การกระจายน้ำหนักและจุดศูนย์ถ่วงของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้านี้เปรียบเทียบกับรถจักรยานยนต์ ICE ที่เทียบเท่ากันอย่างไร

มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า โดยทั่วไปมี จุดศูนย์ถ่วง (CoG) ต่ำกว่า แต่น้ำหนักโดยรวมสูงกว่า เมื่อเทียบกับรถจักรยานยนต์ ICE ที่เทียบเท่า ก้อนแบตเตอรี่ — ส่วนประกอบเดี่ยวที่หนักที่สุด ซึ่งมักคำนึงถึง 30–40% ของมวลรวมของรถจักรยานยนต์ — ติดตั้งต่ำในเฟรม ใกล้กับเดือยสวิงอาร์ม การเปลี่ยนตำแหน่งมวลนี้ใกล้กับพื้นมากกว่ากระบอกสูบและถังเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์สันดาปซึ่งนั่งอยู่สูงและไกลออกไป ผลลัพธ์ที่ได้คือคุณลักษณะการควบคุมรถที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด โดยจะควบคุมได้มากขึ้นที่ความเร็วต่ำและการเคลื่อนตัวที่ช้า แต่มีข้อแลกเปลี่ยนที่ไม่เหมือนใครในขีดจำกัดที่ผู้ขับขี่ที่เปลี่ยนจากเครื่อง ICE จำเป็นต้องเข้าใจ

นี่ไม่ใช่ความแตกต่างเล็กน้อย สำหรับสปอร์ตไบค์ ICE ขนาดกลาง เช่น Yamaha MT-07 (เปียก 193 กก.) เครื่องยนต์จะอยู่ที่ความสูงประมาณกลางเฟรม และถังเชื้อเพลิงจะครอบครองกระดูกสันหลังส่วนกลางส่วนบน สำหรับ ศูนย์ SR/F (220 กก.) ชุดแบตเตอรี่จะอยู่ภายในโครงอะลูมิเนียมแบบเตี้ย ส่งผลให้ CoG ลดลงโดยประมาณ 40–60 มม เมื่อเปรียบเทียบกับเน็กเก็ตไบค์ ICE ที่เทียบเคียงได้ ช่องว่างดังกล่าวมีผลกระทบที่จับต้องได้ต่อความรู้สึกของรถจักรยานยนต์ การบังคับเลี้ยว และการตอบสนองต่อความคิดเห็นของผู้ขับขี่

เหตุใดการวางตำแหน่งแบตเตอรี่จึงกำหนดทุกอย่างเกี่ยวกับ CoG

ในรถจักรยานยนต์ ICE ส่วนประกอบที่หนักที่สุด ได้แก่ เสื้อสูบ ระบบส่งกำลัง และเชื้อเพลิง จะถูกกระจายในแนวตั้งที่ความสูงประมาณ 400–700 มม. เหนือพื้นดิน เครื่องยนต์ตั้งอยู่ตรงกลางแต่ยกสูงขึ้น ถังเชื้อเพลิงอยู่สูงกว่าเดิม และระบบไอเสียวิ่งไปตามด้านล่าง สิ่งนี้สร้างการกระจายมวลที่ค่อนข้างสูงและเอนไปข้างหน้าซึ่งวิศวกรจัดการผ่านรูปทรงของเฟรมและการปรับแต่งระบบกันสะเทือน

มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าพลิกกลับสถาปัตยกรรมนี้ไปมาก มอเตอร์มีขนาดกะทัดรัดและโดยทั่วไปจะติดตั้งต่ำใกล้กับสวิงอาร์ม ชุดแบตเตอรี่ซึ่งใช้กับรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงอย่าง เอเนอร์จิกา อีโก้ มีน้ำหนักประมาณ 110 กก. เอง ตรงบริเวณกระดูกสันหลังของเฟรมและส่วนล่าง ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ก่อนหน้านี้เคยเป็นของถังเชื้อเพลิงที่เบากว่ามากและกล่องเครื่องยนต์ที่แคบกว่า เนื่องจากความต้องการความหนาแน่นของแบตเตอรี่ผลักดันให้นักออกแบบเพิ่มปริมาณแพ็คสูงสุดที่จุดที่เป็นไปได้เชิงโครงสร้างที่ต่ำที่สุด การลด CoG มักเป็นผลพลอยได้จากเค้าโครง ไม่ใช่ตัวเลือกการปรับแต่งโดยเจตนา

ผู้ผลิตบางรายดำเนินการเพิ่มเติมโดยการวางแนวเซลล์แบบแท่งปริซึมหรือแบบกระเป๋าในแนวนอนภายในเฟรมเพื่อดัน CoG ให้ต่ำลง ตัวอย่างเช่น Harley-Davidson LiveWire ใช้การออกแบบแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้างโดยที่ตัวแพ็คเองเป็นส่วนหนึ่งของแชสซี ซึ่งเป็นรูปแบบที่ช่วยให้มวลที่หนักที่สุดเข้าไปอยู่ภายในได้ ระดับพื้นดิน 300–350 มม ต่ำกว่าโครงร่างระบบส่งกำลังแบบสันดาปภายในใดๆ อย่างมาก

บทลงโทษน้ำหนัก: มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าหนักแค่ไหน?

แม้จะมีข้อได้เปรียบ CoG แต่รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าก็มีน้ำหนักที่เหนือกว่าเทียบเท่า ICE ในระดับประสิทธิภาพเดียวกัน สาเหตุเกือบทั้งหมดนี้เกิดจากมวลแบตเตอรี่ — เทคโนโลยีลิเธียมไอออนในปัจจุบันสามารถให้พลังงานได้โดยประมาณ 200–270 Wh/kg ที่ระดับเซลล์ แต่ความหนาแน่นของพลังงานระดับแพ็ค (รวมถึงเคส, BMS, ฮาร์ดแวร์ทำความเย็น และสายไฟ) โดยทั่วไปจะลดลงเหลือ 130–160 Wh/kg เพื่อให้ได้พลังงาน 20 kWh ซึ่งเพียงพอสำหรับการขี่แบบผสมประมาณ 150–200 กม. ดังนั้น ต้องใช้ฮาร์ดแวร์แบตเตอรี่เพียงประมาณ 125–155 กก.

การเปรียบเทียบ LiveWire เป็นการให้คำแนะนำ: ด้วยการเปลี่ยนเครื่องยนต์ V-twin ขนาดใหญ่และระบบเชื้อเพลิงด้วยชุดแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้าง ทำให้ Harley-Davidson ประสบความสำเร็จในน้ำหนักที่ใกล้เคียงกันกับเรือลาดตระเวน ICE ของตัวเอง ในขณะเดียวกันก็ลด CoG ลงอย่างมาก นี่แสดงให้เห็นว่าการปรับน้ำหนักไม่ใช่สิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่การปิดนั้นต้องใช้การลงทุนทางวิศวกรรมโดยเจตนาในวัสดุกรอบน้ำหนักเบาและการรวมแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้าง

CoG ที่ต่ำส่งผลต่อการจัดการอย่างไร: ความแตกต่างในโลกแห่งความเป็นจริง

จุดศูนย์ถ่วงที่ต่ำกว่าให้ประโยชน์การควบคุมที่วัดได้หลายประการ ซึ่งผู้ขับขี่สังเกตเห็นได้ทันที:

