自行車(chē)傳感器安裝：為什么要在自行車(chē)上裝速度傳感器？運(yùn)動(dòng)手表不可以嗎？
運(yùn)動(dòng)手表可以，但容易有誤差，這種問(wèn)題大多數(shù)碼表碼表也都是有的（本人佳明830用戶(hù)）。
運(yùn)動(dòng)手表以及碼表碼表的測(cè)速基本上是通過(guò)GPS測(cè)速，且只通過(guò)GPS來(lái)測(cè)速。所以說(shuō)如果沒(méi)連上衛(wèi)星，或者沒(méi)搜到衛(wèi)星，又或者單純只是衛(wèi)星信號(hào)弱，運(yùn)動(dòng)手表或者碼表它們所顯示的速度都是不準(zhǔn)確的。也就是說(shuō)在高架橋下/山路/城市/復(fù)雜道路之類(lèi)的環(huán)境都是容易出現(xiàn)速度不準(zhǔn)確，此時(shí)速度就得參考速度傳感器提供的數(shù)據(jù)了。
并且，速度傳感器的速度計(jì)算相比GPS計(jì)算來(lái)的更加直接。
自行車(chē)傳感器安裝：深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理（一）
深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理（一）
在今年的臺(tái)北展上，我們看到了美利達(dá)的首款電助力山地車(chē)，在它之前，捷安特、崔克、SPECIALIZED、CUBE、SCOTT、HAIBIKE、Focus等品牌都已推出電助力自行車(chē)，包括狼途在內(nèi)的大陸品牌也在跟進(jìn)。
電助力自行車(chē)在歐美被稱(chēng)為Pedelec，屬于e-bike的一種，在國(guó)內(nèi)尚未進(jìn)入主流視野的它有哪些區(qū)別于常規(guī)山地車(chē)的特性？
這是一種既擁有自行車(chē)的輕巧和便捷性，又能夠有效彌補(bǔ)自行車(chē)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(chē)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(chē)（電驢）最大的區(qū)別在于它不是通過(guò)轉(zhuǎn)把來(lái)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，進(jìn)而理解騎行者的騎行意圖，提供相應(yīng)的動(dòng)力支持。它無(wú)法像電動(dòng)自行車(chē)那樣純電動(dòng)行駛，而是需要“人力+電力”的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，因此騎這種車(chē)的方式與騎自行車(chē)沒(méi)什么區(qū)別。電力提供的恰當(dāng)動(dòng)力完美解決了騎自行車(chē)費(fèi)力的問(wèn)題，同時(shí)也因?yàn)槿肆Φ慕M成，它在搭載不大的電池的條件下就可超越一般電動(dòng)自行車(chē)的續(xù)航里程，一般都在50-100公里左右，續(xù)航持久。
電動(dòng)助力車(chē)（Pedelec）領(lǐng)域最前沿的技術(shù)是“力矩傳感器”，它是自行車(chē)電動(dòng)助力系統(tǒng)理解騎行者意圖的核心。高端的電助力自行車(chē)均使用目前最具科技含量的“雙邊力矩傳感器”，這種傳感器技術(shù)長(zhǎng)期被德國(guó)BOSCH及日本YAMAHA等幾家跨國(guó)公司壟斷，搭載這種傳感器的車(chē)輛售價(jià)一般在2000歐元以上，這也是電助力自行車(chē)在中國(guó)無(wú)法打開(kāi)市場(chǎng)的一大原因。在自行車(chē)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)中，輕客獨(dú)立研發(fā)出了以力矩傳感器為核心的智慧動(dòng)力系統(tǒng)，使城市電助力車(chē)的整車(chē)價(jià)格在4000元以下，這個(gè)價(jià)格有望使這類(lèi)車(chē)在國(guó)內(nèi)得到普及。
在中低端電助力車(chē)產(chǎn)品中，則廣泛使用“單邊力矩傳感器”（只能感知單只腳踏的力量大小，無(wú)法真實(shí)理解騎行者力量需求），這也是目前大多數(shù)國(guó)產(chǎn)電助力車(chē)使用的技術(shù)，騎行體驗(yàn)與高端車(chē)型有較大差距。在低端電助力車(chē)領(lǐng)域，還有一種使用 “后軸勾爪傳感器”的產(chǎn)品，因?yàn)闆](méi)有技術(shù)門(mén)檻實(shí)現(xiàn)成本低而被廣泛采用，在實(shí)際使用中效果欠佳，因此基本只用在低端車(chē)款上。
今天這篇文章就來(lái)介紹一下“力矩傳感器”與“后軸勾爪傳感器”，分析它們的工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)。
首先，大家要了解一下自行車(chē)的動(dòng)力傳遞方式：人踩腳踏，然后帶動(dòng)鏈條將動(dòng)力傳輸?shù)胶筝?，再?qū)動(dòng)自行車(chē)前行。如果分解成結(jié)構(gòu)名稱(chēng)就是：腳踏——曲柄——牙盤(pán)——鏈條——飛輪——后花鼓——車(chē)架。
