引言:据悉,有望2013年或颁布的电动自行车新国标,则由于尚未走完相关程序,尤其是“驱动电机功率”或受到限制,这又将成为“商业利益相关方”博弈之焦点,而目前尚未能就此达成共识。因此,新国标短期内或将难以出台。对此,笔者欲谈点粗浅看法,探析“新国标”迟迟未能出台之原因所在;探寻如何通过技术途径来更有效解决、并给出具体实施案例。或对于:“新国标”今后进一步之修订、以及我国电动自行车产业(行业)未来之发展,希望能起些参考作用。而由于笔者水平所限,本文所探讨之相关问题或存在主观与片面性,不妥之处,敬请业内外行家不吝指正。
众所周知,电动自行车现已成为更多普通百姓不可或缺的日常代步工具。而随着新型城镇化建设的不断推进,特别对于边远地区包括丘陵地带路况,则要求车辆应具备一定的爬坡能力,若对于电机功率的限制过于苛刻(指标定的过低),将难以符合更多消费者的实际需求,这一点或是显而易见的。由此而带来的结果或在于:不能满足大众消费者实际需求的产品,将会失去更广泛市场,不利于电动自行车产品的更广泛普及,也将不利于电动自行车产业今后发展。毫不夸张的讲,这对于整个行业今后发展而言,或将带来“灭顶之灾”。对此,笔者以为,我们或可以通过技术手段来加以解决,比如,通过进一步提升“驱动电机之功效”、则可以“提高爬坡能力”,且可以相应减少所需驱动功率(即:电机额定功率),或有助于“利益相关方达成共识”。但这里需要着重说明的是,这与“限制电机功率”之提法,乃完全不同的两个概念(该问题之后详细探讨)。
笔者以为,一部高水准的技术标准,不仅是科学严谨的,而且更应该是切实可行的,并具有前瞻性和预见性。就现阶段国情而言,由于我国人口众多,以及随着经济与社会的发展,城市不断扩大、道路随之延伸,加之人们生活与工作节奏的加快,则电动自行车产品的更广泛普及,不仅符合普通百姓的利益(现实中它已融入人们的日常生活),而且,“经济实用、节能环保”的积极作用,也是有目共睹的;它对于节能减排、方便更多人出行,尤其是,减缓(减轻)当前“交通高峰期拥堵、空气污染及雾霾天气”之双重压力,乃具有实实在在的有益效果。由此可见,它更具有公益性,乃关乎到“国计民生”,我们将其上升至“改善民生、促进环境可持续发展”之国家层面的战略高度来加以认识,或一点也不为过。
再者,就我国电动自行车产业现状而言,在短短的十余年时间里而能够获得如此迅猛之发展,其保有量及普及率的大幅增长,则是任何一种路面交通工具所无法比拟的。虽经历过“禁电、限电”之阵痛,但它乃具有顽强的生命力;而一味的“打压、限制”,或反而显得有些“苍白无力和微不足道”。这是因为具有中国特色的电动自行车产品,其本身并未有错,自它诞生之日起至如今,电动自行车产业一直是朝着有利于社会的方向在发展,其产品所具有的“经济环保与便捷性”之特点,深受大众消费者的喜爱与青睐;而不足之处或更在于相关管理措施尚未能“与时俱进”,这或许是我们更应该去认真思考之问题。
客观地讲,电动自行车产品,之所以能够在中国获得如此广泛之普及,更在于它符合现阶段经济与社会发展之国情、民情,与当前交通现状及百姓实际需求相吻合。而将电动自行车产业称之为“草根行业”,或不是一种贬义词,而恰恰相反,或是对该行业的褒奖;因为电动自行车产品更贴切百姓生活,它接地气所以它有市场;而且,整个电动自行车行业始终在努力着、从未懈怠,力求将产品做得更好,充分满足大众之需求,这一点乃值得赞赏与肯定的。因此,我们或应该从宏观与社会进步的角度,来看待我国电动自行车产业的发展与进步,更为客观的对现有产品给予准确定位,积极引导和促进该行业健康发展,并制定出更趋合理、切实可行的相关技术标准。
那么,就新国标修订“焦点之争”而言,为满足一定的爬坡能力,当然需要与之相匹配的电机功率。而笔者认为,“限制电机功率”之提法,或更像是针对于现有产品所采用的轮毂电机驱动方式而提出的。由于受到车轮毂特定结构及轴向尺寸的限制,且低转速电机功率密度也相对较大,则不利于电机“高能效”优化设计;显然,为获得一定的驱动扭矩来满足爬坡能力,则所需功率亦相对较大。据此可见,一旦“电机功率”其指标定的过低,则爬坡能力无疑将会受到一定限制;而使得现有产品更为广泛之普及,将会受到很大程度的制约,市场将会萎缩;而这对于整个电动自行车行业今后之发展,可谓是致命性的。
