電動(dòng)助力自行車的力矩傳感 的技術(shù)門檻到底有多高？

隨著小米電助力折疊自行車的發(fā)布，激發(fā)了人們對(duì)于這類相對(duì)新興的出行工具的興趣，不過很多人對(duì)于這種電助力自行車并不太了解，在聽到小米電助力自行車的價(jià)格時(shí)也會(huì)產(chǎn)生這樣疑問：三千都?jí)蛸I個(gè)電動(dòng)車了，為啥要買個(gè)需要腳踏的自行車呢？由此也可以看出，人們對(duì)于這類產(chǎn)品確實(shí)存在一定的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，所以今天我們就來聊聊電助力自行車的技術(shù)原理，讓你對(duì)這類產(chǎn)品有進(jìn)一步了解。

雖然電動(dòng)車和電助力自行車都是電助力交通工具，但我們必須要認(rèn)識(shí)到的一點(diǎn)事，電助力自行車和電動(dòng)車兩者有著嚴(yán)格的區(qū)別，所以將兩者并不屬于同一類產(chǎn)品。較為直接的區(qū)別就是，電助力自行車不具備純電力騎行模式，而是需要“人力+電力”的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，這和電動(dòng)車的純電動(dòng)模式有著本質(zhì)的區(qū)別，而騎這種車的方式與騎自行車沒什么區(qū)別。電力提供的助力能夠解決了騎自行車費(fèi)力的問題，同時(shí)配合人力的驅(qū)動(dòng)，所以在搭載不大的電池的條件下就可超越一般電動(dòng)自行車的續(xù)航里程，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的騎行。

電助力自行車的核心助力技術(shù)

首先，電助力自行車最早誕生于日本，并且采用的是一力矩傳感器為核心的“Power Assist System動(dòng)力輔助系統(tǒng)”，是一種“人力+電力”的混合動(dòng)力模式，同時(shí)也可以依靠單純?nèi)肆︱?qū)動(dòng)。電助力自行車擁有自行車的輕巧和便捷性，又能夠有效彌補(bǔ)自行車上坡、逆風(fēng)、載物時(shí)的負(fù)擔(dān)感的個(gè)人交通工具。它以傳統(tǒng)自行車為基礎(chǔ)，搭載以力矩傳感器為核心的動(dòng)力系統(tǒng)，配有電機(jī)與電池。與電動(dòng)自行車（電驢）最大的區(qū)別在于它不是通過轉(zhuǎn)把來調(diào)節(jié)動(dòng)力大小，而是以力矩傳感器去感知騎行者踩腳踏的力度，根據(jù)人力的大小進(jìn)行判斷，為騎行者提供相應(yīng)的動(dòng)力支持。目前全球范圍內(nèi)擁有動(dòng)力輔助系統(tǒng)的企業(yè)有不少，但在動(dòng)力輔助系統(tǒng)里使用力矩傳感器的卻僅有幾家，如德國博世、馬牌，日本雅馬哈、松下，這些企業(yè)基本都與汽車、新能源行業(yè)相關(guān)，技術(shù)研發(fā)門檻很高，一般的企業(yè)很難進(jìn)入。

目前，國內(nèi)也有一些公司在獨(dú)立研發(fā)針對(duì)電助力自行車的“力矩傳感器”，其中八方BAFANG、輕客TSINOVA都是比較有代表的少數(shù)可以獨(dú)立研發(fā)Power Assist System動(dòng)力輔助系統(tǒng)的企業(yè)，掌握了核心的力矩傳感器技術(shù)以及相應(yīng)的算法，八方BAFANG的中置電機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)獲得一定的市場(chǎng)份額。而輕客TSINOVA還另辟蹊徑，開發(fā)出更為模塊化的VeloUP威履智慧動(dòng)力系統(tǒng)。

作為替代的“非力矩”傳感器

由于力矩傳感器以及相應(yīng)的系統(tǒng)研發(fā)存在一定的技術(shù)門檻，因此產(chǎn)生了幾類另辟蹊徑的替代技術(shù)，它們主要在于傳感器的替代以及可實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)化算法，比較有代表性的就是后軸勾爪傳感器、扭簧傳感器、以及轉(zhuǎn)速傳感器，但這些傳感器與力矩傳感器均有較大差距，所以大多都是用于低端的電動(dòng)助力自行車，其中后軸勾爪傳感器表現(xiàn)較好，這也是近期發(fā)布的小米電助力折疊自行車助力系統(tǒng)所采用的傳感器；扭簧傳感器由于不能提供線性的助力輸出，所以騎行的體驗(yàn)差強(qiáng)人意；而轉(zhuǎn)速傳感器的助力有明顯的延遲現(xiàn)象，同樣造成體驗(yàn)不佳的問題，基本只在一些低端的電助力自行車上使用。下面我們就來詳細(xì)介紹下幾類常見的“非力矩”傳感器。

