รายงานวิจัยฉบับสมบูรณ์

โครงการ การทดสอบสมรรถนะและการขับขี่รถจักรยานไฟฟ้า

(Performance and Driving Tests For Electric Bicycle)

โดย ผศ.ดร. อนันต์ชัย อยู่แก้ว

เดือน ปี ที่เสร็จสิ้นโครงการ

มีนาคม 2559

สัญญาเลขท่ี R2558C179

รายงานวิจัยฉบับสมบูรณ์

โครงการ การทดสอบสมรรถนะและการขับขี่รถจักรยานไฟฟ้า

(Performance and Driving Tests For Electric Bicycle)

คณะผู้วิจัย สังกัด

1. ผศ.ดร. อนันต์ชัย อยู่แก้ว ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยนเรศวร

สนับสนุนโดยกองทุนวิจยัมหาวิทยาลัยนเรศวร

บทคัดย่อ

การออกก าลังกายโดยการข่ีจักรยานถือว่าเป็นทางเลือกหนึ่งที่ก าลังได้รับการรณรงค์เพ่ิมมากขึ้นทั่วประเทศ เนื่องจากเป็นการเสริมสร้างสุขภาพที่ดีต่อผู้ขี่จักรยาน อย่างไรก็ตามการข่ีจักรยานเพื่อออกก าลังกายมีข้อจ ากัดส าหรับกลุ่มบุคคลบางประเภท ได้แก่ ผู้สูงอายุและผู้เป็นโรคบางประเภทที่ท าให้ไม่สามารถออกก าลังกายได้เป็นระยะเวลานาน หรือใช้ก าลังมากได้ โดยเมื่อขี่จักรยานอาจเกิดความเมื่อยล้าและมีความเสี่ยงต่อการเกิดอันตรายฉับพลัน จึงมีความจ าเป็นที่ควรมีอุปกรณ์ท่ีสามารถติดตั้งเพ่ือช่วยในการผ่อนแรงหรือช่วยขับขี่เพ่ือช่วยลดความเหนื่อยล้าจากการขี่จักรยานได้ ซึ่งงานวิจัยชิ้นนี้มีจุดประสงค์เพ่ือพัฒนาชุดต้นแบบมอเตอร์ช่วยขับโดยให้สามารถติดตั้งได้กับจักรยานทั่วไปเพ่ือให้สามารถน าไปใช้งานได้ทั่วถึง โดยออกแบบให้มีน้ าหนักเบาและใช้งบประมาณในการออกแบบที่ไม่สูง รวมทั้งต้องสร้างความสะดวกสบายในการใช้งานและมีความปลอดภัยส าต่อผู้ขี่จักรยานเพ่ือออกก าลังกาย ในกระบวนการพัฒนาชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับดังกล่าวจะประกอบไปด้วย 3 กระบวนการหลัก ได้แก่ การออกแบบเชิงหลักการ การสร้างและติดตั้งชุดอุปกรณ์ และการทดสอบการท างานของชุดอุปกรณ์ ส าหรับกระบวนการออกแบบเชิงหลักการนั้น ได้ก าหนดข้อมูลจ าเพาะของชุดอุปกรณ์ติดตั้งอาศัยการค านวณตามหลักการทางวิศวกรรมเพ่ือออกแบบระบบกลไก และเพ่ือก าหนดขนาดแบตเตอรี่และก าลังของมอเตอร์ พร้อมทั้งร่างแบบชุดอุปกรณ์ โดยชุดอุปกรณ์ติดตั้งจะใช้การติดตั้งแบบอาศัยแรงเสียดทานระหว่างเพลาขับและล้อของมอเตอร์ จากนั้นได้ท าการจัดซื้ออุปกรณ์เพ่ือใช้ในการสร้างชิ้นส่วนซึ่ง ประกอบไปด้วยมอเตอร์ แบตเตอรี่ และสร้างชุดจับยึดกับจักรยานและเพลาขับแรงเสียดทาน รวมทั้งชุดสวิตซ์ขับเคลื่อน และระบบวงจรควบคุมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ จากนั้นได้ท าการทดสอบการกลไกท างานของชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับก่อนติดตั้ง และเมื่อติดตั้งแล้วได้ท าการทดสอบการขับขี่ พร้อมท าการปรับปรุงเพ่ือให้สามารถใช้งานได้จริงและสามารถใช้เป็นต้นแบบในการพัฒนาชุดอุปกรณ์ติดตั้งมอเตอร์ช่วยขับเพ่ือช่วยเพิ่มความสะดวกและปลอดภัยส าหรับผู้ที่มีข้อจ ากัดในการข่ีจักรยานออกก าลังกาย

Abstract

Getting exercise by biking is one of popular option and more campaign can be seen all over the country. This is due to the health benefit for bikers, however, riding a bike can be difficult for some type of people such as elders, and people who suffer from health problems prohibiting them to exercise for a long period of time or spend a lot of energy. Riding a bicycle might cause them exhaustion and risk for sudden danger. Therefore, it is necessary to have some equipment that can be installed on the bicycle to help with riding and to reduce exhaustion for riding the bike. Thus, this study aims to develop prototype of motor assisted biking system that can be extensively installed on different types of bicycles. The equipment shall be light weight and low cost. Furthermore, the equipment must be convenient and safe to use for people who uses the equipment. The development process consists of 3 main stages, which are conceptual design stage, fabricating and installation stage and testing stage. For conceptual design stage, specification of motor assisted system and usage requirement are employed based on engineering principle to design functions of the system, determine battery sizing, and motor power, and the system layout are drawn. In this case, motor assisted system are frictional type between motor shaft and bicycle tires. Then, components were purchased to be fabricated and built as prototype. The main components consist of motor, battery, and bicycle bolster and frictional shaft including accelerator switch and electrical circuit control system and electronic system. After that, motor assisted functions are tested before riding. When installed, the motor assisted are tested for bicycle riding. Adjustment are made for real usage and this equipment can be used as prototype to help people who are restraint for biking to more convenient and safer exercise.

