電動(dòng)自行車比例助力傳感系統(tǒng)的一種經(jīng)濟(jì)型選擇方案
電動(dòng)車商情 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2004-10-29
| 摘要：文章介紹了目前電動(dòng)車助力傳感系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了一種可以精確助力，且經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的技術(shù)思路和應(yīng)用方案，并對(duì)該方案的市場(chǎng)(Rialto)運(yùn)作給出了具體的操作思路。 一、比例助力系統(tǒng)在中國(guó)市場(chǎng)(Rialto)及國(guó)際市場(chǎng)(Rialto)實(shí)施的必要性 電動(dòng)自行車作為商品出現(xiàn)，在中國(guó)大陸已有七年了。眾所周知，其主流模式為全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，電源一般為36V/12Ah配置，這主要因?yàn)樵诖箨懯袌?chǎng)(Rialto)，電動(dòng)自行車不是休閑品，而是代步工具，用戶花兩三千元買了一輛車，若要人力蹬踏，消費(fèi)者覺(jué)得不值。 隨著國(guó)內(nèi)電動(dòng)自行車產(chǎn)量近年連續(xù)翻番地急劇膨脹，市場(chǎng)(Rialto)開(kāi)始細(xì)分，比例助力系統(tǒng)越來(lái)越受到消費(fèi)者和廠家的青睞，具有廣闊的市場(chǎng)(Rialto)空間。比例助力系統(tǒng)在全球市場(chǎng)(Rialto)實(shí)施的必要性主要有以下幾點(diǎn)： 1、國(guó)際市場(chǎng)(Rialto)上，歐美都要求腳踏啟動(dòng)，腳停斷電，沒(méi)有轉(zhuǎn)把的電動(dòng)自行車。日本市場(chǎng)(Rialto)更需要精確比例助力的電動(dòng)自行車。沒(méi)有比例助力系統(tǒng)，產(chǎn)品就很難走出國(guó)門。 2、電動(dòng)自行車最理想的使用方法就是人助車動(dòng)，電動(dòng)人行，人力電力聯(lián)動(dòng)，省力又省電。長(zhǎng)時(shí)間全電動(dòng)騎行或人力騎行都會(huì)感覺(jué)到累，最好的辦法是比例助力騎行和全電動(dòng)騎行交替使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，在比例助力系統(tǒng)中，如果助力比合適，腿只是稍微用力，肌肉不緊張而自行車快速運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)有一種很奇特的感覺(jué)。首先，人參與了這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，休閑的味道會(huì)漸漸滲透出來(lái)，可以品出一種人機(jī)合一的樂(lè)趣。全電動(dòng)騎行時(shí)，由于人坐在車上，腿基本不動(dòng)，半小時(shí)一過(guò)，就會(huì)腰酸背痛。騎比例助力的車卻沒(méi)有這種感覺(jué)，累了還可以換成全電動(dòng)，這更合乎健康人生的道理。再?gòu)陌踩嵌壬现v，在紅綠燈前和上下班的車流中想全速前進(jìn)(Forward)不可能也不安全，這時(shí)比例助力是最佳的選擇，可以大大減小交通高峰時(shí)間的事故發(fā)生率。 3、比例助力騎行可以避免電池超大電流放電，有利于延長(zhǎng)電池壽命，而且從節(jié)電的角度講，用比例助力啟動(dòng)可以省很多電，因?yàn)轭l繁全電動(dòng)啟動(dòng)是最耗電的。比例助力騎行還能對(duì)電機(jī)起到保護(hù)作用。近兩年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)(Rialto)大面積使用的是低速有刷電機(jī)，這種電機(jī)價(jià)格低廉，但它的電流較高速(High Speed)有刷和無(wú)刷電機(jī)都要高出許多，故而續(xù)行里程要短很多。在全國(guó)第二、第三次電動(dòng)自行車?yán)锍藤愔欣m(xù)行70-80km的電動(dòng)自行車在目前市場(chǎng)(Rialto)上已是鳳毛麟角了。另外，一些高檔消費(fèi)者眼睛瞄上了Ni-MH電池電動(dòng)自行車，由于其成本高，各整車廠都傾向于使用24V/8-9Ah的電源配置。