Легкая альтернатива автомобилям, подсчеты

[RawonaM]

Как любитель техники, но противник тотальной автомобилизации, экспериментирую с разными видами альтернатив.

В мае приобрел и собрал грузовой велосипед с электрическим мотором 250 Вт.

Вчера приобрел вот такую машинку:



У нее электрический двигатель 1 кВт и она имеет право ездить по велосипедным дорожкам. В целом интересная идея, немного ограниченная видимость по сторонам, но главный недостаток, по-моему, это недостаточная мощность. Я не знаю, есть ли какая-то неисправность или это нормально, но в подъем она идет очень плохо, при даже небольшом уклоне вверх скорость значительно снижается. Подумал, тут может люди могут посчитать, сколько килограмм при какой скорости и какой вес может в теории вытянуть мотор в 1000 Ватт. Ее собственный вес 225 кг, а разрешенная загрузка - 125 кг.

[Волод]

1000Вт в первом приближении хватит на подъём 119кг со скоростью 1м/сек. Ваша машинка наверно могла бы подниматься со скоростью 0,3 м/с. При уклоне 5% (1/20) это соответствовало бы скорости 6 м/с (21,6 км/час)

[RawonaM]

Поговорил на этот счет с ChatGPT.

What is the maximal possible theoretical speed for a vehicle with 1000 Watt electric motor and total weight of 300 kg


ChatGPT
To determine the maximum theoretical speed of a vehicle with a 1000 Watt electric motor and a total weight of 300 kg, we need to consider several factors, including aerodynamic drag, rolling resistance, and the efficiency of the motor.

The maximum speed a vehicle can reach is typically limited by the balance between the power produced by the motor and the power needed to overcome the various resistances. Let's make some assumptions and calculate an approximate value.

Assuming the vehicle is on a flat surface, we can start by calculating the power required to overcome rolling resistance. Rolling resistance depends on factors such as tire type, surface conditions, and vehicle weight. A commonly used equation to estimate rolling resistance is:

Rolling resistance (W) = rolling resistance coefficient (Crr) × weight (W) × velocity (V)

Typically, for road vehicles on smooth surfaces, the rolling resistance coefficient (Crr) can be around 0.01. Let's use this value for our calculation.

Rolling resistance = 0.01 × 300 kg × V

Next, we need to consider the power required to overcome aerodynamic drag. For a rough estimate, we can use the following equation:

Drag force (F) = 0.5 × air density (ρ) × frontal area (A) × drag coefficient (Cd) × velocity squared (V^2)

To simplify the calculation, let's assume a frontal area of 1 square meter (A) and a drag coefficient of 0.5 (Cd). The air density (ρ) can be taken as approximately 1.225 kg/m^3 at sea level.

Drag force = 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.5 × V^2

The power required to overcome drag is given by:

Drag power (Pd) = drag force (F) × velocity (V)

Now, we can calculate the total power required to overcome both rolling resistance and drag:

Total power (Pt) = rolling resistance + drag power

To reach the maximum theoretical speed, the power produced by the motor should be equal to the total power required:

Motor power (Pm) = Pt

Given that the motor power is 1000 Watts, we can now solve the equation to find the velocity (V):

1000 W = 0.01 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.5 × V^3

Simplifying the equation and solving for V will give us the maximum theoretical speed for the given parameters.

Please note that this is a simplified calculation, and real-world factors such as drivetrain efficiency, power losses, and other variables may affect the actual achievable speed.





Calculate a few realistic examples of the maximum possible speed


ChatGPT
To provide you with a few realistic examples of the maximum possible speed for a vehicle with a 1000 Watt electric motor and a total weight of 300 kg, let's assume typical values for the rolling resistance coefficient (Crr) and the drag coefficient (Cd).

Example 1:
Assuming a rolling resistance coefficient (Crr) of 0.01 and a drag coefficient (Cd) of 0.3, we can calculate the maximum possible speed:

Rolling resistance = 0.01 × 300 kg × V
Drag force = 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.3 × V^2
Total power (Pt) = rolling resistance + drag force
Motor power (Pm) = 1000 W

1000 W = 0.01 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.3 × V^3

By solving the equation, we find that V is approximately 9.35 m/s or 33.66 km/h.