1. บทสรุปผู้บริหาร

โครงการวิจัยนี้เป็นโครงการที่วิจัยและพัฒนาเพ่ือสร้างจักรยานไฟฟ้าและท าการทดสอบอุปกรณ์และการขับขี่โดยมีวัตถุประสงค์ดังนี ้

วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีในการออกแบบระบบจักรยานไฟฟ้าเพ่ือใช้ส าหรับการออกก าลังกาย

ท าการวิเคราะห์และท านายสมรรถนะจักรยานไฟฟ้า

ทดสอบสมรรถนะและการขับขี่จักรยานไฟฟ้า

และการด าเนินโครงการวิจัยและพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงจะถูกแบ่งออกได้ดังนี้

การออกแบบเชิงหลักการโดยการค านวณทางวิศวกรรมเพ่ือหาขนาดมอเตอร์ที่เหมาะสม

การสร้างและติดตั้งชุดอุปกรณ์ โดยการจัดหาอุปกรณ์ ประกอบและติดตั้งในจักรยาน

การทดสอบการท างานของชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับโดยกระบวนการโพนี่เบรค

ทดสอบการขับขี่จักรยานที่มีการติดตั้งชุดอุปกรณ์

เมื่อได้ด าเนินการตามก าหนดเวลาแล้วสามารถสร้างผลงานที่ได้จากการด าเนินโครงการกล่าวคือ

กระบวนการออกแบบระบบเพ่ือการประกอบจักรยานไฟฟ้าโดยการสร้างแบบจ าลอง (model based design of electric vehicle conversion) โดยหลักการออกแบบระบบมอเตอร์ไฟฟ้าช่วยขับโดยการสร้างแบบจ าลองสามารถน ามาใช้ในกระบวนการออกแบบจักรยานไฟฟ้าไฟฟ้าเพ่ือการออกก าลังกายเพราะสามารถลดค่าใช้จ่ายและระยะเวลาในการออกแบบลงได้โดยสามารถช่วยลดความผิดพลาดและคลาดเคลื่อนระหว่างการออกแบบได้ ข้อมูลทีได้จากการจ าลองสามารถน ามาใช้ในการท านายตัวแปรของรถยนต์ไฟฟ้าที่มีความส าคัญส าหรับการสร้างหรือประกอบจักรยานไฟฟ้าเช่นสมรรถนะและระยะทางท่ีได้ต่อการประจุแต่ละครั้ง

การประกอบรถยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงต้นแบบโดยใช้หลักการการขับเคลื่อนแบบแรงเสียดทานโดยสามารถติดตั้งเข้ากับจักรยานไฟฟ้าทั่วไปได้ และมีราคาที่ไม่สูงมาก

2. บทน า

รายงานภายใต้แผนอนุรักษ์พลังงาน 20 ปี (2554-2573) [1] ระบุว่าจะมีการความต้องการใช้พลังงานเพ่ิมขึ้นโดยรวมกว่า 2 เท่าตัว ซึ่งสร้างความท้าทายในหลายๆ ด้านตามมากล่าวคือ การจัดหาพลังงานเพ่ือให้เพียงพอต่อความต้องการภายในประเทศ และต้องเผชิญกับต้นทุนพลังงานที่มีแนวโน้มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง อีกทั้งประเทศไทยยังต้องพ่ึงพาการน าเข้าเชื้อเพลิงพลังงานจากต่างประเทศในปริมาณมากต่อปี โดยเฉพาะเชื้อเพลิงที่ใช้ในภาคการขนส่ง อีกท้ังเชื้อเพลิงที่มาจากฟอสซิลยังส่งผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมเนื่องมาจากการปล่อยมลพิษสู่อากาศในรูปของไอเสีย และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งกระบวนการผลิต กลั่นและการใช้พลังงาน ซึ่งในส่วนของภาคการขนส่งเอง แผนการอนุรักษ์พลังงาน 20 ปีระบุว่าศักยภาพในการใช้ยานยนต์ที่มีประสิทธิภาพจะสามารถประหยัดพลังงานได้ถึง 12,470 ktoe โดยคิดเป็นสัดส่วน 77 เปอร์เซ็นต์ของศักยภาพการอนุรักษ์พลังงานทั้งหมดในภาคขนส่งซึ่งมีรวมทั้งสิ้น 16,250 ktoe.

ในแง่ของการใช้เชื้อเพลิงจะพบว่า สภาวะแนวโน้มน้ ามันเชื้อเพลิงจากฟอสซิลที่มีความผันผวนและการปรับราคาขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่กลับมีความต้องการใช้เชื้อเพลิงเพ่ิมขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกันดังแสดงในแผนภาพรูปที่ 1 อาจท าให้เกิดความไม่มั่นคงทางพลังงานโดยเฉพาะในภาคการขนส่งตั้งแต่ปี 2030 เป็นต้นไป ซึ่งมีการคาดการว่าจะเป็นปีที่มีการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ในภาคการขนส่ง เช่นการเปลี่ยนเชื้อเพลิงและระบบขับเคลื่อนของรถยนต์ เป็นต้น

รูปที่ 1 แผนภาพแสดงแนวโน้มความต้องการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลเทียบกับปริมาณการผลิตเทียบกับระยะเวลาเป็นรายปีทั้งก่อนและหลังช่วงการผลิตสูงสุด (peak production) [5] กระบวนการหนึ่งที่จะช่วยในการประหยัดพลังงาน หรือการเพ่ิมประสิทธิภาพการใช้พลังงานในการขนส่ง ก็คือ การน ามอเตอร์ไฟฟ้ามาใช้เป็นระบบขับเคลื่อนของจักรยานไฟฟ้าเพ่ือการเดินทางในระยะสั้นและในเขตชุมชนเมืองซึ่งในทางทฤษฎีมอเตอร์มีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องยนต์ 2-3 เท่าตัว และไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกและก่อมลภาวะขณะขับขี่ อันจะมีบทบาทในการแก้ปัญหาการขาดแคลนพลังงานได้ในระยะยาวดังแสดงในแผนภาพรูปที่ 2 อีกทั้งจักรยานไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนได้ทั้งการปั่นและการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งสามารถท าให้เดินทางได้ระยะไกลและสะดวกมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการเดินทางโดยใช้การปั่นจักรยานเพียงอย่างเดียว นอกจากนั้น ตามสถิติของกรมการขนส่งทางบกพบว่าในแต่ละปีจะมีจ านวนของจักรยานยนต์

เพ่ิมข้ึนบนท้องถนนปีละไม่ต่ ากว่า 2 ล้านคันซึ่งอาจจะส่งผลกระทบต่อการเพ่ิมมลพิษทางอากาศและอัตราการเพ่ิมการเกิดอุบัติเหตุซึ่งเกิดจากขับขี่จักรยานที่มีความเร็วค่อนข้างสูงในแหล่งชุมชนที่การจราจรหนาแน่นได้ ดังนั้นการเปลี่ยนจากการใช้จักรยานยนต์มาเป็นการใช้จักรยานไฟฟ้าจะช่วยแก้ปัญหาหลักที่เกิดในกรณีขับขี่จักรยานยนต์ เนื่องจากมีการขับขี่ที่ความเร็วต่ าและใช้เชื้อเพลิงสะอาดดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ทั้งยังช่วยลดการน าเข้าน้ ามันเชื้อเพลิงจากต่างประเทศได้ในอนาคต เพราะพลังงานไฟฟ้าสามารถหาได้จากพลังงานหลายแหล่ง รวมทั้งแหล่งพลังงานทดแทน และ พลังงานนิวเคลียร์ ทั้งยังช่วยลดการน าเข้าน้ ามันเชื้อเพลิงจากต่างประเทศ

