Warum Dual-Motor-Roller in Beschleunigung, Bergklettern und Reichweite übertrieben werden

In diesem Artikel wird erklärt, warum Elektroroller mit zwei Motoren schneller beschleunigen, Hügel besser erklimmen und eine größere Reichweite haben als Roller mit einem Motor, selbst wenn sie die gleiche Gesamtleistung haben.

Wie Doppelmotoren die Beschleunigung verbessern

Elektroroller mit zwei Motoren beschleunigen schneller als solche mit einem Motor, was hauptsächlich auf Unterschiede in der Leistungsverteilung zurückzuführen ist.

1. Bessere Traktionsverteilung reduziert das Durchdrehen der Räder

Ein Roller mit einem Motor (der typischerweise ein Rad antreibt) überträgt beim Beschleunigen sein gesamtes Drehmoment auf dieses einzelne Rad, was insbesondere beim Anfahren häufig zum Durchdrehen der Räder führt. Ein System mit zwei Motoren hingegen kann das Drehmoment sowohl auf die Vorder- als auch auf die Hinterräder verteilen und so die Traktionseffizienz deutlich verbessern.

Hier ist das zugrunde liegende Prinzip:

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz:

F=m⋅a

Wo:
F: Netto-Außenkraft (in Newton, N);
m: Masse des Objekts (in Kilogramm, kg);
a: Beschleunigung des Objekts (in Metern pro Sekunde zum Quadrat, m/s²)

Bei gleicher Belastung führt eine höhere Nettokraft (F) daher zu einer höheren Beschleunigung des Rollers. Die Nettokraft, die einen Roller vorwärts treibt, wird hauptsächlich durch die Antriebskraft des Motors, den Luftwiderstand und die Rollreibung der Räder bestimmt. Die Antriebskraft des Motors ist dabei die wichtigste. Diese Antriebskraft wird in Haftreibung zwischen Reifen und Boden umgewandelt – diese Haftreibung treibt den Roller direkt vorwärts. Nur das/die angetriebene(n) Rad(e) kann/können diese Antriebskraft bereitstellen.

Warum treibt Haftreibung den Roller vorwärts? Das mag kontraintuitiv erscheinen, da wir Reibung normalerweise mit Bewegungsbehinderung assoziieren. In diesem Fall ist jedoch das Gegenteil der Fall: Beim Beschleunigen des Rollers ist Haftreibung die entscheidende Kraft, die ihn vorwärts treibt. Wenn der Motor das Rad antreibt, neigt der Punkt des Reifens, der den Boden berührt, dazu, nach hinten zu rutschen. Um dieses Rutschen zu verhindern, übt der Boden eine nach vorne gerichtete Haftreibungskraft aus. Diese Kraft ist die Reaktionskraft des Bodens auf das Rad. Anstatt den Roller zu behindern, sorgt sie für Vorwärtstraktion und treibt das gesamte Fahrzeug an.

Vereinfacht ausgedrückt läuft die Kraftübertragung folgendermaßen ab: Motor dreht Rad → Rad drückt Boden → Boden drückt Rollerkörper durch Haftreibung nach vorne. Haftreibung dient als Zugkraft, während der Motor die Antriebskraft liefert.

Antriebskraft vs. Zugkraft:

Treibende Kraft ist die Kraft, die durch das Drehmoment des Motors auf den Reifen ausgeübt wird und ihn dazu bringen soll, auf dem Boden zu rollen. Sie ist die grundlegende Quelle der Zugkraft.

Zugkraft ist die statische Reibungskraft, die der Boden auf den Reifen ausübt, wodurch verhindert wird, dass der Reifen rutscht, und gleichzeitig der Roller vorwärts geschoben wird.

Nach dem dritten Newtonschen Gesetz ist Aktion gleich Reaktion. Wenn der Roller also nicht rutscht, ist die Zugkraft (statische Reibung), die den Roller vorwärts treibt, gleich der Schubkraft, die die Räder des Rollers auf den Boden ausüben. Diese stellt die Antriebskraft des Motors dar (andere Verluste bei der Energieumwandlung werden dabei außer Acht gelassen).

Generell führt eine größere Motorantriebskraft zu größerer Haftreibung und schnellerer Beschleunigung. Die verfügbare Haftreibung ist jedoch begrenzt. Sobald diese Reibungsgrenze überschritten wird, rutschen die Reifen, die Räder drehen sich im Leerlauf und der Roller beschleunigt nicht mehr.Wenn das Rad nicht durchdreht, ist die Radantriebskraft = Zugkraft; wenn das Rad durchdreht, ist die Radantriebskraft > Zugkraft.