先談?wù)劇昂筝S勾爪傳感器”
上圖中的灰色構(gòu)件即為“后軸勾爪傳感器”，它安裝在后上叉和后下叉的結(jié)合處，也就是后軸的安裝位置（圖中的紅點(diǎn)為后軸）。它相當(dāng)于是一個(gè)額外的附加轉(zhuǎn)接件，一般為鋁合金材質(zhì)。自行車(chē)前進(jìn)的動(dòng)力通過(guò)后軸傳遞給“后軸勾爪傳感器”，然后再傳遞到自行車(chē)的車(chē)架上。“后軸勾爪傳感器”在受到后軸給的力量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生形變，進(jìn)而擠壓上圖中紅圈中的“壓力傳感器”，然后調(diào)動(dòng)電池電機(jī)為電助力車(chē)提供動(dòng)力?！昂筝S勾爪傳感器”的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，生產(chǎn)價(jià)格低廉，如果電助力車(chē)一直是在平直的公路上使用也是不錯(cuò)，但現(xiàn)實(shí)的路況下這種傳感器的缺點(diǎn)也就暴露無(wú)遺。（如上圖紅圈所示，其實(shí)“后軸勾爪傳感器”就是將“壓力傳感器”內(nèi)置到一塊鋁合金加工的套件里而已。）
缺點(diǎn)一：“后軸勾爪傳感器”想要測(cè)量踩踏力矩，就需要通過(guò)腳踏、曲柄、牙盤(pán)、鏈條、飛輪、后花鼓、車(chē)架的一系列傳動(dòng)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的零部件都是彈性體，力量在傳輸過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生損耗。更由于金屬的“彈性滯后”效應(yīng)，“后軸勾爪傳感器”的測(cè)量力量不僅誤差大，而且會(huì)有延遲，無(wú)法做到實(shí)時(shí)理解騎行者的力量需求，在騎行時(shí)動(dòng)力的提供不準(zhǔn)確且總會(huì)慢一拍，因此體驗(yàn)上會(huì)比較差。就如同你開(kāi)車(chē)明明已經(jīng)踩下了油門(mén)，但動(dòng)力總會(huì)要等一會(huì)兒才給你。
缺點(diǎn)二：“后軸勾爪傳感器”安裝在后上叉和后下叉的結(jié)合處，如果想要精準(zhǔn)測(cè)量力量，就要求安裝位置的加工需非常精密，否則會(huì)在安裝的時(shí)候造成傳感器的變形，進(jìn)而造成傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。因此，使用這種傳感器就對(duì)車(chē)架的生產(chǎn)有較高的工藝要求，額外增加了電助力車(chē)的生產(chǎn)成本。
缺點(diǎn)三：自行車(chē)的后上叉與后下叉的結(jié)合處是車(chē)身受力很大的部位，各種路面的顛簸沖擊都會(huì)通過(guò)這部分傳遞，而“后軸勾爪傳感器”就安裝在這個(gè)力量傳遞點(diǎn)上。這種傳感器絕大多數(shù)使用硬度及強(qiáng)度都較差的鋁合金材質(zhì)，因此它在真實(shí)路況下使用就極易受損，測(cè)量精度及使用壽命會(huì)隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)而急劇下降。比如下個(gè)馬路牙子或者被風(fēng)吹倒之類(lèi)就有可能造成傳感器的變形，出現(xiàn)飛車(chē)或無(wú)動(dòng)力的情況。
因此，雖然“后軸勾爪傳感器”有原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)闇y(cè)量力矩不精準(zhǔn)且有延遲，騎行體驗(yàn)差。它對(duì)車(chē)輛的生產(chǎn)工藝要求高，將傳感器省掉的成本轉(zhuǎn)移到了車(chē)架加工上。鋁合金材質(zhì)容易變形，使用壽命短，用戶(hù)的后期維護(hù)成本高，所以目前稍微高端一些的電助力車(chē)均拋棄了這種傳感器。早年間捷安特就曾經(jīng)嘗試使用“后軸勾爪傳感器”生產(chǎn)廉價(jià)版本的電助力車(chē)，但因其體驗(yàn)差、故障多、壽命短而最終放棄。
再談?wù)勄把氐摹傲貍鞲衅鳌?br/>隨著技術(shù)發(fā)展，尤其是日本及歐美對(duì)于自行車(chē)這種形態(tài)的個(gè)人交通工具的推崇，“力矩傳感器”最終被應(yīng)用到了自行車(chē)上。正如開(kāi)篇所說(shuō)，“力矩傳感器”相對(duì)“后軸勾爪傳感器”來(lái)說(shuō)，最大的區(qū)別就是在對(duì)“力”的理解上，而“雙邊力矩傳感器”可以測(cè)量?jī)芍荒_踏的力量，下文中主要講的就是這種更有科技含量的傳感器。
相對(duì)落后的“后軸勾爪傳感器”來(lái)說(shuō)，雙邊力矩傳感器的優(yōu)勢(shì)極為明顯，它主要被安裝在曲柄和牙盤(pán)之間，也就是五通的外側(cè)，有些則直接安裝在中軸上。世界上沒(méi)有絕對(duì)的剛體，因此中軸在受力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生極為細(xì)微的扭力形變，通過(guò)測(cè)量中軸表面的細(xì)微形變信號(hào)即可得出當(dāng)前踩踏的力矩的大小，它的精度非常高。因?yàn)槭怯膳ちy(cè)量力矩，所以力矩傳感器也被稱(chēng)為“扭矩傳感器”。