รูปที่ 2 แผนภาพแสดงการท านายสัดส่วนของจ านวนประเภทของรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์แต่ละประเภททั้งก่อนและหลังช่วงปีการผลิตน้ ามันดิบสูงสุด [5] อย่างไรก็ตามเมื่อมีส่งเสริมการใช้งานจักรยานไฟฟ้าดังแสดงในรูปที่ 3 ให้แพร่หลายมากขึ้นในอนาคต จะท าให้มีการน าจักรยานไฟฟ้าหลากหลายชนิดและรุ่น ซึ่งมีความจ าเป็นที่จะต้องมีการพัฒนาด้านทดสอบสมรรถนะของจักรยานไฟฟ้าทั้งในด้านระบบขับเคลื่อนและการขับขี่เพ่ือสร้างองค์ความรู้ที่สามารถถ่ายทอดแก่ผู้ที่เกี่ยวข้องทั้งผู้ประกอบการและทางเจ้าหน้าที่ภาครัฐที่มีหน้าที่ก ากับดูแลการใช้งานและออกมาตรฐานทั้งในด้านการผลิตและการบ ารุงรักษาจักรยานไฟฟ้าโดยเฉพาะ ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีการก าหนดเกณฑ์ต่างๆที่มีความชัดเจน การเผยแพร่ความรู้ในการทดสอบจักรยานไฟฟ้ายังสามารถกระตุ้นการใช้งานจักรยานไฟฟ้าให้เพ่ิมมากขึ้นได้เมื่อประชาชนทั่วไปได้รับความรู้ที่เพียงพอส าหรับเทคโนโลยีจักรยานไฟฟ้าและการใช้งาน

รูปที่ 3 รูปแบบตัวอย่างจักรยานไฟฟ้าที่สามารถใช้ขับข่ีในเขตชุมชนเมือง

ทางผู้วิจัยในศูนย์วิจัยและพัฒนานวัตกรรมยานยนต์ (Development and Research of Innovative Vehicle Engineering) หรือ DRIVE ภายใต้ก ากับ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร ได้เล็งเห็นซึ่งปัญหาดังกล่าว จึงได้วางแนวทางในการด าเนินการพัฒนาเทคโนโลยีที่สร้างขึ้นด้วยคนไทยเพ่ือให้เป็นประโยชน์ต่อประชาชนในประเทศ โดยวางแผนการด าเนินงานออกเป็น 4 ช่วงระยะเวลาหลัก ได้แก่ ระยะการออกแบบระบบขับเคลื่อนจักรยานไฟฟ้าและจ าลองเพ่ือก าหนดหาค่าจ ากัดเบื้องต้น เช่น ก าหนดการเลือกใช้ขนาดมอเตอร์ ให้เหมาะสมกับระยะการขับขี่ เป็นต้น ระยะที่สองจะเป็นส่วนของการประกอบชิ้นส่วนของระบบเพ่ือสร้างจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ ระยะที่สามจะเป็นการทดสอบสมรรถนะการท างานของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า และทดสอบการขับขี่จริง ระยะสุดท้ายจะเป็นช่วงการจัดการเผยแพร่และถ่ายทอดเทคโนโลยีแก่กลุ่มเป้าหมายและผู้สนใจทั่วไปให้เกิดประโยชน์ในวงกว้างทั้งในแง่การวิจัยและพัฒนา รวมทั้ง เศรษฐกิจและ สังคม

จากผลการวิจัยเรื่องแรงจูงใจและอุปสรรคในการใช้จักรยานส าหรับคนที่เดินทางด้วยจักรยานในประเทศไทย (ธงชัย พรรณสวัสดิ์ และคณะ, 2556) พบว่า เหตุผลจูงใจหลักที่ท าให้คนหันมาใช้จักรยานก็เพ่ือ การออกก าลังกายให้มีสุขภาพที่ดี โดยจากการส ารวจ เหตุผลดังกล่าวเป็นประเด็นที่ได้รับคะแนนสูงสุด และมีมูลเหตุจูงใจด้านอื่นๆ รองลงมา ในกลุ่มผู้สูงอายุเอง พบว่าถ้ามีการออกก าลังกายเพ่ิมขึ้นร้อยละ 25 จะเป็นสุขภาวะที่ดีต่อระบบต่างๆ ของร่างกาย (ศ.นพ. ประเสริฐ อัสสันตชัย และคณะ, 2557) อย่างไรก็ดี ถึงแม้จะได้รับรู้ถึงความเสี่ยงต่อการเกิดกลุ่มโรคไม่ติดต่อเรื้อรัง ได้แก่ โรคหัวใจ เบาหวาน และความดัน ที่ส่วนหนึ่งอาจมีสาเหตุจากกิจวัตรประจ าวันและวิถีชีวิตที่เปลี่ยนไปตามสังคมยุคใหม่ รับรู้ถึงความรุนแรงของกลุ่มโรคดังกล่าว และทราบถึงประโยชน์ในการขี่จักรยานเพ่ือลดความเสี่ยงหรือช่วยป้องกันต่อการเป็นโรคกลุ่มไม่ติดต่อเรื้อรังดังกล่าว (ดร.เกษม นครเขตต์, 2557) การออกก าลังกายโดยการขี่จักรยานยังมีข้อจ ากัดของกลุ่มบุคคล เช่น ผู้สูงอายุ คนทีมีความเสี่ยงต่อโรคดังกล่าวได้ และอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่ออาการบาดเจ็บหรือ เกิดอาการของโรคเฉียบพลัน และการเกิดความเมื่อยล้า และเหตุผลจากความไม่สะดวกสบายในการใช้จักรยานที่ต้องใช้แรงขี่จักรยานท าให้ไม่เกิดแรงจูงใจในการออกก าลังกาย หรือใช้เป็นพาหนะในชีวิตประจ าวัน ดังนั้นงานวิจัยชิ้นนี้มีวัตถุประสงค์เพ่ือพัฒนาต้นแบบชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับ ส าหรับติดตั้งในจักรยานส าหรับผู้สูงอายุ หรือผู้ที่มีความเสี่ยงหรือเป็นโรคกลุ่มไม่ติดต่อเรื้อรัง เพ่ือลดความเหนื่อยล้า เพ่ิมความสะดวกสบาย และลดความเสี่ยงจากการเกิดโรคหรือบาดเจ็บจากการขี่จักรยาน รวมทั้งเป็นแนวทางในการสร้างแรงจูงใจให้กลุ่มคนเป้าหมายหรือกลุ่มคนทั่วไปหันมาใช้จักรยานในการออกก าลังกายเพ่ือสุขภาพ หรือใช้เป็นพาหนะมากขึ้น โดยรูปแบบของการติดตั้งชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับจะแสดงได้ดังรูปที่ 4 โดยจะประกอบไปด้วยชุดมอเตอร์ส่งก าลัง (assisted motor) แบตเตอรี่ (Battery) ชุดควบคุมระบบขับเคลื่อน (Controller) และชุดคันเร่ง (Accelerator) โดยขนาดของมอเตอร์และแบตเตอรี่สามารถค านวณได้ข้อมูลจ าเพาะ (Specification) และการค านวณทางกลศาสตร์ของจักรยาน

