隨著小米電助力摺疊自行車的發布，激發了人們對於這類相對新興的出行工具的興趣，不過很多人對於這種電助力自行車並不太了解，在聽到小米電助力自行車的價格時也會產生這樣疑問：三千都夠買個電動車了，為啥要買個需要腳踏的自行車呢？由此也可以看出，人們對於這類產品確實存在一定的認識誤區，所以今天我們就來聊聊電助力自行車的技術原理，讓你對這類產品有進一步了解。
雖然電動車和電助力自行車都是電助力交通工具，但我們必須要認識到的一點事，電助力自行車和電動車兩者有著嚴格的區別，所以將兩者並不屬於同一類產品。較為直接的區別就是，電助力自行車不具備純電力騎行模式，而是需要「人力+電力」的混合動力驅動，這和電動車的純電動模式有著本質的區別，而騎這種車的方式與騎自行車沒什麼區別。電力提供的助力能夠解決了騎自行車費力的問題，同時配合人力的驅動，所以在搭載不大的電池的條件下就可超越一般電動自行車的續航裡程，實現更遠距離的騎行。
電助力自行車的核心助力技術
首先，電助力自行車最早誕生於日本，並且採用的是一力矩傳感器為核心的「Power Assist System動力輔助系統」，是一種「人力+電力」的混合動力模式，同時也可以依靠單純人力驅動。電助力自行車擁有自行車的輕巧和便捷性，又能夠有效彌補自行車上坡、逆風、載物時的負擔感的個人交通工具。它以傳統自行車為基礎，搭載以力矩傳感器為核心的動力系統，配有電機與電池。與電動自行車（電驢）最大的區別在於它不是通過轉把來調節動力大小，而是以力矩傳感器去感知騎行者踩腳踏的力度，根據人力的大小進行判斷，為騎行者提供相應的動力支持。目前全球範圍內擁有動力輔助系統的企業有不少，但在動力輔助系統裡使用力矩傳感器的卻僅有幾家，如德國博世、馬牌，日本山葉、松下，這些企業基本都與汽車、新能源行業相關，技術研發門檻很高，一般的企業很難進入。
山葉的三傳感器示意圖
目前，國內也有一些公司在獨立研發針對電助力自行車的「力矩傳感器」，其中八方BAFANG、輕客TSINOVA都是比較有代表的少數可以獨立研發Power Assist System動力輔助系統的企業，掌握了核心的力矩傳感器技術以及相應的算法，八方BAFANG的中置電機系統已經獲得一定的市場份額。而輕客TSINOVA還另闢蹊徑，開發出更為模塊化的VeloUP威履智慧動力系統。
八方BAFANG的中置電機系統
VeloUP威履智慧動力系統
作為替代的「非力矩」傳感器
由於力矩傳感器以及相應的系統研發存在一定的技術門檻，因此產生了幾類另闢蹊徑的替代技術，它們主要在於傳感器的替代以及可實現的簡化算法，比較有代表性的就是後軸勾爪傳感器、扭簧傳感器、以及轉速傳感器，但這些傳感器與力矩傳感器均有較大差距，所以大多都是用於低端的電動助力自行車，其中後軸勾爪傳感器表現較好，這也是近期發布的小米電助力摺疊自行車助力系統所採用的傳感器；扭簧傳感器由於不能提供線性的助力輸出，所以騎行的體驗差強人意；而轉速傳感器的助力有明顯的延遲現象，同樣造成體驗不佳的問題，基本只在一些低端的電助力自行車上使用。下面我們就來詳細介紹下幾類常見的「非力矩」傳感器。
1.後軸勾爪傳感器
