Zašto dvomotorni skuteri nadmašuju jednomotorne skutere u ubrzanju, penjanju na brdo i rasponu

Ovaj članak objašnjava zašto električni skuteri s dva motora brže ubrzavaju, bolje se penju uzbrdo i imaju veći domet od skutera s jednim motorom, čak i kada imaju istu ukupnu izlaznu snagu.

Kako dvostruki motori poboljšavaju ubrzanje

Električni skuteri s dva motora ubrzavaju brže od onih s jednim motorom, prvenstveno zbog razlika u raspodjeli snage.

1. Bolja raspodjela trakcije smanjuje proklizavanje kotača

Skuter s jednim motorom (koji obično pokreće jedan kotač) primjenjuje sav svoj okretni moment na taj jedan kotač tijekom ubrzanja, što često dovodi do proklizavanja kotača, posebno tijekom pokretanja. Međutim, sustav s dva motora može raspodijeliti okretni moment na prednje i stražnje kotače, značajno poboljšavajući učinkovitost korištenja vuče.

Evo temeljnog principa:

Prema Newtonovom drugom zakonu:

F=m⋅a

Gdje:
F: Neto vanjska sila (u Newtonima, N);
m: Masa objekta (u kilogramima, kg);
a: Ubrzanje objekta (u metrima po sekundi na kvadrat, m/s²)

Stoga, kada je opterećenje isto, veća neto sila (F) rezultira većim ubrzanjem skutera. Neto sila koja pokreće skuter naprijed uglavnom je određena pogonskom silom motora, otporom zraka i trenjem kotača. Među njima, pogonska sila motora je najznačajnija. Ova pogonska sila pretvara se u statičko trenje između gume i tla - upravo to statičko trenje izravno pokreće skuter naprijed. Samo pogonski kotač(evi) može osigurati ovu pogonsku silu.

Zašto statičko trenje pokreće skuter naprijed? To se može činiti nelogičnim, jer obično povezujemo trenje s ometanjem kretanja. Međutim, u ovom slučaju vrijedi suprotno: tijekom ubrzanja skutera, statičko trenje je ključna sila koja ga gura naprijed. Kada motor pokreće kotač da se okreće naprijed, točka gume u kontaktu s tlom ima tendenciju klizanja unatrag. Kako bi se spriječilo to klizanje, tlo primjenjuje statičku silu trenja prema naprijed. Ta sila je sila reakcije tla na kotač. Daleko od toga da ometa skuter, ona osigurava vuču prema naprijed, pokrećući cijelo vozilo.

Jednostavno rečeno, proces prijenosa sile je sljedeći: Motor okreće kotač → Kotač gura tlo → Tlo gura tijelo skutera naprijed putem statičkog trenja. Statičko trenje djeluje kao vučna sila, dok motor osigurava pogonsku silu.

Pogonska sila u odnosu na vučnu silu:

Pokretačka snaga je sila koju generira moment motora koji djeluje na gumu, pokušavajući natjerati gumu da se kotrlja po tlu. To je temeljni izvor vučne sile.

Vučna sila je statička sila trenja koju tlo vrši na gumu, sprječavajući klizanje gume, a istovremeno gurajući skuter naprijed.

Prema Newtonovom trećem zakonu, akcija je jednaka reakciji. Dakle, kada skuter ne proklizava, vučna sila (statičko trenje) koja pokreće skuter naprijed jednaka je potisku koji kotači skutera vrše na tlo, što je pogonska sila motora (zanemarujući ostale gubitke tijekom pretvorbe energije).

Općenito, veća pogonska sila motora dovodi do većeg statičkog trenja i bržeg ubrzanja. Međutim, postoji ograničenje dostupnog statičkog trenja. Nakon što se prekorači ta granica trenja, gume će proklizavati, kotači će se okretati u prazno i ​​skuter više neće ubrzavati.Kad kotač ne proklizava, pogonska sila kotača = vučna sila; kad kotač proklizava, pogonska sila kotača > vučna sila.