รูปที่ 4 แสดงการติดตั้งชุดมอเตอร์ช่วยขับในจักรยานทั่วไปรวมทั้งอุปกรณ์ควบคุมและคันเร่ง

2.1 วัตถุประสงค์ของโครงการวิจัย

วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีในการออกแบบระบบจักรยานไฟฟ้า

ท าการวิเคราะห์และท านายสมรรถนะจักรยานไฟฟ้า

ทดสอบสมรรถนะและการขับขี่จักรยานไฟฟ้า

3 เนื้อหางานวิจัย

3.1 การทบทวนวรรณกรรม

การเปลี่ยนชนิดเชื้อเพลิงจากฟอสซิลมาเป็นพลังงานไฟฟ้านั้นจะท าให้เกิดการประหยัดพลังงานในการขับข่ีดังแสดงในรูปที่ 5 โดยเฉพาะในกรณีการขับขี่ที่ความเร็วต่ า

รูปที่ 5 แผนภาพแสดงอัตราการใช้พลังงานของรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในเทียบกับยานยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ตามอัตราความเร็วที่ขับข่ี [7]

นอกจากนั้นจะสามารถลดมลภาวะเป็นพิษเนื่องจากการปล่อยไอเสียขณะขับขี่ดังแสดงในตารางที่ 1 ซึ่งจะพบว่าไอเสียเกือบทุกชนิดจะถูกปล่อยจากการใช้รถยนต์ที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ในปริมาณที่มากโดยเฉพาะ CO โดยเปรียบเทียบจากกระบวนการผลิตถึงการขับขี่ (Well to Wheel) แต่พลังงานไฟฟ้าสามารถหาได้จากแหล่งพลังงานหมุนเวียนและพลังงานทดแทนซึ่งจะช่วยลดการสร้างมลภาวะที่เป็นพิษได้ในอนาคต

ตารางที ่1 ตารางการปล่อยไอเสียแต่ละชนิดและการใช้พลังงานแบ่งตามเทคโนโลยีของชุดขับเคลื่อน [6]

นอกจากนั้นถ้าเปรียบเทียบในแง่ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจก 2CO จะพบว่าในกระบวนการใช้

รถยนต์ไฟฟ้า จะปล่อยก๊าซคาบอนไดออกไซด์ในปริมาณที่น้อยกว่ากระบวนการใช้รถยนต์ที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในดังแสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 6 ตารางการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (CO2) แบ่งตามเทคโนโลยีของเครื่องยนต์แต่ละชนิด [6]

การใช้ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้ายังสามารถเพ่ิมประสิทธิภาพและแรงบิดช่วงต้นดังแสดงในรูปที่ 7 และ 8 ซึ่งจะพบว่าประสิทธิภาพสูงสุดจะเพ่ิมจากเป็น 34.3 เปอร์เซ็นต์ ได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์

รูปที่ 7 แผนภาพก้นหอย (contour) แสดงพฤติกรรมและประสิทธิภาพการท างานของเครื่องยนต์สันดาปภายในในแต่ละช่วงการท างานของเครื่องยนต์ [6]

รูปที่ 8 แผนภาพก้นหอย (contour) แสดงพฤติกรรมและประสิทธิภาพการท างานของมอเตอร์ในแต่ละช่วงท างาน [3]

ผลพลอยได้จากการเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนมาใช้ระบบมอเตอร์ไฟฟ้าก็คือ ความสามารถในการประจุพลังงานกลับเข้าแบตเตอรี่เวลาท าการเบรก (Regenerative breaking) โดยมีศักยภาพในการประจุได้ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ดังแสดงในรูปที่ 9

รูปที่ 9 แผนภาพแสดงศักยภาพพลังงานที่สามารถประจุกลับเข้าแบตเตอรี่ในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า [3]

โดยทั่วไปส่วนประกอบของระบบจักรยานไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็น 5 ส่วนหลักได้แก่ โครงจักรยาน (frame) ชุดจ่ายพลังงาน (prime power) ชุดขับเคลื่อน (propulsion) ชุดจอแสดงค่า (displays) และชุดควบคุมจักรยานไฟฟ้า (controls) โดยในแต่ละส่วนย่อยก็จะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องทั้งทางกล ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โดยจักรยานไฟฟ้าจะสามารถขับเคลื่อนได้ทั้งจากการปั่นและจากการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนดังแสดงได้ในรูปที่ 10 ดังนั้นการออกแบบระบบจักรยานไฟฟ้าจะต้องท าการออกแบบระบบเพ่ือการตัดสินใจส าหรับการเลือก ชนิดและขนาดมอเตอร์ไฟฟ้า ชนิดและขนาดของแบตเตอรี่ รูปแบบโครงสร้างจักรยานไฟฟ้า และการออกแบบระบบควบคุม ท าให้จักรยานไฟฟ้าที่มีการผลิตมีหลากหลายชนิดและรุ่น จึงจ าเป็นต้องมีการทดสอบสมรรถนะว่าเป็นไปตามที่ระบุเมื่อมีการผลิตหรือไม่ รวมทั้งทดสอบการขับขี่เพ่ือเป็นข้อมูลพื้นฐานส าหรับการวิเคราะห์ด้านความปลอดภัยในการขับขี่

รูปที่ 10 แผนภาพแสดงโครงสร้างชิ้นส่วนของจักรยานไฟฟ้า [8]

3.2 การด าเนินโครงการ

กรอบแนวคิดของโครงการจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลักได้แก่

1. กระบวนการออกแบบ สร้างแบบจ าลองและท านายตัวแปรค่าลักษณะจ าเพาะ (specification) ของจักรยานไฟฟ้าจะใช้ส าหรับการทดสอบสมรรถนะและการขับข่ี

กระบวนการออกแบบจักรยานไฟฟ้าพ้ืนฐานซึ่งมีวัตถุประสงค์เพ่ือค านวณหาค่าจ ากัด(specification) เพ่ือใช้เป็นข้อมูลเบื้องต้นในการออกแบบระบบและเลือกส่วนประกอบของจักรยานไฟฟ้า โดยเบื้องต้นจะท าการค านวณทางด้านพลศาสตร์จักรยานไฟฟ้าจากข้อมูลเฉพาะของจักรยานจะน ามาดัดแปลงเพ่ือค านวณหาแรงขับเคลื่อน teF (total tractive effort) ที่เป็นผลรวมจากแรงย่อยต่างๆ ดังแสดงในรูปที่ 11 ประกอบไป

