扫盲帖:电助力自行车是个什么鬼?史上最详尽!

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倍力型自行车

“电助力自行车“又称“倍力车 ”,英文名“Pedelec”,源自于英文词组“Pedal electric cycle”,是一种新型的二轮交通工具。在许多欧洲国家,倍力车是一种在法律层面上有别于传统自行车和电动车的车辆,并且有自己的专用道路。

倍力车是一种由小型的电动马达辅助骑行者踩踏的自行车,它是一种低功率的电动自行车。然而,与其他类型的电动自行车不同的是,在很多国家,倍力车被道路管理局认定为传统的自行车而非电动助力车。当骑行者停止踩踏或者到达一定速度(通常是25km/h)时,倍力车里的电子控制器就会切断提供给发动机的电力。倍力车有助于在山区或者强逆风状态下行驶的人。倍力车可以是任何类型的自行车,但是倍力城市自行车却很常见。普通的传统自行车增加一些必要的零件,如马达、电池等,就可以转化为倍力车。

很多地方的法律将倍力车称为自行车而非轻便摩托车或摩托车。像S-Pedelecs(高性能倍力车)和能量需求电动自行车之类的无论骑行者是否踩踏都由发动机助力的其他类型的电动自行车,经常被称为轻便摩托车甚至是摩托车,并且骑行者必须满足适用于这些车辆用户的条件,如经许可、佩戴头盔、车辆登记等。

优点及缺点/倍力型自行车

相较于传统自行车,倍力车有很多优点:

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闪电电助力自行车

流动性:生活在山区的人可以骑倍力车而不是被迫使用像汽车、摩托车那样的全电动交通工具。这对那些不再像年轻时那样具有登山所需的剧烈运动能力的老年人来说尤其有用。

速度:骑行者在使用同等力量的情况下达到的平均速度更高,因此可以更快到达目的地。

省力:骑行者可以用更少的力达到相同的速度。这就意味着骑行者可以少流汗(特别是在爬坡时),因此着工作服骑自行车上下班就会减少很多麻烦,也就是说他们无需在准备工作前更换衣服或淋浴。

骑行范围:因为骑行者疲劳感降低,并且平均速度更高,所以可以到达更远的距离。

倍力车最主要的缺点就是其本身的采购成本,它的售价比同类型的传统自行车明显要高很多:它在德国的平均售价在1500至2000欧元。[1] 另外一个附加费用是发电机:充电费用以及电池的更换费用,加在一起每100km仅花费0.2至0.4欧元。

历史/倍力型自行车

1989年,Dolphin 电动自行车的创始人Michael Kutter设计并生产了第一辆倍力车原型。[2] 瑞士公司Velocity在1992年以Dolphin为名生产了第一辆可以投入市场的同类模型。

1994年,雅马哈以“助力”为名大量生产。

1995年,第一辆Flyer由瑞士初创公司BKTech AG通过电子商务投入市场。[3]

1999年,术语倍力车在Susanne Brüsch的论文中被首次使用。[4]

倍力车的市场渗透/倍力型自行车 编辑

目前市场上比较著名的几大倍力车品牌有:Keola、Smart、Sparta、Stella、Stromer、Specialized、Gazelle、Ontro等。


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Keola城市电助力自行车


欧洲

2011年,整个欧洲销售了90万至124万辆倍力车,比2010年增长了29%。预计在2015年,欧洲将有300万辆电动自行车出售,其中大部分是倍力车。[5]

德国

2012年德国的马路上有大约60万辆倍力车,增长已蔚为壮观:一年前,有31-34万辆倍力车在德国出售,这比2010年增长了55%。[6] 事实上,从2008年起,倍力车在德国的销售量以每年超过30%的增长率增长。相比之下,据德国自行车协会提供的数据看,2011年德国传统自行车有大约7000万的销售量。

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倍力车图册

德国95%的电动自行车实际上都是倍力车。

2013年,德国动力俱乐部对大量的倍力车做了测试,其中70%的倍力车由于安全性和耐久性效果不好未通过测试。

其他地区

欧洲的倍力车和电动自行车的销量仅次于中国。据国家统计局统计,行驶在中国道路上的电动自行车超过1亿辆。中国工厂电动自行车的年产量已经从1998年的5800辆增长到2011年的3300万辆。

倍力车在世界范围内的法律地位/倍力型自行车

在每一个国家或司法管辖区的法律上归为自行车而非轻便摩托车或摩托车对倍力车意义重大。如果倍力车被归为轻便摩托车或者摩托车,就会产生以下影响:不能行驶在自行车道上;需要车辆登记;骑行者需佩戴摩托车头盔;购买车辆保险。

这意味着在法律上区分倍力车和其他电动自行车(包括S-Pedelecs)是很重要的,因为它们很可能1)有超过250w的发动机,2)在发动机完全停止供电前,车速可能会高于25km/h,3)仅使用电机,即不使用脚蹬的情况下也可以行驶。如果以上三种情况中的任一种成为可能,那么这种自行车在法律上就更可能被归为轻便摩托车或摩托车而非自行车。