Formula za izračun maksimalnog statičkog trenja je:

F_static ≤ μs⋅N

Gdje:
F_static: Statička sila trenja;
μs: Koeficijent statičkog trenja (između gume i tla);
N: Normalna sila koja djeluje na objekt (obično zbog gravitacije)

Stoga je razlika između električnih skutera s dva motora i onih s jednim motorom jasna:

Jedan motor, jedan kotač: Bez obzira na to koliko je motor snažan, maksimalna vučna sila koja se može pretvoriti u kretanje prema naprijed ograničena je maksimalnim statičkim trenjem između jednog pogonskog kotača i tla. Nakon što izlazni moment motora prijeđe ovo ograničenje, kotač će se okretati umjesto da pruža veći potisak.

Dvostruki motor, dvostruki kotač: S dva neovisna pogonska kotača, svaki kotač može koristiti svoje statičko trenje s tlom. To znači da skuter može istovremeno koristiti dvostruku kontaktnu površinu gume za "hvatanje" tla. Raspoloživa granica vučne sile općenito je veća nego kod sustava s jednim motorom, što omogućuje veću neto silu za pokretanje skutera naprijed bez proklizavanja, potencijalno se približavajući dvostrukoj sili u ekstremnim uvjetima.

2. Ravnomjernija raspodjela okretnog momenta i bolji dinamički odziv

Čak i s istom ukupnom snagom (e.g., oba 1000 W), sustav s dva motora omogućuje precizniju kontrolu nad izlazom svakog motora, postižući glatkiji i brži odziv okretnog momenta. Posebno s naprednim elektroničkim upravljačkim sustavima (poput FOC-a), dva motora omogućuju inteligentniju regulaciju brzine, optimizirajući proces ubrzanja.

Kako dvostruki motori poboljšavaju sposobnost penjanja uzbrdo

Bit penjanja uzbrdo je da vučna sila (statičko trenje između tla i guma) mora biti veća ili jednaka komponenti gravitacije koja djeluje niz padinu (prilikom penjanja, gravitacija se može smatrati da ima dvije komponente: jednu okomitu na padinu i jednu dijagonalno niz padinu).

Budući da dvostruki motori mogu istovremeno pokretati dva kotača, oni pružaju veću ukupnu vučnu silu, što im omogućuje prevladavanje veće gravitacijske komponente i postizanje strmijih kutova penjanja.

Kako dvostruki motori povećavaju domet

Iako je superiorna ubrzanja i performanse pri vožnji uzbrdo kod skutera s dva motora lako razumjeti, ideja o duljem dometu može se činiti kontraintuitivnom - mnogi ljudi pretpostavljaju da bi dva motora trošila više energije, što bi dovelo do kraćeg dometa. To nije slučaj. Analizirajmo detaljno zašto skuteri s dva motora mogu ponuditi dulji domet:

1. Dvostruki motori su učinkovitiji pri niskom opterećenju

Svaki motor ima optimalno radno područje učinkovitosti. Kada motor radi unutar tog područja, učinkovitost pretvorbe energije je najveća, a gubici su minimalni.

Tijekom stabilne vožnje, snaga koja je potrebna skuteru (e.g..., za prevladavanje otpora zraka, otpora kotrljanja i blagih nagiba) često je puno niži od nazivne snage motora, možda samo 300 W. U ovom scenariju postoji jasna razlika u radnoj učinkovitosti između sustava s jednim motorom i sustava s dva motora:

Model s jednim motorom: Jedan motor velike snage (e.g., 1000 W) samostalno daje 300 W, često radeći izvan svoje optimalne krivulje učinkovitosti, što dovodi do veće potrošnje energije.

Model s dva motora: Dva motora (e.g., 2 x 500 W) mogu podijeliti opterećenje, pri čemu svaki daje samo 150 W. Ova točka snage vjerojatno je bliža njihovim odgovarajućim rasponima vršne učinkovitosti, što rezultira većom ukupnom učinkovitošću pogona i nižom potrošnjom energije.