ด้วย

te rr ad hc la aF F F F F F (1)

โดยที่ rrF คือ แรงเสียดทานระหว่างล้อกับพื้น adF คือ แรงต้านของอากาศ hcF คือ แรงต้านที่เกิดจากการขึ้นเนิน laF คือ แรงที่เกิดจากความเร่งในแนวเชิงเส้น aF คือ แรงที่เกิดจากความเร่งในแนวเชิงมุม

ซึ่งรายละเอียดการค านวณหาแรงและตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับสมการที่ 1 สามารถหาได้จากแหล่งข้อมูลที่เป็นต าราที่เกี่ยวข้องกับพลศาสตร์ยานยนต์ไฟฟ้า [3] ซึ่งเมื่อค านวณหา แรงขับเคลื่อนได้แล้ว ก็สามารถที่จะได้กฎข้อที่สองของ Newton ส าหรับการค านวณอัตราเร่ง ความเร็ว และระยะทาง ณ เวลาต่างๆ รวมทั้ง สามารถค านวณหาภาระทางพลศาสตร์ของจักรยานไฟฟ้าในรูปของวัฏจักรการขับข่ีโดยเฉพาะการขับขี่ในเมือง เช่น Simple Urban Driving Schedule (SFUD) เป็นต้น ตาม คุณลักษณะของจักรยานไฟฟ้า โดยข้อมูลส่วนนี้จะถูกน าไปใช้ประโยชน์ในการออกแบบระบบขับเคลื่อนของมอเตอร์ไฟฟ้าได้ ส่วนการท าแบบจ าลอง เราสามารถใช้ โปรแกรม Matlab/Simulink ในการสร้างแบบจ าลองและค านวณหาตัวแปรที่เราต้องการ หรือ ใช้โปรแกรมท่ีท าหน้าที่สร้างแบบจ าลองทางด้าน พลศาสตร์ยานยนต์ ท าการค านวณและแสดงผลได้เช่นกัน

รูปที่ 11 แสดงแรงที่กระท าต่อรถยนต์ตามหลักพลศาสตร์ยานยนต์ [9]

โดยตัวอย่างลักษณะตัวแปรต้นที่ใช้ในการออกแบบและสร้างแบบจ าลองเพ่ือท านายสมรรถนะจักรยานไฟฟ้าสามารถแสดงได้ดังตารางที่ 2

ส่วนผลการท านายสมรรถนะเพ่ือใช้ในการตัดสินใจออกแบบระบบจักรยานไฟฟ้าสามารถแสดงได้ในรูปของระยะทางที่ได้ต่อการประแบตเตอรี่แต่ละครั้ง โดยแสดงได้ในตัวอย่างดังรูปที่ 12

รูปที่ 12 ผลการจ าลองเพ่ือท านายระยะทางท่ีได้ต่อการประจุของรถจักรยานไฟฟ้าที่จะออกแบบ

ตารางที่ 2 ตัวแปรต้นที่ใช้ในการออกแบบระบบจักรยานไฟฟ้า

2. การประกอบชิ้นส่วนและโครงร่างจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (Electric Bicycle part integration and prototyping)

การสร้างจักรยานไฟฟ้าต้นแบบเพ่ือใช้ทดสอบสมรรถนะนั้นจะต้องมีการเตรียมชิ้นส่วนหลักของจักรยานไฟฟ้าดังแสดงในรูปที่ 13 ได้แก่ เกียร์คันเร่ง เบรก แบตเตอรี่ และชุดขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นต้น โดยช่วงการเตรียมส่วนประกอบจะน าข้อมูลเฉพาะที่ได้จากการออกแบบและค านวณ เช่น ขนาดของมอเตอร์ไฟฟ้า และแบตเตอรี่และจ านวนเซลล์ เป็นต้น มาใช้ประกอบการพิจารณาในการซื้อส่วนประกอบและอุปกรณ์ที่เก่ียวข้อง โดยจะจัดหาโครงจักรยาน แล้วท าเตรียมบริหารจัดการพ้ืนที่ติดตั้งมอเตอร์ แบตเตอรี่และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องอ่ืนๆ ให้พร้อม จากนั้นจะจัดเตรียมอุปกรณ์เครื่องมือช่างและสถานที่ให้พร้อมต่อการท าการประกอบ

รูปที่ 13 แสดงส่วนประกอบหลักต่างๆ ของจักรยานไฟฟ้า

ส่วนในช่วงติดตั้งการท างานจะถูกแบ่งออกเป็น สองส่วนหลัก กล่าวคือส่วนที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทางกล (mechanical components) และส่ วนที่ เกี่ ยวข้ องกั บ อุปกรณ์ ไฟฟ้ าและอิ เล็ กทรอนิ กส์ (electrical components) โดยส่วนที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทางกลจะเป็นการประกอบยึดมอเตอร์ เพลาและลูกปืนต่อเข้ากับมอเตอร์ วางฐานรองแบตเตอรี่ ส่วนอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์จะประกอบไปด้วยการเชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า การเชื่อมต่อสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพ่ือเชื่อมต่อสัญญาณ การติดตั้งอุปกรณ์ประจุไฟฟ้าและแผงแบตเตอรี่

ในช่วงหลังการประกอบชิ้นส่วน จะเป็นการตรวจสอบการเชื่อมต่อของอุปกรณ์แต่ละชนิดทั้งทางกลและไฟฟ้า ด้วยการใช้สายตาและ เครื่องมือวัดต่างๆ เพ่ือให้แน่ใจว่าส่วนประกอบต่างๆ ถูกเชื่อมต่อเข้ากันได้ดี ไม่หลวม ระบบไฟฟ้าได้ถูกต่อสายดินอย่างปลอดภัย และไม่มีอุปกรณ์เสียหายหรือช ารุดก่อนการทดสอบในล าดับต่อไป

3. การทดสอบการขับข่ีบนชุดทดสอบสมถนะ การทดสอบภาคสนามและการปรับจูนแก้ไข

หลังจากรถยนต์ดัดแปลงไฟฟ้าต้นแบบได้ถูกประกอบขึ้นเรียบร้อยแล้ว จะถูกน าไปทดสอบสมถนะบนเครื่องทดสอบ dynamometer เพ่ือทดสอบความเร็ว การเร่ง การผ่อนและเบรคของรถยนต์ไฟฟ้า แรงบิดสูงสุด ทดสอบ และทดสอบระยะที่ได้ต่อการประจุหนึ่งครั้ง โดยชุดทดสอบสมรรถนะจะถูกประกอบขึ้นเพ่ือใช้ในการทดสอบจักรยานไฟฟ้าโดยเฉพาะโดยสามารถแสดงรายละเอียดในรูปที่ 14 ซึ่งสามารถน ามาสร้างแผนภาพแรงบิด vs. ความเร็วรอบเพ่ือค านวณหาก าลังของจักรยานไฟฟ้าในกรณีที่จักรยานไฟฟ้าไม่สามารถระบุก าลังของที่ใช้มอเตอร์จากเอกสารได้

