隨著電動自行車備受青睞且日漸盛行，自行車系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)制定了優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)功率和性能的目標(biāo)。 為了最好地支持騎車人，他們使用傳感器來提供所需數(shù)據(jù)，并根據(jù)總轉(zhuǎn)速來調(diào)整引擎的功率支持。
目前自行車市場發(fā)展迅猛，無論電動還是非電動自行車都是如此。 在線門戶網(wǎng)站 Statista 開展的最新調(diào)查證實(shí)了這一點(diǎn)： 在德國，44% 的受調(diào)查者每周至少騎幾次自行車。 采用高科技驅(qū)動系統(tǒng)的電動自行車無疑是主流趨勢。 憑借均衡的駕駛特性，中央引擎已經(jīng)在各種引擎系統(tǒng)中確立了自己的全能地位。 引擎的響應(yīng)能力需要針對環(huán)境和騎車人騎車行為產(chǎn)生的影響進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。 這可以通過扭矩、傾角和速度傳感器來實(shí)現(xiàn)。 這些傳感器為引擎控制單元提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便根據(jù)具體行駛情況支持騎車人。 速度傳感器用來監(jiān)控車速，并在助踩式電動車達(dá)到 25km/h 以及摩托式電動車達(dá)到 40km/h 的速度限值時(shí)關(guān)閉引擎。 轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器的任務(wù)是根據(jù)騎行速度和踩踏力量調(diào)整引擎的功率輸出。
用于中央引擎的速度傳感器
到目前為止，電動自行車行業(yè)使用兩種成熟的傳感器技術(shù)進(jìn)行測速。 它們分別是磁簧和霍爾技術(shù)。 這兩種類型的傳感器都安裝在后輪的自行車架上以測量轉(zhuǎn)速。
磁簧開關(guān)可用于各種行業(yè)和應(yīng)用。 其優(yōu)勢顯而易見：價(jià)格低廉，易于操作。 此外，它們不需要任何額外供電，氣密式密封使其免受灰塵顆粒、油和濕氣的影響。 磁簧開關(guān)與外部磁體相結(jié)合是目前最常見的電動自行車測速系統(tǒng)。 該系統(tǒng)表現(xiàn)出極高的簡便性。 在電動自行車后輪的輻條上安裝一個永磁體。 車輪每旋轉(zhuǎn)一圈，永磁體都會經(jīng)過與其相對的磁簧開關(guān)。 磁簧開關(guān)固定在自行車架上，一旦永磁體閉合其電路，即通過電纜發(fā)送一個電信號。 引擎中的控制單元據(jù)此計(jì)算車輪轉(zhuǎn)速。
與磁簧開關(guān)相比，霍爾傳感器由于其物理原理而需要外部連續(xù)供電。 因此，霍爾傳感器可以歸類為有源傳感器，它們需要集成電子器件進(jìn)行信號處理。 霍爾傳感器的優(yōu)勢在于其緊湊性和可靠性。 它們可以承受高達(dá) 35g 的沖擊，而且不受污垢和濕氣的影響。 霍爾傳感器內(nèi)沒有移動部件，可以避免磨損和摩擦。 這可以實(shí)現(xiàn)幾乎無限的使用壽命。
與磁簧開關(guān)相比，ZF 霍爾傳感器直接瞄準(zhǔn)速度轉(zhuǎn)盤而不是外部磁體。 速度轉(zhuǎn)盤可以固定在制動盤旁，也可以對制動盤進(jìn)行改造后將霍爾傳感器直接瞄準(zhǔn)制動盤。 旋轉(zhuǎn)角度以及傳感器和速度轉(zhuǎn)盤之間的空隙需要得到協(xié)調(diào)。 速度轉(zhuǎn)盤需要采用鐵磁性材料制成，上面間隔均勻地設(shè)有開孔。 這樣霍爾傳感器就可以記錄磁場的變化，并最終通過電纜向控制單元發(fā)送電信號。 速度轉(zhuǎn)盤的規(guī)格和設(shè)計(jì)由各自引擎制造商根據(jù)特定布局要求和分辨率等級來確定。 如果選擇額外安裝一個速度轉(zhuǎn)盤，需要將其固定到制動盤旁的鏈條軸承上，與霍爾傳感器相對且距離只有幾毫米。 如果選擇直接瞄準(zhǔn)制動盤，制動盤也必須有間隔均勻的開孔以便觸發(fā)信號。