優(yōu)點(diǎn)一：因?yàn)槭前惭b在五通的外側(cè)或是直接安裝在中軸上，所以力矩傳感器測(cè)量踩踏力量的中間環(huán)節(jié)很少。而且腳踏，曲柄，中軸大都是剛性極大的鋼金屬構(gòu)件，彈性滯后效應(yīng)小，產(chǎn)生的力矩信號(hào)便能非?？焖俚仉S踩踏力的大小變化而變化。這樣最直接的結(jié)果就是使用雙邊力矩傳感器的電助力車(chē)的動(dòng)力響應(yīng)都很快，大多的反應(yīng)時(shí)間都是毫秒級(jí)別，近乎零延遲，動(dòng)力隨踩隨有。
優(yōu)點(diǎn)二：如果力矩傳感器采用安裝在五通外側(cè)的方式，就可以使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)，基本所有自行車(chē)都能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫安裝，也無(wú)需為其研發(fā)專(zhuān)用的車(chē)架，更不需要每個(gè)車(chē)架都針對(duì)上述的“后軸勾爪傳感器”那樣做高精度的處理，從研發(fā)以及生產(chǎn)兩個(gè)方面降低了成本。
優(yōu)點(diǎn)三：還是因?yàn)榘惭b在五通外側(cè)或者是中軸上，所以路面的那些顛簸帶來(lái)的沖擊力被車(chē)架的韌性及彈性緩沖了其中的絕大部分，因此力矩傳感器受到的沖擊力就會(huì)很小，工作負(fù)荷也不大。外加它一般都是使用自行車(chē)的中軸工藝制造，優(yōu)質(zhì)鋼金屬材料在硬度強(qiáng)度及韌性上都極佳，擁有良好的耐磨損性，因此力矩傳感器的壽命都比較長(zhǎng)。
總結(jié)
從騎行體驗(yàn)角度來(lái)說(shuō)，因?yàn)榭梢愿鼮榫珳?zhǔn)地測(cè)量用戶(hù)給予腳踏的力量大小，而且不受路況的影響，力矩傳感器可以做到真正理解用戶(hù)的騎行意圖，從而調(diào)動(dòng)電池電機(jī)輸出恰到好處的動(dòng)力給予騎行者幫助，讓騎行者感受到更為舒適的騎行體驗(yàn)；
從研發(fā)生產(chǎn)角度來(lái)說(shuō)，力矩傳感器普適性強(qiáng)，無(wú)需研發(fā)專(zhuān)用的車(chē)架，也無(wú)需對(duì)安裝位進(jìn)行高精度的處理。雖然單個(gè)傳感器價(jià)格貴，但分?jǐn)偟秸?chē)生產(chǎn)上，成本便相對(duì)降低了；
從日常使用角度來(lái)說(shuō)，力矩傳感器的壽命長(zhǎng)，而且不易出現(xiàn)故障，日常也無(wú)需維護(hù)，大大降低了騎行者的使用門(mén)檻及購(gòu)買(mǎi)障礙；
還有最后一點(diǎn)就是使用安全性。力矩傳感器性能穩(wěn)定，而后軸勾爪傳感器在使用過(guò)程中容易變形造成精度下降以及故障，在騎行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)飛車(chē)及無(wú)助力等情況，造成騎行危險(xiǎn)。
電助力車(chē)是種全新的品類(lèi)，大眾在準(zhǔn)備購(gòu)買(mǎi)前需要做好功課，因?yàn)槿魏涡屡d市場(chǎng)在成長(zhǎng)期都難免會(huì)被魚(yú)目混珠。讀了這篇文章，你應(yīng)該會(huì)對(duì)“力矩傳感器”這個(gè)關(guān)鍵部位增加了些了解，可作為認(rèn)識(shí)這種車(chē)型的參考。
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深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理（二）
2016-04-21 09:28:13
出處：Biketo.com|美騎網(wǎng)
作者：面壁者
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在上一篇《深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理》的文章中，筆者詳細(xì)的分析了電動(dòng)助力自行車(chē)（Pedelec）的兩種核心技術(shù)，先進(jìn)的“雙邊力矩傳感器”與較為落后的“后軸勾爪傳感器”之間的優(yōu)劣。而在電動(dòng)助力自行車(chē)領(lǐng)域，還有其它幾種傳感器技術(shù)也有不少的應(yīng)用，今天這篇文章就來(lái)介紹并分析一下第三種傳感器技術(shù)——“扭簧傳感器”，因?yàn)樾嗡屏貍鞲衅鳎虼艘脖环Q(chēng)為偽力矩傳感器。
Pedelec（電動(dòng)助力自行車(chē)）工作原理
Electric bicycle（電動(dòng)自行車(chē)）工作原理
