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我國電動自行車技術現狀及發展方向探討

電動自行車是電動車家族中的一個重要成員。美國通用公司和克萊斯勒公司前總裁現都潛心于研究電動自行車及其電池，德國的奔馳公司和日本的本田、鈴木、雅瑪哈等世界知名的汽車、摩托車公司和松下（松下和豐田合作搞電動汽車）、三洋等世界知名企業都在投入巨資研發電動自行車的基礎上，現已進入產業化階段。
中國的電動自行車產業與世界同步發展。從技術角度看，我們并不落后于世界。中國的電動自行車之所以沒有一家公司象電視、冰箱、空調、洗衣機、微電腦那樣從國外引進技術、引進生產線，走了一條民族工業發展的道路，原因就在于此。我們要想保持住在世界的地位，不至于將來再度落后，必須在各個相關技術領域狠下功夫，加大技術開發、技術研究的深度、廣度和前瞻度，避免起步不晚，最終落后的結局。
本文的目的是想從技術角度分析我國電動自行車技術現狀及發展方向，供同行參考。由于筆者各方面的局限性，文中可能有不少錯漏之處，望諒解。

一、傳動部件技術
傳動部件是電動自行車的心臟，其性能、質量、造價、可靠性等對電動自行車整車影響很大。因此它是整車生產廠家、經銷商和每一個用戶都很關心的問題。為此，現將國內外電動自行車制造廠家選用的傳動部件及其優劣介紹如下：
1、摩帶式傳動
電機帶動摩帶頭摩擦輪胎的傳動方式。起源于美國，以ZAP公司為代表。日本、中國（含臺灣）都有廠家使用過，但因摩帶頭易磨損進而造成打滑，傳動效率不高，現基本不用。
2、中置式傳動
將電機和減速機構放置于電動自行車的中軸位置，先驅動鏈輪盤，再通過鏈條帶動后輪行駛。日本和我國臺灣的一些廠家以前較多采用這種傳動方法，國內使用過的廠家不多。
3、側掛式傳動
側掛式傳動屬于軸傳動范圍，具有軸傳動的所有優點。臺灣和大陸均有廠家生產此類傳動方式的產品?，F有方案中，有的減速比大，齒輪磨損快，噪音大。使用柱狀電機者還需有傘齒輪，結構復雜，傳動效率底。
側掛式傳動是電動自行車傳動方案中比較理想的方案，設計好了可以實現液態油潤滑，達到高效率、高可靠性、大扭矩、長壽命、低重量、低噪音、低成本等目標。
4、輪轂式傳動
輪轂式傳動效率高，造型精巧，不破壞自行車的傳統結構。它是具有“中國特色”，世界各國現已越來越多地采用輪轂式傳動方案，SANYO早就采用，YAMAHA最新款電動自行車也為輪轂式。
輪轂式傳動還可分為“交流”和“直流”、“高速”和“低速”幾大類。
1）交流輪轂電機
最近，意大利開發出一種三相交流低速輪轂電機，380V、240W，前輪驅動。交流電機的好處是功率強勁，無噪音，壽命長，制造簡單，價格低廉。缺點是調速控制和電池的直流輸出要逆變為交流輸出，制造成本目前偏高。
2）直流輪轂電機
目前，國內絕大多數電動自行車廠家均使用外轉子式直流輪轂電機。
直流電機帶齒輪減速器構成的輪轂電機稱之為高速輪轂電機。
優點：重量輕，通過減速增力，扭矩大，爬坡性能好。
缺點：難于實現液態油潤滑，齒輪磨損較快，壽命受到影響，噪音偏大。近年來，由于種種原因，市場份額大幅度下降。但它的體積小、重量輕、扭矩大等優點，目前還是別的輪轂電機所無法比擬的。只要做好，仍有很好的市場。上海某電機廠采用盤式線繞有刷電機帶一級行星齒輪減速、通過外齒圈實現外轉子輪轂電機的方案，從扭矩、壽命、噪音到可靠性各方面都取得了較好的效果。如果體積不增加而電機的功率再大一點，在中等以上坡度路面上使用，是一個較好的產品。
低速輪轂電機是指沒有齒輪減速的通軸結構輪轂電機。由于沒有齒輪減速，為了保證達到騎行所需的功率、所應具有的效率、足夠的扭矩和合乎標準的轉速，低速電機輪轂必須要有高性能磁性材料和設計合理的幾何尺寸；必須要有足夠的矽鋼片疊數、厚度及相應的尺寸；還必須有滿足要求的漆包線線徑、圈數、匝數，因此低速輪轂電機重量普遍較大。有人說他們的低速輪轂電機如何如何好，其理由之一是重量很輕，其實這正是其性能指標不可能好的證據。在新原理、新材料、新工藝出現之前，重量太輕的低速輪轂電機絕不能用。低速輪轂電機生產設備相對簡單，制作工藝不太復雜，便于批量生產，嵌線工序目前在全世界范圍內尚難實現機械化，均為手工下線，我們中國人手巧、勞動力相對便宜，因而造價低廉，在國際市場上極具競爭力；無齒輪減速，噪音很低，壽命、可靠性都很好。因此它是電動自行車用輪轂電機中比較理想的一種傳動部件。
低速輪轂電機又可分為“低速無刷”和“低速有刷”兩種。
低速無刷輪轂電機從技術性能指標看，要優于低速有刷輪轂電機。但是低速無刷輪轂電機內部有三個霍耳轉子位置傳感器，其安裝位置的精確性、性能參數的一致性、經過一段時間使用后性能參數的漂移幅度變化等都會對低速無刷輪轂電機的性能產生影響，搞不好甚至會產生缺相而無法正常使用。其次控制系統比較復雜，控制器包含“轉子位置譯碼電路”、“換向信號轉換電路”、“功率開關電路”、“控制功能電路”和“保護電路”等五大部分組成，因此一個設計完善的低速無刷輪轂電機控制器相對比較復雜，價格較高。如果我們不片面追求低價位，很好地解決上述設計、制造等問題，低速無刷輪轂電機是完全可以使用，是性能指標優秀的好產品。
低速有刷輪轂電機從性能角度看不如高速有刷、低速無刷，尤其在大扭矩情況下使用時效率和高速無刷相比比較低，因此在同等容量電池條件下，行駛距離略少。但是，如果很好地解決換向短路造成效率下降、碳刷彈簧壓力變化造成接觸電阻變化而打火等，它的可靠性很好，加上有刷控制器相對簡單，已是成熟產品，其總體價格相對便宜。所以，合格的低速有刷輪轂電機只要設計對頭、使用得當，應是理想的選擇。如何使用得當呢？既然我們知道低速有刷在大扭矩情況下效率較低，假如我們在平坦路面上使用，譬如在北京等地區使用，騎行人的體重又在75公斤以下，它將是一個價廉物美的好產品。尤其是我們可以充分利用其定子中間有一個空間安裝力矩傳感器，使其成為智能輪轂電機，使用電流通常在2.5A-5A之間，充分利用其高效率區域，這將是另一個方向性產品，它必將在智能型和智能雙控型電動自行車方面發揮巨大作用。
這里必須引起有關整車廠家值得注意的問題，那就是對輪轂電機的選用要根據使用地點、使用對象、使用條件進行分別考慮。我們都知道一個事實，那就是奧迪、別克、桑塔那、夏利、奧托的發動機絕不可能是一種功率，一種性能。電動自行車用輪轂電機幾乎都是一種功率，均為36V、150W左右，這樣做的結果必然導致失去很大一塊市場?，F在，造型設計已經取得了長足進步，與前幾年的單調局面不可同日而語。輪轂電機則不同，盡管三種電機，三國演義，每人各執一端，不是理性地分析對待，而是只說自已選用的就是最好的。一些（請注意我說的是一些，而不是一個、兩個或少數幾家）產量在國內名列前茅的大廠也是一樣，跟著喊某某輪轂電機好、某某輪轂電機不行。其實這是偏見、誤解。關鍵在于你是否了解各種輪轂電機的性能，根據不同的使用環境，再決定使用選擇120W-240W之間的何種功率、那種類型的輪轂電機。只有這樣才能

