第一章 电动自行车/三轮车维修基本知识
第一节 电动自行车/三轮车基本知识
一、电动自行车的组成与工作原理
电动自行车又称电动助力车，它是以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮或三个车轮，能实现人力骑行，具有电动或电助动功能的特种自行车。电动自行车是在普通自行车的基础上，安装了电动机、控制器、蓄电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人绿色环保交通工具。电动自行车属于非机动车管理范畴，是可以在非机动车道上行驶的特种自行车。
1.电动自行车的组成及主要作用
（1）电动自行车的组成 电动自行车是由机械系统和电气系统两大部分构成的。主要包括动力部分、传动部分、行车部分、操纵制动部分、电气仪表部分，如图1-1所示。
图1-1 电动自行车的组成
小提示
机械系统主要包括车架、车把、前叉、前轮、前车闸、后轮、后车闸、车座、车梯、脚蹬、飞轮、链条、轮盘等部分。电气系统主要包括电动机、控制器、蓄电池、充电器、调速转把、闸把、显示仪表、电源锁、转换器、车灯、喇叭、空气开关、闪光器和防盗器等部分。
不同类型的电动自行车，其电池安装位置、控制形式等有所不同。
（2）各主要组成部分的作用
1）动力部分 电动自行车动力部分通常由蓄电池和电动机组成，它是电动自行车的动力来源。
2）传动部分 电动自行车传动部分主要由变速器、后传动装置组成。它的作用是将动力部分输出的功率传递给驱动轮，驱使电动自行车行驶。通过变速器或调速器，使电动自行车获得行驶所需要的驱动力和速度，并保证电动自行车平稳起步和停车。
3）行车部分 它的作用是使电动自行车构成一个整体，支撑全车的总重量，将传动部分传递的扭矩转换成驱动电动自行车行驶的牵引力，同时承受吸收和传递路面作用于车轮上的各种反力，确保电动自行车正常、安全行驶。行车部分主要由车架、前叉（前减振器）、前后轮、坐垫等组成。
4）操纵制动部分 电动自行车操纵制动部分主要由车把、控制器、制动装置、调整手把等组成。它的作用是直接控制骑行方向、速度、制动等，以确保电动自行车行驶安全。
5）电气仪表部分 电气仪表装置主要由数据显示装置、充电器灯光和仪表等组成。它是保证车辆安全行驶并反映车辆运行状态的主要装置，能使骑行者正确、有效地对车辆行驶适时地进行控制。
①电器“四大件” 电器“四大件”包括蓄电池、控制器、电动机、充电器。
蓄电池是电动自行车的能源中心，它为整车电气系统供电；充电器是给蓄电池充电的设备，它将交流电转换成直流电并储存到蓄电池内部；控制器控制蓄电池输出电流大小，达到驱动电动机旋转并控制转速的目的；电动机是将电能转换为机械能的设备，通过它带动车轮旋转。电动自行车电器部件相互关系框图如图1-2所示。
图1-2 电动自行车电器部件相互关系框图
②转把、闸把、助力传感器 它是为控制器提供控制信号的操作部件。
a.调节转把 转把输出的控制信号是速度调整信号。当骑行者旋转转把时，输出不同的调速信号，使控制器为电动机提供的驱动电流发生变化，从而改变电动机产生的旋转磁场的大小，进而改变电动机的转速，实现车速的调整。
b.制动闸把 闸把输出的控制信号是制动信号。当骑行者需要制动时，闸把给控制器一个控制信号，被控制器处理后不再向电动机提供驱动电流，电动机停转，实现制动断电控制功能。
c.助力传感器 助力传感器是当电动自行车处于助力状态时检测骑行脚蹬力矩或脚蹬速度信号的装置。控制器根据助力传感器信号的大小分配给电动机相应的驱动电流，以达到人力与电力共同驱动自行车行驶的目的。
d.灯具、仪表部分 灯具、仪表部分是提供照明并提示电动自行车状态的部件组合。仪表一般提供蓄电池能量（电压）显示、车速显示、骑行状态显示、灯具状态显示等功能。智能型仪表还能显示整车各电气部件的故障情况。仪表显示项目及功能见表1-1。
表1-1 仪表显示项目及功能
2.电动自行车的工作原理
（1）普通电动自行车的工作原理 电动自行车是在自行车的基础上加一套电动机驱动机构组成的。由蓄电池提供电源，电动机接通电源后，产生旋转磁场，由电动机发出动力，传给驱动轮而产生牵引力，使车轮旋转前进。在连接器上连接一个转速手柄，转动手柄可以控制控制器输送给电动机的电压，通过变换电压来控制电动机的转速，从而控制电动自行车的车速，其工作原理如图1-3所示。
图1-3 电动自行车工作原理
（2）智能型电动自行车的工作原理 智能型电动自行车与普通电动自行车工作原理基本相同，均由车体、蓄电池、传动部件组成，它们的不同点是，前者增加了微机控制器和助力传感器。行驶时，骑行者的脚踏力通过传感部件进行检测，经微机处理，电动机输出相应的功率驱动车轮行驶。