当然,作为非机动车,从行车安全的角度考虑,对驱动电机功率合理限制则是必要的。但前提是,应能够满足产品的最基本功能,其中“爬坡能力”则是关键指标之一;而至于能够爬多少度的坡,需要匹配多少功率,这是可以计算出来的。那么,以此作为参考,来确定电机额定功率之“上限指标”,或更趋合理性。
因此,我们是否能够参照前阶段标准修订中,类似于讨论“车速、整车重量”那样,对电机功率指标也给予合理的确定,让“新国标”早日出台;而“利益相关方”若以“过度限制电机功率”作为理由,来制约电动自行车行业发展,则将演变成相关行业之间的“商业利益之争”,或很难“达成共识”。而这或许也是导致“新国标”迟迟未能出台其主要原因之一。而对于电动自行车产品,逐步取代传统的“燃油助力车以及轻便摩托车”等低速代步车辆,则已是必然趋势,而且是不可逆的;欲通过抑制电动自行车行业的发展,以维持相关行业类似产品之“部分市场份额”,或是不现实的。其充分理由更在于:电动自行车产品的广泛普及,它符合现阶段国情、民情,“经济环保、利国利民”。
那么,如何使“电机额定功率指标”之确定,更为科学、严谨和更趋于合理性呢?笔者以为,若在符合(满足)相关安全性能指标之前提下,则对电机功率的限制或不宜过于苛刻。但笔者更以为,从严格意义上讲,“限制电机功率”的提法其本身,或缺乏科学与严谨性,或可谓“伪命题”,理由很简单:因为爬坡能力的大小,并非完全取决于电机功率之大小;更确切的讲,是与一定功率下所能够获得驱动扭矩之大小有关。就此,我们作如下具体分析与探讨。
1.关于“驱动电机之功率、扭矩、结构常数”的简要分析
通常以为,电机功率越大、扭矩将越大,但这仅限于电机“结构常数(电机基本尺寸)”一定为前提而言。因此,我们或可以选择“倾向性”优化设计方案,比如:适当增大电机“质量比”,通过调整优化其“结构常数”,相应增加电机之外径尺寸,使得定子铁芯之绕组“槽截面”相应增大,即可相应增加绕组匝数。那么,就永磁电机而言,在保持定子绕组“安匝数(IN)”不变(即:磁感应强度不变)之前提下,通过增加绕组匝数便可相应减少所需驱动电流(即:所需额定功率),从而可实现由较小的功率输入、而获得较大的扭矩输出,便能够有效解决:“或由于电机功率的过度限制、而致使爬坡能力亦受到限制”之技术难题。
当然,如上所述解决方案,用于现有低转速轮毂电机的进一步优化设计或相当困难,其原因在于:现多采用的低速轮毂电机为外转子(永磁体)结构,而转速相对较低,则磁极数(极对数)要求较多;不仅其功率密度已较大,而且定子绕组线槽为“梨型槽”,则进一步增大“槽截面”将受到限制,加之受到车轮毂特定结构(即:径向、轴向尺寸)的限制,将限制电机功效即“能效比(驱动扭矩 / 驱动功率)”难于做到进一步提升。
但与轮毂电机相比,若选用外置式(如:中置式)驱动电机,按上述解决方案,则可以方便实现电机功效(即:能效比)的大幅提升。这是因为:其一,我们可选用转速相对较高的内转子(永磁体)电机,来实施“减速增矩”传动方式;由于高转速电机“极对数”相对较少,则电机体积(径向尺寸)亦相对较小;那么,我们可通过适当增大电机外径(径向尺寸),则可以相应增大定子绕组的“槽截面”,并且,该绕组线槽为“梯形槽”,当电机径向尺寸的相应增加,便可获得“槽截面”的大幅增加。其二,由于不受车轮毂特定结构(即:轴向及径向尺寸)的限制,将有助于电机结构的“高能效”优化设计,则可以大幅提升其“能效比”,继而可较大幅度地减小电机“额定功率”(改进措施之后具体给出)。
可是,采用中置电机驱动方式相比于轮毂电机驱动方式,不同之处在于:电机与车轮毂之间须增设传动连接装置。而通常采用的链传动方式,由于耐用性能及工作可靠性欠佳,则必须作出更有效改进,方能满足车辆运行工况之相关技术要求,而这也是实施“中置驱动方式”之必要前提。那么,就现有技术条件而言,或是很方便就可以做到的,并且完全能够满足车辆运行工况之相关技术要求。现就“中置电机驱动方式”的相关改进措施,我们作如下具体探讨,供参考。
2.关于“延寿型链传动装置”的改进原理与具体措施
就如何更有效改善链传动
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