純力矩助力技術將推動小型電動車產業(yè)

1、純力矩助力技術將推動小型電動車產業(yè)蘇州市明盛電子有限公司一、概述力矩傳感助力技術是現(xiàn)代電動自行車的高端標志，是國際市場主 流低速小型電動車的代表產品。使用力矩傳感助力技術的電動自行車電動自行車被稱為電力輔助 自行車或稱助力電動自行車。這種電動車系以電力驅動輔助人力的方 式騎行，不蹬不走，形式與自行車無異，而完全不同于純電動的騎行 方式。這與各國現(xiàn)行交通法規(guī)或道路交通法規(guī)定的非機動車的概念、 定義并無沖突和抵觸，故無被禁止騎行或銷售之虞。力矩助力騎行的重大優(yōu)勢在于：由于人力的參與，減少了可充電電池 這一車載有限能源的電能消耗。與純電動驅動方式相比，在保證相同 續(xù)行里程的情況下，電池容量可減小一半

2、，電池的體積、重量、造價 均可大大減少，電機所需功率、重量也可減少，車重將顯著降低。而 在同等電池容量的情況下，則一次充電續(xù)行里程可增加1倍，與此帶 來相應的在一定時間內電池需充電的次數(shù)將大大減少、兩次充電時間 間隔及電池使用壽命都將顯著延長。對前一種情況，以通常使用的36V、10AH的鉛酸電池為例，電池重量 可減少約6kg，48V、12AH電池約可減少10kg，48V、20AH電池約減 少13.5kg。例如：當要求一次充電續(xù)駛里程為40km左右、助力比在1： 1的情況下，以使用鉛酸電池的鋼車架為例，電池將由36V10AH的12kg減少為36V5AH的6kg，即整車重量將由42kg減少為36k

3、g。由于電池重量輕了一半，對于每天必須手提沉重的電池 上樓充電的婦女、老人，無疑是一大福音，大大減輕了負擔。由于電 池重量占整車重量很大比例，如采用力矩助力技術，目前我國電動自 行車產品中相當大部分的品種特別是所謂豪華款（俗稱大包車） 的重量超標現(xiàn)象也將減少。國外標準，特別是頗具影響力的歐盟與日本標準都規(guī)定了電動自 行車必須以電力輔助的驅動方式騎行，但車速超過25km/h或24km/h 后必須需切斷電力一一只能依靠人力蹬踏以普通自行車的方式騎行。 這種方式自然限制了高速飆車的可能以及大大降低了對騎行人自身 或行人的交通傷害幾率。如我國也采用這種先進的驅動方式，民眾需 求、企業(yè)生產規(guī)格與現(xiàn)行標準

4、的矛盾沖突也將大大減少（目前國標一 GB/T17761規(guī)定電動自行車車重不得超過 40kg，車速不得超過 20km/h），對車架的強度、剛度的設計要求與保證將可有所降低，車 重與材料或制造成本也可減少。此外，人力輔助騎行的優(yōu)點是還可運動健身與防病，這可大大減 少全電動方式在寒冷天氣騎行對人體膝關節(jié)部位的損害與患病的發(fā) 生幾率。采用先進的助力技術，將為我國電動車大舉進入國際市場開辟了 通途大道，這對提高我國電動車產業(yè)的總體科技水平、進軍高端市場、 創(chuàng)造高技術附加值與巨額產值、利潤都意義重大。根據(jù)我國的現(xiàn)行標準與國情，在目前純電動方式電動車已大量普及的 情況下，推廣力矩助力電動車當然需要加大廣告宣

5、傳力度與引導消費 的過程，要讓民眾充分體驗電力輔助/力矩助力騎行方式的輕松、舒 適與運動健身的優(yōu)點，以及了解可大大延長一次充電續(xù)行里程、延長 電池使用壽命期限、減少重新購買電池花費等重大優(yōu)勢。此外，新型電動自行車還可設計成電動/助力雙模式工作，在長 時助力騎行感覺疲勞的情況下，用戶可自由或自動切換至電動騎行模 式。對老人、婦女或體弱的用戶群體，助力比可加大并設計為多種比 例例如1.5 : 1, 2 ： 1，3 : 1等，并可由用戶在騎行中自由選 擇切換，以達到騎行輕松省力、舒適的滿意效果。國內目前的所謂1+1助力實質是極簡單的助速度，非助力。這種 控制方式是依據(jù)踏速信號控制車速，踏速越快，車速