1.后軸勾爪傳感器

后軸勾爪傳感器是目前應(yīng)用比較廣泛的一類傳感器，在BH以及GIANT的低端電動(dòng)助力自行車產(chǎn)品中也會(huì)使用，小米電助力折疊自行車也是同樣的傳感器，是一種相對(duì)表現(xiàn)比較好的解決方案。它們都是通過安裝在自行車的后輪中軸與車架的轉(zhuǎn)接處的壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)我們?cè)诓饶_踏時(shí)，力量會(huì)通過鏈條傳遞，最終擠壓后軸位置，再通過后軸的壓力傳感器測(cè)量出力量的大小，然后就再根據(jù)測(cè)得的這個(gè)力量來為用戶提供動(dòng)力輔助。

不過這種后軸勾爪傳感器也存在一定的問題，那就是輔助動(dòng)力的輸出會(huì)有一種彈性滯后的效應(yīng)，同時(shí)傳感器安裝到這個(gè)的維護(hù)性也比較差，由于這個(gè)位置是整車受力比較大的地方，當(dāng)后花鼓接觸到地面的時(shí)候，都會(huì)導(dǎo)致傳感器塑性變形，從而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的基本值變高，助力變小，向下騎行時(shí)也是比較危險(xiǎn)的，控制器會(huì)認(rèn)為有力的輸出，會(huì)導(dǎo)致車在沒有任何操作的時(shí)候“飛車”，所以后軸勾爪最大的問題是存在滯后性，以及壽命比較低。具體的判斷方法就是，這種傳感器在后軸位置和普通自行車是不一樣的，一般會(huì)經(jīng)過專門改造，對(duì)車輛的加工成本也比較高。

2.扭簧傳感器

另外一種就是扭簧傳感器，扭簧傳感器是在牙盤中內(nèi)置霍爾傳感器，并使用多根彈簧結(jié)構(gòu)，其實(shí)就是將電動(dòng)自行車的擰把安裝到了牙盤中，蹬踏越用力，壓縮彈簧也就越多，霍爾傳感器也就探測(cè)出磁場(chǎng)變化，因而輸出更多電力給電機(jī)。扭簧傳感器最主要的問題就是不精確，測(cè)量有延遲、不及時(shí)，分檔位，不線性。這種傳感器當(dāng)你踩踏踏板的時(shí)候會(huì)壓縮彈簧的形成，根據(jù)胡克定律可以算出來壓縮的量，可以探測(cè)出實(shí)際使用了多少力。但同樣存在一定的問題，一個(gè)是使用彈簧形變被放大，車不動(dòng)的時(shí)候，會(huì)先踩下去一個(gè)角度，對(duì)于騎行愛好者來說是個(gè)問題，會(huì)泄力。二是測(cè)量有延遲，會(huì)有機(jī)械的變形和轉(zhuǎn)動(dòng)，探測(cè)到變形的量會(huì)有延遲。

另外，扭簧傳感器的精度不夠高，因?yàn)槭遣捎镁€性彈簧作為轉(zhuǎn)接線，不是剛性的連接，是無法持續(xù)測(cè)量踏踏力，一開始力量大彈簧被壓縮，給你助力，你的力小的時(shí)候彈簧被攤開，攤開以后助力變小，力會(huì)變大。騎行過程中是一個(gè)反反復(fù)復(fù)，上下波動(dòng)的關(guān)系，這被認(rèn)為是一個(gè)比較不好的解決方案，但是現(xiàn)在這種在國內(nèi)的市面上比較常見，主要的原因也是因?yàn)槌杀颈容^低，也能實(shí)現(xiàn)一部分的力矩的換形。該怎么判斷呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，你可以試著去按壓曲柄，如果能夠轉(zhuǎn)動(dòng)就說明用的是扭簧傳感器。

3.轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器有多種類型，其中最為簡(jiǎn)單的就是利用兩塊兒磁鐵，一塊兒安裝于自行車的五通位置，一塊兒安裝于曲柄，原理與自行車碼表的踏頻傳感器類似，在騎行過程中每蹬一圈，磁鐵就會(huì)描過一次，則認(rèn)為電源打開一次，然后提供助力。這也就導(dǎo)致了，騎行的越快助力越大，騎行較慢時(shí)助力越小，這樣就不能夠提供實(shí)時(shí)助力的效果，在另外一方面也說明了這類傳感器存在一定的安全隱患，當(dāng)消費(fèi)者在下坡的時(shí)候，踏頻會(huì)比較快速，所以會(huì)感覺越騎越快。判斷的方式很簡(jiǎn)單，起步或上坡的時(shí)候如果沒有助力輸出的就是采用的轉(zhuǎn)速傳感器。

總結(jié)：

通過對(duì)電助力自行車動(dòng)力輔助系統(tǒng)的全面了解，從技術(shù)產(chǎn)品和用戶體驗(yàn)的角度來說，目前力矩傳感器的依然是市場(chǎng)的主流，能夠在騎行中提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)妮o助動(dòng)力，從而讓用戶獲得最佳的助力騎行體驗(yàn)，而一些非力矩傳感器則在價(jià)格上擁有一定的優(yōu)勢(shì)，在更低的價(jià)格下，也能滿足一定的助力騎行，不過兩者在實(shí)際的騎行中還是存在一定的差異。隨著電助力自行車在國內(nèi)的興起，未來市面上也會(huì)有不同類型電助力自行車產(chǎn)品的出現(xiàn)，從而滿足不同消費(fèi)群體的差異化需求，這或許也能從一定程度上解決人們出行難的問題。