電動(dòng)助力車(chē)（Pedelec）與電動(dòng)自行車(chē)（Electric bicycle）的最大區(qū)別就在于：前者是通過(guò)測(cè)量人踩腳踏的力量來(lái)判斷提供助力的大小，而后者則是通過(guò)手?jǐn)Q動(dòng)轉(zhuǎn)把來(lái)控制動(dòng)力的輸出，說(shuō)到騎行體驗(yàn)，能夠跟人的腳和腿進(jìn)行配合的電動(dòng)助力自行車(chē)自然就有著明顯的優(yōu)勢(shì)。那么，如果可以把電動(dòng)自行車(chē)的轉(zhuǎn)把安裝到牙盤(pán)上，豈不是就成功將電動(dòng)自行車(chē)升級(jí)為電動(dòng)助力車(chē)了嘛？
“扭簧傳感器”正是由此而生，與“后軸勾爪傳感器”其實(shí)是內(nèi)置“壓力傳感器”類(lèi)似，“扭簧傳感器”是內(nèi)置“霍爾傳感器”，它的核心原理就是將電動(dòng)自行車(chē)的“轉(zhuǎn)把”安裝到牙盤(pán)上，讓助力的控制由手變成了腳，非常取巧的將電動(dòng)自行車(chē)變成了電動(dòng)助力自行車(chē)。
“扭簧傳感器”曲柄實(shí)物圖（可以看到刻度）
“扭簧傳感器”牙盤(pán)實(shí)物圖
“力矩傳感器”牙盤(pán)
“扭簧傳感器”的外觀與“力矩傳感器”很像，都是安裝在牙盤(pán)上，所以市面上很多電動(dòng)助力自行車(chē)如果自己不標(biāo)明，消費(fèi)者很難分辨，因此很多企業(yè)雖然是使用“扭簧傳感器”但卻以“力矩傳感器”的名義進(jìn)行宣傳，所以在業(yè)內(nèi)，“扭簧傳感器”也就有了“偽力矩傳感器”的稱(chēng)號(hào)。
不過(guò)，“扭簧傳感器”確實(shí)是一種可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量力矩的方式，但它測(cè)量的精度與真的“力矩傳感器”有很大的差距。
“扭簧傳感器”內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
上面這張圖寫(xiě)著“TORQUE SENSOR”號(hào)稱(chēng)“力矩傳感器”的其實(shí)就是“扭簧傳感器”，“扭簧傳感器”的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，就是兩個(gè)鋁合金盤(pán)片咬合在一起，一片固定在牙盤(pán)上，一片與曲柄相連，之間以彈簧做為轉(zhuǎn)接件，當(dāng)人在踩腳踏施加作用力時(shí)，曲柄帶動(dòng)連接的盤(pán)片使彈簧產(chǎn)生壓縮，然后帶動(dòng)牙盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧的形變長(zhǎng)度與受到作用力的大小成線性關(guān)系（胡克定律），在彈簧壓縮過(guò)程中，兩個(gè)盤(pán)片就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，安裝在其上的磁鐵隨之移動(dòng)，“霍爾傳感器”也就探測(cè)到磁場(chǎng)的變化，進(jìn)而判斷出受作用力的大小，這與電動(dòng)自行車(chē)旋擰轉(zhuǎn)把使磁鐵產(chǎn)生位移是一樣的，而“扭簧傳感器”名字的由來(lái)就是里面使用了彈簧結(jié)構(gòu)。
上面這張圖是“扭簧傳感器”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，“pedal force”是人踩腳踏的作用力，“Hall sensors”就是霍爾傳感器，“torque measurement”力矩測(cè)量其實(shí)就是“霍爾傳感器”的位移變化，因此“扭簧傳感器”的工作流程是——腳踏受力->彈簧受力壓縮->曲柄與牙盤(pán)產(chǎn)生相對(duì)位移->霍爾傳感器檢測(cè)到的磁場(chǎng)變化->得出需要助力的數(shù)值。
“扭簧傳感器”有它的優(yōu)點(diǎn)：那就是技術(shù)門(mén)檻低，電路成本低，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。
而真的“力矩傳感器”（下圖），測(cè)量的是金屬軸表面在受力后的細(xì)微形變，肉眼不可見(jiàn)，內(nèi)部是不會(huì)有彈簧這種結(jié)構(gòu)的。
與“力矩傳感器”比起來(lái)，“扭簧傳感器”的優(yōu)點(diǎn)是成本比較低，但也有一些因?yàn)閷?shí)現(xiàn)形式帶來(lái)的先天的缺點(diǎn)：
缺點(diǎn)一，測(cè)量精度低：正如上文所述，“扭簧傳感器”的核心是使用“霍爾傳感器”作為測(cè)量元件，因此測(cè)量的精度不高，測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)遠(yuǎn)比“力矩傳感器”差很多。
缺點(diǎn)二，測(cè)量延遲大：因?yàn)槭褂脧椈勺鳛檗D(zhuǎn)接件，導(dǎo)致曲柄與牙盤(pán)間不是剛性連接，人踩腳踏的力量在傳遞過(guò)程中就會(huì)被彈簧損耗，并且出現(xiàn)延遲，這進(jìn)一步降低了本就精度不高的數(shù)據(jù)精度。
缺點(diǎn)三，測(cè)量一致性差：“扭簧傳感器”一個(gè)傳感器里需要使用多根彈簧，但彈簧的一致性并不高，這也就造成即便是同一批下線的“扭簧傳感器”也會(huì)存在測(cè)量精度上的差異。
