我国电动自行车技术现状及发展方向探讨

我国电动自行车技术现状及发展方向探讨

     
电动自行车是电动车家族中的一个重要成员。美国通用公司和克莱斯勒公司前总裁现都潜心于研究电动自行车及其电池，德国的奔驰公司和日本的本田、铃木、雅玛哈等世界知名的汽车、摩托车公司和松下（松下和丰田合作搞电动汽车）、三洋等世界知名企业都在投入巨资研发电动自行车的基础上，现已进入产业化阶段。
中国的电动自行车产业与世界同步发展。从技术角度看，我们并不落后于世界。中国的电动自行车之所以没有一家公司象电视、冰箱、空调、洗衣机、微电脑那样从国外引进技术、引进生产线，走了一条民族工业发展的道路，原因就在于此。我们要想保持住在世界的地位，不至于将来再度落后，必须在各个相关技术领域狠下功夫，加大技术开发、技术研究的深度、广度和前瞻度，避免起步不晚，最终落后的结局。
本文的目的是想从技术角度分析我国电动自行车技术现状及发展方向，供同行参考。由于笔者各方面的局限性，文中可能有不少错漏之处，望谅解。

一、传动部件技术
传动部件是电动自行车的心脏，其性能、质量、造价、可靠性等对电动自行车整车影响很大。因此它是整车生产厂家、经销商和每一个用户都很关心的问题。为此，现将国内外电动自行车制造厂家选用的传动部件及其优劣介绍如下：
1、摩带式传动
电机带动摩带头摩擦轮胎的传动方式。起源于美国，以ZAP公司为代表。日本、中国（含台湾）都有厂家使用过，但因摩带头易磨损进而造成打滑，传动效率不高，现基本不用。
2、中置式传动
将电机和减速机构放置于电动自行车的中轴位置，先驱动链轮盘，再通过链条带动后轮行驶。日本和我国台湾的一些厂家以前较多采用这种传动方法，国内使用过的厂家不多。
3、侧挂式传动
侧挂式传动属于轴传动范围，具有轴传动的所有优点。台湾和大陆均有厂家生产此类传动方式的产品。现有方案中，有的减速比大，齿轮磨损快，噪音大。使用柱状电机者还需有伞齿轮，结构复杂，传动效率底。
侧挂式传动是电动自行车传动方案中比较理想的方案，设计好了可以实现液态油润滑，达到高效率、高可靠性、大扭矩、长寿命、低重量、低噪音、低成本等目标。
4、轮毂式传动
轮毂式传动效率高，造型精巧，不破坏自行车的传统结构。它是具有“中国特色”，世界各国现已越来越多地采用轮毂式传动方案，SANYO早就采用，YAMAHA最新款电动自行车也为轮毂式。
轮毂式传动还可分为“交流”和“直流”、“高速”和“低速”几大类。
1）交流轮毂电机
最近，意大利开发出一种三相交流低速轮毂电机，380V、240W，前轮驱动。交流电机的好处是功率强劲，无噪音，寿命长，制造简单，价格低廉。缺点是调速控制和电池的直流输出要逆变为交流输出，制造成本目前偏高。
2）直流轮毂电机
目前，国内绝大多数电动自行车厂家均使用外转子式直流轮毂电机。
直流电机带齿轮减速器构成的轮毂电机称之为高速轮毂电机。
优点：重量轻，通过减速增力，扭矩大，爬坡性能好。
缺点：难于实现液态油润滑，齿轮磨损较快，寿命受到影响，噪音偏大。近年来，由于种种原因，市场份额大幅度下降。但它的体积小、重量轻、扭矩大等优点，目前还是别的轮毂电机所无法比拟的。只要做好，仍有很好的市场。上海某电机厂采用盘式线绕有刷电机带一级行星齿轮减速、通过外齿圈实现外转子轮毂电机的方案，从扭矩、寿命、噪音到可靠性各方面都取得了较好的效果。如果体积不增加而电机的功率再大一点，在中等以上坡度路面上使用，是一个较好的产品。
低速轮毂电机是指没有齿轮减速的通轴结构轮毂电机。由于没有齿轮减速，为了保证达到骑行所需的功率、所应具有的效率、足够的扭矩和合乎标准的转速，低速电机轮毂必须要有高性能磁性材料和设计合理的几何尺寸；必须要有足够的矽钢片叠数、厚度及相应的尺寸；还必须有满足要求的漆包线线径、圈数、匝数，因此低速轮毂电机重量普遍较大。有人说他们的低速轮毂电机如何如何好，其理由之一是重量很轻，其实这正是其性能指标不可能好的证据。在新原理、新材料、新工艺出现之前，重量太轻的低速轮毂电机绝不能用。低速轮毂电机生产设备相对简单，制作工艺不太复杂，便于批量生产，嵌线工序目前在全世界范围内尚难实现机械化，均为手工下线，我们中国人手巧、劳动力相对便宜，因而造价低廉，在国际市场上极具竞争力；无齿轮减速，噪音很低，寿命、可靠性都很好。因此它是电动自行车用轮毂电机中比较理想的一种传动部件。
低速轮毂电机又可分为“低速无刷”和“低速有刷”两种。
低速无刷轮毂电机从技术性能指标看，要优于低速有刷轮毂电机。但是低速无刷轮毂电机内部有三个霍耳转子位置传感器，其安装位置的精确性、性能参数的一致性、经过一段时间使用后性能参数的漂移幅度变化等都会对低速无刷轮毂电机的性能产生影响，搞不好甚至会产生缺相而无法正常使用。其次控制系统比较复杂，控制器包含“转子位置译码电路”、“换向信号转换电路”、“功率开关电路”、“控制功能电路”和“保护电路”等五大部分组成，因此一个设计完善的低速无刷轮毂电机控制器相对比较复杂，价格较高。如果我们不片面追求低价位，很好地解决上述设计、制造等问题，低速无刷轮毂电机是完全可以使用，是性能指标优秀的好产品。
低速有刷轮毂电机从性能角度看不如高速有刷、低速无刷，尤其在大扭矩情况下使用时效率和高速无刷相比比较低，因此在同等容量电池条件下，行驶距离略少。但是，如果很好地解决换向短路造成效率下降、碳刷弹簧压力变化造成接触电阻变化而打火等，它的可靠性很好，加上有刷控制器相对简单，已是成熟产品，其总体价格相对便宜。所以，合格的低速有刷轮毂电机只要设计对头、使用得当，应是理想的选择。如何使用得当呢？既然我们知道低速有刷在大扭矩情况下效率较低，假如我们在平坦路面上使用，譬如在北京等地区使用，骑行人的体重又在75公斤以下，它将是一个价廉物美的好产品。尤其是我们可以充分利用其定子中间有一个空间安装力矩传感器，使其成为智能轮毂电机，使用电流通常在2.5A-5A之间，充分利用其高效率区域，这将是另一个方向性产品，它必将在智能型和智能双控型电动自行车方面发挥巨大作用。
这里必须引起有关整车厂家值得注意的问题，那就是对轮毂电机的选用要根据使用地点、使用对象、使用条件进行分别考虑。我们都知道一个事实，那就是奥迪、别克、桑塔那、夏利、奥托的发动机绝不可能是一种功率，一种性能。电动自行车用轮毂电机几乎都是一种功率，均为36V、150W左右，这样做的结果必然导致失去很大一块市场。现在，造型设计已经取得了长足进步，与前几年的单调局面不可同日而语。轮毂电机则不同，尽管三种电机，三国演义，每人各执一端，不是理性地分析对待，而是只说自已选用的就是最好的。一些（请注意我说的是一些，而不是一个、两个或少数几家）产量在国内名列前茅的大厂也是一样，跟着喊某某轮毂电机好、某某轮毂电机不行。其实这是偏见、误解。关键在于你是否了解各种轮毂电机的性能，根据不同的使用环境，再决定使用选择120W-240W之间的何种功率、那种类型的轮毂电机。只有这样才能