• ปรับปรุงความเสถียรที่ความเร็วต่ำ: รถจักรยานยนต์ต้านทานการพลิกคว่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการจอดรถ การกลับรถ และการจราจรที่ช้า ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับน้ำหนักรวมที่สูงกว่าของรุ่นไฟฟ้าส่วนใหญ่
• ลดความพยายามในการเอน: การเริ่มต้นแบบลีนต้องเอาชนะความเฉื่อยไจโรสโคปิกของมวลรวม CoG ที่ต่ำกว่าจะลดแขนคันโยกที่มวลนี้ทำหน้าที่ ทำให้รู้สึกเลี้ยวเข้าที่เบากว่าน้ำหนักรวมที่แนะนำ
• ความสมดุลของมุมกลางที่คาดเดาได้มากขึ้น: ด้วยมวลที่รวมตัวอยู่ใกล้กับเดือยสวิงอาร์ม ความเฉื่อยในการหมุนของรถจักรยานยนต์รอบๆ แกนเข้าโค้งจะลดลง ส่งผลให้มีความรู้สึกที่เป็นกลางและตั้งมั่นมากขึ้นผ่านการโค้งงออย่างต่อเนื่อง
• การกู้คืนที่ดีขึ้นจากสไลด์: CoG ที่ต่ำจะทำให้รถจักรยานยนต์ที่มีการเลื่อนหรือไม่มั่นคงมีแนวโน้มในการควบคุมตัวเองได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยลดพลังงานที่จำเป็นในการฟื้นสมดุลหลังจากการรบกวนการยึดเกาะถนน

นักขี่มากประสบการณ์ที่ได้ทดสอบรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าเป็นครั้งแรกรายงานว่ารู้สึกได้ถึงเครื่อง เบากว่าแผ่นข้อมูลจำเพาะที่แนะนำ — การรับรู้ที่อธิบายโดยตรงจาก CoG ต่ำ แทนที่จะลดมวลจริงลง Zero SR/F ที่ 220 กก. มักถูกบรรยายว่าให้ความรู้สึกเทียบได้กับ ICE เปล่าที่ 190 กก. ในสภาพการขับขี่ในชีวิตประจำวัน

การแลกเปลี่ยน: ที่ซึ่งมวลส่วนเกินสร้างความท้าทายที่แท้จริง

ประโยชน์ CoG ที่ต่ำไม่ได้ขจัดผลที่ตามมาของน้ำหนักรวมที่สูงขึ้น — เพียงแต่เป็นการกระจายน้ำหนักเหล่านั้นใหม่ สถานการณ์การขี่บางสถานการณ์เผยให้เห็นการลงโทษจำนวนมากอย่างชัดเจน:

การเปลี่ยนแปลงทิศทางความเร็วสูง

การเปลี่ยนแปลงแบบชิเคนอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการขี่บนสนามแข่งและการขับขี่แบบสปอร์ตบนถนน ผู้ขับขี่จะต้องเอาชนะความเฉื่อยในการหมุนของรถจักรยานยนต์เพื่อสะบัดจักรยานยนต์จากมุมเอียงหนึ่งไปยังอีกมุมหนึ่ง มวลรวม ไม่ใช่ความสูงของ CoG เพียงอย่างเดียว เป็นตัวกำหนดว่าต้องใช้ความพยายามมากเพียงใด มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า 260 กก. มักจะต้องการแรงกดทางกายภาพมากขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนทิศทางที่รวดเร็วกว่าคู่แข่ง ICE 193 กก. ไม่ว่าน้ำหนักจะอยู่ที่ใดก็ตาม

ระยะเบรก

มวลที่มากขึ้นหมายถึงพลังงานจลน์ที่มากขึ้นที่ความเร็วที่กำหนด จาก ด้วยความเร็ว 100 กม./ชม. รถจักรยานยนต์หนัก 260 กก. บรรทุกพลังงานจลน์มากกว่าประมาณ 35% เมื่อเทียบกับน้ำหนัก 193 กก. — ซึ่งทั้งหมดจะต้องกระจายไปตามเบรกและยาง รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าจะชดเชยสิ่งนี้บางส่วนผ่านการเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่ แต่โดยทั่วไประยะเบรกสุทธิจะยาวกว่าเครื่อง ICE ที่เทียบเคียงได้ เว้นแต่ฮาร์ดแวร์เบรกจะได้รับการอัพเกรดตามนั้น