Example 2:
Let's consider a slightly different scenario with a rolling resistance coefficient (Crr) of 0.02 and a drag coefficient (Cd) of 0.4:

Rolling resistance = 0.02 × 300 kg × V
Drag force = 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.4 × V^2
Total power (Pt) = rolling resistance + drag force
Motor power (Pm) = 1000 W

1000 W = 0.02 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.4 × V^3

By solving the equation, we find that V is approximately 8.59 m/s or 30.94 km/h.

Please note that these examples are simplified calculations and do not take into account various other factors that can affect the maximum speed of a vehicle, such as drivetrain efficiency, power losses, road conditions, and other variables.





Using the two examples above, assume that the vehicle drives upwards onto 10% incline, what could be the maximum speed


ChatGPT
When considering an incline, the maximum speed of the vehicle will be influenced by the additional force required to overcome the gravitational force acting against it. To calculate the maximum speed on a 10% incline, we need to incorporate the effects of both rolling resistance, aerodynamic drag, and the gravitational force.

The gravitational force can be calculated as follows:

Gravitational force (Fg) = weight (W) × sin(θ)

In this case, the weight (W) is 300 kg × 9.8 m/s^2 (acceleration due to gravity), and θ is the angle of the incline, which is 10% or 0.1 in decimal form.

Gravitational force (Fg) = 300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)

Now, we can calculate the total power required, including the force due to the incline:

Total power (Pt) = rolling resistance + drag power + gravitational force × velocity

Using the examples from before, let's calculate the maximum speed on the 10% incline:

Example 1:
Rolling resistance = 0.01 × 300 kg × V
Drag force = 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.3 × V^2
Gravitational force = 300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)
Motor power (Pm) = 1000 W

1000 W = 0.01 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.3 × V^3 + (300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)) × V

Solving the equation will provide an approximate value for the maximum speed on the 10% incline.

Example 2:
Rolling resistance = 0.02 × 300 kg × V
Drag force = 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.4 × V^2
Gravitational force = 300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)
Motor power (Pm) = 1000 W

1000 W = 0.02 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.4 × V^3 + (300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)) × V

By solving the equation, you can obtain an approximate value for the maximum speed on the 10% incline in each example.

Please note that these calculations are simplified and do not take into account other factors that can influence the actual maximum speed on an incline, such as drivetrain efficiency, power losses, and other variables.





Solve both equations


ChatGPT
Certainly! Let's solve the equations for the maximum speed on a 10% incline for both examples:

Example 1:
The equation for the total power is:
1000 W = 0.01 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.3 × V^3 + (300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)) × V

Simplifying the equation:
1000 = 0.01 × 300 × V + 0.5 × 1.225 × 0.3 × V^3 + (300 × 9.8 × sin(0.1)) × V

Rearranging the equation:
0.5 × 1.225 × 0.3 × V^3 + 0.01 × 300 × V - 1000 + (300 × 9.8 × sin(0.1)) × V = 0

Using numerical methods to solve this equation, we find that V is approximately 7.92 m/s or 28.51 km/h.

Example 2:
The equation for the total power is:
1000 W = 0.02 × 300 kg × V + 0.5 × 1.225 kg/m^3 × 1 m^2 × 0.4 × V^3 + (300 kg × 9.8 m/s^2 × sin(0.1)) × V

Simplifying the equation:
1000 = 0.02 × 300 × V + 0.5 × 1.225 × 0.4 × V^3 + (300 × 9.8 × sin(0.1)) × V

Rearranging the equation:
0.5 × 1.225 × 0.4 × V^3 + 0.02 × 300 × V - 1000 + (300 × 9.8 × sin(0.1)) × V = 0

Using numerical methods to solve this equation, we find that V is approximately 7.17 m/s or 25.81 km/h.

These are the approximate maximum speeds for the respective examples when considering a 10% incline. Please note that these calculations are based on the assumptions and simplifications mentioned earlier.

По его мнению, при подъеме в 10% такой автомобиль замедлится на примерно 15%, если неизвестные факторы примерно прикинуть.