3.电动三轮车的组成
电动三轮车的组成类同于电动自行车，主要由电动机、控制器、蓄电池、电器、灯光仪表、车体和控制装置等组成。电动三轮车的其他辅助系统和两轮电动自行车的辅助系统基本相同。
电动三轮车的组成还包含车架和车箱。
电动三轮车有轮毂电动机前驱动（后轮脚踏驱动，形成前后双驱动）、柱式电动机后单轮驱动（只能单驱动，脚踏链轮与电动合用一个轴）、轮毂电动机后单轮驱动（另一个轮由脚踏驱动，形成后双轮驱动）等几种。
电动三轮车和电动自行车一样具有三种驱动方式，即电动、脚踏或两者结合并用。
电动三轮车是否能由电动机直接起步，要看电动机的类型、功率和控制器的控制方式。电动机功率足够、无刷直流电动机控制器有软启动功能的或盘式电枢的有刷直流电动机才允许直接启动，否则必须用人力启动后再改为电力驱动。
小提示
单/双座电动三轮车用电动机的电压为36V或48V，功率在250～350W之间，有前驱动和后驱动两种；蓄电池电压有36V和48V两种，容量为10～20A·h。大多数电动三轮车都将蓄电池放在后备厢内。电动三轮车配有仪表、里程表、无级变速，大多带1:1助力功能，其刹车系统比电动自行车要好。
客/货运电动三轮车的串励电动机的电压有24V、36V、48V、60V，功率为800～1200W，蓄电池采用48V/80～120A·h，充电器采用硅整流充电机，充一次电可行驶80～120km，载重量500kg以上。控制器参数与电动机电压、功率相配套，其原理与有刷控制器基本相同。
二、电动自行车/三轮车的分类与型号编制
1.电动自行车的分类
电动自行车的品种多种多样，除去两轮电动自行车外，还有电动摩托车和各种电动三轮车、电动滑板车等。
（1）按整车结构分类 可分为两轮电动车、电动三轮车、电动轮椅车和电动滑板等。
（2）按照轮径大小分类 可分为14in、16in、18in、20in、22in、24in和26in等（1in≈2.54cm）。
（3）按驱动力性质分类 可分为电动车和助力车。
（4）按驱动方式分类 可分为电动轮毂式、中轴传动式和综合电动箱式三种。
（5）按照传动方式分类 可分为链传动、摩擦传动和轴传动。
（6）按照助力形式分类 可分为普通电动型、智能助力型和混合型等。
（7）按照电动机类别分类 可分为有刷电动机和无刷电动机，其中有刷电动机又分为有刷低速直流电动机和有刷高速直流电动机；无刷电动机又分为无刷低速直流电动机和无刷高速直流电动机。
（8）按照电动机总成的机械结构分类 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；无齿电动机转矩的输出不经过任何减速。
（9）按照电动机的转速分类 可分为低速有刷电动机、低速无刷电动机、高速有刷电动机和高速无刷电动机四种。
小提示
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，低速有刷电动机是通过电刷来换向的；低速无刷电动机不通过电刷换向，而是使用三个霍尔元件来实现电子转向。高速有刷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。
（10）按照电动自行车功能款项分类 可分为简易型电动自行车、标准型电动自行车、豪华型电动自行车和电动三轮车。
1）简易型电动自行车 它形像自行车，只是在自行车的基础上加装了电气“四大件”（蓄电池、充电器、电动机、控制器）及调速转把、显示仪表等部件而组成。一般没有减振装置，只有电量显示仪等少量的必备装备。
简易型电动自行车的电动机功率一般为250～350W，工作电压为36V或48V。简易型电动自行车的外形如图1-4所示。
图1-4 简易型电动自行车的外形
2）标准型电动自行车 它装配有多功能仪表、转向灯等，具有1:1助力、操作简便、价位适中等特点。所配电动机功率一般为150～180W，工作电压为36～48V。续行里程在40～50km，较适合上下班距离较长，工作、生活有一定机动性的用户使用。标准型电动自行车的外形如图1-5所示。
图1-5 标准型电动自行车的外形
3）豪华型电动自行车 它是在标准型电动自行车的基础上增加了速度、温度、电量、里程、行驶时间、电压和电流等显示仪表，同时还配备了前叉避振、坐垫避振、前后照灯、左右照灯、智能提示、红外防盗钥匙和不锈钢或塑料后货箱等装置，它的特点是外形美观，设计合理，功能较全，骑行时比较舒适，使用方便。豪华型电动自行车的电动机功率为350W，工作电压为48V。豪华型电动自行车的外形如图1-6所示。