這種配置較36V/12Ah的鉛酸電池容量要小不少，至少要短1/3的放電時(shí)間，全電動(dòng)續(xù)行里程能達(dá)到35km已是上品了。如果增加了比例助力系統(tǒng)，人力電力合力騎行的話，則很容易將此16里程補(bǔ)回來(lái)。此外，如果Ni-MH電池、鋰電池批量投入使用，比例助力系統(tǒng)減少了電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的大電流輸出，可以增加電動(dòng)自行車的續(xù)行里程，部分路途較近的消費(fèi)者就有可能選擇24V/12Ah及36V/12Ah的電池作為電源配置，這給競(jìng)爭(zhēng)激烈的電動(dòng)自行車造型設(shè)計(jì)提供了更加廣泛的遐想空間，既豐富了車種，同時(shí)又降低了成本，以及銷售價(jià)格，對(duì)大家都是有益的。當(dāng)然若有人堅(jiān)持36V/12Ah的電源配置，使用高速(High Speed)有刷電機(jī)或無(wú)刷電機(jī)，則這種車?yán)m(xù)行里程90km～100km屬正常發(fā)揮，部分消費(fèi)者正好有這種需求。 二、現(xiàn)有助力傳感系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析 助力傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)預(yù)期效果是實(shí)現(xiàn)腳踏力和電動(dòng)力之間保持一定的比例關(guān)系，如我們常說(shuō)的助力比為1或2.5助力等。助力比為1助力較小，助力比為 2.5助力就大得多。日本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定速度(Tempo)在0-15km/h之間的助力比例公式為： a=（P2-P1）/P1 式中：a：助力比例 P1：人力腳踏功率 P2：驅(qū)動(dòng)輪輸出總功率 如a=1時(shí)，電機(jī)輸出功率（P2-P1）=人力腳踏功率（P1），a=2.5時(shí)，電機(jī)輸出功率（P2-P1）=2.5X人力腳踏功率（P1）。速度(Tempo)在15km/h～24km區(qū)間內(nèi)。助力比例逐漸減小到0，超過(guò)24km/h后，電機(jī)不再提供輸出功率。 現(xiàn)在流行的助力傳染系統(tǒng)的工作原理是用一個(gè)力矩傳感器將人力蹬踏的腳踏力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)傳送給控制器，控制器分析比較后指示電機(jī)輸出相匹配的功率，這種助力系統(tǒng)的關(guān)鍵部位是力矩傳感器。常見(jiàn)的比例助力系統(tǒng)主要有以下幾種形式： 1、我國(guó)出口歐美市場(chǎng)(Rialto)的電動(dòng)自行車助力傳感器基本上都是開(kāi)關(guān)型的，把原轉(zhuǎn)把取消，在中軸部分裝一霍爾元件和磁鋼圓盤，達(dá)到一定速度(Tempo)電機(jī)就開(kāi)始啟動(dòng)啟動(dòng)后就全電動(dòng)控制了，因此它并無(wú)精確比例一說(shuō)，騎行感覺(jué)也較差。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格極低，工藝簡(jiǎn)單。 2、日本力矩傳感器的原理是人力腳踏后壓迫中置式電機(jī)里的彈簧，產(chǎn)生形變，再將形變的幅度轉(zhuǎn)換成力矩大小，且在電機(jī)的外沿刻有凹槽，轉(zhuǎn)很小的角度就有反應(yīng)，很靈敏。但這套裝置對(duì)零件的材質(zhì)、工藝都有很高的要求，至今，很少有國(guó)內(nèi)廠家模仿過(guò)。 3、清華大學(xué)早期出口日本的力矩傳感器另辟蹊徑，在中軸五通內(nèi)裝有套筒和偏心裝置，人力腳踏即產(chǎn)生偏心力矩。成本較日本方案要低得多，加工倒不復(fù)雜，但精度控制難，軟件中要對(duì)其修正。這是國(guó)內(nèi)批量最大的精確比例助力傳感器商品。 4、在清華大學(xué)之后，國(guó)內(nèi)有多種類型的方案出臺(tái)，思路都很新穎，價(jià)格有高有低。代表性的有測(cè)中軸扭力形變的，有測(cè)鏈條張力的，有用光柵電路的，有將測(cè)力部件放入輪轂的，各具優(yōu)點(diǎn)，但由于種種原因都沒(méi)有普及開(kāi)或正在普及過(guò)程中。 