Сделай электробайк сам

Что такое электрический велосипед, спросите вы? Это обычный велосипед с педалями, который был переделан для движения с помощью электрического двигателя. Этот двигатель может как упрощать процесс вращения педалями, так и двигать велосипед самостоятельно (подобно электрическому мотоциклу, который случайно получил свои педали). Это будет подробнее рассмотрено в следующих шагах.

Вот быстренько несколько характеристик этого проекта, прежде чем мы перейдем к деталям:

• Максимальная скорость более 50 миль в час (более 80 км/ч)
• 8-ступенчатая трансмиссия
• Невероятное ускорение
• Запас хода до 72-88 км
• Батарея полностью заряжается за ~4 часа из обычной стандартной розетки 120 вольт
• Собранная на заказ конструкция велосипеда
• Очень легкий вес, около 24 кг (при наличии двигателя, батареи и т.д.)
• 700c x 40c бескамерные шины для пересеченной местности со спусками.
• Воздушная подвеска Rockshox
• Механические дисковые тормоза 180 мм

Стоимость материалов около 200 000 рублей, разбитая следующим образом:

60000 - 80000 рублей - Батарея

55000 рублей - Запчасти для велосипеда

40000 рублей - Двигатель

30000 рублей - Аксессуары и модификации для двигателя

15000 рублей - Различные запчасти

Шаг 1: Мотивация

Итак, зачем создавать электробайк самим? Вы можете спокойно пропустить его и перейти дальше! Если вы здесь на долгой дистанции, вот основные причины, по которым я решил заняться этим проектом.

1. Удобство в перемещении. Дороги могут быть довольно загруженными, а парковочные места всегда трудно найти. Электрический велосипед представляет "лучшее из двух миров". Можно добираться в любое место в достаточно большом радиусе вокруг города, обычно быстрее, чем на автомобиле. Можно парковаться на велосипедных стоянках (которые есть абсолютно везде и менее востребованы, чем парковочные места).
2. Экономия на топливе  Электрический велосипед подходит для 95% сценариев перемещения и практически бесплатен - можно заряжать его в любом месте, где есть розетка. Для тех, кто любит цифры, на велосипеде получается эквивалент энергии примерно 100 километров на 3 литра топлива. Безусловно, это отличный вариант для того, чтобы перевозить и свои покупки.
3. Отсутствие усталости в руках и ногах. Я сейчас тренируюсь на уровне профессиональных забегов на 5 и 10 км, и пробегаю десятки километров в неделю. "О, вы бегун, у вас же должно быть много энергии?" Напротив, вопреки популярному мнению, у нас, бегунов, на самом деле меньше энергии, потому что мы все тратим на бег! Так что, конечно, я мог бы просто кататься на обычном велосипеде, но в большинстве случаев я просто слишком устал.
4. Исследование. Некоторые места недоступны на автомобиле, даже на внедорожнике. . С этим велосипедом можно доехать далеко в горы, пустыни и т.д. и исследовать те самые действительно отдаленные места!
5. Веселье. Нет ничего лучше, чем быстро промчаться мимо других людей на самодельном электровелосипеде, едва крутя педали. Ускорение действительно огромное. Если вы не очень крепко держитесь, оно может сбросить вас с сиденья.
6. Устойчивость / Охрана окружающей среды. Электричество не является абсолютно 100% "бесплатным" или "чистым", но передвигаться на легком электрическом велосипеде вместо вождения большого грузовика является, очевидно, улучшением с точки зрения энергопотребления и выбросов.

Шаг 2: Проектирование и доступные варианты

Пришло время собрать велосипед. С чего начать? В этом шаге будет представлен процесс проектирования и некоторые варианты, которые я рассматривал, прежде чем закрепить окончательный дизайн. Затем в следующих шагах мы рассмотрим подробнее выбор компонентов и сборку всего вместе.

Какую модель велосипеда выбрать?