缺點(diǎn)四，使用體驗(yàn)差：還是因?yàn)槭褂昧藦椈桑隍T行過(guò)程中曲柄與腳踏就會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，而且在每次踩踏之后都會(huì)出現(xiàn)“彈腳”的情況，騎行體驗(yàn)不舒服。
缺點(diǎn)五，助力輸出延遲大：“扭簧傳感器”這種結(jié)構(gòu)是無(wú)法持續(xù)測(cè)量力的，比如一開(kāi)始力量大，彈簧被壓縮，但彈開(kāi)后就沒(méi)有力了，左右腳在切換發(fā)力過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)很大的波動(dòng)，所以這就需要使用大的濾波來(lái)避免傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng)，這就再次造成測(cè)量數(shù)據(jù)的延遲。
以上五個(gè)缺點(diǎn)均造成了“扭簧傳感器”較差的測(cè)量精度與較大的延遲，直接結(jié)果就是在真實(shí)的體驗(yàn)對(duì)比中，使用“扭簧傳感器”的電動(dòng)助力自行車(chē)的助力補(bǔ)充總會(huì)比使用“力矩傳感器”的電動(dòng)助自行力車(chē)慢很多，而且助力的補(bǔ)充突兀不夠流暢，沒(méi)有那種助力隨要隨有的感覺(jué)。因此目前在高端電動(dòng)助力自行車(chē)產(chǎn)品中均不再使用“扭簧傳感器”，以德國(guó)BOSCH與日本YAMAHA等頂級(jí)廠商為首，包括國(guó)內(nèi)的輕客TSINOVA在內(nèi)的企業(yè)均將研發(fā)投入在更好的“力矩傳感器”上，而“扭簧傳感器”因?yàn)橄忍斓木热笔](méi)有更多的精度提升空間已經(jīng)處于被淘汰的邊緣。
以上，對(duì)于“扭簧傳感器”的分析告一段落，如果想掌握分辨“真假力矩傳感器”的技巧其實(shí)并不難，有些企業(yè)會(huì)在牙盤(pán)上標(biāo)有刻度，很好識(shí)別，如果刻度被刻意磨掉，那就去看“曲柄與牙盤(pán)是否是被固定為一體”的，如果曲柄連同牙盤(pán)中心一塊兒區(qū)域是與整個(gè)牙盤(pán)分離的，就可以判斷使用了“扭簧傳感器”；而更為簡(jiǎn)單有效的方法就是上去踩一踩，如果感覺(jué)有彈性緩沖，就一定是使用了“扭簧傳感器”。
深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理（三）
2016-05-06 10:32:05
出處：Biketo.com|美騎網(wǎng)
作者：面壁者
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評(píng)論：27
“自行車(chē)的電動(dòng)助力化”在歐洲及日本已經(jīng)是大勢(shì)所趨，電動(dòng)助力自行車(chē)可以在不改變傳統(tǒng)騎行方式的基礎(chǔ)上讓騎行變得更為輕松，解決了騎自行車(chē)費(fèi)力的麻煩，又保留了騎自行車(chē)的樂(lè)趣，讓愛(ài)好者騎的更暢爽，讓普通人可以騎得更遠(yuǎn)，讓體能不佳的人同樣可以體驗(yàn)騎行帶來(lái)的快樂(lè)。伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)生活水平的提高，人們對(duì)騎行運(yùn)動(dòng)重燃興趣，中國(guó)市場(chǎng)在經(jīng)過(guò)了自行車(chē)向電動(dòng)自行車(chē)的轉(zhuǎn)型后，電動(dòng)助力自行車(chē)正在成為新的發(fā)展方向。
在電動(dòng)助力自行車(chē)（Pedelec）領(lǐng)域，“力矩傳感器”（Torque sensor）是最為核心的技術(shù)，因?yàn)檠邪l(fā)門(mén)檻高，德國(guó)BOSCH及日本YAMAHA等少數(shù)幾個(gè)跨國(guó)公司形成了非常明顯的技術(shù)壁壘，這是使用“力矩傳感器”的電動(dòng)助力自行車(chē)售價(jià)昂貴的主要原因。如果你是自行車(chē)愛(ài)好者，一定知道“功率計(jì)”的售價(jià)不菲，而“力矩傳感器”也正是“功率計(jì)”的核心技術(shù)。
一種力矩傳感器結(jié)構(gòu)原理圖
在《深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理》（一）（二）中，筆者詳細(xì)的為大家介紹了電動(dòng)助力自行車(chē)的三種核心傳感器技術(shù)以及發(fā)展趨勢(shì)，今天這篇文章進(jìn)行幾種常見(jiàn)傳感器技術(shù)橫評(píng)及總結(jié)。
在歐洲市場(chǎng)，搭載“力矩傳感器”的電動(dòng)助力自行車(chē)的入門(mén)售價(jià)在2000歐元（折合約人民幣）左右，在日本最便宜的售價(jià)為日元（折合約8400人民幣），還是打折后的價(jià)格。
