上篇 基础知识

第1章 电动自行车的基本概述

1.1 电动自行车的结构与组成

1.1.1 电动自行车的组成与工作原理

广义来讲，凡是以电为动力的车都叫电动自行车，像铁路电力机车、市内有轨电车、无轨电车等等。而我们所讲的电动自行车是以蓄电池作为辅助能源，从而实现骑行、电动或电动助力功能的特殊自行车，一般可以分为三部分，即：主体部分、电动部分和塑件。

1.电动自行车的组成

1）主体是电动自行车的基本构成部分，它是电动自行车的骨架，是电动自行车承载重量的支撑和其他各部分安装的基础。主体部分包括：

车体部分：包括车架、车把、鞍座和前叉合件等，是电动自行车的骨架。

运动部分：包括中轴部件、轮盘链条以及前后车轮，含前后轴部件、辐条、轮辋（车圈）和轮胎等。

制动系统：包括制动把、制动器（车闸）等。

辅助部分：包括后衣架、后备箱、保险杠以及车梯等。

2）电动部分主要由电动机、控制器、电池与充电器部分组成，俗称四大件；另外就是和四大件相配合的辅助部分，如：转把（调速把）、制动把、显示板、开关、DC转换器、喇叭、线束及灯具等，运输电动三轮车还使用倒顺开关及继电器等。

3）电动自行车塑料部件，简称塑件：电动自行车的塑件主要起防护及美观作用，同样的车体，配合不同风格的塑件，体现了用车人不同的风格和个性。典型的电动摩托车塑件有下面几部分：

头罩：安装在车把中间，一般用于遮挡车前线束，安装前照灯、指示灯和显示板等。

面板：位于车的正前方，遮挡线束，减少行车阻力，美化车体外形。

后围：和座箱前围构成座箱的一部分，里面一般做成封闭型，可以储物。

电池盒：用于安装电池，形状和位置因车而异。

电动自行车塑料组件如图1-1所示。

2.电动自行车的原理

从前文可知，电动自行车型号很多、造型百变，下面讲述其驱动、调速、制动原理。

TIPS 电动自行车根据使用环境和频率的不同，其配置的电动机形式也各有千秋。不同形式的电动机，其特点有很大区别。如下表所示：

（1）电动自行车的驱动原理

电动自行车实际上是在自行车的基础上加一套电动机驱动机构组成的。采用蓄电池作为动力源，专用充电器把市电220V交流电转换成直流电，为蓄电池充电。电动自行车的电动机为直流电动机，使用的电压一般为36V，放电电流为12A。电动机的驱动形式有多种，目前使用的主要有前轮轴驱动和后轮轴驱动。后轮轴驱动的电动自行车，电动机安装在后轮毂中心轴上，控制器与手柄相连，并在车体的两手柄之间安装有仪表盘，可以提供蓄电池电压、车行速度、骑行状态等显示信息。电动自行车的驱动原理如图1-2

图1-1 电动自行车塑料组件

图1-2 电动自行车的驱动原理

接通蓄电池电源后，使用者通过手柄控制整车控制器输出给电动机的电压，电动机通电产生旋转磁场，驱动车轮旋转，车辆开始行驶。车速快慢是通过调速开关变换电压来调节的，骑行者通过转动手柄控制控制器调节输送给电动机的电压，从而控制了电动机的转速，也就控制了电动自行车行进的速度，并可通过观察仪表盘，了解当前蓄电池电压、行车速度和骑行状态等信息。

TIPS 在使用电动自行车时，每隔半年时间应对电动自行车进行一次维护保养，对传动部件进行润滑防锈，加固各部位的紧固件，调整辐条松紧度。

TIPS 润滑是保养电动自行车的重要内容，应对前轴、中轴、飞轮、前叉减振器转动支点等部件按需要加黄油或机油。

（2）智能型电动自行车的工作原理

智能型及智能双控型电动自行车与普通自行车工作原理基本相同，均由车体部件、电池、传动部件组成，不同之处就是增加了微型计算机控制器和测力测速传感部件（俗称力矩传感器）。智能型电动自行车行驶时，人的脚踏力通过传感部件被测量，经微型计算机处理，电动机输出相应的驱动功率（脚踏力越大，电助力越大，反之则越小）。骑行过程中相当安全、省电，且使用方便。

（3）电动自行车调速原理

电动自行车转柄（调速转把）松开为最低挡，旋紧速度最高，从而对直流电动机的转速进行控制。调速电路包括电源电路、脉冲调宽产生电路、电动机驱动电路、电动机过电流保护电路等。部分电动自行车调速原理图如图1-3所示，此电路主要用来控制电动自行车的速度和保护电动机不过电流。

图1-3 电动自行车调速原理图

在图1-3中，TL494为调速核心模块，其1脚、2脚为信号输入端子，H为调速转把（霍尔传感器），3脚接地，1脚为电源引脚，2脚为信号输出端子。当转动转把时，H的2脚可输出可变电压，并送到TL494的2脚，TL494将2脚电压与1脚电压进行比较，在其8脚输出调制脉冲，2脚电压越低，8脚调制脉冲就越宽，调制脉冲通过V1、V2放大后，控制电动机的转速就越高；反之则越低，从而达到调速的目的。

TIPS 电动自行车实际骑行过程中，因频繁起动和道路情况、负载等因素影响，起动调速转把骑行，负载大时电压下降快，使充电灯亮，欠电压保护电路工作，属正常，而不是故障。