6、越高。在遇頂風 或爬坡等高阻力、重載荷時，車速就低，電力驅動功率能提供的反而 小，根本無法助力輕松騎行，因而是假助力，這與具有高科技含量的 真力矩助力技術實際有天壤之別，風牛馬不相及。二、助力技術發(fā)展歷史與各國標準現(xiàn)狀力矩檢測助力技術系由日本YAMAHA公司于1993年發(fā)明，被稱為 PAS助力技術，或簡稱1+1助力技術，也稱1： 1助力技術。力矩助力技術的助力比定義為：人力蹬踏輸出功率與電力驅動功率之 比。這里，電力驅動功率為電機輸出功率與傳動損失之差，或等于電 動車總輸出功率與人力蹬踏輸出功率之差。真力矩助力技術的核心是依據(jù)路況不同與騎行人主觀期望控制車速 快慢的意愿，經由蹬踏力矩傳感器檢測

7、騎行人在蹬踏騎行過程中的力 （力矩/轉矩），再通過單片計算機智能控制電動車驅動電機的輸出功 率以達到與騎行人輸出的蹬踏功率成一定比例的技術。該項技術至今已經歷了十余年的發(fā)展歷史。然而，至今仍暢行不 衰。由于該技術的先進性與多方面的優(yōu)點，至今已成為日本小型電動 車的國家標準(JIS)與道路交通法的法定規(guī)格。由于這種電動車形 式上依然靠人蹬踏行駛：不蹬車不走，電機只起輔助助力作用，因此 被稱為電力輔助自行車。這種電動車與自行車相比，無論從外觀上或 騎行方式上都沒有根本區(qū)別，加之能自動限制其最高車速(日本標 準規(guī)定為24km/h ),使其在超過最高車速后只能完全靠人力騎行， 從而可完全避免了飆車的可

8、能，大大減少了交通事故的發(fā)生，因此能 被視為非機動車，允許在非機動車道路上行駛。助力比原僅為1:1， 2008年日本JIS標準及道路交通法考慮到能更好地適應日本已進入 老齡化社會的現(xiàn)實需要，特別是老人和婦女等體力弱群體的舒適、輕 松騎行的需求，新標準助力比已提高到2 : 1，加大了電輔助驅動部 分的比例，使蹬踏更省力。國際市場助力電動自行車商品，考慮到社 會各類人群的不同愛好與需求，也提出了其他比例。與中國電動自行車現(xiàn)行標準(GB/T17761)不同，國外大多數(shù)國 家的交通法規(guī)都已把純電動式自行車視為機動車因而對其嚴格加以 限制并禁止使用，就是因其完全靠電力驅動行駛；這實際已成為我國 電動自行

9、車直接出口、進入世界電動自行車市場的最大障礙。目前，世界許多國家和地區(qū)都制定了與日本電動輔助自行車標準相似 的法規(guī)或標準。歐盟頒布的新標準(EN 15194:2009)雖未給出助力 比與車速的關系，但明確規(guī)定了電動助力時的車速上限為25km/h， 且僅限于允許以電動助力的方式在交通道路上行駛。歐洲市場的主要 商品電動自行車，幾乎都是真力矩助力技術的類型。只有少數(shù)國家， 例如美國與加拿大，由于地廣人稀、道路寬暢的國情，允許純電動工 作方式的電動自行車的騎行，車速上限也較高，最高可達32km/h， 電機功率也允許使用的較大：可達750W或1000W。三、力矩助力技術與傳感器力矩助力技術的實現(xiàn)的直接

