ＡＳＴ自動同步換檔，裝置電動車爬坡助手

　　上海智御動力技術(shù)有限公司自行研發(fā)的“變速電機”技術(shù)是本公司“AST自動同步換檔裝置”的衍生產(chǎn)品�！癆ST自動同步換檔裝置”是一種國際最新汽車變速裝置，其技術(shù)優(yōu)勢遠(yuǎn)超我國現(xiàn)有最先進變速系統(tǒng)的863計劃項目 “AMT汽車機械變速器自動/手動操縱系統(tǒng)”。

　　現(xiàn)有技術(shù)中的電動機主要由電機外殼、定子和轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)速和扭矩一般不可變。當(dāng)用現(xiàn)有的電動機裝配成電動自行車時，因其無法實現(xiàn)扭矩多倍增的爬坡要求，一旦遇到坡道或山路基本無法上去，起步困難，因此給使用者帶來不便，這也就是現(xiàn)有電動自行車難以在道路(Strada)有起伏的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)推廣的主要原因。

　　現(xiàn)有電動車電機技術(shù)

低速測試總結(jié)表

　　電動車三大核心部件是：電動機、控制器、電池。電機是電動自行車的主要動力驅(qū)動部份，也就是電動車的心臟。電機的好壞直接影響著電動車的性能。

　　按照電機類別分為：無刷直流電機、有刷有齒直流電機、有刷無齒直流電機等。

　�。�1）有刷高速(High Speed)電機。有電刷效率高，過載爬坡能力強、起動力矩大，但稍有噪聲。

　　（2）無刷電機。無電刷，無減速器，具有免維護、無噪聲優(yōu)點。但控制器復(fù)雜，起動電流大，過載上坡能力較差。

　�。�3）有刷低速電機。有電刷，無減速器、結(jié)構(gòu)簡練，成本較低。但效率較低，上坡、過載能力較差。目前應(yīng)用較多的是有刷高速(High Speed)電機。                                 

　　有刷低速電機被電動自行車車選用又名有刷無齒電機，它在電動自行車起動與爬坡時電流較大，性能較弱，目前一般極少被廠家采用。

　　有刷高速(High Speed)電機（3600轉(zhuǎn)/分鐘左右）目前被國內(nèi)大多數(shù)電動自行車生產(chǎn)廠家所選用，它采用碳刷作為電機電源的兩個觸點，利用調(diào)速轉(zhuǎn)把和控制器來控制，通過齒輪二次減速及超越離合器來達(dá)到電動自行車0－20公里/小時的無極調(diào)速。目前采用的這種有刷高速(High Speed)電機含金量高，電機減速齒輪強度較強，耐磨性好，設(shè)計合理，故返修率較低；而且維修更換齒輪和電機的成本較少，有效的降低了電動自行車的維修費用；并且有刷電機可以通過超越離合器和飛輪實現(xiàn)人力騎行。

　　無刷電機目前被電動自行車生產(chǎn)廠家采用的一般都是無刷無齒電機。它的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的造價比有刷高速(High Speed)電機的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)要高，控制器在使用中容易發(fā)生故障。裝有無刷電機的電動自行車行駛速度(Tempo)必須達(dá)到35公里/小時以上時，才能發(fā)揮其最佳的工作效率，但是我們知道電動自行車作為非機動車來管理，時速必須在20公里/小時以下，故無刷電機被電動自行車選用降低了工作效率，可取性不強�，F(xiàn)在它被采用的主要一點是噪音小。

　　高效稀土永磁有刷電機與高效稀土永磁無刷電機。目前市場(Rialto)上大多數(shù)電動自行車還停留在有刷電機階段。有刷電機采用機械換向，對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求較低，相對成本低于無刷電機，有刷電機的起動力矩略大于無刷電機。但致命的弱點是：壽命短、噪聲大、效率低。它長期使用碳刷磨損嚴(yán)重，較易損壞。同時磨損產(chǎn)生了大量的碳粉塵，這些粉塵落下齒輪油中，使齒輪油加速干涸，電機噪聲進一步增大。有刷電機使用到一年左右就需要更換內(nèi)碳刷，充電一次行駛的里程不及新車買來時的三分之二，而且爬坡時動力不足，還會燒壞控制器。這是因為電機更換碳刷后，換向器也被磨出了一條凹槽，使碳刷接觸面積減少，接觸不良的碳刷通電后會產(chǎn)生火花并加快氧化換向器和銅片，導(dǎo)致上述不良現(xiàn)象。