Прежде чем преобразовать велосипед в электрический, вам понадобится сам велосипед. Главные варианты - горный велосипед или шоссейный (городской) велосипед. Подумайте о том, где вы будете кататься, какую мощность двигателя вас интересует и насколько много вы хотите крутить педали. В целом, горные велосипеды более устойчивы за счет широких колес и тяжелых рам. У шоссейных велосипедов обычно нет системы подвески, что означает, что вы будете чувствовать каждый маленький удар. Это может быть несколько неудобно и даже опасно при достижении более высоких скоростей. Поэтому, лично я считаю, что более безопасный выбор - горный велосипед, при этом у вас все равно будет множество вариантов, чтобы получить именно то, что вы хотите от велосипеда.

Покупать, модифицировать или собирать самому?

Для тех, у кого ограничен бюджет, достать запылившийся старый горный велосипед из гаража может быть самым подходящим вариантом. Маркетплейсы также являются отличными источниками дешевых подержанных велосипедов достаточно внушительного качества. Что касается новых велосипедов, на различных сайтах можно найти действительно хорошие предложения, так как они обходят посредников-ретейлеров. Если вы найдете что-то, что почти соответствует вашим требованиям, может иметь смысл приобрести этот готовый велосипед и заменить любые компоненты, которые вы хотите улучшить. И, наконец, если у вас достаточно стремления, вы всегда можете просто собрать все части велосипеда самостоятельно.

В зависимости от размера и мощности вашего мотора, важно убедиться, что выбранный вами велосипед способен справиться с дополнительными нагрузками и весом от различного оборудования.

Еще одна вещь, которую стоит упомянуть, заключается в том, что сборка электровелосипеда из отдельных частей не всегда дешевле. На самом деле, это часто обходится дороже. Однако вы получаете то, что хотите, и не платите за ненужные компоненты.

Мотор - втулочный мотор, среднего привода или бензопила?

Втулочный мотор

Втулочный мотор заменяет либо переднюю, либо заднюю втулку колеса (среднюю часть) и иногда обе втулки колес. Они обычно являются самым доступным вариантом, наиболее скрытым и наименее мощным. Они обычно продаются с мощностью от 250 до 1000 вт.

Мотор среднего привода

Моторы среднего привода устанавливаются, вы уже догадались, примерно посередине велосипеда. Обычно у них есть дополнительная цепь, которая приводит передние шатуны, а затем двигает заднее колесо. Одним из крутых преимуществ среднего привода является то, что вы можете переключать задние передачи, как на обычном педальном велосипеде. Это дает вам хороший диапазон скоростей и разгона для всего, от подъема крутых грязевых холмов до езды по дороге на работу.

Я видел моторы среднего привода мощностью от 750 до 10 000 вт. Здесь есть практический предел мощности. В какой-то момент (я бы сказал, что это около 3000 вт), количество корости становится слишком опасным для велосипеда. Кроме того, велосипедные компоненты обычно не предназначены для обработки сверхчеловеческих разгонов. Как минимум, ваши компоненты будут быстрее изнашиваться, чем обычно, а в худшем случае, компоненты могут сломаться во время поездки (подумайте о внезапно деформированном колесе, порванной цепи, согнутой звезде и т. д.). Если вы действительно хотите такой мощности, я бы порекомендовал небольшой мотоцикл или мотоцикл. Мотор, который я выбрал - "Cyclone 3000", мощностью 3000 вт. Пока что это более чем достаточно для меня по скорости и моменту.

Бензопила

Это в основном шутка. Конечно, вы можете разобрать бензопилу и закрепить мотор на велосипеде, чтобы он ехал, но это, вероятно, бензиновый мотор (а не электрический), поэтому он не подходит для этого руководства.