10、測量方法是檢測XMK電機內部騎行 人蹬踏的扭矩與轉速，兩者之乘積即為人力蹬踏輸出的功率。檢測扭矩需要使用轉矩傳感器，屬力學傳感器類。最基本的轉矩傳感 器為機械彈性扭桿結構，利用各種傳感器直接檢測中軸在蹬踏扭矩的 作用下產生的應力、應變、扭角或位移都可得到蹬踏扭矩信號。轉矩傳感器是機械領域檢測專業(yè)中最重要的傳感器之一，由于通常必 須優(yōu)先采用非接觸測量技術，加之需要應用許多高性能材料或部件、 元件制造，結構復雜，因而制造成本很高，售價昂貴。例如工業(yè)上應 用的國產轉矩傳感器價格就高達近萬元。加之體積重量大，無法也不 可能在電動助力自行車上直接應用。傳感器檢測基于各種原理的都有，例如磁電、光電等。日本

11、松下 電動自行車產品屬于應用磁致伸縮薄膜的導磁率隨應力變化的原理 進行檢測。目前，已提出各種各樣類型的助力檢測裝置，其基本原理除直接 檢測中軸部位以外，在蹬踏力矩作用于傳動系統(tǒng)的任意環(huán)節(jié)上，諸如 鏈論、鏈條、飛輪、軸承以至車架、輪輞、曲柄、腳蹬等處，原則上 只要能利用檢測到的、相應產生傳遞的作用力、反作用力或彈性變形 等，都可采用各種傳感器間接測量蹬踏轉矩的大小。但能否成功地獲 得實際應用，還得視其是否結構是否簡單、工藝制造難度低、成本低、 壽命長、耐受惡劣工作環(huán)境、靈敏度高、長期穩(wěn)定性好、重復性好、 線性度好等等。這類傳感器，目前都是以機械力作用的原理為基礎，實際能成功 地應用于小型助力電動

12、車的并不多，許多產品或是因其結構復雜、工 藝難度高、品質控制困難、影響因素多，或是敏感材料制備困難，制 造成本高，或是靈敏度低、穩(wěn)定度差、抗干擾性差，很多未能得到大 規(guī)模的實際應用。此外，敏感材料的制備、處理工藝通常也十分復雜。以磁致伸縮 材料為例，其合金的制備、成型或粘合、涂裝工藝流程很長，做好品 質控制并非易事。何況這類傳感器輸出的信號通常都十分微弱，還必 須經過精密放大才能供單片機運算處理。否則，很難保證傳感器的穩(wěn) 定性與一致性。綜上所述，這類傳感器的制造成本很難大幅度降低，否則可靠性 會很差。正由于售價很高的原因，難以在電動自行車這類低價民用。四、基于加速度傳感器助力技術的重大創(chuàng)新我們

13、的力矩傳感與檢測原理突破了上述思維的局限，采用全新的 原理一一即基于路況、車況檢測的方法，使用先進的電機內置扭矩傳 感器為核心傳感器，可同時檢測出電動自行車前進的速度、扭矩變形， 通過單片機的強大數(shù)字轉換與計算功能，利用編程軟件，根據(jù)地面車 輛理論，依據(jù)騎行總阻力和運動方程能快速計算出騎行所需要的總牽 引力與功率，再根據(jù)助力比與蹬踏轉速可計算出電機應輸出的扭矩， 并據(jù)此按測控軟件程序以先進的控制技術控制電流，實現(xiàn)所要求的助 力比特性。我們的技術創(chuàng)新已取得了圓滿成功，現(xiàn)已開始進入批量生產階段。 新產品裝備的助力電動自行車的騎行感覺十分舒適、輕松、流暢，跟 隨性好，頂風爬坡性能優(yōu)良。經試驗騎行，已獲得了不少國內外重要 廠商、業(yè)界專家的高度評價。新產品與我們先進的正玄波控制器配套， 以36V、8AH電池、力矩助力比裝備的所謂簡易款電動車一次充電續(xù) 駛里程實測已輕而易舉的超過了 85公里。這種基于扭矩變化傳感器檢測的全新控制電機實現(xiàn)了全電子化， 體積小，安裝方便，可迅速組織大批量生產，具有現(xiàn)代電子產品的一 切屬性與優(yōu)勢一一高生產率、可復制、性能高度穩(wěn)定，品質管控技術 成熟、工藝性、一致性好、成本可望隨大批量生產迅速下降。目前其 制造成本已顯著低于基于純機械原理的傳感器，因此，可以毫不夸張 地說，新一代助力傳感技術是真正的顛覆性新技術，他的誕生將徹底 改變目前助力自行車的產業(yè)格局