Здравствуйте, Гость

Войти в личный кабинет



ВАША КОРЗИНА ПУСТА
https://www.electra.com.ua/components/com_jshopping/files/img_products грн /magazin/cart/delete.html /magazin/product/view.html Ваша корзина пуста. Показать/скрыть подробности Параметры ⇓ Товар добавлен в корзину Товаров ВАША КОРЗИНА ПУСТА Товаров в корзине на сумму Удалить

  • electra motor1
  • electra nabor1
  • electra akb1

Физика движения электрических велосипедов

Опубликовано в Тех. характеристики Просмотров: 3964

electrovelosiped 30Большинство покупателей волнует вопрос энергетической эффективности передвижения на электровелосипеде, поскольку каждому хочется научиться минимализировать энергозатраты на преодоление сопротивлению движения, сделав это с умом и минимальным расходом энергии аккумуляторных батарей, существенно увеличив таким образом пробег своего электробайка.

Как известно, велосипеды, скутеры и даже автомобили подчиняются одним и тем же законам физики. Не является исключением в этом списке и электровелосипед. Каждому из них необходима энергия для преодоления сопротивления качению колес, сопротивления ветра при движении, энергия для перемещения по дороге разного уровня уклонности, противодействуя при этом силе земного притяжения.

Для того, чтобы двигаться вперед, электровелосипеду приходиться преодолевать толщу воздушной массы, на что, соответственно тратится определенное количество энергии. Сила сопротивления воздуха совершенно не зависит от веса транспортного средства, однако возрастает пропорционально квадрату увеличения его скорости. Исходя из этого, при движении по дороге с незначительным перепадом высот со скоростью свыше 20 км/ч именно потоки воздуха являются главной противодействующей силой. При подъемах же вверх по склону скорость езды падает, и преобладающей силой сопротивления движению электровелосипеда становится гравитация.

Сила аэродинамического сопротивления напрямую зависит от скорости движения воздушного потока относительно системы электровелосипед-велосипедист, посадки ездока, условий в которых находится транспортное средство. Существует возможность снижения силы сопротивления воздуха за счет уменьшения площади фронтальной проекции и коэффициента лобового сопротивления.

Величина сопротивления качению зависит в основном от веса электровелосипеда и передвигаемого на нем велосипедиста, - с увеличением веса транспортного средства сопротивление дороги возрастает. Значительно влияет на эту величину также и состояние самой дороги. Так, при движении по ровному асфальту будет потрачено значительно меньше энергии, чем скажем, при езде по неровному, мягкому грунту. В этом случае сопротивление качению будет довольно велико, поскольку наблюдается деформациz шин и грунта. При движении же по асфальтированной дороге сопротивление качению будет зависеть только от деформации шин. При поездках электровелосипеда по прямой на низких скоростях, сопротивление качению является главной воздействующей на него силой.

Гравитация, или иными словами сила земного притяжения, безусловно также влияет на скорость передвижения электровелосипеда. За законами физики уровень её действия прямо пропорционален массе тела велосипедиста и, соответственно, электровелосипеда, тоесть чем большим будет их суммарный вес, тем большей будет сила земного притяжения. Воздействие силы гравитации на электрический велосипед возрастает при его подъемах вверх по склону, и уменьшается при спусках.

electrovelosiped 30 2

Попробуем же рассчитать выходную мощность, требуемую электровелосипеду для преодоления этих сил.

Сопротивление качению

· Frl - сила сопротивления качению, измеряемая в Ньютонах (Н);

· Prr - мощность, количество энергии, требуемое для преодоления силы сопротивления качению (измеряется в Ваттах, Вт);

· Crr - коэффициент сопротивления качению (как правило, составляет 0,004, но может быть и выше 0,008);

· G - сила ускорения свободного падения, равная 9,81 м/с2;

· W - суммарный вес электровелосипеда вместе с грузом;

· V - скорость передвижения (м/с)