TIPS 无意间操作制动转把（俗称闸把）。骑行时，习惯性地把手放在制动转把上无意间制动，便会引起断电停车，此为操作问题，而非电动自行车故障。

TIPS 电动自行车中有控制器过电流保护功能：当电池电流过大时，会引起电动机负载过大，而控制器的过电流保护功能将会自动断电停车,此操作不是故障。

TIPS 电动自行车中有控制器欠电压保护功能：当电池电压低于31.5V（正常为36V）时，控制器欠电压保护功能会将电源自动切断，引起断电停车。

（4）电动自行车的电子制动原理

电动自行车电动机在通电时是电动机，但在外力作用下转动时它又是发电机。发电时，若将电动机接线短路，短路电流就产生堵转转矩，迫使电动机停止转动。电动自行车电子制动就是利用这一原理来工作的。制动时，制动把开关或霍尔器件输出低电平，电动机上的电源被控制器切断，然后让电动机供电线短路，产生阻力而制动。

1.1.2 电动自行车的分类

常见的电动自行车根据其所使用的电动机、传动方式、功能款式、自动化程度等，可分为多种类型，具体介绍如下。

1.按照功能款式分类

按照功能款式可分为简易型和豪华型两种。

（1）简易型

外形像自行车，一般都称为简易型，它只是在自行车的基础上增加了电动助力装置，一般没有减振装置，只有电量显示仪等少量的必备装置，结构简单，价格便宜。

（2）豪华型

豪华型装配高档，整车配有速度、温度、电量、里程、行驶时间、电压和电流等显示仪表，同时还配备了前后减振装置、智能提示、红外防盗钥匙和不锈钢或塑料后货箱等。电池大多在踏板位置，辐射较女用摩托车窄，较窄。

2.按照骑行的方式分类

按照骑行的方式可分为电动自动型和助力型两种。

1）电动自动型的骑行车不需要用力，只要接通电源，电动自行车上的电动机转动，通过传动装置带动电动自行车行驶。利用手柄控制速度，实现无级变速。

2）助力型集人力和电力为一体，以人力为主，电力为辅。骑行车用力踏车，为电动自行车提供助力，助力的大小可通过智能传感器传给控制器中的计算机芯片，由计算机芯片“指挥”电动机施加相应的动力，使电动自行车按照所需的车速行驶。

3.按所使用的电动机分类

电动自行车目前使用的电动机普遍为永磁电动机，而永磁电动机又分为以下三种。

（1）按照电动机的通电形式来分

可分为有刷电动机和无刷电动机两种。

TIPS 充电时，未按照电动自行车充电的要求顺序进行，可能充不上电而误认为电池损坏，充电器没有顺序。

TIPS 用手转动轮毂式电动机，高速电动机转得快，低速电动机转得不快，会误认为电动机故障。

1）无刷电动机。无刷电动机由控制器提供不同方向的直流电，来达到电动机里面线圈电流方向的交替变化，无刷电动机的转子和定子之间没有电刷和换向器。无刷电动机可分为以下三类。

①从相角上可分为两个大类，即分为60°和120°相位角的无刷电动机。

②按速度分，可分为高速无刷电动机和低速无刷电动机。

③按电动机是否具有位置传感器来分，又分为有位置传感器无刷电动机和无位置传感器无刷电动机。采用无位置传感器的无刷电动机，不能实现零速度起动，骑行时，必须先将车用人力发动起来，等电动机具有一定的旋转速度以后，控制器才能识别到无刷电动机的相位，然后控制器对电动机进行供电，所以采用这种电动机的电动自行车已逐渐淘汰。目前市场上所售的电动自行车，普遍采用有位置传感器无刷电动机，该电动机按照线圈与位置传感器的数量可分为单传感器线圈工作模式、双传感器线圈工作模式、三传感器三线圈工作模式等类型。

2）有刷电动机。有刷电动机旋转时，线圈电流方向的交替变化是靠随电动机转子转动的换向器和固定在定子上的电刷来实现的。有刷电动机可分为高速有刷电动机和低速有刷电动机。

（2）按照电动机总成的机械结构来分

一般分为有齿和无齿两种。有齿电动机转速高，需要经过齿轮减速；无齿电动机转矩输出不经过任何减速。

（3）按照电动机的转速来分

按照电动机的转速来分，可分为低速有刷电动机电动自行车、低速无刷电动机电动自行车、高速有刷电动机电动自行车和高速无刷电动自行车4种。

低速有刷电动机和低速无刷电动机均属于低速电动机，转速为200r/min，两者的区别是：

有刷电动机是通过电刷来换向的，而低速无刷电动机不是通过电刷换向，而是使用三个霍尔器件来实现电子换向的。有刷高速电动机通称为高速电动机，转速为3000r/min，通过齿轮把转速降为200r/min左右。

TIPS 使用普通LED（发光二极管）的电动自行车，制动把线和转把线不经过显示板直接和控制器相连，显示板和控制器之间没有任何连接。

TIPS 智能显示的部分功能要通过显示板转接，智能LED显示信号由控制器送来，行驶状态控制信号通过显示板后送到控制器，所以，除助力信号以外，都要经由显示板转接。其中转把信号和制动把信号以及模式信号与其他显示共用+5V电源，可以分离出来；喇叭和喇叭开关使用电源电压，也可以单独连接。如果显示控制板损坏，有可能造成电动机不能旋转。