รูปที่ 14 แผนภาพแสดงการทดสอบแรงบิดและความเร็วรอบ

หลังจากนั้นรถยนต์ไฟฟ้าจะถูกน าไปขับทดสอบการขับขี่ต่างๆ บนสนามทดสอบจริง เช่น การเร่ง การผ่อน และการเบรกของรถยนต์ เพ่ือตรวจสอบการตอบสนองการท างานของแต่ละระบบในจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ เพ่ือที่จะได้น าข้อมูลที่ได้มาบันทึกวิเคราะห์และท าการปรับจูนแก้ไขต่อไปโดยสามารถติดตั้งอุปกรณ์วัดความเร็ว ความเร่ง และต าแหน่งพิกัดของจักรยานไฟฟ้าขณะขับขี่ได้

โดยแนวความคิดของการด าเนินโครงการวิจัยและพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าดัดแปลงจะถูกแบ่งออกได้ดังนี้

ออกแบบและจ าลองการขับขี่บนท้องถนนในสภาพการจราจรในเมืองในเพ่ือหาค่าจ ากัด (specification)ในการออกแบบที่เหมาะสม

ใช้โครงจักรยานเดิมเพื่อดัดแปลงเป็นจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรง DC ขนาดไม่เกิด 500วัตต์ และชุดควบคุมมอเตอร์ สร้างชุด

ขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า ทดสอบสมถนะและสภาวะการขับขี่จริงและปรับจูน วิเคราะห์ข้อบกพร่องเพ่ือการพัฒนาและแก้ไข

4. ผลที่ได้รับจากโครงการวิจัย

4.1 การออกแบบเชิงหลักการโดยการค านวณทางวิศวกรรมเพ่ือหาขนาดมอเตอร์ที่เหมาะสม

ในการขับขี่จักรยานบนทางราบและตรงมีความจ าเป็นที่จะต้องใช้ก าลังในการขับเคลื่อนเพื่อเอาชนะแรงต้านที่เกิดข้ึนระหว่างขับขี่ซึ่งสามารถค านวณได้ในสมการที่ 2 ดังนี้

2

( )

1( )

2

b R A

R D

P F F V

C mg C AV V

(2)

โดยที่ ค่า bP คือ ค่าอัตราสิ้นเปลืองพลังงานในการขับเคลื่อนจักรยาน [W] ที่ต้องเอาชนะแรงต้านทั้ง

จากที่ล้อ ( RF ) [N] และจากอากาศที่ไหลผ่าน ( AF ) [N] ส่วนแรงต้านที่ล้อของรถจักรยานจะขึ้นอยู่กับค่าสัม

ประสิทธิแรงเสียดทานระหว่างล้อกับพ้ืนถนน ( )RC ซึ่งส าหรับยางของรถจักรยานโดยทั่วไปจะมีค่า ( )RC

ประมาณ 0.005 และค่าแรงต้านที่ล้อยังข้ึนอยู่กับน้ าหนักรวมของรถจักรยานและผู้ขี่จักรยาน mg [N] ด้วย

ส าหรับแรงต้านอากาศ ( )AF จะขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิแรงต้านอากาศ หรือว่าค่า ( )DC ซึ่งเป็น

ค่าที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการออกแบบรูปทรงของรถจักรยานให้เพรียวลม และมีค่าเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 0.9 นอกจากนั้นค่าแรงต้านอากาศยังแปรผัน ตามความเร็วของตัวรถบรรทุก V [m/s] ยกก าลังสอง ซึ่ง

หมายความว่าถ้ามีการขับขี่ที่เร็วก็จะมีค่าแรงต้านอากาศเกิดขึ้นเป็นทวีคูณเช่นกันและค่าความหนาแน่นของอากาศ ( ) จะมีค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 1.23 kg/m3 ส่วนค่าพ้ืนที่หน้าตัดของรถ ( )A [m2] จะขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของทรงรถจักรยานโดยเฉลี่ยจะมีค่าอยู่ที่ 0.6 m2

ในการค านวณเพ่ือประมาณค่าก าลังของจากสมการที่ 2 สามารถกระท าได้การโดยแทนค่าสัมประสิทธิ์จากและค่าจากข้อมูลจ าเพาะในตารางที่ 3 พบว่าจะได้ค่าภาระโดยประมาณเป็น 85 W (วัตต์) หรือ 73 kcal/hr (กิโลแคลลอรี่ ต่อ ชั่วโมง) ถ้ามีการขี่จักรยานทางเรียบอยู่ในช่วงความเร็วคงที่ระหว่าง 20 km/hr (กิโลเมตร ต่อ ชั่วโมง) โดยตัวแปรบางตัวจะใช้ค่าประมาณ ส่วนผลที่ได้จะใช้เป็นค่าประมาณของการเลือกขนาดมอเตอร์ช่วยขับได้

ตารางที่ 3 แสดงข้อมูลจ าเพาะของจักรยานไฟฟ้า (specification)

ส่วนประกอบ รายละเอียด 1.โครงจักรยาน: - มวลรวม 26.9 kg - มวลผู้ขี่จักรยาน 70 kg - ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศ 0.9 - พ้ืนที่หน้าตัด 0.6 m2 (สูง x กว้าง) - รัศมีล้อ 26 นิ้ว (0.66 m) - โมเมนต์ความเฉื่อย เพ่ิม 5% ไปที่มวลของจักรยาน - ค่าแรงสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน 0.005 2. การส่งก าลัง: - อัตราทด 1:27 - ค่าประสิทธิภาพการส่งก าลัง 90% (โดยประมาณ) 3. สภาพการข่ีจักรยาน: - กลางวัน หรือ กลางคืน ตลอดวัน - สภาพถนน ถนนทางตรงเรียบยาว - พฤติกรรมการข่ีจักรยาน ความเร็วประมาณ 10 km/hr

4.2 การสร้างและติดตั้งชุดอุปกรณ์ โดยการจัดหาอุปกรณ์ ประกอบและติดตั้งในจักรยาน

จากการค านวณเพ่ือประมาณหาขนาดของมอเตอร์นั้น พบว่าควรใช้มอเตอร์ในช่วง 100-200 W ได้ เพ่ือใช้ประกอบเป็นต้นก าลังของมอเตอร์ไฟฟ้าช่วยขับและเพ่ือให้มีน้ าหนักท่ีไม่มากจนเกินไป จากนั้นได้ท าการเลือกใช้แบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรดเพ่ือความปลอดภัยและมีราคาที่ไม่สูง หาซื้อได้ตามท้องตลาด โดยตารางคุณสมบัติของส่วนประกอบชุดมอเตอร์ช่วยขับจะแสดงในตารางที่ 4 โดยในการประกอบ ภายในระบบจะประกอบไปด้วย มอเตอร์ต้นก าลัง (M) กล่องควบคุม (Controller) คันเร่ง (Accelerator) และแบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้า (Battery) ดังแสดงได้ในภาพที่ 2 โดยเมื่อผู้ขับขี่ท าการเร่งจะสั่งให้แบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านเข้ามอเตอร์โดยผ่านกล่องควบคุม เมื่อมอเตอร์ท างานจะถ่ายโอนก าลังไปที่ล้อจักรยานเพื่อช่วยในการขับข่ี