图1-6 豪华型电动自行车的外形
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电动摩托车与电动自行车的主要区别
电动摩托车是在豪华型电动自行车的基础上发展而来的，其外形更接近摩托车，大多采用液晶显示仪表，前轮刹车采用碟刹，车胎采用真空胎等装置，它的特点是车速快、载重量大、功能齐全和骑行舒适，使用更加方便。电动摩托车的电动机功率为500～600W，工作电压为48V、60V或72V。
电动自行车自重不大于40kg；动力电源电压不大于36V；最高时速不超过20km；电动机额定连续输出功率不大于240W；当初速度大于5km/h时，电动机才运转，产生动力；具有人力骑行功能，可以无照明和挡位。
电动摩托车尚无标准，暂不受上述内容限制。
4）电动三轮车 电动三轮车可分为残障人电动三轮车、老年人电动三轮车、客运电动三轮车和货运电动三轮车等，其电动机和蓄电池的配置各不相同。它们在电动机种类、电动机功率大小、蓄电池容量、骑行里程等方面有很大差别。电动三轮车的外形如图1-7所示。
图1-7 电动三轮车的外形
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货运电动三轮车与电动自行车的主要区别
现以悍马的电动自行车为例，说明货运电动三轮车与电动自行车的不同点。
悍马电动自行车和货运电动三轮车的电路图如图1-8所示。
图1-8 悍马电动自行车和货运电动三轮车的电路图
（1）辅助电路供电 货运三轮车蓄电池容量大（100～120A·h）、电压高（48～60V）。在最上一块蓄电池的下端接了一条线，供仪表盘和前照灯、转向灯、喇叭等12V电器的供电；普通电动自行车蓄电池容量小（10A·h）、电压低（36V），供仪表盘和前照灯、转向灯、喇叭的是整车36V供电，并且没有使用接触器。
（2）电机及其转动方向 货运三轮装有电机倒/顺转开关，采用串激式电机，电机倒/顺转需要改变转子线圈和定子激磁线圈的串联极性；普通电动自行车没有电机倒/顺转开关，由于是永磁电机，将电机两条引线调换，即可改变电动机转向。
（3）制动开关 普通电动自行车制动开关接到有刷控制器，制动时，将末级功率开关管VMOS的驱动脉冲的导通比（即占空比）减小到零；货运三轮制动开关串联着接触器的吸合线圈，制动时切断接触器的吸合线圈供电，接触器（常开触点）切断有刷控制器乃至电动机的供电。
有的货运电动三轮车还安装手刹和脚刹。
（4）照明、信号装置 货运电动三轮车装的照明前照灯、喇叭、转向灯、制动尾灯等辅助电器都是普通摩托车配件，工作电压一般为12V。因此，辅助电路供电需要12V，如果用DC～DC电路将60V降为12V，成本和故障率较高。同时，普通摩托车用的照明前照灯、转向灯、制动尾灯的寿命和可靠性，也大大高于电动自行车专用的36V的灯泡。
2.电动自行车型号的编制
我国国家标准规定，电动自行车的型号编制方法应按自行车型号编制的有关规定，一般由四部分组成，并冠以“TD”。
第一部分是代表特种自行车类的电动自行车，以TD冠号。
第二部分是表示电动自行车的型式和车轮直径。
注意，男式自行车是指车架上管与中立管的中心线交点至中接头中心的距离大于或等于中立管高度2/3的自行车；女式自行车是指车架上管与中立管的中心线交点至中接头的中心的距离小于中立管高度2/3的自行车。
第三部分是工厂设计的顺序号。
第四部分是电动机与驱动间的传动方式代号。轴传动代号为Z，链传动代号为L，带传动代号为P，摩擦传动代号为M，其他传动代号为Q。
电动自行车的型式、车轮直径和代号见表1-2。例如，车轮直径560mm、女式车架、轴传动、工厂设计顺序号为08的电动自行车，其型号为TDL08Z。
表1-2 电动自行车的型式、车轮直径和代号
轴传动式电动自行车就是把电动机直接安装在车轮（前轮或后轮）的轮毂里，轮毂由辐条与车圈连接，直接带动车轮转动。
链条传动式电动自行车是在车架中轴处经特殊设计安放电动机，通过减速机构带动中轴，再由中轴通过链条带动后轮。摩擦传动式电动自行车是在普通自行车上加装电池箱和控制器，由电动机转轴上的靠轮直接加载于车轮胎，由摩擦来传动。
国家标准规定，型号中字母“Z”后面的字母“W”表示电动机为无刷电动机，“Z”后面的数字依次表示额定电压、蓄电池容量，如型号为TDR24Z-36-12/12，“36”表示额定电压为36V，“12/12”表示双组12A·h蓄电池。另外“Z”后面的字母由工厂自行确定，表示改进顺序号，按顺序从B、C依次往后排列（W除外），如型号为TDL20Z-C，“C”表示TDL20Z型，为改型后的第三代产品。