Die Formel zur Berechnung der maximalen Haftreibung lautet:

F_statisch ≤ μs⋅N

Wo:
F_static: Statische Reibungskraft;
μs: Haftreibungskoeffizient (zwischen Reifen und Boden);
N: Auf das Objekt ausgeübte Normalkraft (normalerweise aufgrund der Schwerkraft)

Daher ist der Unterschied zwischen Elektrorollern mit Doppelmotor und Einzelmotor klar:

Ein Motor, ein Rad: Unabhängig von der Motorleistung wird die maximale Zugkraft, die in Vorwärtsbewegung umgesetzt werden kann, durch die maximale Haftreibung zwischen dem einzelnen angetriebenen Rad und dem Boden begrenzt. Sobald das Ausgangsdrehmoment des Motors diese Grenze überschreitet, dreht sich das Rad, anstatt größeren Schub zu erzeugen.

Doppelmotor, Doppelrad: Mit zwei unabhängig angetriebenen Rädern kann jedes Rad seine Haftreibung mit dem Boden nutzen. Das bedeutet, dass der Roller gleichzeitig die doppelte Reifenaufstandsfläche nutzen kann, um am Boden zu „haften“. Die verfügbare Zugkraftgrenze ist im Allgemeinen höher als bei einem Einzelmotorsystem, wodurch eine größere Nettokraft zum Vorwärtsbewegen des Rollers ohne Schleudern zur Verfügung steht, die unter extremen Bedingungen möglicherweise die doppelte Kraft erreichen kann.

2. Gleichmäßigere Drehmomentverteilung und besseres dynamisches Ansprechverhalten

Selbst bei gleicher Gesamtleistung (e.g., beide 1000 W), ermöglicht ein Doppelmotorsystem eine präzisere Steuerung der Leistung jedes Motors und sorgt so für eine gleichmäßigere und schnellere Drehmomentreaktion. Insbesondere bei fortschrittlichen elektronischen Steuerungssystemen (wie FOC) ermöglichen Doppelmotoren eine intelligentere Geschwindigkeitsregelung und optimieren so den Beschleunigungsprozess.

Wie Doppelmotoren die Steigfähigkeit verbessern

Das Wesentliche beim Bergsteigen besteht darin, dass die Zugkraft (statische Reibung zwischen Boden und Reifen) größer oder gleich der Schwerkraftkomponente sein muss, die den Hang hinunter wirkt (beim Bergsteigen kann man davon ausgehen, dass die Schwerkraft zwei Komponenten hat: eine senkrecht zum Hang und eine diagonal den Hang hinunter).

Da Doppelmotoren zwei Räder gleichzeitig antreiben können, verfügen sie über eine größere Gesamtzugkraft, wodurch sie eine größere Schwerkraftkomponente überwinden und steilere Steigungswinkel erreichen können.

Wie Doppelmotoren die Reichweite erhöhen

Während die überlegene Beschleunigung und Bergauffahrleistung von Rollern mit zwei Motoren leicht verständlich sein mag, erscheint die Idee einer größeren Reichweite kontraintuitiv – viele Menschen gehen davon aus, dass zwei Motoren mehr Strom verbrauchen und somit die Reichweite verringern. Das ist jedoch nicht der Fall. Lassen Sie uns im Detail analysieren, warum Roller mit zwei Motoren eine größere Reichweite bieten können:

1. Doppelmotoren sind bei geringer Last effizienter

Jeder Motor verfügt über einen optimalen Wirkungsgradbereich. Innerhalb dieses Bereichs ist die Effizienz der Energieumwandlung am höchsten und die Verluste werden minimiert.

Bei gleichmäßiger Fahrt ist die vom Roller benötigte Leistung (e.g., um Luftwiderstand, Rollwiderstand und leichte Steigungen zu überwinden) ist oft viel niedriger als die Nennleistung des Motors, vielleicht nur 300 W. In diesem Szenario gibt es einen deutlichen Unterschied in der Betriebseffizienz zwischen Einmotor- und Zweimotorsystemen:

Einmotoriges Modell: Ein einzelner Hochleistungsmotor (e.g., 1000 W) gibt allein 300 W ab und arbeitet oft außerhalb seiner optimalen Effizienzkurve, was zu einem höheren Energieverbrauch führt.

Modell mit zwei Motoren: Zwei Motoren (e.g., 2 x 500 W) können sich die Last teilen, wobei jeder nur 150 W abgibt. Dieser Leistungspunkt liegt wahrscheinlich näher an ihren jeweiligen Spitzenwirkungsgradbereichen, was zu einer höheren Gesamteffizienz des Antriebs und einem geringeren Energieverbrauch führt.

