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在今年的臺北展上，我們看到了美利達的首款電助力山地車，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，包括狼途在內(nèi)的大陸品牌也在跟進。

電助力自行車在歐美被稱為Pedelec，屬于e-bike的一種，在國內(nèi)尚未進入主流視野的它有哪些區(qū)別于常規(guī)山地車的特性？

這是一種既擁有自行車的輕巧和便捷性，又能夠有效彌補自行車上坡、逆風(fēng)、載物時的負擔(dān)感的個人交通工具。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力系統(tǒng)，配有電機與電池。與電動自行車（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)人力的大小進行判斷，進而理解騎行者的騎行意圖，提供相應(yīng)的動力支持。它無法像電動自行車那樣純電動行駛，而是需要“人力+電力”的混合動力驅(qū)動，因此騎這種車的方式與騎自行車沒什么區(qū)別。電力提供的恰當(dāng)動力完美解決了騎自行車費力的問題，同時也因為人力的組成，它在搭載不大的電池的條件下就可超越一般電動自行車的續(xù)航里程，一般都在50-100公里左右，續(xù)航持久。

電動助力車（Pedelec）領(lǐng)域最前沿的技術(shù)是“力矩傳感器”，它是自行車電動助力系統(tǒng)理解騎行者意圖的核心。高端的電助力自行車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)長期被德國BOSCH及日本YAMAHA等幾家跨國公司壟斷，搭載這種傳感器的車輛售價一般在2000歐元以上，這也是電助力自行車在中國無法打開市場的一大原因。在自行車創(chuàng)業(yè)團隊中，輕客獨立研發(fā)出了以力矩傳感器為核心的智慧動力系統(tǒng)，使城市電助力車的整車價格在4000元以下，這個價格有望使這類車在國內(nèi)得到普及。

在中低端電助力車產(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，無法真實理解騎行者力量需求），這也是目前大多數(shù)國產(chǎn)電助力車使用的技術(shù)，騎行體驗與高端車型有較大差距。在低端電助力車領(lǐng)域，還有一種使用 “后軸勾爪傳感器”的產(chǎn)品，因為沒有技術(shù)門檻實現(xiàn)成本低而被廣泛采用，在實際使用中效果欠佳，因此基本只用在低端車款上。

今天這篇文章就來介紹一下“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。

首先，大家要了解一下自行車的動力傳遞方式：人踩腳踏，然后帶動鏈條將動力傳輸?shù)胶筝啠�再�?qū)動自行車前行。如果分解成結(jié)構(gòu)名稱就是：腳踏——曲柄——牙盤——鏈條——飛輪——后花鼓——車架。

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（圖中的紅點為后軸）。它相當(dāng)于是一個額外的附加轉(zhuǎn)接件，一般為鋁合金材質(zhì)。自行車前進的動力通過后軸傳遞給“后軸勾爪傳感器”，然后再傳遞到自行車的車架上�！昂筝S勾爪傳感器”在受到后軸給的力量時就會產(chǎn)生形變，進而擠壓上圖中紅圈中的“壓力傳感器”，然后調(diào)動電池電機為電助力車提供動力�！昂筝S勾爪傳感器”的優(yōu)點是原理簡單，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，生產(chǎn)價格低廉，如果電助力車一直是在平直的公路上使用也是不錯，但現(xiàn)實的路況下這種傳感器的缺點也就暴露無遺。（如上圖紅圈所示，其實“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。）

缺點一：“后軸勾爪傳感器”想要測量踩踏力矩，就需要通過腳踏、曲柄、牙盤、鏈條、飛輪、后花鼓、車架的一系列傳動環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)的零部件都是彈性體，力量在傳輸過程中就會產(chǎn)生損耗。更由于金屬的“彈性滯后”效應(yīng)，“后軸勾爪傳感器”的測量力量不僅誤差大，而且會有延遲，無法做到實時理解騎行者的力量需求，在騎行時動力的提供不準確且總會慢一拍，因此體驗上會比較差。就如同你開車明明已經(jīng)踩下了油門，但動力總會要等一會兒才給你。

缺點二：“后軸勾爪傳感器”安裝在后上叉和后下叉的結(jié)合處，如果想要精準測量力量，就要求安裝位置的加工需非常精密，否則會在安裝的時候造成傳感器的變形，進而造成傳感器測量數(shù)據(jù)不準。因此，使用這種傳感器就對車架的生產(chǎn)有較高的工藝要求，額外增加了電助力車的生產(chǎn)成本。