物尽其用，各得其所。整车厂家不能对胖子说“不”，不能对高度、坡度不大的丘陵地区说“不”，也不能不允许人家带重量不大的货物。另一方面，也不要浪费，不要让路面质量较好而平坦、使用者体重不大的人去购买大功率、大扭矩轮毂电机的电动自行车。
总之，电机制造厂家要从技术到工艺等各方面下大功夫，制造出质优价廉的好产品。过去轮毂“只有中国有，现在情况有了很大变化，欧、美、日本都开始生产轮毂电机和轮毂式传动的电动自行车。他们的产品具有制造精良、设计合理的明显优点。我们不要在轮毂电机这个产品上起步早，然后是“技”不如人，再从国外引进技术、引进生产线，落到人家后头。

二、智能型和智能双控电动自行车
原理介绍：
智能型电动自行车是指脚踩启动、脚停断电的电助力自行车。这种电助力自行车不具有任何机动功能，应该100%属于非机动车范围。欧美、日本对其均按非机动车对待，允许它合法上路骑行。又由于欧美、日本基本没有非机动车道，大都在人行道上骑行。
智能型电动自行车大体可分为三种电助力模式：
恒电助力式：恒电助力自行车是电助力自行车中结构最简单、可靠性很好的产品。它可不用力矩传感器，只需一个开关信号即可提供电助力。
恒脚踏力式：恒脚踏力式电助力自行车是智能型电动自行车中的另一种类型。骑行过程中人的脚踏力恒定不变，电助力随路及其他因素而变化。这种模式中，传感器和微电脑控制器相对复杂些。
比例助力式：比例助力式电助力自行车是目前全世界普遍采用的模式。骑行时，人的脚踏力由力矩传感器测量出来，经过微电脑处理，电机输出相应的功率，使人的骑行十分省力。人的脚踏力越大，电机输出的功率即电助力也越大，相反亦然。
智能骑行的最大优点是省力、安全、省电和使用方便。欧、美的大部分国家和日本都只许智能型电动自行车上路。
智能双控
智能双控型电动自行车是既可智能骑行、也可手控行驶的一种新的控制方式。智能骑行时和纯智能型电动自行车一样，手控行驶时和纯电动型电动自行车一样。它和智能车不同之处仅在于微电脑控制器的软硬件略有不同。智能双控型电动自行车是十分适合中国国情和目前电池不完全过关条件下使用的产品。纯电动和纯智能行驶，人都会有疲劳感，交替使用则很轻松；启动、上坡、顶风和加速时智能行驶，减少了大电流使用状况，十分省电，这样既可延长电池寿命，又可增加续驶里程；路况较好、人流稀少时，手控行驶；路况较差、人流稠密时智能骑行，十分安全。智能双控这种控制和使用模式如果设计得当，实现智能和手控之间的无间隙切换，使用十分方便。在中国的大中城市里如果使用这种车种，更加安全、省力、省电。