與磁簧開關(guān)加外部磁體的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，霍爾傳感器和圓盤組成的整個系統(tǒng)在電動自行車引擎的功能安全性、防篡改以及響應(yīng)能力方面具有顯著優(yōu)勢。
功能安全性
更好的功能安全性一方面可歸因于霍爾傳感器的特性，另一方面可歸因于整個系統(tǒng)。 霍爾傳感器完全無磨損，不受污垢和振動的影響。 因此，這種傳感器應(yīng)用適合越野騎行和不平坦地面。 此外，速度傳感器和速度轉(zhuǎn)盤都牢固地集成到車架和輪軸中，從而能夠可靠地測量車速。 而在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，輻條上的外部磁體很容易偏離原始位置，從而對速度測量產(chǎn)生不良影響。
引擎的響應(yīng)能力
這種測速系統(tǒng)的主要優(yōu)勢和獨(dú)特賣點(diǎn)是具有很高的測速分辨率。 與每轉(zhuǎn)只發(fā)出一個信號的磁簧開關(guān)不同，霍爾傳感器和速度轉(zhuǎn)盤可產(chǎn)生多達(dá) 30 個或更多信號。 具體數(shù)字取決于速度轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)和所需分辨率的要求。 該傳感器檢測轉(zhuǎn)盤中的開孔，每個開孔發(fā)送一個信號。 因此，引擎能夠更快地對車速變化做出反應(yīng)，從而更加動態(tài)地支持騎車人。 尤其是在坡道起步或低速騎行時(shí)，霍爾傳感器可以檢測到小幅加速，使得引擎更快做出響應(yīng)。 這樣就能提供更好的互相協(xié)調(diào)的騎行助力。
增強(qiáng)防篡改功能
通過比較 2014 年和 2017 年的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)德國電動自行車騎車人的傷亡人數(shù)上升了一倍多，從 2,213 人升至 5,115 人。 據(jù)估計(jì)，在德國每三輛電動自行車中就有一輛經(jīng)過篡改以提高限速。 因此，缺乏經(jīng)驗(yàn)的騎車人面臨著更長制動距離，在上下坡以及轉(zhuǎn)彎時(shí)難以很好地駕馭電動車。 事故數(shù)量正持續(xù)增多。 德國自行車協(xié)會 (AGF) 成員明確反對國際自行車行業(yè)對電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行任何形式的篡改。 他們希望業(yè)界不斷加強(qiáng)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)以防止篡改。
人們有多種方法可提高限速。 一種方法是將一個調(diào)諧芯片連接到后下叉來每隔一個地過濾掉傳感器信號。 這樣就可以將出廠設(shè)定的電機(jī)助力輸出增大一倍。 另一種選擇是改用其他位置的傳感器信號。 最常見的位置是踏板和踏板曲柄之間的螺釘連接。 在傳統(tǒng)測速系統(tǒng)中，人們將輻條上的外部磁體拆下，然后用踏板上的磁性螺釘代替。 磁簧傳感器被重新定向，改為對該螺釘?shù)拇艌鲎龀龇磻?yīng)。 踏板的轉(zhuǎn)數(shù)少于車輪的轉(zhuǎn)數(shù)。 因此向控制單元傳輸?shù)男盘柛伲沟糜?jì)算出的車速低于實(shí)際值。 在超出最大允許車速后，引擎仍會繼續(xù)提供動力支持。 霍爾傳感器加車速轉(zhuǎn)盤的組合能夠防止這種類型的篡改。
ABS 趨勢
除了在連通性和電動引擎領(lǐng)域的眾多創(chuàng)新之外，ABS 系統(tǒng)在電動自行車市場的重要性也與日俱增。 搭配額外速度轉(zhuǎn)盤或經(jīng)改造制動盤的霍爾傳感器是這種應(yīng)用的首選解決方案。 由于具有高分辨率，霍爾傳感器能夠在制動期間準(zhǔn)確測量前后車輪的速度變化。 利用所得出的速度值，ABS 控制單元能夠以協(xié)調(diào)和受控的方式將車輪減速。 這樣可以在緊急制動期間避免騎車人飛出或翻滾。 由于城市交通流量與日俱增，緊急制動越來越頻繁。 因此，為確保在城市安全騎行，對 ABS 系統(tǒng)的需求不斷增加，對于城市電動自行車而言尤其如此。