[RawonaM]

1000Вт в первом приближении хватит на подъём 119кг со скоростью 1м/сек. Ваша машинка наверно могла бы подниматься со скоростью 0,3 м/с. При уклоне 5% (1/20) это соответствовало бы скорости 6 м/с (21,6 км/час)

Спасибо! Какая формула у вас?
Речь идет о минимум 300 кг (225 кг машина + 75 кг мой вес).

[Волод]

P=1000Вт - это мощность
m-300кг - это масса
вес G=mg=300x9.81=2943н. - это сила
Скорость подъёма Vп=P/G= 1000/2943=0,3398 м/с

Уклон 10% (1/10) В первом приближении скорость подъёма можно умножить на 10, хотя при этом получиться катет, а не гипотенуза.

[Волод]

Кстати, уклон 10% - это очень, очень круто.

[RawonaM]

Кстати, уклон 10% - это очень, очень круто.

Ну да, в реальности они небольшие, но я хочу примерно знать теоретические ограничения.
Почему даже едва заметный на глаз подъем снижает скорость в 2 раза. Думаю так теоретически не должно быть.

[RawonaM]

Вот мой вел.

[RawonaM]

Вел едет в горку резвее, но там конечно я добавляю своих усилий. И его вес всего где-то 70 кг.

[Волод]

Если его максимальная скорость 40 км/час, то если он хотя бы половину мощности (500Вт) будет расходовать на подъём, то его скорость будет лишь 28 км/час (7,8м/с)
А 500Вт обеспечат скорость подъёма 500/2943=0,17 м/с
Уклон 0,17/7,8= 2%

[Волод]

А как на нём, вообще, ездить против ветра.

[Bhudh]

Машинка классная. Но почему такая тяжёлая? Там что, в качестве базы станина от фортепиано стоит?

[RawonaM]

Проверил снова ее данные, я неправильно помнил, написано масса нетто - 175 кг.

Ей нельзя больше 25 км/ч ехать (законное ограничение на велосипедные дороги). На практике пока что она едет по примерно ровному где-то 20-21 км/ч (по гпс, а спидометр на 5 завышает). В небольшой еле заметный подъем едет только 10-12, а в более значительный подъем 4-5. И это еще только я, без детей.

Я попробовал колеса, они все немного притормаживают, свободно не крутятся, возможно это тоже замедляет. Надо разобраться с этим. Потом буду смотреть электрочасть.

[злой]

RawonaM, ваш велосипед похож на велокравчучку

Такую машинку как у вас я видел в Караганде, китайскую, тогда ещё удивился, подумал, в чём её преимущество перед мопедом. Правда она ехала по дороге общего пользования. Но выглядела она забавно. Ваша тоже прикольная.

Я тут недавно первый и второй раз в жизни воспользовался прокатными самокатами. Мне до метро пешком минут 20-25 пешком, чтобы добраться побыстрее взял самокат, доехал за 11 минут. Второй раз, после оптимизации маршрута, удалось доехать за 9 минут, но - дорого, где-то доллар вышел за 9 минут. Хотя оно и понятно - электричество денег стоит, техобслуживание, плюс кто-то должен ездить и менять эти самокаты по городу на заряженные. Так что не может быть прокатный самокат дешёвым. Прокатные велики, как мне сказали, дешевле, плюс, если на нём доезжаешь от остановки до остановки, дают дополнительную скидку. Однако в нашу жару пока на нём доедешь, вспотеешь.

[Волод]

й нельзя больше 25 км/ч ехать (законное ограничение на велосипедные дороги). На практике пока что она едет по примерно ровному где-то 20-21 км/ч (по гпс, а спидометр на 5 завышает).

Вроде такое чудо даже с двигателем 800Вт должно разгонятся до 40 км/час, возможно контроллер тупо ограничивает мощность двигателя независимо от скорости.

[kemerover]

Что-то по описанию какая-то альтернатива электровелосипеду выходили, а не автомобилю.

[RawonaM]

Что-то по описанию какая-то альтернатива электровелосипеду выходили, а не автомобилю.

Ну как бы да, но ведь велосипед - это альтернатива автомобилю, это следующий этап.
Речь о городских поездках до 10-15 км, конечно на большее это не претендует.
На велосипеде я в центр города добираюсь быстрее, чем на авто, плюс нет затрат на парковку (разумеется также на бензин, содержание авто и т.п.)

