Varför dubbelmotoriska skoter överträffar enmotoriska skotrar i acceleration, bergsklättring och räckvidd

Den här artikeln förklarar varför elsparkcyklar med dubbla motorer accelererar snabbare, klättrar bättre i backar och har längre räckvidd än elsparkcyklar med en motor, även när de har samma totala effekt.

Hur dubbla motorer förbättrar accelerationen

Elsparkcyklar med dubbla motorer accelererar snabbare än skotrar med en motor, främst på grund av skillnader i kraftfördelning.

1. Bättre dragkraftsfördelning minskar hjulspinn

En enmotorig skoter (som vanligtvis driver ett hjul) applicerar allt sitt vridmoment på det enda hjulet under acceleration, vilket ofta leder till hjulspinn, särskilt vid start. Ett system med två motorer kan däremot fördela vridmomentet till både fram- och bakhjulen, vilket avsevärt förbättrar effektiviteten i utnyttjandet av dragkraften.

Här är den underliggande principen:

Enligt Newtons andra lag:

F=m⋅a

Där:
F: Netto yttre kraft (i Newton, N);
m: Objektets massa (i kilogram, kg);
a: Objektets acceleration (i meter per sekund i kvadrat, m/s²)

Därför, när lasten är densamma, resulterar en större nettokraft (F) i större scooteracceleration. Nettokraften som driver en scooter framåt bestäms huvudsakligen av motorns drivkraft, luftmotstånd och hjulens rullfriktion. Bland dessa är motorns drivkraft den mest betydande. Denna drivkraft omvandlas till statisk friktion mellan däcket och marken – det är denna statiska friktion som direkt driver scootern framåt. Endast det/de drivna hjulen kan tillhandahålla denna drivkraft.

Varför driver statisk friktion scootern framåt? Detta kan verka kontraintuitivt, eftersom vi vanligtvis förknippar friktion med att hindra rörelse. Men i det här fallet är det motsatta: under acceleration av scootern är statisk friktion den avgörande kraften som driver den framåt. När motorn driver hjulet att rotera framåt tenderar den punkt på däcket som är i kontakt med marken att glida bakåt. För att förhindra denna glidning applicerar marken en framåtriktad statisk friktionskraft. Denna kraft är markens reaktionskraft på hjulet. Långt ifrån att hindra scootern ger den grepp framåt, vilket driver hela fordonet.

Enkelt uttryckt är kraftöverföringsprocessen: Motorn roterar hjulet → Hjulet trycker på marken → Marken trycker sparkcykelns kropp framåt via statisk friktion. Statisk friktion fungerar som dragkraft, medan motorn tillhandahåller drivkraften.

Drivkraft kontra dragkraft:

Drivkraft är den kraft som genereras av motorns vridmoment som verkar på däcket, i ett försök att få däcket att rulla på marken. Det är den grundläggande källan till dragkraft.

Dragkraft är den statiska friktionskraften som marken utövar på däcket, vilket förhindrar att däcket slirar samtidigt som scootern trycks framåt.

Enligt Newtons tredje lag är verkan lika med reaktion. Således, när scootern inte slirar, är dragkraften (statisk friktion) som driver scootern framåt lika med den tryckkraft som utövas av scooterns hjul på marken, vilket är motorns drivkraft (bortsett från andra förluster under energiomvandlingen).

Generellt sett leder en större motordrivkraft till större statisk friktion och snabbare acceleration. Det finns dock en gräns för den tillgängliga statiska friktionen. När denna friktionsgräns överskrids kommer däcken att slira, hjulen kommer att snurra på tomgång och scootern kommer inte längre att accelerera.När hjulet inte slirar är hjulets drivkraft = dragkraft; när hjulet slirar är hjulets drivkraft > dragkraft.

Formeln för att beräkna maximal statisk friktion är:

F_statisk ≤ μs⋅N

Där:
F_static: Statisk friktionskraft;
μs: Statisk friktionskoefficient (mellan däck och mark);
N: Normalkraft som utövas på objektet (vanligtvis på grund av gravitationen)

Därför är skillnaden mellan elektriska skotrar med två motorer och en motor tydlig:

Enmotorig, enhjulig: Oavsett hur kraftfull motorn är, begränsas den maximala dragkraften som kan omvandlas till framåtrörelse av den maximala statiska friktionen mellan det enskilda drivhjulet och marken. När motorns utgående vridmoment överstiger denna gräns kommer hjulet att snurra istället för att ge större dragkraft.

Dubbelmotor, dubbelhjul: Med två oberoende drivhjul kan varje hjul utnyttja sin statiska friktion med marken. Det innebär att scootern samtidigt kan använda dubbelt så mycket friktion som däckets kontaktyta för att "greppa" marken. Den tillgängliga dragkraftsgränsen är generellt högre än för ett system med en motor, vilket möjliggör en större nettokraft för att driva scootern framåt utan att slira, potentiellt nära dubbelt så stor kraft under extrema förhållanden.

2. Jämnare vridmomentfördelning och bättre dynamisk respons

Även med samma totala effekt (e.g..., båda 1000 W), möjliggör ett dubbelmotorsystem mer exakt kontroll över varje motors effekt, vilket ger ett jämnare och snabbare vridmomentsvar. Speciellt med avancerade elektroniska styrsystem (som FOC) möjliggör dubbla motorer mer intelligent hastighetsreglering, vilket optimerar accelerationsprocessen.