รูปที่ 15 แผนภาพระบบการท างานและส่วนประกอบของมอเตอร์ช่วยขับจักรยาน

ตารางที่ 4 แสดงรายละเอียดจ าเพาะของส่วนประกอบที่จะใช้ในชุดมอเตอร์ช่วยขับ

1. มอเตอร์: - ประสิทธิภาพมอเตอร์ 90% (โดยประมาณ) - อัตราค่าประจุไฟฟ้าจากการเบรก 0% - ก าลัง 120 W (ต่อเนื่อง) 2. แบตเตอรี่: - ชนิด ตะกั่วกรด - ค่าสัมประสิทธิ์พิวเกิร์ด 1.1 - จ านวนเซลล์ (ต่อลูก) 6 Cells - ค่าแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ 12 V - ค่าประจุกระแสไฟฟ้า 7.5 Ah - ค่าการสูญเสียของอุปกรณ์ 0 A - ค่าอัตราการจ่ายกระแส 100%

เมื่อท าการจัดหาอุปกรณ์แล้ว จากนั้นได้ท าการประกอบอุปกรณ์ส่วนประกอบต่างเข้าด้วยกัน โดยงบประมาณของวัสดุอุปกรณ์รวมกันทั้งสิ้นประมาณ 6000 บาท ซึ่งค่าใช้จ่ายสามารถลดลงได้อีกเมื่อมีการผลิตในปริมาณมาก ดังแสดงได้ในรูปที่ 16 โดยชุดประกอบสามารถปรับเปลี่ยนถอดเปลี่ยนเพ่ือน าไปใช้กับจักรยานคนอ่ืนได้

รูปที่ 16 การประกอบชิ้นส่วนอุปกรณ์ได้แก่ ชุดมอเตอร์ส่งก าลัง (Motor and shaft) ชุดควบคุม (Controller) คันเร่ง (Accelerator) และชุดแบตเตอรี่ (Battery pack)

4.3 การทดสอบการท างานของชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับโดยกระบวนการโพนี่เบรค

ในการทดสอบเพื่อหาข้อมูลจ าเพาะ (specification) ได้แก่ กราฟแรงบิดและความเร็วรอบ ก าลังของมอเตอร์ที่ใช้ได้ โดยกระบวนการทดสอบที่เรียกว่า โพนี่เบรค ดังแสดงได้ในรูปที่ 17 โดยจะให้มอเตอร์ท างานที่ความเร็วรอบต่างๆ [rad/s] แล้วท าการเบรกมอเตอร์โดยให้กดลงบนตราชั่งเพ่ือบันทึกค่าน้ าหนักกด W

[N] และค านวณแรงบิด T [N.m] โดยน ามาคูณกับความยาวของก้าน column L [m] ตามสมการที่ 3

ดังนี้ T WL (3)

รูปที่ 17 การทดสอบเพ่ือหาข้อมูลจ าเพาะของมอเตอร์ต้นก าลัง

4.4 ทดสอบการขับข่ีจักรยานที่มีการติดตั้งชุดอุปกรณ์ ในการทดสอบหาสมรรถนะการขับขี่จักรยานติดตั้งมอเตอร์ช่วยขับก็สามารถกระท าได้โดยติดตั้งอุปกรณ์ระบุพิกัด หรือ GPS (Global Positioning System) ไว้ที่ตัวรถจักรยาน แล้วท าการขับขี่เพ่ือวัดเก็บค่า อัตราเร่ง จาก 0 ถึง ความเร็งสูงสุด [km/hr] แล้วท าการขับขี่เพ่ือหาวัฏจักรการขับขี่ของจักรยานเป็น ความเร็ว v [m/s] ต่อ เวลา t [s] นอกจากนั้นยังได้ทดสอบการจ่ายกระแสไฟฟ้า (discharge) ของ

แบตเตอรี่โดยขับขี่จนกระแสที่จ่ายหมด พร้อมกับวัดระยะทางรวม จะได้ระยะทาง [km] ต่อการประจุกระแสไฟฟ้าแต่ละครั้ง และการทดสอบวงเลี้ยวที่ความเร็วคงที่ต่างๆ เพ่ือหาความเร็วที่เหมาะสมในการขับขี่ผ่านโค้งได้อย่างปลอดภัย

5. ผลการศึกษา

5.1 ผลการทดสอบมอเตอร์ต้นก าลังติดตั้งกับชุดขับที่ล้อ จากการทดสอบมอเตอร์ต้นก าลังโดยวิธีโพนิเบรกเพื่อหาแผนภาพแรงบิดของมอเตอร์ [N.m] หรือ นิว

ตันเมตร เทียบกับความเร็วรอบของมอเตอร์ [rpm] หรือ รอบต่อนาที พบว่าแรงบิดของมอเตอร์จะลดลงโดยแปรผกผันกับความเร็วรอบของมอเตอร์โดยมีแนวโน้มลดลงแบบเอ็กโปรเนนเชียล ดังแสดงในรูปที่ 18 โดยมีก าลังมอเตอร์ท างานอยู่ที่ 105 วัตต์ ซึ่งจะมีค่าน้อยกว่าก าลังที่มอเตอร์ที่ได้จากมอเตอร์ต้นก าลังเปล่าซึ่งระบุค่าก าลังอยู่ที่ 120 วัตต์

รูปที่ 18 แสดงแผนภาพแรงบิดชุดมอเตอร์ช่วยขับเทียบกับความเร็วรอบท่ีทดสอบโดยวิธีโพนีเบรก

5.2 ผลการทดสอบการขับขี่เมื่อติดตั้งชุดมอเตอร์ช่วยขับ ผลการทดสอบอัตราเร่งจะแสดงได้ดังรูปที่ 19 โดยพบว่าชุดมอเตอร์ช่วยขับจะสามารถท าอัตราเร่งจาก

0 ถึง 10 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในระยะเวลาประมาณ 11 วินาที ซึ่งเป็นอัตราเร่งที่เหมาะสมกับการขับข่ีจักรยานโดยทั่วไป และสามารถท าวงเลี้ยวอยู่ที่ 1.28 เมตร ที่ความเร็ว 5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยวงเลี้ยวจะเพ่ิมข้ึนเท่าตัวเมื่อขับข่ีที่ความเร็ว 10 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และระยะทางโดยรวมของการขับขี่โดยใช้ชุดมอเตอร์ช่วยขับจะสามารถกระท าได้มากกว่า 10 กิโลเมตรต่อการประจุแบตเตอรี่เต็มแต่ละครั้ง