Nadalje, mnogi sustavi s dva motora podržavaju ekonomičan način rada u kojem se aktivira samo jedan motor za vožnju s malim opterećenjem, što dodatno štedi energiju. Nasuprot tome, sustavi s jednim motorom mogu lako odstupiti od svog optimalnog raspona učinkovitosti pri uvjetima male brzine, malog opterećenja ili velike brzine, velikog opterećenja, što dovodi do smanjene potrošnje električne energije.

Stoga, sustavi s dva motora općenito pokazuju veću učinkovitost pogona tijekom svakodnevnog krstarenja, ubrzanja ili uzbrdice, čime se smanjuje ukupna potrošnja energije i produžuje domet.

2. Manji gubitak bakra (gubitak I2R)

Kada motor pretvara električnu energiju u mehaničku energiju, dio energije se gubi. Gubitak bakra obično čini najveći udio ukupnih gubitaka.

Što je gubitak bakra? Gubitak bakra je toplina koja se stvara kada struja teče kroz otpor namota. U osnovi, to je dio električne energije motora koji se "gubi" kao toplina. Taj proces značajno utječe na učinkovitost motora.

Pgubitak_bakra=I²⋅R

Gdje:
I: Struja;
R: Otpor

Sustavi s jednim i dva motora značajno se razlikuju u pogledu gubitaka bakra:

Skuter s jednim motorom: Ukupna struja je koncentrirana u jednom motoru, što dovodi do veće struje i većih gubitaka.

Skuter s dva motora: Pri istoj ukupnoj izlaznoj snazi, budući da se struja dijeli, struja u svakom motoru se prepolovi. To znači da gubitak bakra u svakom motoru pada na 1/4 gubitka pojedinačnog motora, a ukupni gubitak bakra za oba motora zajedno iznosi 1/2 gubitka skutera s jednim motorom.

Dakle, za istu izlaznu snagu, dvostruki motori imaju niže ukupne gubitke.

3. Veća vučna sila smanjuje dodatni gubitak energije

Lakše pokretanje i ubrzanje: Dvostruki motori pružaju veći trenutni okretni moment i vuču tijekom pokretanja. To znači da mogu brže i "bez napora" postići ciljanu brzinu, smanjujući vrijeme rada motora pri visokoj struji tijekom neučinkovitih faza pokretanja, čime se smanjuje gubitak energije.

Sposobnost penjanja uzbrdo: Dvostruki motori su učinkovitiji pri penjanju uzbrdo. Jedan motor može zahtijevati veću struju i brzinu vrtnje kako bi savladao otpor nagiba, što dovodi do većeg stvaranja topline i većih gubitaka. Dvostruki motori mogu dijeliti opterećenje, omogućujući svakom motoru da radi u učinkovitijem stanju, čime se smanjuje ukupna potrošnja energije.

Sveukupno, s istim kapacitetom baterije, električni skuteri s dva motora učinkovitije koriste energiju baterije zbog veće učinkovitosti pretvorbe energije i optimizirane raspodjele vuče, što rezultira većim dometom i duljim vremenom vožnje.

Zaključak

Pri istoj ukupnoj snazi, električni skuteri s dva motora općenito nadmašuju modele s jednim motorom u ubrzanju, sposobnosti penjanja uzbrdo i dometu. Njihove glavne prednosti proizlaze iz racionalnije raspodjele okretnog momenta i iskorištenja vuče, većeg energetski učinkovitog radnog dometa i nižih gubitaka motora.

Brže ubrzanje: Dva motora dijele pogonsku snagu, pružajući veću i ravnomjernije raspoređenu vuču, smanjujući rizik od proklizavanja kotača i poboljšavajući ubrzanje.

Jače penjanje uzbrdo: Dvostruko pogonjeni kotači pružaju veću ukupnu vučnu silu, prevladavajući gravitacijsku komponentu na nagibima uz manje napora.

Dulji domet: Dvostruki motori su učinkovitiji pri laganim ili umjerenim opterećenjima, pokazuju manji gubitak bakra i učinkovitije koriste energiju.