三、本助力系統(tǒng)的技術(shù)思路 現(xiàn)在要介紹這樣一種方案，它能達(dá)到精確比例助力的效果，但成本極其低廉，工藝特別簡(jiǎn)單，除了在新車上實(shí)施之外，還能為正在中國(guó)大地(Terra)上騎行的幾百萬(wàn)輛電動(dòng)自行車增加比例助力功能，而不影響原車任何現(xiàn)有功能的使用，變成兼有全電動(dòng)和比例助力功能的新車種。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，鑒于各整車生產(chǎn)廠家選用控制器都有自己的技術(shù)指標(biāo)要求，且配套廠家的產(chǎn)品又經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的磨合考驗(yàn)，所以新比例助力系統(tǒng)只是在原控制器的基礎(chǔ)上加上前輪、中軸速度(Tempo)傳感器和控制電子線路板，仍然通過(guò)原控制器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，市場(chǎng)(Rialto)售價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它比例助力控制器。 具體原理是這樣的，為了方便起見(jiàn)，以0-15km/h速度(Tempo)區(qū)間1:1比例助力為例說(shuō)明，假設(shè)現(xiàn)車速為12km/h，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，全電動(dòng)時(shí)整車平均電流為4.0A（特別說(shuō)明：現(xiàn)在電動(dòng)車控制器幾乎都采用脈寬調(diào)制技術(shù)，即PWM技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度(Tempo)。為闡述方便起見(jiàn)，這里所說(shuō)的平均電流就相當(dāng)于在一個(gè)周期內(nèi)，與脈寬受調(diào)制的方波能量等效的直流電流的大�。�，其中空載電流為0.4A，實(shí)際做功電機(jī)電流為3.6A。在1：1助力的情況下，電機(jī)電流應(yīng)為1.8A，余下1.8A電流做功則應(yīng)由人力提供。測(cè)得0-15km/h區(qū)間任一瞬時(shí)速度(Tempo)相對(duì)應(yīng)的全電動(dòng)電流值，除去電機(jī)應(yīng)提供的比例，余下的功率就自然由人去匹配供應(yīng)，假如人力達(dá)不到相應(yīng)的功率，速度(Tempo)就會(huì)減小，最后達(dá)到一個(gè)能勻速前進(jìn)(Forward)的平衡狀態(tài)。當(dāng)然不同車型，不同電機(jī)所得到的電流都不相同，但對(duì)具體車型，則可以用實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)出來(lái)，余下的就是用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行軟件修正了。此時(shí)第一推動(dòng)力是人力，騎乘者希望快點(diǎn)就要加力蹬踩，此時(shí)瞬時(shí)速度(Tempo)就會(huì)提高，速度(Tempo)一快對(duì)應(yīng)要求的電流就會(huì)增加，反之亦然。通過(guò)軟件循環(huán)檢測(cè)可以保證這一過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行下去。 電動(dòng)自行車的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、環(huán)保、方便、適合中國(guó)國(guó)情。本比例助力傳感器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、精確、工藝簡(jiǎn)單、維修方便、適用性強(qiáng)，從騎行舒適性、流暢性上講在目前國(guó)內(nèi)是比較優(yōu)秀的。因?yàn)樵谏鲜龇桨钢�，速�?Tempo)和電流是以連續(xù)函數(shù)關(guān)系一一對(duì)應(yīng)的，不會(huì)出現(xiàn)其它精確比例系統(tǒng)中的一旦不踩就會(huì)斷電，一踩又會(huì)來(lái)電，時(shí)斷時(shí)續(xù)的不良感覺(jué)，得到的應(yīng)是行云流水、張馳有度、隨心所欲的效果。