Как избавиться от цепи на велосипеде?
Цепной привод от педалей на колесо велосипеда стал уже привычной всем картиной. Последние сто лет применяется это массовое и недорогое решение. Да, порой цепь заменяют зубчатым ремнем или вальным приводом. Но можно ли сделать велосипед совсем без механической связи между педалями и колесом? - Давайте разбираться.
Зачем?
Все технические решения - это набор компромиссов. Так и цепной привод имеет свои сильные и слабые стороны. Новые трансмиссии изобретают, чтобы избавится от основных недостатков цепной передачи:
- Передача открыта внешним воздействиям (вода, грязь и пр.)
- Быстрый износ и растяжение
- Необходимо периодическое обслуживание (смазка, чистка)
- Повышенный шум
Задача убрать механическую связь между педалями и колесом велосипеда, но продолжать передавать при этом энергию для вращения колеса, имеет несколько проверенных решений: гидравлическая передача энергии и электрическая трансмиссия на основе генератора и электромотора.
Электрический вариант более перспективный, весь мир захватила волна популярности электротранспорта, и велосипеды тут не исключение. В конце концов технический прогресс неизбежен, фотографы же перешли с пленки на цифровые фотоаппараты.
Гидравлический привод
Передачу энергии и движения за счет жидкости (чаще всего масла) активно применяют в технике, вспомните рабочие органы дорожной техники. В велосипедах тоже были попытки применить гидравлический привод от педалей (где размещался насос) на колесо через шланги.
Например, стартап Oyo Bike, там помимо гидравлической трансмиссии, еще установлен 250 Вт электромотор для помощи велосипедисту.
Решение с гидравликой интересное, но сложность, большая масса и низкий КПД на велосипеде противопоказаны. А еще требования к герметичности системы. Цепь потому и получила повсеместное распространение, отношение цена/масса/КПД у нее лучшее.
Электрическая трансмиссия
Идея трансмиссии велосипеда, состоящей из генератора и электромотора не новая. Первый патент на велосипед с такой трансмиссией датируется 1975 годом. Рабочий образец велосипеда с таким приводом появился в 1995 году.
На первый взгляд все логично - генератор размещен в каретке, при вращении педалей он вырабатывает электроэнергию, она по проводам передается в контроллер для управления, и после - на вращение электромотора. Но не хватает одной важной детали - аккумулятора (или ионистера). Если его добавить в систему, это позволит использовать накопление энергии при рекуперативном торможении, да и просто его зарядки "впрок". Аккумулятор позволит компенсировать потери КПД и облегчит жизнь велосипедисту при езде по сложному рельефу.
Первый серийный велосипед без цепи, только с электрической трансмиссией, появился в 2012 году и продается до сих пор. Это городской складной электробайк Mando Footloose. Совместный проект корейских инженеров и британского дизайнера.
Резюмируя
Плюсы электрической трансмиссии по сравнению с классической велосипедной:
- Меньше механических и подвижных частей
- Не нужно постоянное обслуживание
- Нет жесткой связи в относительном положении педалей и колеса (разные компоновки)
- Легко подстроить технику педалирования под пользователя
- Возможность добавить систему безопасного торможения ABS и рекуперацию
Недостатки электрической замены цепи:
- Двойное преобразование энергии, сильно ниже КПД
- Тяжелее, особенно если учесть аккумулятор
- Нет фиксированных передач
- Необходимо быстрое управления электромотором, для получения привычной обратной связи
Технология электрического привода пока еще перспективная. Нужно оптимизировать технологии управления мотором, облегчить узлы привода и подождать аккумуляторов нового формата - ёмких и легких.
Но электрический привод периодически мелькает в концепт-байках, как например в футуристичном Canyon Orbiter с полным приводом и магнитной подвеской.
Спасибо за внимание.