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“自行車的電動助力化”在歐洲及日本已經(jīng)是大勢所趨，電動助力自行車可以在不改變傳統(tǒng)騎行方式的基礎(chǔ)上讓騎行變得更為輕松，解決了騎自行車費(fèi)力的麻煩，又保留了騎自行車的樂趣，讓愛好者騎的更暢爽，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)騎行帶來的快樂。伴隨中國經(jīng)濟(jì)生活水平的提高，人們對騎行運(yùn)動重燃興趣，中國市場在經(jīng)過了自行車向電動自行車的轉(zhuǎn)型后，電動助力自行車正在成為新的發(fā)展方向。

在電動助力自行車（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)門檻高，德國BOSCH及日本YAMAHA等少數(shù)幾個(gè)跨國公司形成了非常明顯的技術(shù)壁壘，這是使用“力矩傳感器”的電動助力自行車售價(jià)昂貴的主要原因。如果你是自行車愛好者，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《深度剖析電動助力自行車之技術(shù)原理》（一）（二）中，筆者詳細(xì)的為大家介紹了電動助力自行車的三種核心傳感器技術(shù)以及發(fā)展趨勢，今天這篇文章進(jìn)行幾種常見傳感器技術(shù)橫評及總結(jié)。

在歐洲市場，搭載“力矩傳感器”的電動助力自行車的入門售價(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)電動助力自行車（Pedelec），就采用其他傳感器來替代“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)成宣傳及銷售目的，他們在產(chǎn)品上一般也會標(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“力矩傳感器”已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)牧私猓�它是去測量自行車中軸受力時(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的是人眼所不可見的金屬表面微觀形變，所以“力矩傳感器”的測量精度非常高，同時(shí)它也會非常敏感，可以測量極為小的受力。

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)速度超越其它類型傳感器幾十倍至數(shù)百倍，因此使用力矩傳感的電動助力自行車在踩腳踏的同時(shí)，幾乎瞬時(shí)就會有助力輸出，而其它類型會有明顯的助力遲滯感。

線性：“力矩傳感器”的測量是每時(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�就安裝在自行車的后軸與車架的交接處，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)自行車在騎行時(shí)后軸就會受到來自鏈條的拉力，后軸在將力量傳輸給車架過程中就會擠壓鋁合金板，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，它是真的去測量“力“的大小，但它相對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”，測量的不是真實(shí)的力矩，而是單一的橫向壓力，因此它無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”想要測量壓力，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)，力量在傳輸過程中都會產(chǎn)生損耗，更由于金屬的“彈性滯后”效應(yīng)，“后軸勾爪傳感器”測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”安裝在電動助力自行車整車受力最大的地方“后軸與車架之間”，各種路面的顛簸沖擊受力都會通過這部分進(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，測量精度會隨著使用時(shí)間的加長而急劇降低，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，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)，但使用它的車輛必須要重新設(shè)計(jì)車架來安裝它，而且對安裝位置有較高的加工精密度要求，否則就會在安裝的時(shí)候造成傳感器的變形，進(jìn)而造成傳感器測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，因此，使用“后軸勾爪傳感器”就要求開發(fā)新車架或者對原有車架進(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”從外觀上來看最為接近“力矩傳感器”，它名字的由來正是因?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”，就是把電動自行車的“轉(zhuǎn)把”安裝到了牙盤上。

當(dāng)腳在向腳踏施加作用力時(shí)，彈簧被壓縮，“霍爾傳感器”也就探測到磁場的變化，進(jìn)而判斷出受作用力的大小，這與電動自行車旋擰轉(zhuǎn)把使磁鐵產(chǎn)生位移是一樣的。

這種傳感器相對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”作為測量元件，原始的測量精度就不高。在使用了彈簧作為核心結(jié)構(gòu)后，力量在傳遞時(shí)就會被損耗及延遲，進(jìn)一步降低了測量數(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，這也就再次造成測量精度的下降，即便是同一批“扭簧傳感器”也會存在測量精度上的差異。更為重要的是，“扭簧傳感器”這種結(jié)構(gòu)是無法持續(xù)測量力的，比如一開始力量大，彈簧被壓縮，但彈開后就沒有力了，左右腳在切換發(fā)力過程中就會出現(xiàn)很大的波動，所以這就需要使用大的濾波來避免傳感器數(shù)據(jù)波動，這就第三次造成測量數(shù)據(jù)的誤差及延遲。

因此使用“扭簧傳感器”的電動助力自行車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)，曲柄與牙盤之間不是剛性的連接結(jié)構(gòu)，在真實(shí)的騎行過程中就會出現(xiàn)“一彈一彈”的晃動情況，并且用力稍微大一些彈簧就會被壓縮到極限出現(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)比較簡單，沒有什么技術(shù)含量，但加工起來其實(shí)并不算容易，金屬盤片的切削會耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且因?yàn)楫a(chǎn)品一致性差，如果稍微對精度要求高一些，次品率就會很高。

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”是電動助力自行車領(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@樣電動助力自行車才能更好的去理解“人力”，進(jìn)而輔助“人力”，達(dá)到“人電合一”的混合動力騎行體驗(yàn)。不過，在電動助力自行車領(lǐng)域依然有廠商使用跟“力”無關(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，是測量自行車中軸的轉(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變慢，此時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器會認(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)速傳感器就會認(rèn)為你需要強(qiáng)助力，造成速度過快產(chǎn)生安全隱患。為了解決逆風(fēng)、上坡無法提供良好助力的問題，一般使用“轉(zhuǎn)速傳感器”的電動助力自行車還會額外增加“純電動”模式，在遇到上坡逆風(fēng)等情況時(shí)按下純電動開關(guān)就變成了“電動自行車”。

電動助力自行車之所以成為新的趨勢，正是因?yàn)槿藗冊絹碓皆谝怛T行體驗(yàn)，使用“轉(zhuǎn)速傳感器”后，人力與電力之間沒有任何的配合而言，也就丟掉了騎車的最根本興趣。

在“轉(zhuǎn)速傳感器”中，能去測量轉(zhuǎn)速的其實(shí)還是高階型號，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)與有腳踏的電動自行車并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。

通過深度剖析電動助力自行車之技術(shù)原理（一）（二），以及今天這篇綜合對比文章，相信大家對電動助力自行車的實(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)無疑可以折得桂冠，但它也有缺點(diǎn)，那就是技術(shù)門檻高，實(shí)現(xiàn)成本也高，德國BOSCH的一套力矩傳感器助力系統(tǒng)在沒有電池的基礎(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)最為低廉的國產(chǎn)輕客的使用力矩傳感器的整車產(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，在國人對電動助力自行車（Pedelec）還沒有更多認(rèn)知的當(dāng)下，在中國市場想打開局面還有不短的路要走。

責(zé)任編輯：昭歌