物盡其用，各得其所。整車廠家不能對胖子說“不”，不能對高度、坡度不大的丘陵地區說“不”，也不能不允許人家帶重量不大的貨物。另一方面，也不要浪費，不要讓路面質量較好而平坦、使用者體重不大的人去購買大功率、大扭矩輪轂電機的電動自行車。
總之，電機制造廠家要從技術到工藝等各方面下大功夫，制造出質優價廉的好產品。過去輪轂“只有中國有，現在情況有了很大變化，歐、美、日本都開始生產輪轂電機和輪轂式傳動的電動自行車。他們的產品具有制造精良、設計合理的明顯優點。我們不要在輪轂電機這個產品上起步早，然后是“技”不如人，再從國外引進技術、引進生產線，落到人家后頭。

二、智能型和智能雙控電動自行車
原理介紹：
智能型電動自行車是指腳踩啟動、腳停斷電的電助力自行車。這種電助力自行車不具有任何機動功能，應該100%屬于非機動車范圍。歐美、日本對其均按非機動車對待，允許它合法上路騎行。又由于歐美、日本基本沒有非機動車道，大都在人行道上騎行。
智能型電動自行車大體可分為三種電助力模式：
恒電助力式：恒電助力自行車是電助力自行車中結構最簡單、可靠性很好的產品。它可不用力矩傳感器，只需一個開關信號即可提供電助力。
恒腳踏力式：恒腳踏力式電助力自行車是智能型電動自行車中的另一種類型。騎行過程中人的腳踏力恒定不變，電助力隨路及其他因素而變化。這種模式中，傳感器和微電腦控制器相對復雜些。
比例助力式：比例助力式電助力自行車是目前全世界普遍采用的模式。騎行時，人的腳踏力由力矩傳感器測量出來，經過微電腦處理，電機輸出相應的功率，使人的騎行十分省力。人的腳踏力越大，電機輸出的功率即電助力也越大，相反亦然。
智能騎行的最大優點是省力、安全、省電和使用方便。歐、美的大部分國家和日本都只許智能型電動自行車上路。
智能雙控
智能雙控型電動自行車是既可智能騎行、也可手控行駛的一種新的控制方式。智能騎行時和純智能型電動自行車一樣，手控行駛時和純電動型電動自行車一樣。它和智能車不同之處僅在于微電腦控制器的軟硬件略有不同。智能雙控型電動自行車是十分適合中國國情和目前電池不完全過關條件下使用的產品。純電動和純智能行駛，人都會有疲勞感，交替使用則很輕松；啟動、上坡、頂風和加速時智能行駛，減少了大電流使用狀況，十分省電，這樣既可延長電池壽命，又可增加續駛里程；路況較好、人流稀少時，手控行駛；路況較差、人流稠密時智能騎行，十分安全。智能雙控這種控制和使用模式如果設計得當，實現智能和手控之間的無間隙切換，使用十分方便。在中國的大中城市里如果使用這種車種，更加安全、省力、省電。

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