後軸勾爪傳感器是目前應用比較廣泛的一類傳感器，在BH以及GIANT的低端電動助力自行車產品中也會使用，小米電助力摺疊自行車也是同樣的傳感器，是一種相對表現比較好的解決方案。它們都是通過安裝在自行車的後輪中軸與車架的轉接處的壓力傳感器來實現，當我們在踩腳踏時，力量會通過鏈條傳遞，最終擠壓後軸位置，再通過後軸的壓力傳感器測量出力量的大小，然後就再根據測得的這個力量來為用戶提供動力輔助。
後軸勾爪傳感器結構圖
不過這種後軸勾爪傳感器也存在一定的問題，那就是輔助動力的輸出會有一種彈性滯後的效應，同時傳感器安裝到這個的維護性也比較差，由於這個位置是整車受力比較大的地方，當後花鼓接觸到地面的時候，都會導致傳感器塑性變形，從而導致監測的基本值變高，助力變小，向下騎行時也是比較危險的，控制器會認為有力的輸出，會導致車在沒有任何操作的時候「飛車」，所以後軸勾爪最大的問題是存在滯後性，以及壽命比較低。具體的判斷方法就是，這種傳感器在後軸位置和普通自行車是不一樣的，一般會經過專門改造，對車輛的加工成本也比較高。
2.扭簧傳感器
另外一種就是扭簧傳感器，扭簧傳感器是在牙盤中內置霍爾傳感器，並使用多根彈簧結構，其實就是將電動自行車的擰把安裝到了牙盤中，蹬踏越用力，壓縮彈簧也就越多，霍爾傳感器也就探測出磁場變化，因而輸出更多電力給電機。扭簧傳感器最主要的問題就是不精確，測量有延遲、不及時，分檔位，不線性。這種傳感器當你踩踏踏板的時候會壓縮彈簧的形成，根據胡克定律可以算出來壓縮的量，可以探測出實際使用了多少力。但同樣存在一定的問題，一個是使用彈簧形變被放大，車不動的時候，會先踩下去一個角度，對於騎行愛好者來說是個問題，會洩力。二是測量有延遲，會有機械的變形和轉動，探測到變形的量會有延遲。
扭簧傳感器結構圖
另外，扭簧傳感器的精度不夠高，因為是採用線性彈簧作為轉接線，不是剛性的連接，是無法持續測量踏踏力，一開始力量大彈簧被壓縮，給你助力，你的力小的時候彈簧被攤開，攤開以後助力變小，力會變大。騎行過程中是一個反反覆覆，上下波動的關係，這被認為是一個比較不好的解決方案，但是現在這種在國內的市面上比較常見，主要的原因也是因為成本比較低，也能實現一部分的力矩的換形。該怎麼判斷呢？其實很簡單，你可以試著去按壓曲柄，如果能夠轉動就說明用的是扭簧傳感器。
3.轉速傳感器
轉速傳感器有多種類型，其中最為簡單的就是利用兩塊兒磁鐵，一塊兒安裝於自行車的五通位置，一塊兒安裝於曲柄，原理與自行車碼錶的踏頻傳感器類似，在騎行過程中每蹬一圈，磁鐵就會描過一次，則認為電源打開一次，然後提供助力。這也就導致了，騎行的越快助力越大，騎行較慢時助力越小，這樣就不能夠提供實時助力的效果，在另外一方面也說明了這類傳感器存在一定的安全隱患，當消費者在下坡的時候，踏頻會比較快速，所以會感覺越騎越快。判斷的方式很簡單，起步或上坡的時候如果沒有助力輸出的就是採用的轉速傳感器。
轉速傳感器結構圖
總結：
通過對電助力自行車動力輔助系統的全面了解，從技術產品和用戶體驗的角度來說，目前力矩傳感器的依然是市場的主流，能夠在騎行中提供及時和適當的輔助動力，從而讓用戶獲得最佳的助力騎行體驗，而一些非力矩傳感器則在價格上擁有一定的優勢，在更低的價格下，也能滿足一定的助力騎行，不過兩者在實際的騎行中還是存在一定的差異。隨著電助力自行車在國內的興起，未來市面上也會有不同類型電助力自行車產品的出現，從而滿足不同消費群體的差異化需求，這或許也能從一定程度上解決人們出行難的問題。■