缺點三：自行車的后上叉與后下叉的結(jié)合處是車身受力很大的部位，各種路面的顛簸沖擊都會通過這部分傳遞，而“后軸勾爪傳感器”就安裝在這個力量傳遞點上。這種傳感器絕大多數(shù)使用硬度及強度都較差的鋁合金材質(zhì)，因此它在真實路況下使用就極易受損，測量精度及使用壽命會隨著使用時間的加長而急劇下降。比如下個馬路牙子或者被風(fēng)吹倒之類就有可能造成傳感器的變形，出現(xiàn)飛車或無動力的情況。

因此，雖然“后軸勾爪傳感器”有原理簡單，實現(xiàn)成本低的優(yōu)勢，但因為測量力矩不精準且有延遲，騎行體驗差。它對車輛的生產(chǎn)工藝要求高，將傳感器省掉的成本轉(zhuǎn)移到了車架加工上。鋁合金材質(zhì)容易變形，使用壽命短，用戶的后期維護成本高，所以目前稍微高端一些的電助力車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)廉價版本的電助力車，但因其體驗差、故障多、壽命短而最終放棄。

再談?wù)勄把氐摹傲�矩傳感器�?/span>

隨著技術(shù)發(fā)展，尤其是日本及歐美對于自行車這種形態(tài)的個人交通工具的推崇，“力矩傳感器”最終被應(yīng)用到了自行車上。正如開篇所說，“力矩傳感器”相對“后軸勾爪傳感器”來說，最大的區(qū)別就是在對“力”的理解上，而“雙邊力矩傳感器”可以測量兩只腳踏的力量，下文中主要講的就是這種更有科技含量的傳感器。

相對落后的“后軸勾爪傳感器”來說，雙邊力矩傳感器的優(yōu)勢極為明顯，它主要被安裝在曲柄和牙盤之間，也就是五通的外側(cè)，有些則直接安裝在中軸上。世界上沒有絕對的剛體，因此中軸在受力時就會產(chǎn)生極為細微的扭力形變，通過測量中軸表面的細微形變信號即可得出當(dāng)前踩踏的力矩的大小，它的精度非常高。因為是由扭力測量力矩，所以力矩傳感器也被稱為“扭矩傳感器”。

優(yōu)點一：因為是安裝在五通的外側(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的動力響應(yīng)都很快，大多的反應(yīng)時間都是毫秒級別，近乎零延遲，動力隨踩隨有。

優(yōu)點二：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)準的模塊化設(shè)計，基本所有自行車都能實現(xiàn)無縫安裝，也無需為其研發(fā)專用的車架，更不需要每個車架都針對上述的“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)兩個方面降低了成本。

優(yōu)點三：還是因為安裝在五通外側(cè)或者是中軸上，所以路面的那些顛簸帶來的沖擊力被車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很小，工作負荷也不大。外加它一般都是使用自行車的中軸工藝制造，優(yōu)質(zhì)鋼金屬材料在硬度強度及韌性上都極佳，擁有良好的耐磨損性，因此力矩傳感器的壽命都比較長。

總結(jié)

從騎行體驗角度來說，因為可以更為精準地測量用戶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的騎行意圖，從而調(diào)動電池電機輸出恰到好處的動力給予騎行者幫助，讓騎行者感受到更為舒適的騎行體驗；

從研發(fā)生產(chǎn)角度來說，力矩傳感器普適性強，無需研發(fā)專用的車架，也無需對安裝位進行高精度的處理。雖然單個傳感器價格貴，但分攤到整車生產(chǎn)上，成本便相對降低了；

從日常使用角度來說，力矩傳感器的壽命長，而且不易出現(xiàn)故障，日常也無需維護，大大降低了騎行者的使用門檻及購買障礙；

還有最后一點就是使用安全性。力矩傳感器性能穩(wěn)定，而后軸勾爪傳感器在使用過程中容易變形造成精度下降以及故障，在騎行過程中會出現(xiàn)飛車及無助力等情況，造成騎行危險。

電助力車是種全新的品類，大眾在準備購買前需要做好功課，因為任何新興市場在成長期都難免會被魚目混珠。讀了這篇文章，你應(yīng)該會對“力矩傳感器”這個關(guān)鍵部位增加了些了解，可作為認識這種車型的參考。

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