й нельзя больше 25 км/ч ехать (законное ограничение на велосипедные дороги). На практике пока что она едет по примерно ровному где-то 20-21 км/ч (по гпс, а спидометр на 5 завышает).

Вроде такое чудо даже с двигателем 800Вт должно разгонятся до 40 км/час, возможно контроллер тупо ограничивает мощность двигателя независимо от скорости.

Да, законное ограничение, изготовитель иначе не смог бы ее продавать. Вопрос почему она не достигает легко 25 км/ч, а в горку совсем плохо.

RawonaM, ваш велосипед похож на велокравчучку

Отлично 

Такую машинку как у вас я видел в Караганде, китайскую, тогда ещё удивился, подумал, в чём её преимущество перед мопедом.

В том, что крыша? Ну и место для пассажира.

Ну и еще преимущество если можно ехать по велодорожкам, минуя все пробки.

Пока что это лучше получается делать на велосипеде. Мы вместе с детьми дружно машем остающимся позади автомобилистам.

[Волод]

Да, законное ограничение, изготовитель иначе не смог бы ее продавать. Вопрос почему она не достигает легко 25 км/ч, а в горку совсем плохо.

Если контроллер тупо ограничивает мощность 500 Ватами, то так всё и будет.

[RawonaM]

Да, законное ограничение, изготовитель иначе не смог бы ее продавать. Вопрос почему она не достигает легко 25 км/ч, а в горку совсем плохо.

Если контроллер тупо ограничивает мощность 500 Ватами, то так всё и будет.

Я не знаю, что он ограничивет, но думаю, что скорость, а не мощность.
Вопрос использует ли он всю мощность для вползания на горку, чтобы достигнуть макс скорости, или что ему мешает.
Если это предел его мощности, то ничего не поделаешь.
На эл. велосипеде мотор перестает работать при достижении макс скорости, там логика понятна. В этом дивайсе я пока не понял. Может батарея не дает достаточного тока.

[RawonaM]

Первое что можно попробовать это ручку акселератора посмотреть, какое сопротивление на ней и можно ли его подкрутить, чтобы газа больше давал.

Буду копать контроллер, таким еще я не занимался.

[RawonaM]

По гугл транслейту.

air tea system
2V
Tianquan frequency conversion sine wave control
Current limit: 14+1
Power: maximum power 100om
Undervoltage: 62
Function: high brake, low speed, speed limit, EBS
The yellow and green lines are forward and reverse, and the opposite insertion is reverse. Production date: 2020. 4
Jiangsu Teneng Frequency Conversion Technology Co., Ltd. 212 E003

road less frequency control
off frequency sine wave control

[Волод]

72Вх14А=1008Вт  Цифры соответствуют.

Но у такой лайбы на ровной дороге при скорости 25 км/час должен быть минимум двукратный запас по мощности.

[злой]

Такую машинку как у вас я видел в Караганде, китайскую, тогда ещё удивился, подумал, в чём её преимущество перед мопедом.

В том, что крыша? Ну и место для пассажира.

Да, подумал, что на таком транспорте удобнее в дождь. В какой-нибудь стране вроде Греции или Испании можно было бы ещё и зимой ездить, но для Караганды, и как мне думается, Финляндии это мало актуально.

Ну и еще преимущество если можно ехать по велодорожкам, минуя все пробки.

У нас на мопедах пока тоже можно, в том числе и по тротуарам, но над этим уже работают. Хотят запретить.

[RawonaM]

В какой-нибудь стране вроде Греции или Испании можно было бы ещё и зимой ездить, но для Караганды, и как мне думается, Финляндии это мало актуально.

Я собираюсь зимой ездить. У нас зимой и на велосипеде неплохо.
В комплекте идут подогреватели аккумулятора, но к сожалению зимних шин у меня пока нет. Посмотрю смогу ли я на этой штуке в принципе ездить вообще.

У нас на мопедах пока тоже можно, в том числе и по тротуарам, но над этим уже работают. Хотят запретить.

У нас строго: на тротуаре, нельзя даже на велосипеде (от 12 лет).

[Yougi]

Поговорил на этот счет с ChatGPT

псевдоИИ не знает, что такое КПД?
 Скайнет кожанным людЯм пока не угрожает...