Шаг 3: Инструменты для велосипеда

В первую очередь давайте посмотрим на инструменты. Количество инструментов, которые вам понадобятся, зависит от того, насколько вы планируете собирать велосипед из частей, в отличие от покупки готового собранного велосипеда. К сожалению, инструменты для велосипеда довольно специализированы, и во многих случаях нельзя обойтись уже имеющимися инструментами. Вот что я бы считал минимальным набором инструментов для этого проекта:

• Набор шестигранных ключей
• Регулируемый гаечный ключ
• Съемник для цепи
• Ключ для каретки
• Съемник шатунов
• Торцевой ключ с метрическими головками

Если вы такой же, как и я, и велосипеды не являются вашим долговременным увлечением, я бы порекомендовал приобрести недорогой набор инструментов для велосипеда, который включает в себя основные необходимые инструменты..

Шаг 4: Комплектующие велосипеда. Схема самодельного электровелосипеда.

Если вы решили купить готовый велосипед и переделать его в электрический, вы, вероятно, можете пропустить этот шаг. С другой стороны, вы можете купить все необходимые компоненты по отдельности и собрать свой собственный велосипед. Также есть средний вариант - купить готовый велосипед и обновить отдельные компоненты, которые вам важны.

Этот последний вариант ближе всего к тому, как сделал электрбайк я сам. Можно купить, почти новый горный велосипед на любом маркетплейсе за 10000-15000 рублей, затем обновить, скажем, вилку, тормозные суппорты, тормозные роторы, колеса и покрышки.

Если вы решите собрать велосипед из частей, и это ваш первый раз, это может показаться немного пугающим. Чтобы помочь вам начать, вот полный список компонентов, необходимых для типичного горного велосипеда:

• Рама
• Каретка
• Передний шатун
• Шатуны
• Педали
• Вилка
• Рулевая колонка
• Вынос руля
• Руль
• Ручки руля
• Рычаги тормозов
• Рычаги переключателей
• Передний переключатель
• Задний переключатель
• Тормозные суппорты
• Тормозные роторы
• Тросы
• Оболочка троса
• Задний кассетный блок
• Переднее колесо
• Заднее колесо
• Оси колес
• Покрышки
• Камеры (если покрышки не бескамерные)
• Штырь седла
• Седло

Таким образом, это длинный и пугающий список. Некоторые вещи определенно стоит улучшить и собрать сразу правильно (например, тормозные суппорты и роторы). С другой стороны, мне не было нужды тратить время и деньги на многие компоненты, такие как красивые рули или выносы. Это приводит нас к следующему (необязательному) шагу: поиск  велосипеда на разборку с нужными запчастями.

Шаг 5: (Необязательно) Разборка велосипеда на части.

Если вы купили велосипед, который уже почти или полностью собран, но хотите заменить некоторые части, начните его разбирать! Используйте велосипедные инструменты и делайте это осторожно. Вместо того чтобы написать здесь эссе о том, как снять каждый компонент, я предложу вам учиться по мере необходимости.  Наконец, ваш местный веломагазин всегда может дать совет, и, если вы действительно застряли, вы можете заплатить им, чтобы сделать что-то за вас.

Шаг 6: Электронные компоненты и инструменты

Инструменты

Я не думаю, что вам понадобятся дополнительные электроинструменты для этого проекта, но вот некоторые, которые я считаю полезными:

• Паяльник и припой
• Пассатижи для снятия изоляции с проводов
• Термоусадочные трубки
• Провод (10 AWG)
• Разъемы XT90
• Стяжки
• Мультиметр

Компоненты

Для сборки вам понадобятся несколько основных электронных компонентов:

• Двигатель
• Аккумулятор
• Контроллер двигателя
• Ручка газа

Конечно, вы можете увеличить сложность, добавив больше компонентов, но это правда-правда все, что вам  понадобится.

Двигатель

О типах двигателей мы немного говорили в Шаге 2. Размер и тип двигателя определят, насколько быстро вы сможете ехать и как быстро вы сможете разгоняться. Большие двигатели имеют свою цену в виде дополнительного веса, большего потребления энергии, ускоренного износа цепей и звездочек, а также представляют больший риск для велосепидиста.