Формулы

Frl = W х GX Crr

Prr = Frl х V

Пример

Общий вес электровелосипеда вместе с наездником составляет 90 кг, скорость же его движения по дороге равна 32 км/ч. Используя значение коэффициента сопротивления качению - 0,004 и показатель ускорения свободного падения (9,81 м/с2 ) рассчитываем мощность, необходимую электровелосипеду для преодоления силы сопротивления качению:

1км/ч = 1000 м / 3600 с = 10 / 36 м/с

V = 32 км/ч = 8,89 м/с

Frl = 90 х 9,81 х 0,004 = 3,53 Н

Prr = 8,89 х 3,53 = 31 Вт

Сила сопротивления воздуха

· Fw - сила сопротивления воздуха;

· Cw - коэффициент лобового сопротивления (обычно он равен 0,5);

· Pw - мощность, количество энергии, требуемое для преодоления силы сопротивления воздуха (Вт);

· Ро - плотность воздуха (зависит от температуры и барометрического давления; кг/ м3);

· V - скорость движения электровелосипеда относительно воздуха (м/с);

· S - площадь фронтальной проекции системы электровелосипед – велосипедист (типичное значение 0,5 м2)

Формулы

Fw = 1/2 Cw х S х Ро х V2

Pw = Fw х V

Пример

Электрический велосипед движется по дороге против ветра со скоростью 32 км/ч. Учитывая значения коэффициента лобового сопротивления – 0,5, площадь фронтальной проекции системы электровелосипед – велосипедист (0,5 м2 ) и плотность воздуха – 1,226 кг/ м3, рассчитываем, какая мощность необходима для преодоления силы сопротивления воздуха:

Fw = 1/2 х 0,5 х 0,5 х 1,226 х 8,89 х 8,89 = 12,11 Н

Pw = 12,11 х 8,89 = 108 Вт

Сила земного притяжение

· Fsl - сила земного притяжения, воздействующая на электровелосипед и всадника;

· Psl - мощность в ваттах, необходимая для преодоления силы тяжести;

· W - общий вес электровелосипеда и всадника (кг);

· V - скорость передвижения (м/с)

· G - сила ускорения свободного падения, равная 9,81 м/с2;

· Grad – градиент высоты (уклона) местности.

Формулы

Fsl = W x G x Grad

Psl = Fsl х V

Пример

Со скоростью 13 км/ч электрический велосипед, вес которого вместе с нагрузкой составляет 90 кг, поднимается вверх по холму с уклоном в 12%.

Рассчитываем мощность электродвигателя, которая необходима для преодоления силы земного притяжения:

Fsl = 90 x 9,81 x 0,12 = 105,95 Н

1км/ч = 1000 м/ 3600 с = 10 / 36 м/с

V = 13 км/ч = 3,61 м/с

Psl = 105,95 х 3,61 = 382 Вт

Выходная мощность, требуемая электрическому велосипеду для преодоления вышеуказанных физических сил, равна сумме мощностей, необходимых для противодействия каждой из них:

Общая мощность = Prr + Pw + Psl = 31 + 108 + 382 = 521 Вт

Хочу обратить ваше внимание на то, что вышеизложенные расчеты были проведены мной для того, чтобы читатели могли реально оценивать возможности электровелосипедов разной мощности при движении по дороге. Знание подобных теоретических вопросов может подтолкнуть вас на изучение следующего вопроса – вопроса расчета характеристик электровелосипеда, необходимых для обоснованного выбора велосипедного мотор-колеса, контроллера и аккумуляторных батарей.

Анализируя информацию на просторах интернета, часто сталкиваюсь с довольно таки нереалистичными данными продуктивности работы электрического транспорта, отмечая для себя, что некоторые показатели его работоспособности с целью рекламы были явно завышены. Слаживается впечатление, что продавцам и производителям электротранспорта просто не знакомы элементарные законы физики.

Проведенные мной расчеты в значительной степени упрощены и исключают влияние ветра и некоторых других динамических сил. Хотелось бы также отметить, что мощность, необходимая для приведения в движение транспортного средств, не зависит от источника питания, иными словами, передвигаясь на электровелосипеде не обязательно полагаться лишь на велосипедный двигателя, возможности электробайка дополнительно можно расширить путем педалирования, например, при подъемах на горку.

sergey-volter