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为什么要控制电动自行车的车速和车重

来源：电动车商情网　　　电动车商情网

2006-12-5 8:29:13

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[提要]

　　摘要：提出了车辆安全行驶中可操控性动量指标的新概念，对目前业内广泛关注的电动自行车标准中关于车速和车重等指标进行了技术层面的分析，有助于提高人们对目前标准中相关技术指标的理性认识。
关键词：电动自行车；车速；车重；动量指标；可操控性；安全检测

　　1、前言

　　《中华人民共和国道路交通安全法》明确规定：电动自行车属于非机动车范畴。GB17761-1999《电动自行车通用技术条件》规定：“电动自行车最高车速应不大于20km/h”，“电动自行车的整车质量（重量）应不大于40kg。”作为非机动车，标准对车速和车重作这样的规定是合理的。设立这些指标不仅是为了防止轻摩化倾向，更重要的是确保产品在既定使用环境中的安全性能。

　　由车辆引起的人身伤害事故，主要形式是碰撞。人们在研究碰撞问题时发现：物体的质量和速度越大，碰撞时的冲击力也越强，由此引入动量这个物理学概念。动量定义为物体质量与速度的乘积，即ρ=mv。动量是矢量，其方向与物体运动的方向一致，并具有瞬时性和相对性。为了减少或防止车辆碰撞造成的危害，正确的措施不是减少动量，而是把动量指标限制在可操控的范围内。动量是运动状态指标，根据牛顿定律，力可以改变物体的运动状态。力越大，其作用的时间越长，物体运动状态改变得越多。在物理学上将作用在物体上的力的大小和力的作用时间的乘积称为冲量，它的作用是使物体的动量发生变化，在车辆需要停止时，我们要有效地控制它，就是提供冲量改变它的动量。一定时间内物体动量的变化量等于物体受到的合力的冲量，Ft=△mv。动量变化的方向与冲量的方向一致。骑车者的一般经验是：电动自行车的质量越大，车速越快，就越难控制。所以可以用动量来表征电动自行车可操控的难易程度以及不同人操控电动自行车的能力，下面用可操控的动量指标的概念来分析上述二项技术指标。

　　2、车速和车重与可操控动量的关系

　　刹车是骑车者操控电动自行车的主要措施。假定车辆的制动系统性能相同，影响不同人群刹车控制能力差异的主要因素是反应时间和握闸力。反应时间指骑车人从发现前方情况异常到做出正确反应动作的间隔时间。而握闸力的大小与电动自行车制动加速度a成正比，与制动效果有关。反应时间每个人各不相同，一般成年人约0.3-0.4s，而老年人和儿童的反应时间相对较长，专业运动员的反应时间一般可以在0.1-0.2s。在反应时间内骑车人还没有采取制动措施。设制动前车速为V，反应时间为t，假设制动过程为匀减速运动，负加速度为a，则从骑车者发现前方情况异常到车完全停止，其间行驶的距离S（即制动距离）可以粗略地认为是：

　　在车辆制动过程中，电动自行车能自动切断电源，刹车其实是制止车辆作惯性运动，车重与惯性的大小成正比。制动前车速低，整车质量（重量）小，操控相对比较容易。

　　在制动前车速相同的条件下，如果骑车者反应时间较短，车重大一些也可以控制，因为他可以减少vt，赢得较多的匀减速时间和距离；如果骑车者握力大，他可以取得较大的减速度，在规定的制动距离内把车停止。在车重不变的条件下，如果骑车者反应时间较短，车速v即使大一些也可以控制，因为他可以提前减速；如果骑车者握力大，他也可以控制较高的车速，因为他同样可以取得较大的减速度。

　　转向是骑车者另外一项重要的操控措施。它与车的性能关系较小，主要是人为操控。通常情况下车速越高，骑车者的转向就必须更加小心，过度的转向会导致车辆失控。儿童自行车制造时要限制前轮在超过左右75℃范围外灵活转动，目的就是为了防止紧急制动效应的出现。电动自行车的转向操作同样受到动量指标的影响，动量越大，操控越困难。一般的经验是操控较重的车，转向难度要大一些。这一点在把重物置于自行车前端时尤为明显。

　　3、可操控动量指标分析

　　车辆使用时的动量值应该在使用者可操控的动量指标范围内。如果骑车者可操控的动量在600kg·m/s，那么他骑行的动量应该在600kg·m/s以下，如果电动自行车连骑车者共重100kg，所以该车设计的最大车速应该在20km/h左右。产品安全标准应该根据不同年龄使用者不同的使用情况确定不同的可操控的动量指标，并且根据这一指标具体规定相关产品的设计要求和相应配置。