Аккумулятор

Наиболее распространенным вариантом аккумуляторов для электровелосипедов является литий-ион. В большинстве электровелосипедов используется набор из множества аккумуляторов типа 18650, соединенных вместе, чтобы образовать один большой аккумулятор. Аккумулятор 18650 - это просто определенный тип литий-ионного аккумулятора, немного больше обычной батарейки АА для домашних нужд. Вы можете собрать свой собственный набор аккумуляторов, но это уже будет отдельная инструкция.

Аккумуляторы продаются с напряжением (в вольтах) и емкостью (в ампер-часах или ватт-часах). Часто используются аккумуляторы с напряжением 24, 36, 48, 52, 60 и 72 вольта. Более высокое напряжение обычно означает более быструю и мощную реакцию от двигателя. Большая емкость позволяет аккумулятору хранить больше энергии, так что он может подавать питание двигателю в течение более длительного времени до разрядки. Вот пример: у меня есть аккумулятор на 60 В (вольт) и емкостью 24,5 Ач (ампер-часов). Если перемножить эти значения, получим 1470 Вт-ч (ватт-часов). Если я отправляюсь кататься и мой двигатель потребляет в среднем 735 вт энергии во время поездки, тогда я смогу ехать 2 часа, прежде чем аккумулятор полностью разрядится. Более высокое напряжение и большая емкость аккумуляторов делают их тяжелее и крупнее. В большинстве случаев их нужно устанавливать на заднюю часть готового велосипеда.

Контроллер двигателя

Этот компонент является интерфейсом между всеми другими компонентами. Он управляет сигналами и питанием, чтобы двигатель работал так, как вы хотите, и не повредил ничего. Некоторые контроллеры можно настроить, у них есть несколько опций, которые вы можете изменить. Например, есть регулируемый отсекатель низкого напряжения, который автоматически отключает двигатель, если уровень заряда аккумулятора снижается до определенного значения, чтобы предотвратить повреждение от чрезмерного разряда. Контроллеры обычно имеют рейтинг по максимальному току, который они могут выдерживать. Например, у меня есть контроллер на 60 ампер. С учетом моего аккумулятора на 60 вольт это означает, что максимальная мощность, которую может обрабатывать контроллер, составляет 60 ампер х 60 вольт = 3600 вт. Это хорошо для моего двигателя мощностью 3000 вт, потому что это означает, что контроллер никогда не будет превышать своих пределов.

Ручка газа

Ручка газа позволяет вам управлять двигателем во время езды. Наиболее распространены два типа ручек: поворотные (как у мотоцикла) и кнопочные (которые нажимаются большим пальцем). Это в основном вопрос предпочтения, хотя кнопочные ручки обычно считаются более безопасными. Больше об этом в шаге "Безопасность" в конце.

Спасибо, что прочитали все это. Продолжаем к интересным моментам!

Шаг 7.Сборка электровелосипеда - как сделать.

Бескамерные шины Это был мой первый опыт работы с бескамерными шинами. Бескамерные шины - это то, как и звучит их название: они имеют похожую на стандартные шины твердую внешнюю резину, но внешний слой шины на самом деле герметичен. Для бескамерных шин требуется уплотнитель, который выглядит как водянистый ванильный пудинг, чтобы заполнить любые маленькие отверстия, из которых может выходить воздух.

Некоторые преимущества:

Уплотнитель позволяет шинам заживать самостоятельно: если вы проедете над шипом, например, уплотнитель быстро заполнит отверстие и затвердеет, предотвращая выход воздуха. Бескамерные шины не подвержены "пинч-платам", когда внутренний шланг сдавливается между ободом и шиной, образуя длинный разрез и вызывая быструю спуска шины. Бескамерные шины можно использовать с более низким давлением (штатные значения для этого проекта составляют 35-55 psi, в то время как некоторые велосипедные шины для кросс-кантри имеют давление 60-80 psi, а шоссейные - около 120 psi). Низкое давление позволяет шине более плотно прилегать к дороге/тропинке, обеспечивая больше сцепление.