欧洲

奥地利

奥地利法律对两种电动自行车做了以下区分:

根据1967年机动车法,电动自行车是增加了电力驱动装备的自行车(因此混合驱动符合倍力车的定义);


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奔驰Smart巴博斯改装版

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ONTRO傲创高速电助力自行车

一种电力驱动交通工具(只有电力驱动)。

与摩托车不同,机动车法允许电动自行车(无论是混合动力还是仅电力驱动)作为自行车,旨在方便交通。

1.最大功率不超过600w并且

2.速度不超过25km/h

在奥地利法律规定下,不超过以上提供的标准的电动自行车或倍力车不需要许可或车辆登记。与普通自行车一样,电动自行车也要遵守自行车条例的规定,强制使用自行车道,并且在市场上受产品责任规定的限制。

在奥地利,S-Pedelecs(助力踩踏速度达45km/h)并不被归为自行车。法律上以这类车是否像摩托车那样点火发动为依据,决定他们是否可以注册为机动车(2010年10月起)。

瑞士

真正的倍力车就是自行车。

然而,任何电力辅助仅来自转动车轮而非踏板运动的倍力车,都需要有一个摩托车或小型摩托车的车牌、有效的驾驶执照和保险。

考虑到电力辅助会在速度到达25km/h时停止,骑行者无需佩戴摩托车头盔,但是,仅靠踩踏时也不能超过该速度。比如Specialized Turbo,因其没有25km/h的速度限制而被认定为小型摩托车,自2007年起,除了车牌(黄色,带有黑色字母)、驾驶执照和保险之外,骑行者必须全程佩戴摩托车头盔。

奇怪的是,自行车道上有很多未经登记的电动自行车和倍力车。此外,许多用户知道怎样通过简单的方法调整他们的倍力车克服踏板传感器,使得他们的倍力车未经进一步登记而违法。

亚洲

香港

倍力车和其他任何电力辅助的车都是违法的,初犯者罚款并监禁3个月,屡犯者达6个月。[7]

新加坡

在满足佩戴头盔、发动机输出限制在200w以下、速度达到25km/h发动机停止这三个条件时,倍力车是被允许的。

澳大利亚

2012年5月30日,澳大利亚参照EN15194标准和欧洲的倍力车模型,增加了新的电动自行车种类。这意味着自行车可以有一个额定功率为250w的发动机,但是仅能通过踩踏使其开始工作,并且在速度超过25km/h时停止工作。2012年9月18日,维多利亚州成为第一个修改当地道路法适应新规定的地区。[8]

技术因素/倍力型自行车

零部件

倍力车与传统自行车不同的地方在于倍力车配备了额外的电机,一块电池,一个用于电机与脚踏曲柄协调的电力控制系统。 大多数的车型都配备了电池充电等级的显示和电机功率调节的功能,可用于连续的以及分段式的电力支持。


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基本动力系统

倍力车基本架构图册

电池

除了电机之外,电池是倍力型自行车上一个非常重要的技术。 它通常采用可充电的镍氢电池(NiMH-Ni)或者锂电池(Lithium-ion)为电池材料。 电池的容量大多在24伏特(V)或36伏特(V)24安时(Ah)到15安时(Ah)48伏特(V)之间。总能量可达800瓦时(Wh),但大多数的电池容量保持在400瓦时(Wh)左右。(2013) 在理想的状态下,镍镉电池(NiCd)经过了一千次的电池循环次数后可以保持原有的85%的电池容量,这也说明了电池进入了衰减。镍氢电池(NiMH)大约可以循环400至800次。 根据不同的品牌和生产工艺,高倍率动力锂电池大约可以循环600至2000次。充电时间上,根据电池的不同,大约在2至9小时之间。电池的持久性要根据很多其他因素来判断。由于传统铅酸电池(lead-acid)在放电过程中功率是明显衰减的,所以使用一段时间后电机的最大功率是无法达到的。如今欧洲市场上很多厂家选用了重量非常轻的,同时价格也非常昂贵的锂电池作为动力来源;仅仅一块中等容量的电池就可以让倍力车在混合动力模式下续航超过100公里。锂电池耐寒性能较差,它不应该在冰冻的环境下进行充电。从安全角度去考虑,电池的化学成分和电芯质量显得尤为重要,特别要注意短路和过度充电的问题。磷酸铁锂电池(Lifepo4 AKA LFP),是一个例外,这种电池特别的安全并且无毒。

选择和评价一个倍力车电池优劣的时候,不仅要考虑电池的容量,还要考虑电池的循环次数、记忆效应、充电时间、重量、安全性以及环保因素。

选用镍镉电池(NiCd)的厂家在产品出厂时一般会配备一个AC交流适配器,用于在电池真正开始充电使用之前将其完全的放电,这样做有助于减少电池的记忆效应。镍氢电池(NiMH)的记忆效应相对小得多。锂电池完全不存在记忆效应的影响。