สภาพแวดล้อมแบบออฟโรดและแรงฉุดต่ำ

บนพื้นผิวที่หลวมหรือไม่ได้ลาดยาง CoG ที่ต่ำกว่าจะมีข้อได้เปรียบน้อยกว่า เนื่องจากความสามารถของยางในการสร้างแรงด้านข้างลดลงแล้ว มวลที่เพิ่มขึ้นนั้นกลายเป็นปัจจัยสำคัญ — รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าที่หนักกว่านั้นควบคุมได้ยากกว่าบนกรวด โคลน หรือทราย และยากต่อการคืนตัวหากล้ม นี่คือเหตุผลว่าทำไมรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าออฟโรดที่สร้างขึ้นตามจุดประสงค์ เช่น KTM Freeride E-XC จึงให้ความสำคัญกับการลดมวลลงอย่างมากมากกว่าความจุของแบตเตอรี่

การกระจายน้ำหนักจากหน้าไปหลัง: เปรียบเทียบจักรยานไฟฟ้าอย่างไร

นอกเหนือจาก CoG แนวตั้งแล้ว การกระจายน้ำหนักส่วนหน้าและหลังระหว่างเพลาหน้าและหลังจะกำหนดทิศทางการบังคับเลี้ยวและเร่งความเร็วของรถจักรยานยนต์ โดยทั่วไปแล้วสปอร์ตไบค์ ICE จะกำหนดเป้าหมายไปที่ การกระจายหน้า-หลัง 50/50 ถึง 52/48 — ทำได้โดยการวางตำแหน่งเครื่องยนต์อย่างระมัดระวังและปรับสมดุลกับมวลถังน้ำมันเชื้อเพลิง จักรยานทัวริ่งที่มีกล่องสัมภาระหนักจะเคลื่อนไปทางด้านหลัง ซึ่งบางครั้งอาจสูงถึง 45/55

รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าเผชิญกับความท้าทายด้านโครงสร้าง: ชุดแบตเตอรี่มักจะขยายไปทางด้านหลังสู่พื้นที่ที่ก่อนหน้านี้มีส่วนประกอบที่เบากว่า โดยผลักมวลไปทางเพลาล้อหลัง ผู้ผลิตหลายรายแก้ไขปัญหานี้โดยการวางตำแหน่งมอเตอร์ไปทางด้านหน้าของสวิงอาร์ม และเดินชุดสายไฟหนักไปข้างหน้า ตัวอย่างเช่น แพลตฟอร์ม Energica ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้บรรลุ 48/52 แยกหน้าไปหลัง — มีเอนเอียงไปทางด้านหลังเล็กน้อย แต่อยู่ในช่วงที่รูปทรงแชสซีสมัยใหม่และระบบควบคุมการยึดเกาะถนนสามารถชดเชยได้เต็มที่

ผลลัพธ์ที่โดดเด่นของการกระจายแบบเอนหลังคือความรู้สึกส่วนหน้าและความแม่นยำในการบังคับเลี้ยวที่ความเร็วต่ำลดลงเล็กน้อย ผู้ขับขี่ที่คุ้นเคยกับสปอร์ตไบค์ ICE ที่มีน้ำหนักด้านหน้าอาจพบว่าการบังคับเลี้ยวของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าในตอนแรกรู้สึกคลุมเครือเล็กน้อยหรือลอยที่ล้อหน้า การรับรู้นี้จะลดลงเมื่อผู้ขับขี่ปรับตัวเข้ากับจุดสมดุลที่แตกต่างกัน และปรับเทียบจังหวะเวลาอินพุตใหม่ตามนั้น