因此，不少企業(yè)為了低成本的實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力自行車(chē)（Pedelec），就采用其他傳感器來(lái)替代“力矩傳感器”，主要分為三種，分別是“后軸勾爪傳感器”、“扭簧傳感器”以及“轉(zhuǎn)速傳感器”，為了達(dá)成宣傳及銷(xiāo)售目的，他們?cè)诋a(chǎn)品上一般也會(huì)標(biāo)注使用“力矩傳感器”（Torque sensor）的字樣，但實(shí)際上都是“偽力矩”，在科技含量以及產(chǎn)品使用體驗(yàn)上與真正的力矩傳感器有著巨大差距。
真“力矩傳感器”有怎樣的特征？
如果你看了之前的兩篇文章，相信對(duì)“力矩傳感器”已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)牧私?，它是去測(cè)量自行車(chē)中軸受力時(shí)金屬表面產(chǎn)生的微觀形變，從而獲得高精度的扭力數(shù)值。
“力矩傳感器”有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是：精度、實(shí)時(shí)、線性。
精度：因?yàn)樘綔y(cè)的是人眼所不可見(jiàn)的金屬表面微觀形變，所以“力矩傳感器”的測(cè)量精度非常高，同時(shí)它也會(huì)非常敏感，可以測(cè)量極為小的受力。
實(shí)時(shí)：因?yàn)榉浅Ｃ舾星揖雀撸浴傲貍鞲衅鳌钡姆磻?yīng)時(shí)間在毫秒之間，頂級(jí)產(chǎn)品的反應(yīng)時(shí)間在個(gè)位數(shù)，反應(yīng)速度超越其它類(lèi)型傳感器幾十倍至數(shù)百倍，因此使用力矩傳感的電動(dòng)助力自行車(chē)在踩腳踏的同時(shí)，幾乎瞬時(shí)就會(huì)有助力輸出，而其它類(lèi)型會(huì)有明顯的助力遲滯感。
線性：“力矩傳感器”的測(cè)量是每時(shí)每刻都在進(jìn)行的，因此非常線性，所以輸出的助力總是可以恰到好處的滿(mǎn)足騎行需求，不會(huì)出現(xiàn)階梯感。
偽力矩傳感器一：后軸勾爪傳感器
“后軸勾爪傳感器”的名字是很形象的，因?yàn)樗桶惭b在自行車(chē)的后軸與車(chē)架的交接處，充當(dāng)轉(zhuǎn)接件，看著就是“勾著后軸的爪子”。
它整體是一塊切削成型的局部鏤空的鋁合金板，然后在鏤空區(qū)域嵌入“壓力傳感器”，當(dāng)自行車(chē)在騎行時(shí)后軸就會(huì)受到來(lái)自鏈條的拉力，后軸在將力量傳輸給車(chē)架過(guò)程中就會(huì)擠壓鋁合金板，造成形變，擠壓嵌入的“壓力傳感器”，進(jìn)而也就測(cè)量到人踩腳踏的力量大小。
在諸多偽力矩傳感器中，“后軸勾爪傳感器”是最為接近力矩傳感器的產(chǎn)品，它是真的去測(cè)量“力“的大小，但它相對(duì)真力矩傳感器有著非常明顯的三個(gè)缺點(diǎn)：
首先，“后軸勾爪傳感器”本質(zhì)上是“壓力傳感器”，測(cè)量的不是真實(shí)的力矩，而是單一的橫向壓力，因此它無(wú)法還原人踩腳踏的真實(shí)力量情況，所獲得的數(shù)據(jù)也就如同隔靴搔癢，在助力提供的精度及線性上均有所欠缺。而且“后軸勾爪傳感器”想要測(cè)量壓力，需要通過(guò)腳踏、曲柄、牙盤(pán)、鏈條、飛輪、后花鼓、車(chē)架的一系列傳動(dòng)環(huán)節(jié)，力量在傳輸過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生損耗，更由于金屬的“彈性滯后”效應(yīng)，“后軸勾爪傳感器”測(cè)量力量的誤差及延遲進(jìn)一步加大造成精度的下降。
另外就是“后軸勾爪傳感器”安裝在電動(dòng)助力自行車(chē)整車(chē)受力最大的地方“后軸與車(chē)架之間”，各種路面的顛簸沖擊受力都會(huì)通過(guò)這部分進(jìn)行傳遞，而這種傳感器為了方便量產(chǎn)加工，又基本都是使用硬度及強(qiáng)度都較差的鋁合金材質(zhì)，因此在真實(shí)路況下，由鋁合金板切削而成的“后軸勾爪傳感器”在使用中就極為容易變形受損，測(cè)量精度會(huì)隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)而急劇降低，產(chǎn)生的結(jié)果主要分為兩種：一種是需要人用很大的踩踏力量才能感受到助力，起不到幫助用戶(hù)的作用；另外一種就是輕輕一踩就有很強(qiáng)的助力，嚴(yán)重的直接飛車(chē)，造成安全風(fēng)險(xiǎn)?！昂筝S勾爪傳感器”的安裝位置及材料限制，使它的壽命及安全性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于真的“力矩傳感器”。
最后，雖然“后軸勾爪傳感器”有研發(fā)成本低，生產(chǎn)成本也低的優(yōu)點(diǎn)，但使用它的車(chē)輛必須要重新設(shè)計(jì)車(chē)架來(lái)安裝它，而且對(duì)安裝位置有較高的加工精密度要求，否則就會(huì)在安裝的時(shí)候造成傳感器的變形，進(jìn)而造成傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，因此，使用“后軸勾爪傳感器”就要求開(kāi)發(fā)新車(chē)架或者對(duì)原有車(chē)架進(jìn)行局部重新設(shè)計(jì)并提高加工精度，額外增加了不少生產(chǎn)成本。