รูปที่ 19 แผนภาพแสดงค่าอัตราเร่งของการขับขี่จักรยานที่ติดตั้งชุดมอเตอร์ช่วยขับโดยการเปรียบเทียบค่าความเร็วของจักรยานกับเวลาที่ขับข่ี

จากผลการทดสอบพบว่าค่าก าลังของชุดมเตอร์ช่วยขับจะมีค่าลดลงจากมอเตอร์ต้นก าลัง ทั้งนี้เนื่องจากมอเตอร์มีภาระในการขับชุดเพลาที่ติดตั้งกับมอเตอร์เพ่ิมดังนั้นการถ่ายทอดก าลังจึงลดลงไปบางส่วน และการขับขี่สามารถท าความเร็วสูงสุดและอัตราเร่งได้อย่างเหมาะสม โดยระยะทางที่ ได้พอเพียงต่อการน าไปใช้ส าหรับผ่อนแรงของผู้สูงอายุหรือผู้ที่เป็นโรคไม่ติดต่อเรื้อรังที่ต้องการออกก าลังกายโดยการขับขี่จักรยานได้ ในส่วนของการพัฒนาต่อยอดนั้นอาจจะมีการพัฒนาให้มีขนาดกระทัดรัดมากขึ้นและออกแบบการประกอบเพ่ือให้มีความสะดวกในการใช้งานจริง โดยอาจมีการเปลี่ยนชนิดแบตเตอรี่เป็นแบบไลเทียมไอออน และประกอบเป็นเข้าเป็นชุดเดียวกัน เพ่ือลดน้ าหนักและขนาดของชุดอุปกรณ์ รวมทั้งเพ่ิมเติมการออกแบบในส่วนของเพลาส่งก าลังให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากชุดเพลาขับปัจจุบันยังไม่สามารถส่งก าลังได้เต็มที่เนื่องจากผิวหน้าสัมผัสของเพลาชุดขับยังส่งก าลังไปที่ดอกยางเท่านั้น ในส่วนของการทดสอบเพ่ือการใช้งาน

ควรมีการทดสอบกับกลุ่มเป้าหมายภาคสนามเช่น ผู้สูงอายุ และกลุ่มผู้มีความเสี่ยงต่อโรคไม่ติดต่อเรื้อรัง และมีการเก็บข้อมูลเพื่อน ากลับมาพัฒนาต่อยอดในอนาคต

5. สรุปผล

ในกระบวนการพัฒนาอุปกรณ์ชิ้นนี้นั้นท าให้ได้ทราบถึงการค านวณทางระบบเพ่ือออกแบบชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับและได้รูปแบบการทดสอบชุดมอเตอร์ช่วยขับจักรยานไฟฟ้า การทดสอบการขับขี่จะช่วยท าให้ทราบข้อมูลเพ่ือใช้ปรับปรุงชุดอุปกรณ์มอเตอร์ช่วยขับต่อไปในอนาคตโดยมีต้นทุนในการพัฒนาที่ต่ า และชุ ดมอเตอร์ช่วยขับนี้สามารถพัฒนาเพ่ือน าไปใช้เป็นอุปกรณ์เสริมติดตั้งในจักรยานเพ่ือช่วยในการผ่อนแรง รวมทั้งช่วยกระตุ้นส่งเสริมให้มีการขับขี่จักรยานเพ่ือออกก าลังกายมากข้ึนได้

6.บรรณานุกรม

บรรณานุกรม 1

[1.1] แผนอนุรักษ์พลังงาน 20 ปี (พศ 2554- 2573) กระทรวงพลังงาน [1.2] ข้อมูลสถิติยานยนต์ในประเทศ ส านักสถิติ กรมการขนส่งทางบก กระทรวงคมนาคม [3] Ehsani M., Gao Y., Emadi A., “Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamental Theory and Design,” 2nd Ed. CRC Press 2010. [4] Elmadi A. (Ed.), “Handbook of automotive power electronics and motor drives,” Taylor & Francis CRC press, NY 2005. [5] Fuhs A. “Hybrid Vehicles and the future of Personal Transportation,” CRC Press 2009 [6] Larminie, J.,Lowry J., “Electric Vehicle Technology Explained,” John Wiley & Sons, Ltd 2003. [7] Leitman S., Brant B., “Build Your Own Electric Vehicle,” 2nd Ed. McGraw Hill 2009.

[8] Morchin W. C., Oman, H., “Electric Bicycles: a Guide to Design and Use,” IEEE, Wiley- Interscience 2006.

[9] Ukaew, A. “Model based system design and simulation of electric vehicle conversion: low-cost design process” ICAE-7 2011.

บรรณานุกรม 2

ดร.เกษม นครเขตต์. (2557) การรับรู้ด้านสุขภาพและทัศนคติของประชาชนไทยต่อการเดินและการขี่จักรยาน. THE 2ND THAILAND BIKE AND WALK FORUM. ชมรมจักรยานเพื่อสุขภาพแห่งประเทศไทย.

ชัยวัฒน์ ลิ้มพรจิตรวิไล. (2547) คู่มือนักอิเล็กทรอนิกส์. ส านักพิมพ์ ซีเอ็ด.

ธงชัย พรรณสวัสดิ์ และคณะ. (2557) แจงจูงใจและอุปสรรค์ในการใช้จักรยานส าหรับคนที่เดินทางด้วยจักรยานใน ประเทศ ไทย. THE 2ND THAILAND BIKE AND WALK FORUM. ชมรมจักรยานเพื่อสุขภาพแห่งประเทศไทย.

ศ.นพ. ประเสริฐ อัสสันตชัย และคณะ. (2557) ผลดีของการเพิ่มกิจกรรมการเดินหรือการใช้จักรยานต่อตัวชีวัดทาง สุขภาพ ต่างๆในผู้สูงอายุ . THE 2ND THAILAND BIKE AND WALK FORUM. ชมรมจักรยานเพื่อสุขภาพแห่ง ประเทศไทย.

อนันต์ชัย อยู่แก้ว. (2557) จักรยานปั่นไฟฟ้าต้นแบบ. THE 2ND THAILAND BIKE AND WALK FORUM, ชมรม จักรยานเพื่อ สุขภาพแห่งประเทศไทย.

Morchin, C.,W. and Oman, H. (2006) Electric Bicycles A Guide to Design and Use. IEEE press. Wiley- Interscience.

Slinn, M. (2010) Build Your Own Electric Bicycle. McGraw-Hill.

Ukaew, A. (2011) Model based system design and simulation of electric vehicle conversion: low- cost design process. Bangkok: The 7th Int. Conf. on Automotive Engineering.