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一篇文章读懂电动助力自行车的前世今生
接着,要了解PAS“Power Assist System动力辅助系统”。
对于真正的电动助力自行车(Pedelec)而言,它是只允许以助力模式运行的,也就必须是“人力+电力”的混合动力输出方式,是没有纯电动模式的。之所以只允许使用助力模式,是因为助力驱动模式有效保证了骑行的安全性和可靠性,并且大大增加了一次充电的续航里程,同时有效避免了整车重量的增加,还起到代步和键身的双重效果,让人们可以在保留骑行体验的同时骑得轻松,并骑得更远。因此,“Power Assist System动力辅助系统”的优劣一直是衡量电动助力自行车(Pedelec)水平高低的标准,也是各企业间竞争最为激烈的领域。
雅马哈YAMAHA 的Power Assist System动力辅助系统工作示意图
雅马哈(YAMAHA)在研发PAS之初,就使用了以力矩传感器(Torque sensor)为核心的多传感器控制系统(力矩传感器(Torque sensor),也称为扭矩传感器或转矩传感器),它可以去检测人力的输出力矩,然后调用电力给电机输出力矩来辅助人力,衡量一套动力辅助系统是否足够优秀的标准就是“电力的输出力矩波形是否完美接近人力输出的力矩波形”,然后两个波形的相位尽可能保持一致。人力输出大,电力输出相应提高,人力输出减小,电力输出也相应减少,电力总是按照一定比例随人力的变化而线性的变化,这样才能在骑行时达到最佳的动力辅助,同时最大化的利用好人力与电力,让人骑行变轻松,同时不浪费电力。
一种力矩传感器(Torque sensor)示意图
因此,如何提高力矩传感器的检测精度,提高控制系统的反应速度,让电力输出的力矩更线性一直是研发“Power Assist System动力辅助系统”的核心,目前顶级的系统除了使用力矩传感器,还会配合使用速度传感器以及踏频传感器,因此在数学模型以及算法上也就更为复杂。目前高水准的力矩传感器(Torque sensor)技术、相应的多传感器数学模型以及算法主要掌握在日本及德国的企业手中,直到最近两年,国内的八方BAFANG以及轻客TSINOVA才研发出同样水准的技术,并均已通过欧洲的EN15194、EN300220标准,可以在欧洲市场与BOSCH等公司同台竞技,其中轻客TSINOVA还与松下(Panasonic)成为战略合作伙伴,联合推动电动助力自行车在中国市场的发展。
博世BOSCH中置 Power Assist System动力辅助系统内部结构
“Power Assist System动力辅助系统”除了力矩传感器外,还需要拥有高性能的电机系统以及高效能的电池系统。目前优秀的电动助力自行车均使用“无刷有齿直流高速电机”并使用FOC正弦波控制器,因为电机的转速越高,电机的体积和重量就可以做得越小,并且电机输出效率也就更高。现在中国普遍流行的电动自行车使用的是低速电机,也就是常见的那种直径比较大,但比较扁的电机,而高速电机一般直径比较小,因此显得比较厚。电动助力自行车的电机安装位置主要分为两种,一种是中置,也就是安装在自行车的五通中轴位置,另外一种则是安装在自行车的轮毂中。90年代初电动助力自行车诞生时,雅马哈(YAMAHA)使用了铅酸电池,但很快就改进使用镍镉电池,而近年来随着锂电池技术的发展,目前中高端的电动助力自行车已经基本都是采用锂电池技术。
在上海展上拍到的轻客TSINOVA TP01,使用ABS碟刹、后方盲区提醒等汽车技术
另外,近年来随着技术发展,为了进一步提高电动助力自行车的使用体验以及安全性可靠性,已经有越来越多的汽车技术、电子信息技术被应用到电动助力自行车领域,其中比较有代表性的就是轻客TSINOVA在技术上的探索与开发,如后方盲区提醒、ABS碟刹、正时皮带传动、CAN总线等技术。
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