偽力矩傳感器二：扭簧傳感器
“扭簧傳感器”從外觀上來(lái)看最為接近“力矩傳感器”，它名字的由來(lái)正是因?yàn)閮?nèi)部使用了“彈簧”結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上其實(shí)是“彈簧+霍爾傳感器”，就是把電動(dòng)自行車(chē)的“轉(zhuǎn)把”安裝到了牙盤(pán)上。
當(dāng)腳在向腳踏施加作用力時(shí)，彈簧被壓縮，“霍爾傳感器”也就探測(cè)到磁場(chǎng)的變化，進(jìn)而判斷出受作用力的大小，這與電動(dòng)自行車(chē)旋擰轉(zhuǎn)把使磁鐵產(chǎn)生位移是一樣的。
這種傳感器相對(duì)真力矩傳感器也有著非常明顯的三個(gè)缺點(diǎn)：
首先，“扭簧傳感器”使用“霍爾傳感器”作為測(cè)量元件，原始的測(cè)量精度就不高。在使用了彈簧作為核心結(jié)構(gòu)后，力量在傳遞時(shí)就會(huì)被損耗及延遲，進(jìn)一步降低了測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，而“扭簧傳感器”一個(gè)傳感器里又要使用多根彈簧，但彈簧的一致性并不高，這也就再次造成測(cè)量精度的下降，即便是同一批“扭簧傳感器”也會(huì)存在測(cè)量精度上的差異。更為重要的是，“扭簧傳感器”這種結(jié)構(gòu)是無(wú)法持續(xù)測(cè)量力的，比如一開(kāi)始力量大，彈簧被壓縮，但彈開(kāi)后就沒(méi)有力了，左右腳在切換發(fā)力過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)很大的波動(dòng)，所以這就需要使用大的濾波來(lái)避免傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng)，這就第三次造成測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差及延遲。
因此使用“扭簧傳感器”的電動(dòng)助力自行車(chē)提供的助力不僅誤差大而且延遲高，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如“力矩傳感器”，甚至比“后軸勾爪傳感器”還要差。
另外，因?yàn)槭褂脧椈勺鳛楹诵慕Y(jié)構(gòu)，曲柄與牙盤(pán)之間不是剛性的連接結(jié)構(gòu)，在真實(shí)的騎行過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)“一彈一彈”的晃動(dòng)情況，并且用力稍微大一些彈簧就會(huì)被壓縮到極限出現(xiàn)金屬碰撞的“噠噠”聲，嚴(yán)重影響騎行體驗(yàn)。
最后，扭簧傳感器的結(jié)構(gòu)原理確實(shí)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有什么技術(shù)含量，但加工起來(lái)其實(shí)并不算容易，金屬盤(pán)片的切削會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且因?yàn)楫a(chǎn)品一致性差，如果稍微對(duì)精度要求高一些，次品率就會(huì)很高。
偽力矩傳感器三：轉(zhuǎn)速傳感器
“力矩傳感器”、“后軸勾爪傳感器”是電動(dòng)助力自行車(chē)領(lǐng)域最常用的兩種與“力”相關(guān)的傳感器技術(shù)，之所以要跟“力”相關(guān)，是因?yàn)檫@樣電動(dòng)助力自行車(chē)才能更好的去理解“人力”，進(jìn)而輔助“人力”，達(dá)到“人電合一”的混合動(dòng)力騎行體驗(yàn)。不過(guò)，在電動(dòng)助力自行車(chē)領(lǐng)域依然有廠商使用跟“力”無(wú)關(guān)的傳感器技術(shù)，“扭簧傳感器“是一種，而最偽的偽力矩傳感器則是“轉(zhuǎn)速傳感器”。
“轉(zhuǎn)速傳感器”正如同它的名字，是測(cè)量自行車(chē)中軸的轉(zhuǎn)速，由此判斷助力的需求，踩得越快助力也就越強(qiáng)，踩得慢助力也就越弱。這種工作特性就決定了“轉(zhuǎn)速傳感器”不能匹配真實(shí)的路況，在遇到逆風(fēng)、上坡等路況時(shí)由于阻力增大，人踩腳踏的速度就會(huì)變慢，此時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器會(huì)認(rèn)為騎行者需要弱的助力，導(dǎo)致在需要助力時(shí)得不到幫助，而當(dāng)遇到下坡情況時(shí)，如果騎行者踩腳踏的速度加快，轉(zhuǎn)速傳感器就會(huì)認(rèn)為你需要強(qiáng)助力，造成速度過(guò)快產(chǎn)生安全隱患。為了解決逆風(fēng)、上坡無(wú)法提供良好助力的問(wèn)題，一般使用“轉(zhuǎn)速傳感器”的電動(dòng)助力自行車(chē)還會(huì)額外增加“純電動(dòng)”模式，在遇到上坡逆風(fēng)等情況時(shí)按下純電動(dòng)開(kāi)關(guān)就變成了“電動(dòng)自行車(chē)”。
