期振动或恶劣的工作条件下会影响其寿命。”.
这三种形式中, 中央电机无疑是最佳解决方案. 虽然中央电机也有较大的重量, 置于车架五通段不影响前后轮平衡重量, 并且还可以降低重心. 同时, 中央电机内部常采用离合器传动齿轮, 在不踩踏或电池没电时可自动切断电机与传动系统的连接, 所以它不会造成额外的阻力.
与轮毂电机相比, 中央电机系统的电动自行车可以自由更换轮组，不影响后期升级. 可以说，中央电机代表了运动自行车电动助力系统的技术方向, 是运动电动助力自行车结构问题的解药. 所以, 也是各大品牌竞相研发的战略重点.
市场上有很多品牌生产中置电机, 但著名的仍然是几个行业领导者，例如 博世, 雅马哈, ETC. 他们几乎垄断了高端市场, 而且价格自然也是非常高端. 岛野, 捷安特等自行车品牌几年前也进入中置电机市场, 抢占一部分中端市场. 八方等国产品牌, Qingke, 纽瓦克, 尼科, 乔奇, ETC. 也密切关注, 并推出各种电机系统, 逐步填补市场空白.
对于消费者, 他们今天选择的电力辅助品牌实际上并不是 “选择汽车”, 而是选择电力辅助系统. 由于外观限制, 中置电机通常需要与底盘深度结合, 目前尚无统一的外观规范或国际标准, 因此很难评估同一轨道上的不同电机系统.
所以, 也希望国内电机厂商能够先内部联合起来，确定一个内部的 “国家标准” 为了行业的面貌, 这将使整车制造商更容易设计车架，并为上下游零部件制造商提供更多想象空间. 同时, 它还可以迫使国外主要品牌考虑统一标准.
然而, 排除车架驱动轮组等外部因素, 如何评估中枢运动系统非常简单. 无论是传统自行车还是电动自行车, 参数和配置是次要的, 而核心问题始终是好不好骑. 在此背景下, 中央电机之间的比较是有道理的.
根据我的经验, 良好的中置电机系统需要速度快, 准确的, 无情, 且经济, 以及实现低存在感.
快速地 – 电源响应速度要快, 与许多汽车不同, 更喜欢将加速器调整为 “懒惰的”. 自行车, 尤其是运动自行车, 专注地踩着，从一只脚走到另一只脚. 对于带有电动助力的运动自行车尤其如此. 如果踩踏有延迟, 会对骑行节奏产生很大的影响. 博世中央电机响应速度可达 50 毫秒, 一些国产中置电机响应时间甚至更快.
准确的 – 中央电机输出功率要准确, 并且不能被踩到, 也不可以 “起飞” 立即地. 不同档位之间的输出变化应呈线性, 最终达到尽可能多踩的效果, 实现人车一体化.
残酷的 – 扭矩要大, 这是中置电机的先天优势. 通过内部离合器齿轮组合, 可以达到扭矩放大的效果, 无论是否平坦路面骑行都能获得更高的扭矩, 攀登, 或在负载条件下.
经济 – 能耗低, 提高续航无非两点, 打通来源、降低成本. 使用更大的电池组是一种选择, 但由于目前的技术水平, 电池能量密度几乎是固定的, 而且自行车不能配备夸张的电池. 所以, 着力提高中央电机能耗水平.
低存在感是指骑行时需要安静、平稳. 最好让人们忘记他们正在乘坐电动辅助车辆. 骑行时没电时, 不应该有拖拉. 最重要的是, 中央电机应足够坚固耐用, 具有良好的防尘防水性能, 不应该让车主担心后期保养.
以最近测试的Newark SP20中置为例 以电机系统为例, SP20具有动态监控系统，由内置扭矩传感器和两个速度传感器组成, 可以在毫秒内准确捕捉脚步动作. 通过纽瓦克自主研发的算法进行分析, 辅助补偿指令输出至电机, 无空步或长功率响应过程, 迈步或行走时实现快速响应，无延迟, 上坡起步时更方便 – 快速地.
同时, 指令信号通过FOC以正弦波方式控制电机 (磁场定向控制) 和正弦脉宽调制 (正弦波脉宽调制) 技术实现准确、流畅 电机的控制 扭矩输出. Newark SP20的控制算法还可以结合各种传感器的实时数据，使电机的输出与步进的力量相匹配, 修正输出功率, 对真实路况和踩踏场景进行补偿和平滑，实现精准助力.
SP20系统中额定功率250W、峰值功率500W的电机采用外转子结构, 比传统内转子电机具有更多级数. 减速机构用于放大扭矩, 在低速情况下可以产生更大的扭矩. 不仅能满足平坦道路巡航的要求, 还能轻松应对长距离爬坡.
在能源消耗方面, SP20系统采用更高强度的空心主轴, 结合轻量化设计, 减轻了中央电机的重量，减轻了整车的负载. 同时, 它还减少了中心轴驱动的摩擦阻力, 提高转换效率, 并且可以达到接近的极限范围 100 搭配36V锂电池后行驶公里数, 中短途出行无需担心电量问题 – 节约能源.
此外, SP20 中置驱动电动自行车电机的耐用性也得到了优化. 通过三点固定方式与框架稳定连接, 确保电机稳定运行, 减少颠簸时电机系统的过度振动, 并有效抑制噪音. 电机采用半包裹式设计，最大限度地散热，降低电机过热引起的故障风险.
包装工艺也更注重耐用性, 采用防水防尘设计. 电机与外壳采用密封工艺组装, 电路板经过防水漆处理, 主轴配有防水油脂和密封圈, 并且线束接口采用防水插头. 理论上, 免维护效果 – 可以实现低存在感.
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虽然国内消费者对电动自行车的关注点仍主要停留在 “品味水平”, 不可忽视的是，越来越多的国内厂商开始参与电动产品的研发.
所以, 作为自行车运动的参与者和相关产品的消费者, 我们有必要加深对电动自行车的认识. 我也相信 E-Bike/Piedelec, 电动自行车, 不应该只是一个 “玩具” 适合国际大亨玩家. 随着技术进步和成本降低, 电动自行车终将进入越来越多的家庭.
绿天电力公司, 有限公司. 是一家从事研究的专业制造商, 发展, 生产, 原始设备制造商摩托车, 出售中置驱动电动自行车电机.
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