Energetická náročnost elektropohonu off-road jízdního kola

Abstract

Úvod práce se zaměřuje na obecnou problematiku a výskyt elektromobility v našem životě. Pro lepší orientaci v dalších částech práce a snazší porozumění textu následuje krátký přehled stavu klasických elektrokol, jejich součástí a důležitých ovlivňujících faktorů. Jsou popsány klíčové části elektropohonu jako akumulátory, jednotky, snímače a elektromotory a jejich role v celém systému, jak podporují nebo naopak omezují funkčnost a efektivitu výrobku. Druhá část rozebírá vlastní elektrokolo, které bylo použito pro všechna měření. Kromě jeho předností popisuje také jeho vývoj a odlišnosti od ostatních běžně dostupných výrobků. Významnou součástí je rozbor a řešení problémů a komplikací při jeho vývoji např. chování a výkon při různých typech namáhání a zatížení při jízdě. Práce popisuje jednotlivé vývojové etapy vzniku stroje od prvních návrhů až po konečný fungující produkt. Důležitou součástí práce je popis kombinací, které přímo ovlivňují jízdu a tedy podíl vlastní energie spotřebované na trase. Jde především o všechny druhy odporu, které na elektrokolo působí. Jsou rozebírány příčiny, se kterými se tyto odpory chovají v různých situacích a podmínkách různě. Rozebírány jsou také komplikace při jejich správném určení a nastavení. Výsledná naměřená data jsou dále zpracována a porovnána s daty, která jsou odvozena teoreticky. Jsou popsané konkrétní podmínky a zkušební trať, která sloužila k měření. V této práci je klíčové zaměření na energetickou náročnost a podíl vynaložené energie na konkrétní odpory z jízdy. Dalším důležitým bodem je citlivostní analýza, která porovnává a zkouší další možnosti vývoje dojezdu upravováním měřených veličin. Výsledkem je jednoduchý software vypovídající okamžitě podle vstupních parametrů na konkrétní otázky dojezdu. Software umožňuje operativně simulovat situace, které mohou během jízdy nastat. Metodu simulace konkrétních situací je možné využít i jako důkaz pro potvrzení určité myšlenky.

The beginning of this work trying to solve the complexities of electromobility in our lives. The following subject attempts to show the reader an overview of a classic electric bike with information about each major component to better understand its complexities which are further described. Key components are pointed out in this work and each one has its purpose in the whole system of electromobility, including the battery, controller, sensors and electric motors, as well as why these components are important and how they contribute to the whole mechanism. The following pages also identify their weaknesses and strengths. The second part of this work is based on our e-bike, which was used as a form of measurement. We also demonstrate the strong and weak aspects of this bike, and how its development is so different from a normal e-bike. This work also outlines the issues of material stress and the stress points of the frame while the bike is running. There is also a timeline during which it is possible to compare the first release of the e-bike with the latest one, the difference between the two and its step-by-step development from the first drawing up to a fully functional vehicle. For some results it is important to indicate the physical laws and mathematical principles. Everything is based on energy consumption which is generated while the bike is being ridden. During a ride there are resistances affecting the amount of energy the motor expends. There is also an analysis which tells the reader what is happening as the situation changes. The analysis indicates how some coefficients change due to weather fluctuations or a different riding style. Why they change and why it is quite challenging to achieve the correct setting. There are tests that can be done to determine the range of a single charge. Final measured data is processed and compared to each other with theoretical data which is based on measured coefficients. There is an overview of the complete track where the rider goes and the energy demands for each area of resistance on the track. The next subject is the analysis of sensitivity. This means the ratio in which the energy demands increase or decrease depending on the configuration of the track, such as resistance due to variations on the type of surface, the weight, size and style of the rider and so on. This analysis is ideal for the creation of new tracks, the new development of battery packs or the complete vehicle. The result of this work is a program which can easily set the range for one single charge. The program's functionality is based on measured data and the results that are based on them. This program can also provide results on any random and unknown track. It will also enable the user to simulate a riding experience, anticipate problems and resolve them before they occur.