深度剖析电动助力自行车之技术原理

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1、深度剖析电动助力自行车之技术原理　　在今年的台北展上，我们看到了美利达的首款电助力山地车，在它之前，捷安特、崔克、SPECIALIZED、CUBE、SCOTT、HAIBIKE、Focus等品牌都已推出电助力自行车，包括狼途在内的大陆品牌也在跟进。　　电助力自行车在欧美被称为Pedelec，属于e-bike的一种，在国内尚未进入主流视野的它有哪些区别于常规山地车的特性？　　　　这是一种既拥有自行车的轻巧和便捷性，又能够有效弥补自行车上坡、逆风、载物时的负担感的个人交通工具。它以传统自行车为基础，搭载以力矩传感器为核心的动力系统，配有电机与电

2、池。与电动自行车（电驴）最大的区别在于它不是通过转把来调节动力大小，而是以力矩传感器去感知骑行者踩脚踏的力度，根据人力的大小进行判断，进而理解骑行者的骑行意图，提供相应的动力支持。它无法像电动自行车那样纯电动行驶，而是需要“人力+电力”的混合动力驱动，因此骑这种车的方式与骑自行车没什么区别。电力提供的恰当动力完美解决了骑自行车费力的问题，同时也因为人力的组成，它在搭载不大的电池的条件下就可超越一般电动自行车的续航里程，一般都在50-100公里左右，续航持久。　　　　电动助力车（Pedelec）领域最前沿的技术是“力矩传感器”，它是自行车电

3、动助力系统理解骑行者意图的核心。高端的电助力自行车均使用目前最具科技含量的“双边力矩传感器”，这种传感器技术长期被德国BOSCH及日本YAMAHA等几家跨国公司垄断，搭载这种传感器的车辆售价一般在2000欧元以上，这也是电助力自行车在中国无法打开市场的一大原因。在自行车创业团队中，轻客独立研发出了以力矩传感器为核心的智慧动力系统，使城市电助力车的整车价格在4000元以下，这个价格有望使这类车在国内得到普及。　　在中低端电助力车产品中，则广泛使用“单边力矩传感器”（只能感知单只脚踏的力量大小，无法真实理解骑行者力量需求），这也是目前大多数国

4、产电助力车使用的技术，骑行体验与高端车型有较大差距。在低端电助力车领域，还有一种使用“后轴勾爪传感器”的产品，因为没有技术门槛实现成本低而被广泛采用，在实际使用中效果欠佳，因此基本只用在低端车款上。　　今天这篇文章就来介绍一下“力矩传感器”与“后轴勾爪传感器”，分析它们的工作原理以及优缺点。　　首先，大家要了解一下自行车的动力传递方式：人踩脚踏，然后带动链条将动力传输到后轮，再驱动自行车前行。如果分解成结构名称就是：脚踏——曲柄——牙盘——链条——飞轮——后花鼓——车架。　　先谈谈“后轴勾爪传感器”　　　　上图中的灰色构件即为“后轴勾爪传

5、感器”，它安装在后上叉和后下叉的结合处，也就是后轴的安装位置（图中的红点为后轴）。它相当于是一个额外的附加转接件，一般为铝合金材质。自行车前进的动力通过后轴传递给“后轴勾爪传感器”，然后再传递到自行车的车架上。“后轴勾爪传感器”在受到后轴给的力量时就会产生形变，进而挤压上图中红圈中的“压力传感器”，然后调动电池电机为电助力车提供动力。“后轴勾爪传感器”的优点是原理简单，结构不复杂，生产价格低廉，如果电助力车一直是在平直的公路上使用也是不错，但现实的路况下这种传感器的缺点也就暴露无遗。（如上图红圈所示，其实“后轴勾爪传感器”就是将“压力传感

6、器”内置到一块铝合金加工的套件里而已。）　　　　缺点一：“后轴勾爪传感器”想要测量踩踏力矩，就需要通过脚踏、曲柄、牙盘、链条、飞轮、后花鼓、车架的一系列传动环节，每个环节的零部件都是弹性体，力量在传输过程中就会产生损耗。更由于金属的“弹性滞后”效应，“后轴勾爪传感器”的测量力量不仅误差大，而且会有延迟，无法做到实时理解骑行者的力量需求，在骑行时动力的提供不准确且总会慢一拍，因此体验上会比较差。就如同你开车明明已经踩下了油门，但动力总会要等一会儿才给你。　　　　缺点二：“后轴勾爪传感器”安装在后上叉和后下叉的结合处，如果想要精准测量力量，就

7、要求安装位置的加工需非常精密，否则会在安装的时候造成传感器的变形，进而造成传感器测量数据不准。因此，使用这种传感器就对车架的生产有较高的工艺要求，额外增加了电助力车的生产成本。　　　　缺点三：自行车的后上叉与后下叉的结合处是车身受力很大的部位，各种路面的颠簸冲击都会通过这部分传递，而“后轴勾爪传感器”就安装在这个力量传递点上。这种传感器绝大多数使用硬度及强度都较差的铝合金材质，因此它在真实路况下使用就极易受损，测量精度及使用寿命会随着使用时间的加长而急剧下降。比如下个马路牙子或者被风吹倒之类就有可能造成传感器的变形，出现飞车或无动力的情况

8、。　　　　因此，虽然“后轴勾爪传感器”有原理简单，实现成本低的优势，但因为测量力矩不精准且有延迟，骑行体验差。它对车辆的生产工艺要求高，将传感器省掉的成本转移到了车架加工上。铝合金材质容易变形