　　现有自行车、童车以及玩具车标准中都已经涉及这方面的内容，例如当骑行者可操控的动量指标很小时，必须用限制车速来限制车辆本身的动量指标。在ISO8124“玩具安全”标准中对电动乘骑玩具的速度限制为8km/h。这个指标在儿童可操控的动量指标范围内。标准还规定对无载重时最大速度为1m/s，座位高度小于300mm，乘骑时脚能自由活动的电动乘骑玩具不必进行制动性能的考核，即是说在此动量范围内，儿童有自控能力。欧盟“玩具安全”EN71规定“带有自由车轮装置的机械或电动驱动的玩具必须有刹车。”标准对适用36个月以下儿童使用的自由轮玩具车有个判别公式：FT≥(m+25)×1.7；FT是在玩具车座位面上负载25kg，拖动玩具车以2m/s±0.2m/s匀速运动时所需的拉力。m是玩具车自重。当拉力FT超过公式计算值时，玩具车就不属于自由轮玩具，不必配置刹车装置。FT实际上是玩具车以2m/s速度运动时遇到的各种外部阻力如空气阻力、摩擦阻力以及内部运动损耗的总值，可以把它称为“自然制动力”，它也是使玩具车得以减速的“制动力”，按照牛顿定律，如果没有这个力，物体就会永远保持匀速运动状态。根据F=ma的公式可以将判别公式理解为：当玩具车以2m/s速度运动时，它受到的“自然制动力”会产生1.7m/s2以上的减速度。一旦动力消失，玩具车将在1.2s内停止运动，在1.18m距离内完全停止。而此时玩具车的动量是70kg·m/s，（假设m为10kg）。可见标准指标背后有一个安全动量值指标为70kg·m/s。
再来看电动自行车，假设电动自行车加骑行者总重不超过120kg，车速限制为20km/h，则全速时动量为667kg·m/s，经验表明成年人骑行电动自行车在700kg·m/s的动量范围内是可操控的，当然这个指标牵涉的因素很多。譬如道路，如果道路情况好一些，车辆少，人均占路面积大，车速可以提高，因为制动距离可以延长。又譬如坡地会将重力转化为动力，所以在坡地骑车要限速。

　　EN71标准规定；“如果加上50kg载重，玩具车能沿10°斜坡加速滑下，则玩具车可认为是有自由轮的”，就是说，这种玩具车必须配置制动装置。

　　4、动量指标超过骑车者可操控范围时附加的安全措施

　　当动量指标超过骑车者可操控的范围时（非机动车的动量指标一般控制在700kg·m/s范围内），为了保证行车安全，必须附加下列安全措施：

　　（1）对骑车者进行专业驾车技术的培训和考核，世界各国对机动车驾驶人员都进行培训和考核，并进行登记管理。这就是说，将这部分电动车作为机动车处理。

　　（2）在指定的机动车道上行驶，骑车者必须佩戴安全帽和其他防护用品。事实上，当动量指标超过骑车者可操控的范围时，骑车会产生一定程度的危险，附加的安全措施无非是为了在事故发生时可以避免伤害或者减轻骑车者受伤害的程度。

　　我国把电动自行车列入非机动车范畴，说明有关方面已经考虑到中国是自行车王国，有几亿人骑自行车的客观情况，在交通管理上给使用者开了一个方便之门。因为毕竟电动自行车是有动力装置的，电动自行车定义为“以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车”。如果蓄电池不是辅助能源，它不应该是非机动车，国内有些地区限制电动自行车上路行驶，一方面是基于该地区安全事故的统计，另外也可能考虑到它的机动性，轻摩化电动车的出现使问题复杂化。为了维护电动自行车使用者的安全，给电动自行车产业的发展创造良好的外部环境，标准对车速和车重作现在的规定是合理的。

　　5、结论

　　影响车辆操控性能的相关因素中，动量指标是重要因素。不同情况不同年龄段的骑车者可操控的动量指标具有很大的不同，无论是制定童车、自行车或者电动自行车的安全标准，还是在产品设计时都应该将可操控的动量指标列入考虑范围。产品最大的使用动量不能超过使用者可操控的动量指标的上限，不能把制动系统性能作为车辆安全的唯一考核指标。童车、自行车实际使用时的动量值虽然在总体上不会超过一定范围，但因人而异有较大的差别（如车速），所以使用者根据环境和自身条件决定行车速度也是一种操控能力，电动自行车在限制车速和车重的条件下列入非机动车范畴，是保证产品安全使用的必要措施。当动量指标超过骑车者可操控的范围时（非机动车的动量指标一般只能控制在700kg·m/s范围内），不应再列入非机动车范畴。