電動(dòng)助力自行車(chē)之所以成為新的趨勢(shì)，正是因?yàn)槿藗冊(cè)絹?lái)越在意騎行體驗(yàn)，使用“轉(zhuǎn)速傳感器”后，人力與電力之間沒(méi)有任何的配合而言，也就丟掉了騎車(chē)的最根本興趣。
在“轉(zhuǎn)速傳感器”中，能去測(cè)量轉(zhuǎn)速的其實(shí)還是高階型號(hào)，有些轉(zhuǎn)速傳感器其實(shí)只是充當(dāng)探頭，當(dāng)探頭感受到中軸轉(zhuǎn)了一圈之后就提供恒定功率的助力，然后在車(chē)把上設(shè)置不同的檔位，進(jìn)行助力多少的調(diào)節(jié)，騎行體驗(yàn)與有腳踏的電動(dòng)自行車(chē)并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。
通過(guò)深度剖析電動(dòng)助力自行車(chē)之技術(shù)原理（一）（二），以及今天這篇綜合對(duì)比文章，相信大家對(duì)電動(dòng)助力自行車(chē)的實(shí)現(xiàn)原理已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)牧私猓傲貍鞲衅鳌睉{借卓越的性能及最佳的使用體驗(yàn)無(wú)疑可以折得桂冠，但它也有缺點(diǎn)，那就是技術(shù)門(mén)檻高，實(shí)現(xiàn)成本也高，德國(guó)BOSCH的一套力矩傳感器助力系統(tǒng)在沒(méi)有電池的基礎(chǔ)下售價(jià)接近6000元，而日本YAMAHA的整套助力系統(tǒng)包含電池在內(nèi)達(dá)到8000元人民幣左右，即便是售價(jià)最為低廉的國(guó)產(chǎn)輕客的使用力矩傳感器的整車(chē)產(chǎn)品售價(jià)也達(dá)到了3580元（力矩傳感器系統(tǒng)售價(jià)目前不詳）。因此，在國(guó)人對(duì)電動(dòng)助力自行車(chē)（Pedelec）還沒(méi)有更多認(rèn)知的當(dāng)下，在中國(guó)市場(chǎng)想打開(kāi)局面還有不短的路要走。
責(zé)任編輯：昭歌
自行車(chē)傳感器安裝：自行車(chē)的傳感器模塊
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51
）
Int.CI?
權(quán)利要求說(shuō)明書(shū)
說(shuō)明書(shū)
幅圖
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54
）發(fā)明名稱(chēng)
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自行車(chē)的傳感器模塊
（
57
）摘要
?
一種自行車(chē)的傳感器模塊，以供裝設(shè)
于自行車(chē)的后輪下叉，傳感器模塊包括本
體、轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)、蓋體及感測(cè)元件。本體具有相
對(duì)的第一端部及第二端部，第一端部設(shè)有按
鍵開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，第二端部凹設(shè)形成容置槽，容
置槽的槽底設(shè)置卡掣穴；轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)收容于容置
槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)設(shè)有對(duì)應(yīng)卡掣穴的限位凸塊；
蓋體卡設(shè)于容置槽上邊緣；感測(cè)元件通過(guò)導(dǎo)
線與轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)相連接，感測(cè)元件和本體均固設(shè)
于后輪下叉，導(dǎo)線可卷縮地收容于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)
內(nèi)，其中感測(cè)元件與本體之間的距離可由導(dǎo)
自行車(chē)傳感器安裝：自行車(chē)速度傳感器與磁鐵的安裝與調(diào)整方法（圖
原標(biāo)題：自行車(chē)速度傳感器與磁鐵的安裝與調(diào)整方法（圖
本文詳細(xì)的為您介紹自行車(chē)速度傳感器的安裝方法、磁鐵的安裝方法、速度傳感器與磁鐵的調(diào)整方法以及碼表的安裝跟拆卸方法，步驟清晰，全部有圖解，看仔細(xì)咯。 下圖為碼表所用磁鐵。
一、速度傳感器的安裝方法（圖）
二、磁鐵安裝方法
三、自行車(chē)速度傳感器與磁鐵的調(diào)整方法
四、碼表的安裝及拆卸方法
文章自行車(chē)速度傳感器與磁鐵的安裝與調(diào)整方法圖解由 東莞磁鐵廠家卡瑞奇小傅分享，采購(gòu)自行車(chē)碼表磁鐵，感應(yīng)磁鐵，傳感器磁鐵，歡迎聯(lián)系卡瑞奇磁鐵加工廠。返回搜狐，查看更多
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