目前磷酸铁锂电池(Lifepo4 AKA LFP)相比普通锂电池有着更长的电池寿命。它可以明显的减少产品的使用成本。目前(2013),磷酸铁锂电池还没有完全的标配在倍力型自行车上,但是其中有一些厂家,(例如Beyond Oil, Keola,Voyage),已经将其作为电池组件的标配。

电机控制

用于启动和控制电机的方式,有如下几种可能性:

* 通过测量施加在踏板、曲柄或者与齿盘相连接的链条上的压力或者扭力

* 通过测量曲柄或者某些其他部件的旋转速度或者阈值

* 通过同时测量力和速度

* 通过测量加速度或者后拖车牵引杠上的受力

* 通过测量混合发电装置上的点能量

另外,速度是通过检测车轮转动得到的,具体的说,举个例子,将电机驱动至25公里每小时时切断供电。

这些测量参数可以进一步通过电子或机械的方式进行处理,可以用于电机的起停控制或者成为电机持续供电控制的方式。

供电量是根据传感器数据(受力传感器、曲柄转速传感器、车速传感器)以及倍力车控制器给出的动力等级协调计算给出的。这里提到的控制器动力等级是指电机动力与人力混合驱动时的不同比例,这个比例一般指相对于人力在平地骑行时5%至400%的能量。

当电机在频繁高负荷运转时,特别是上坡骑行时,电机会明显的发热;一些电机带有温度传感器,当电机温度达到一个特定值时,电子系统会减少电机的供电以便降低电机温度。

动力控制

配备了受力传感器的倍力车,电机可以自动的匹配一定比例的能量。在很多车型上,这些比例会被分成多个等级。也有很多车型上,这些等级设置是由商家在出厂时已经设定好的。

圈速检测

配备了圈速传感器的倍力车,可以通过用户自己设置的比例驱动车辆。在一些车辆上,圈速传感器也可以将车辆的控制与压力传感器控制的车辆达到相似的水平。

电机的种类

一般来说,倍力车选用直流电机,通常是无换向器的有刷碟式电机,适合直接驱动和匹配变速箱。近几年有一些新的技术被一些高级的倍力型自行车品牌采用。无刷直流电机是一种通过将直流电电子换向的永磁无刷电机,它解决了有刷电机碳刷返修率高的问题,同时通过对绕组以及磁片对数的调校大幅提高了电力驱动效率以及降低电机发热。

无论是有刷电机还是无刷电机他们都也已在刹车时将车辆动能进行回收,特别是在下坡过程中尤为明显。

电机的位置

电机的位置对倍力车整体的操控有着较大的影响,一下是几种成功的方式:

* 电机安装在前轮轴心部位

* 电机安装在后轮轴心部位

* 电机安装在车架五通部位

里程

一般来说倍力车支持的里程数在7公里至70公里之间。在一个中等的功率下可以骑行20-50公里不等。在一些型号上,通过在一个像旅行袋样式的电池包内安装两个可切换电池组供电,可以在中等功率下支持100公里的骑行距离。随着锂电池技术的进步,动力型锂电池可以有更高的电池容量和放电倍率,目前在欧洲的一些高端型号产品上,倍力车的续航可以达到100至150公里。

通常所指的电池容量一般有250瓦时的容量,(36V,7A)(1.9-5.1Kg)。[9] 电力在转化为电机机械能的过程中会由于一些电机发热产生的能量损失。通常来说,这样的能量损失在25%左右,具体要看电机和电力系统的整体能效来判断。因此,一个70公斤(100公斤的~骑电动助力车的总质量)可以计算去约5.6公里,在10%级在25公里/小时的电池供电(假设额叶面积= 0.4平方米,阻力系数为0.7,高度为100m,风速为10公里/小时,滚动阻力系数= 0.007)。[10][11] 根据骑手的援助(这是电动车需要),一个更大比例的范围是可能的。

安全性

安全问题在平地上并不是一个关注的焦点,但在山区更为受到关注。丘陵地区提供不断变化的条件,这构成了可能遇到更多的危急情况,从而更多的事故可能发生。汽车可能需要比超过普通自行车更高的速度超越电动助力车,这可能对骑自行车的人和司机双方造成更多的严重后果。对于司机来说,可能很难计算骑行者的骑行速度有多快。另外,一个高级城市电动车的速度可能比以前快多了。危险的情况也可能出现在出口和路口。为了说明这种危急情况下的后果,德国保险公司事故研究(UDV)进行了研究项目和道路试验,性能试验和电动助力车碰撞测试。[12]

另一方面,许多电动车(电单车)用户报告说,他们发现,他们可以乘坐更多的防守与辅助电力驱动辅助他们;这是因为他们愿意刹车减速可以很容易重新达到正常速度加快。对2012年上半年发生的6186件包括自行车在内的巴伐利亚事故统计,其中76件(即1.2%)是电动自行车。

S-Pedelecs的使用涉及的额外风险。他们不仅实现了较高的平均速度,更实现了更高的最高速度(通常为45公里/小时),也可以期待更高的年里程。

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2017年12月27日 11:28
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