Я беседовал с ребятами из местного веломагазина, прочитал об этом в интернете, а затем сам опробовал: их первоначальная установка довольно трудна, но потом... это просто наслаждение.

Вот процесс:

Обмотайте обода тяжелой лентой. Я использовал двухстороннюю клейкую ленту Gorilla и пока все хорошо. Убедитесь, что лента перекрывается на несколько дюймов и хорошо прижмите ее по краям. Если вы делаете это аккуратно сразу, это сэкономит вам много времени. Сделайте маленькое круглое отверстие в ленте там, где будет находиться вентиль. Протолкните бескамерный вентиль через отверстие и закрепите его с помощью резинового о-кольца и гайки с внутренней стороны обода. Установите одну сторону шины внутри обода, убедившись, что "стрелки направления" на шине и ободе идут в одном направлении. Установите примерно 3/4 второй стороны шины внутри обода. Вылейте около 100 мл уплотнителя в открытое место в шине. Поверните колесо так, чтобы уплотнитель заполнил "закрытую" секцию. Используйте монтажные рычаги, чтобы закончить установку шины внутри обода. Быстрым сжатием воздуха накачайте шину. Вы должны слышать некоторые "хлопки", когда шина садится на обод. Вы можете сделать это с помощью насоса с земли (я пробовал и не получилось), но сжатием воздуха гораздо проще, даже с помощью небольшого компрессора. Вращайте и переворачивайте колесо, чтобы распределить уплотнитель внутри шины. Повторяйте шаги 8-9 по мере необходимости, пока шина не станет надежно удерживать давление воздуха. Это может потребоваться несколько попыток. Если вы совершенно не можете добиться того, чтобы шина держала воздух, вероятно, лента из шага 1 испортилась. С помощью монтажных рычагов полностью снимите шину, снимите старую ленту, удалите все уплотнительное вещество с обода и начните сначала с шага 1. Это избежит потери времени, о которой говорилось в шаге 1.

Шаг 8. Сборка электровелосипеда - как сделать. Часть 2: Вилка, вынос и руль

Есть несколько разных типов вилок (часть, которая проходит через раму), поэтому убедитесь, что выбираете ту, которая совместима с вашей рамой. Есть специальные инструменты для установки вилок, но я тут понял, что мягкий резиновый молоток, отвертка с плоской головкой и немного терпения были вполне хорошими спутниками в сборке.

Шаг 9. Сборка электровелосипеда - как сделать. Часть 3: Колеса на раму

Как только шины собраны на колесах, установка самих колес довольно проста! Если у вас нет велостенда, просто переверните велосипед вверх ногами, чтобы он стоял на седле (сиденье) и руле.

Переднее колесо (без кассеты) устанавливается между вилками. Вставьте быстросъемный ось, и готово! Заднее колесо можно установить до или после установки цепи.

Шаг 10. Сборка электровелосипеда - как сделать.Часть 4: Тормоза и переключатели скоростей

Если вы решите купить новые тормозные механизмы, я рекомендую тормозные механизмы модели Avid BB7, которые я использовал. Они высококачественные и особенно легки в установке, потому что можно регулировать их в обоих направлениях (с обеих сторон ротора).

Шаг 11: Сборка электровелосипеда - как сделать. Часть 5: Двигатель, шатуны и цепи

Это заняло некоторое время для разбора полетов, но на самом деле это не так сложно. Основное испытание заключается в том, что двигатель Cyclone 3000 - это китайский импорт, поэтому нет официального видео или технических характеристик, которые бы показывали, как его собрать.