ความแตกต่างในการปรับแต่งระบบกันสะเทือนที่จำเป็นสำหรับมวลแพลตฟอร์มไฟฟ้า

น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าต้องมีการปรับเทียบระบบกันสะเทือนใหม่เมื่อเปรียบเทียบกับ ICE ที่เทียบเท่า อัตราสปริงต้องเพิ่มขึ้นเพื่อป้องกันการหย่อนยานมากเกินไปภายใต้โหลดขณะสปริงและสปริงที่หนักกว่า ในขณะที่เส้นโค้งการหน่วงจำเป็นต้องปรับเพื่อป้องกันความเฉื่อยที่มากขึ้นจากการล้นโช้คและแรงกระแทกระหว่างการเปลี่ยนการบีบอัดและการคืนตัว

ผลกระทบหลายประการตามมาสำหรับผู้ขับขี่ที่ประเมินหรือมีรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าอยู่แล้ว:

• การตั้งค่าระบบกันสะเทือนจากโรงงานได้รับการปรับเทียบสำหรับมวลเฉพาะของแท่นไฟฟ้า อย่าถือว่าชิ้นส่วนอัพเกรดระบบกันสะเทือน ICE สามารถถ่ายโอนได้โดยตรง
• ผู้ขับขี่ที่มีน้ำหนักส่วนปลายที่เบากว่า (ต่ำกว่า 70 กก.) อาจพบว่าอัตราสปริงจากโรงงานแข็งเกินไป ซึ่งจำเป็นต้องสปริงใหม่แทนที่จะปรับพรีโหลดง่ายๆ
• การเพิ่มสัมภาระหรือผู้โดยสารซ้อนท้ายช่วยเพิ่มน้ำหนักด้านหลังได้อย่างมาก พรีโหลดด้านหลังแบบปรับได้มีความสำคัญอย่างยิ่งกับรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าที่ใช้สำหรับการเดินทาง
• ต้องตรวจสอบพิกัดน้ำหนักยาง — รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าบางรุ่นเข้าใกล้หรือเกินพิกัดการรับน้ำหนักของยางที่ใช้กับรุ่น ICE ที่เทียบเท่า โดยต้องมีการยืนยันว่าข้อกำหนดยางที่ติดตั้งนั้นถูกต้องสำหรับน้ำหนักบรรทุกจริง
  
  

ทิศทางของการเดินทาง: แบตเตอรี่โซลิดสเตตและโอกาส CoG

น้ำหนักและโปรไฟล์ CoG ในปัจจุบันของรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าเป็นผลจากข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในปัจจุบัน ไม่ใช่ลักษณะเฉพาะถาวรของแพลตฟอร์ม แบตเตอรี่โซลิดสเตตที่คาดการณ์ไว้สำหรับการใช้งานรถจักรยานยนต์ใน ปลายปี 2020 ถึงต้นปี 2030 รับประกันความหนาแน่นของพลังงานที่ระดับแพ็คใกล้ 400–500 Wh/kg — ประมาณสามเท่าของประสิทธิภาพของลิเธียมไอออนในปัจจุบัน ที่ความหนาแน่นนั้น แพ็คขนาด 20 kWh จะมีน้ำหนักประมาณ 40–50 กก. แทนที่จะเป็น 125–155 กก.

การเปลี่ยนแปลงนี้จะช่วยให้รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าสามารถบรรลุความเท่าเทียมกันของน้ำหนักอย่างแท้จริงกับเครื่องจักร ICE ในขณะที่ยังคงรักษาผลประโยชน์ CoG ต่ำ — เนื่องจากนักออกแบบยังคงสามารถเลือกวางตำแหน่งแพ็คที่เล็กกว่าและเบากว่าให้ต่ำในเฟรมได้ ความได้เปรียบด้านการควบคุมของสถาปัตยกรรมไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องมีการแลกเปลี่ยนกันในวงกว้างในปัจจุบัน ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการเปรียบเทียบระหว่างรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าและ ICE แบบไดนามิก