騎乘者利用該系統(tǒng)可以幾乎不費(fèi)力地加速到20km/h，放慢踩速，就可以平穩(wěn)地降低速度(Tempo)，可以在任何一個(gè)速度(Tempo)點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)。另外車輛的一些安全措施如剎車斷電等功能都不受任何影響，故整車的安全性能得到了很好的保障。 四、本系統(tǒng)市場(chǎng)(Rialto)開(kāi)發(fā)的具體構(gòu)思 1、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)(Rialto)電動(dòng)自行車使用全電動(dòng)功能是中國(guó)的一大特色，如要取消，市場(chǎng)(Rialto)肯定不會(huì)接受，本方案是在其基礎(chǔ)上加上比例助力功能，兩者之間切換十分方便。轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動(dòng)就是全電動(dòng)功能，轉(zhuǎn)把復(fù)位就是比例助力功能，無(wú)附加按鈕，響應(yīng)迅速。我國(guó)電動(dòng)自行車安全通用技術(shù)條件中并無(wú)精確比例助力的要求，但是否精確比例助力對(duì)騎乘者來(lái)說(shuō)感覺(jué)大不一樣，所以本系統(tǒng)受到歡迎是可以理解的。考慮到各地路面狀況不一，騎行者體重不同，可以在出廠時(shí)將助力比例設(shè)為連續(xù)可調(diào)，整車廠員工或銷售人員都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，甚至也可以教會(huì)用戶自己調(diào)節(jié)的方法。一般說(shuō)助力比例設(shè)在2～2.5之間，既能有很強(qiáng)的助力感，又不至于使人跟不上轉(zhuǎn)速而踩空。唯一使人有疑惑的是在爬坡時(shí)，要先有較大的速度(Tempo)才能輸出較大的電流助力，這一點(diǎn)可以在說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明，爬坡時(shí)應(yīng)同時(shí)用全電動(dòng)轉(zhuǎn)把、把電機(jī)的功率發(fā)揮到最大，然后輔以腳踏助力，這樣爬坡效果和全電動(dòng)模式下是相同的。 2、國(guó)際市場(chǎng)(Rialto)以日本市場(chǎng)(Rialto)要求的精確比例助力為例，前述的方案在爬坡時(shí)因?yàn)闊o(wú)調(diào)速轉(zhuǎn)把無(wú)法使用，則可以在車體上固定一個(gè)裝置，檢測(cè)水平傾角的大小，從而調(diào)節(jié)輸出電流。這樣在上坡時(shí)仍然可以達(dá)到精確的比例助力，人力和電力都增加了部分功率。歐美市場(chǎng)(Rialto)也可以采用類似方法。 3、舊車改裝市場(chǎng)(Rialto)市場(chǎng)(Rialto)總量約有250萬(wàn)輛以上，消費(fèi)者花100元將原有的全電動(dòng)功能的電動(dòng)自行車改裝成全電動(dòng)和比例助力系統(tǒng)共存的電動(dòng)自行車應(yīng)該是可以接受的，扣除成本后，其收益空間足以讓維修點(diǎn)和銷售商動(dòng)心。 總結(jié) 本文首先討論了比例助力系統(tǒng)在中國(guó)及國(guó)際市場(chǎng)(Rialto)上實(shí)施的必要性，然后對(duì)現(xiàn)有實(shí)施方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較分析，接著提出本方案的技術(shù)思路，重點(diǎn)介紹了本助力系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理及其多種優(yōu)點(diǎn)，最后對(duì)其市場(chǎng)(Rialto)前景作了簡(jiǎn)要的分析。無(wú)論是國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)(Rialto)新舊車市場(chǎng)(Rialto)，該系統(tǒng)由于其價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單、助力精確，都有它廣泛的適用性，其市場(chǎng)(Rialto)前景誘人。 |
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