Darüber hinaus unterstützen viele Doppelmotorsysteme einen Sparmodus, bei dem für Fahrten mit geringer Last nur ein Motor aktiviert wird, wodurch zusätzlich Energie gespart wird. Im Gegensatz dazu können Einzelmotorsysteme bei niedriger Geschwindigkeit und geringer Last sowie bei hoher Geschwindigkeit und hoher Last leicht von ihrem optimalen Effizienzbereich abweichen, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt.

Daher weisen Doppelmotorsysteme im Allgemeinen eine höhere Antriebseffizienz beim täglichen Fahren, Beschleunigen oder Bergauffahren auf, wodurch der Gesamtenergieverbrauch gesenkt und die Reichweite erhöht wird.

2. Geringerer Kupferverlust (I2R-Verlust)

Wenn ein Motor elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, geht ein Teil der Energie verloren. Kupferverluste machen typischerweise den größten Anteil der Gesamtverluste aus.

Was ist Kupferverlust? Kupferverlust ist die Wärme, die entsteht, wenn Strom durch den Wicklungswiderstand fließt. Im Wesentlichen geht dabei ein Teil der elektrischen Energie des Motors als Wärme verloren. Dieser Prozess beeinträchtigt die Motoreffizienz erheblich.

PKupferverlust=I²⋅R

Wo:
I: Aktuell;
R: Widerstand

Einmotoren- und Zweimotorensysteme unterscheiden sich deutlich hinsichtlich der Kupferverluste:

Einmotoriger Roller: Der gesamte Strom konzentriert sich auf einen Motor, was zu einem höheren Strom und größeren Verlusten führt.

Roller mit zwei Motoren: Bei gleicher Gesamtleistung halbiert sich der Strom in jedem Motor, da der Strom geteilt wird. Das bedeutet, dass der Kupferverlust in jedem Motor auf ein Viertel des Verlusts des einzelnen Motors sinkt und der Gesamtkupferverlust beider Motoren zusammen die Hälfte des Verlusts eines Rollers mit einem Motor beträgt.

Bei gleicher Leistungsabgabe weisen Doppelmotoren also einen geringeren Gesamtverlust auf.

3. Höhere Traktion reduziert zusätzlichen Energieverlust

Einfacherer Start und Beschleunigung: Doppelmotoren bieten beim Anfahren ein höheres Drehmoment und mehr Traktion. Dadurch erreichen sie die Zielgeschwindigkeit schneller und „mühelos“. Die Zeit, in der die Motoren während ineffizienter Anlaufphasen mit hohem Strom laufen, wird reduziert, wodurch der Energieverlust minimiert wird.

Bergsteigfähigkeit: Doppelmotoren sind beim Bergauffahren effizienter. Ein einzelner Motor benötigt möglicherweise mehr Strom und Drehzahl, um den Hangwiderstand zu überwinden, was zu mehr Wärmeentwicklung und höheren Verlusten führt. Doppelmotoren können die Last teilen, sodass jeder Motor effizienter arbeitet und so der Gesamtenergieverbrauch gesenkt wird.

Insgesamt nutzen Elektroroller mit Doppelmotor bei gleicher Batteriekapazität die Batterieenergie aufgrund der höheren Energieumwandlungseffizienz und der optimierten Traktionsverteilung effektiver, was zu einer größeren Reichweite und längeren Fahrzeit führt.

Abschluss

Bei gleicher Gesamtleistung übertreffen Elektroroller mit zwei Motoren im Allgemeinen Modelle mit einem Motor in puncto Beschleunigung, Steigfähigkeit und Reichweite. Ihre Hauptvorteile liegen in einer effizienteren Drehmomentverteilung und Traktionsausnutzung, einer höheren energieeffizienten Reichweite und geringeren Motorverlusten.

Schnellere Beschleunigung: Zwei Motoren teilen sich die Antriebskraft und sorgen so für eine größere und gleichmäßiger verteilte Traktion, wodurch das Risiko eines Durchdrehens der Räder verringert und die Beschleunigung verbessert wird.

Stärkeres Bergsteigen: Doppelt angetriebene Räder sorgen für eine höhere Gesamtzugkraft und überwinden die Schwerkraftkomponente an Hängen mit weniger Kraftaufwand.

Größere Reichweite: Doppelmotoren sind bei leichter oder mäßiger Belastung effizienter, weisen einen geringeren Kupferverlust auf und nutzen Energie effektiver.