Я установил шатун с тремя звездами 44/44/32 (количество зубьев на каждой звезде), но короткая длина цепи от двигателя до шатуна делает переключение во время езды неудобным. Я ставлю приводную цепь на 44-зубьевой звезде, что обеспечивает меньший крутящий момент, но большую скорость. Мне кажется, что это все равно обеспечивает достаточно крутящего момента. Геометрия трех звездочек вместо двух помогает сделать путь цепи от двигателя до шатуна прямым, что уменьшает износ и предотвращает сбрасывание цепи во время езды.

После того, как двигатель и передний шатун установлены, пришло время установить цепи. Используйте специальный инструмент для разъединения цепей, чтобы придать каждой цепи нужную длину, чтобы она имела небольшую слабость в самом растянутом положении (но еще не натянутую). Для более длинной цепи, идущей к задней кассете (на заднем колесе), задний переключатель поддерживает правильное натяжение цепи. Для более короткой цепи, идущей от двигателя, установлен небольшой шкив с пружиной, который обеспечивает натяжение цепи.

Шаг 12: Сборка электровелосипеда - как сделать. Часть 6: Подключение проводов!

Большинство, если не все провода, выходящие из контроллера, помечены. Хорошо... с этим можно справиться. Многие из разъемов не будут использоваться. Ручное управление круиз-контролем, автоматическая помощь при вращении педалями, датчики электронного тормоза... все это необязательные вещи, о которых можно подумать позже (или вообще не беспокоиться). Большинство разъемов уникальны (другими словами, защищены от неправильного подключения). Вы можете попробовать соединить то, что не подходит, но разъемы не войдут в друг друга. Вот хорошо написанное руководство по минимальной необходимой проводке для запуска велосипеда.

Шаг 13: Безопасность

Этот проект по сути представляет собой изготовление электровелосипеда со скоростью 80 километров в час, высокоэнергетического и легкого . Это может быть опасно для велосипедиста и окружающих. Вот несколько мер, которые я предпринял, чтобы сделать его безопаснее:

Носите шлем. Довольно очевидно. Улучшите тормоза до более крупных (180 мм) дисковых тормозов. Больший диаметр дисковых тормозов обеспечивает большую силу торможения, так что вы можете остановиться быстрее. Это необходимо из-за более высоких скоростей (до ~80 км/ч) и большего веса велосипеда. Гидравлические тормозные механизмы обеспечивают еще большую силу торможения, но я оставил здесь механические тормоза, чтобы снизить стоимость и сложность. Установите фары. Обычно велосипедные фары предназначены для того, чтобы другие люди (и автомобили) могли видеть вас ночью. На задней части велосипеда я установил маленький мигающий красный светодиодный фонарь, чтобы люди могли видеть вас сзади. Спереди я установил большой 15-ваттовый светодиодный фар, который упрощает видимость, но также освещает дорогу/тропинку перед велосипедом. Установите датчики электронного тормоза. Они могут обнаружить, когда вы нажимаете на тормоза. Если тормоза включены, они отключают питание на двигатель. Это предотвращает ситуацию, когда вы случайно одновременно нажимаете на газ и тормоз, чтобы остановиться, но двигатель продолжает вас толкать вперед. Отдайте предпочтение кнопочному газу вместо вращающегося. Вращающиеся газы могут быть опасны. Если велосипед начинает выходить из-под контроля, ваша первая реакция, как правило, - крепко держаться за руль... и еще больше нажимать на газ. Это может превратить небольшую ошибку в серьезное столкновение. Это обычно не происходит с кнопочным газом только из-за его расположения. Используйте постепенное ускорение на контроллере двигателя (если доступно). Это делает мотор постепенно набирать обороты в ответ на газ, что делает его менее "рыскучим". С большим, высококрутящим мотором, таким, как тот, который я установил, велосипед может легко выйти из-под вашего контроля, если он вдруг ускорится.