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“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)。

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15000人民幣）左右，在日本最便宜的售價(jià)為13800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)牧私猓�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�度高，所以“力矩傳感器”的反�?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�就安裝在自行車(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�，“力矩傳感器”憑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