Hur dubbla motorer förbättrar förmågan att klättra i backar

Kärnan i backklättring är att dragkraften (statisk friktion mellan marken och däcken) måste vara större än eller lika med tyngdkraftskomponenten som verkar nedför sluttningen (vid klättring kan tyngdkraften anses ha två komponenter: en vinkelrät mot sluttningen och en diagonalt nedför sluttningen).

Eftersom dubbla motorer kan driva två hjul samtidigt ger de större total dragkraft, vilket gör att de kan övervinna en större gravitationskomponent och uppnå brantare klättringsvinklar.

Hur dubbla motorer ökar räckvidden

Även om den överlägsna accelerationen och prestandan i backar hos skotrar med dubbla motorer kan vara lätt att förstå, kan idén om en längre räckvidd verka kontraintuitiv – många antar att två motorer skulle förbruka mer kraft, vilket skulle leda till en kortare räckvidd. Så är inte fallet. Låt oss analysera i detalj varför skotrar med dubbla motorer kan erbjuda en längre räckvidd:

1. Dubbla motorer är mer effektiva under låg belastning

Varje motor har ett optimalt verkningsgradsområde. När en motor arbetar inom detta område är energiomvandlingsverkningsgraden högst och förlusterna minimeras.

Under stadig körning är den effekt som krävs av scootern (e.g...för att övervinna luftmotstånd, rullmotstånd och lätta lutningar) är ofta mycket lägre än motorns nominella effekt, kanske bara 300 W. I detta scenario finns det en tydlig skillnad i driftseffektivitet mellan system med en motor och två motorer:

Modell med en motor: En enda högeffektsmotor (e.g., 1000W) ger en egen effekt på 300W och arbetar ofta utanför sin optimala effektivitetskurva, vilket leder till högre energiförbrukning.

Modell med två motorer: Två motorer (e.g..., 2 x 500 W) kan dela belastningen, där var och en endast avger 150 W. Denna effektpunkt ligger sannolikt närmare deras respektive toppeffektivitetsområden, vilket resulterar i högre total driveffektivitet och lägre energiförbrukning.

Dessutom stöder många system med dubbla motorer ett ekonomiläge där endast en motor aktiveras för lätt belastning, vilket ytterligare sparar energi. Däremot kan system med en motor lätt avvika från sitt optimala effektivitetsområde under låga hastigheter, lätta belastningsförhållanden eller höga hastigheter, vilket leder till minskad elenergianvändning.

Därför uppvisar system med dubbla motorer generellt sett högre driveffektivitet under daglig körning, acceleration eller uppförsbacke, vilket minskar den totala energiförbrukningen och förlänger räckvidden.

2. Lägre kopparförlust (I2R-förlust)

När en motor omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi går en del energi förlorad. Kopparförlust står vanligtvis för den största andelen av de totala förlusterna.

Vad är kopparförlust? Kopparförlust är den värme som genereras när ström flyter genom lindningsmotståndet. I huvudsak är det en del av motorns elektriska energi som "går förlorad" som värme. Denna process påverkar motorns effektivitet avsevärt.

Pkopparförlust=I²⋅R

Där:
I: Nuvarande;
R: Motstånd

Enkelmotor- och dubbelmotorsystem skiljer sig avsevärt åt vad gäller kopparförlust:

Enmotorig skoter: Den totala strömmen är koncentrerad i en motor, vilket leder till högre ström och större förlust.

Dubbelmotorig skoter: Vid samma totala effekt, eftersom strömmen delas, halveras strömmen i varje motor. Det betyder att kopparförlusten i varje motor sjunker till 1/4 av den enskilda motorns förlust, och den totala kopparförlusten för båda motorerna tillsammans är 1/2 av en skoter med en motor.

Så, för samma effekt har dubbla motorer lägre totalförlust.

3. Högre dragkraft minskar ytterligare energiförlust

Enklare uppstart och acceleration: Dubbla motorer ger högre momentant vridmoment och dragkraft vid start. Det innebär att de kan nå målhastigheten snabbare och "utan ansträngning", vilket minskar den tid motorerna arbetar med hög ström under ineffektiva startfaser och minimerar därmed energiförlusten.

Klättringsförmåga i backar: Dubbla motorer är effektivare vid uppförsbackar. En enda motor kan kräva högre ström och rotationshastighet för att övervinna sluttningsmotstånd, vilket leder till mer värmeutveckling och större förluster. Dubbla motorer kan dela belastningen, vilket gör att varje motor kan arbeta mer effektivt och därmed minska den totala energiförbrukningen.

Sammantaget, med samma batterikapacitet, utnyttjar elektriska skotrar med dubbla motorer batteriets energi mer effektivt tack vare högre energiomvandlingseffektivitet och optimerad dragkraftsfördelning, vilket resulterar i längre räckvidd och förlängd körtid.

Slutsats

Med samma totala effekt överträffar elsparkcyklar med dubbla motorer i allmänhet modeller med en motor i acceleration, backningsförmåga och räckvidd. Deras främsta fördelar härrör från mer rationell vridmomentfördelning och dragkraftsutnyttjande, ett högre energieffektivt räckvidd och lägre motorförluster.

Snabbare acceleration: Dubbla motorer delar drivkraften, vilket ger större och jämnare fördelat grepp, vilket minskar risken för hjulspinn och förbättrar accelerationen.

Starkare backklättring: Dubbeldrivna hjul ger större total dragkraft och övervinner gravitationskomponenten i sluttningar med mindre ansträngning.

Längre räckvidd: Dubbla motorer är effektivare under lätta eller måttliga belastningar, uppvisar lägre kopparförlust och utnyttjar energi mer effektivt.