　　無刷電機以電子換向取代機械換向，技術(shù)上要優(yōu)于有刷電機。由于無刷電機沒有齒輪或減速裝置，減少了電機磨損的不可靠性,它的效率在一定電流范圍內(nèi)比有刷電機效率高。無刷電機行駛起來幾乎沒有噪聲，且壽命長達(dá)10年以上。據(jù)于兩者比較，無刷電機要優(yōu)于有刷電機。目前，已有一些電動自行車生產(chǎn)廠原先用有刷電機現(xiàn)改用了無刷電機。無刷電機肯定是今后電動自行車的發(fā)展方向。  

　　現(xiàn)有電機需要逾越的技術(shù)障礙

　　電動自行車發(fā)展到現(xiàn)在，人們還從未像今天這樣關(guān)注電動自車行的爬坡能力。更有甚者把爬坡能力的大小作為衡量電動自行車性能的最重要指標(biāo)，整車廠把爬坡能力強作為賣點，消費者把它作為選購電動自行車的依據(jù)�，F(xiàn)以實例計算分析，現(xiàn)有電機加強爬坡能力所需付出的代價以及帶來的嚴(yán)重后果：

　　1.電動自行車攜帶的能源有限，而爬坡需消耗較多的能量。

　　2.國標(biāo)GB17761規(guī)定了電機的額定連續(xù)輸出功率應(yīng)不大于240瓦，遠(yuǎn)低于可爬4.5度坡、輸出功率為數(shù)千瓦的燃油車。

　　3.爬坡阻力和轉(zhuǎn)矩的計算：

　　電動自行車在爬坡過程中，受三種阻力，即輪胎和地面間的滾動摩擦力Fg、迎風(fēng)阻力Ff和爬坡阻力Fα。為簡化起見，在此忽略前兩種阻力，

　　僅計及爬坡阻力Fα，其大小等于

　　Fα＝G×sinα(N)

　　式中G=車重+載重（N）

　　α=坡度角（°）

　　爬坡轉(zhuǎn)矩Mα

　　Mα＝Fα×RL＝G?sinα×RL（Nm）

　　式中RL=輪胎半徑（m）

　　近期不斷出現(xiàn)可爬12度坡的報導(dǎo)，也有報導(dǎo)可爬15度甚至16度坡，下面就以12度坡為例計算所需轉(zhuǎn)矩。
　
　　依標(biāo)準(zhǔn)，G＝車重+載重＝（40+75）Kg
　　　　　　　　　　  ＝1128(N)
　　18″車，輪胎半徑RL＝0.228（m）

　　將數(shù)據(jù)代入上式，則所需爬坡轉(zhuǎn)矩

　　Mα＝1128×sinα12×0.228＝53.5（Nm）

　　考慮到滾動阻力和迎風(fēng)阻力，電機所提供的轉(zhuǎn)矩

　　M＞Mα＝53.5Nm

　　而現(xiàn)有電機最大扭矩以500W400轉(zhuǎn)電機為例只有十幾牛米，1000W也不過二十幾牛米顯然與號稱的12度坡、16度坡不相符。

　　4.電機的反電勢系數(shù)Ke和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Km

　　電機的反電勢系數(shù)Ke由多個電機參數(shù)，如繞組系數(shù)Kw，每相串聯(lián)匝數(shù)W（對于有刷電機為 每支路串聯(lián)匝數(shù)），電樞直徑Da，有效鐵芯長度lδ，氣隙磁密Bδ等所決定。對于一臺已經(jīng)制作完成的電機，Ke基本上為一定值。

　　對于額定電壓、轉(zhuǎn)速相同的電機，即使類型不同、設(shè)計不同的電機，反電勢系數(shù)Ke沒有明顯的差別，當(dāng)然效率高的電機Ke稍大。在一定的電磁單位制下，轉(zhuǎn)矩常數(shù)Km和反電勢系數(shù)Ke在數(shù)值上是相等的，例如，對于18″36V車速V=25Km/h的電動自行車所用電機，兩參數(shù)如下：

　　Km≈1Nm/A

　　Ke≈1VS/rad

　　5.爬坡所需電流（峰值）計算

　　由轉(zhuǎn)矩平衡方程：

　　Me=Mo+ML

　　   =Mo+Mg+Mf+ Mα

　　式中 Me=KmImax—電磁轉(zhuǎn)矩（Nm）

　　Imax—最大電流（A）

　　Mo—電機空載轉(zhuǎn)矩（Nm）

　　Mg—輪胎和地面間的阻力矩（Nm）

　　Mf—迎風(fēng)阻力矩（Nm）

　　為計算簡單起見，忽略Mo、Mg和Mf，則有

　　Me≥Mα

　　KmImax≥Mα

　　Imax≥Mα/Km=53.5/1=53.5（A）

　　也就是說，對于配備36V電源，車速為25 Km/h的18″車，要爬12度坡其峰值電流，要大于53.5A才可行，對于車速更高、輪胎直徑小的電動自行車，其轉(zhuǎn)矩常數(shù)Km更小，則需要更大的電流。