电动车的全车电路原理

智能型和智能双控型电动自行车从原理上看基本相同。它们都是由车体部件、电池、传动部件、微电脑控制器和测力测速传感部件（俗称力矩传感器）组成。智能骑行时，人的脚踏力由传感部件测量出来，经过微电脑处理，电机输出相应的功率，使人的骑行十分省力。人的脚踏力越大，电机输出的功率即电助力也越大，相反亦然。

　　智能骑行的最大优点是安全、省电和使用方便。骑智能型电动自行车和骑普通自行车完全一样，但由于有电助力，骑行更轻松、省力。欧、美的大部分国家和日本都需要智能型电动自行车。其中，日本只许智能型电动自行车上路，并对智能型电动自行车的要求制定了很严格规定。具体有：

1） 在任何路况情况下，速度小于15km/h时，人力∶电助力≥1，即电助力不允许大于人力，但电助力可接近于人力。
2） 在任何路况情况下，速度大于15km/h 时，速度每增加1km/h，电助力下降1/9。
3） 速度≤24km/h时，整车电助动系统关闭。
4） 人力蹬踏开始后1秒钟之内，电助动系统按上述开始要求工作；人力蹬踏停止后1秒钟之内，整车电助动系统关闭。
5） 为了节约电能，智能型电助动自行车停止运行一定时间（一般为3-5分钟）后，整车处于休眠状态。
6） 必须保证骑行的连续性，电助力不能有断断续续的现象。

　　要实现上列要求的智能骑行，智能型电助动自行车必须具有力矩传感器和微电脑控制器。

　　智能双控型电动自行车是既可智能骑行、也可手控行驶的一种新的车种。它和智能型电助动自行车一样，也需要有力矩传感器和微电脑控制器。智能骑行时和纯智能型电助动自行车一样，手控行驶时和纯电动型电动自行车一样。它和智能车不同之处仅在于微电脑控制器的软硬件略有不同。智能双控型电动自行车是十分适合中国国情和目前电池不完全过关条件下使用的产品。纯电动和纯智能行驶，人都会有疲劳感，交替使用则很轻松；启动、上坡、顶风和加速时智能行驶，减少了大电流使用状况，十分省电，这样既可延长电池寿命，又可增加续驶里程；路况较好、人流稀少时，手控行驶；路况较差、人流稠密时智能骑行，十分安全。智能双控这种控制和使用模式如果设计得当，实现智能和手控之间的无间隙切换，使用十分方便。在中国的大中城市里如果使用这种电动自行车车种，是既安全、又省电的好产品。

　　智能型电动自行车和智能双控型电动自行车的核心部件是力矩传感部件和微电脑控制器。微电脑控制器的软硬件设计不在本文范围之内，下面介绍力矩传感器的有关原理和一些结构。

　　力矩传感器是智能型和智能双控型电动自行车中的测力装置，它的作用是测量人的脚踏力。因此它的安装位置一定要和人的脚踏力相联系。在自行车中，那些地方和人的脚踏力相联系呢？

　　力矩传感器的安装位置和有关方案。

A、脚蹬：脚蹬式力矩传感器。

　　在脚蹬上安装压力传感器，人力施加在脚蹬上，压力传感器即可输出随人力大小而变化的电压信号，通过一套碳刷机构传到微电脑控制器，实现人力、电助力的比例输出。
优点：结构简单，便宜；
缺点：传输路线长，不可靠因素多，不宜采用。

B、曲柄：曲柄式力矩传感器。

　　在曲柄上安装应变片，人力蹬踏时，曲柄产生微变形，应变片输出相应的电压信号。输出信号的大小随人力大小而变化。将输出信号传到微电脑控制器，实现人力、电助力的比例输出。
优缺点同上，不可取。

C、链轮盘：链轮式力矩传感器。

　　把链轮盘设计成主、从动双链轮。主动轮与曲柄固定在一起，从动轮带动链条。主、从动轮之间用弹簧连接。人力蹬踏时，主动轮通过弹簧带动从动轮运动。这时主、从轮之间将产生角位移。测量出这个角位移，通过微电脑控制器处理角位移信号，进而实现人力、电助力之间的的比例输出。这个方案是一个完全实用、可行的方案。

D、中轴：中轴式力矩传感器。

　　中轴传感是很多厂家安放力矩传感器的地方。以日本YAMAHA、台湾的捷安特、美利达为代表的方案在此不另叙述。下面具体、详细介绍一种中轴力矩传感方案。
下图是清华1995年通过日本"国家安全委员会"检测并颁发认定证书的智能型电动自行车中使 偏心轴套用的偏心式中轴力矩传感器原 中轴套理示意图。骑行时，中轴在脚 中轴蹬、曲柄的作用下，在中轴套内转动。同时中轴和中轴套受 图三：中轴力矩传感器示意图到一个向下的力f，这个力将作用在偏心轴套上。偏心轴套安装在五通管内。由于中轴和中轴套与偏心轴套不同心，在这个力f的作用下，偏心轴套将会在五通管内产生转动，形成角位移。人力停止蹬踏时，在另外一个弹性元件的作用下，偏心轴套复位。偏心轴套的角位移的大小随人的蹬踏力大小而变化。测量出这个不停变化的角位移，并以电压信号传输给微电脑控制器，即可实现智能骑行。
优点：结构紧凑，只有一个大五通中轴即可实现智能传感。
缺点：偏心轴套加工比较复杂，有一定的精度要求；此外有六个大小不同的轴承使其成本偏高，但这仅是小缺点，这个方案的最大缺点是由于偏心轴套的旋转，带动链轮盘产生前后微量位移，这个位移会引起链条产生松紧变化。

E、链条：压链式力矩传感器。

　　链轮盘杠杆机构压链式力矩传感器是 平叉 导向轮一种结构简单、造价便宜、
性能可靠、重量轻、使用价值很高的传感方案。搞好了实属价廉物美之产品。 位移测量装置 链条 飞轮具体方案大家一目了然， 图四：压链式力矩传感器示意图
在此不再多说。这里仅将设计时需要注意的一点提醒大家：现在有些厂家也设计了压链式力矩传感器，但使用中由于链条在行驶过程中的抖动产生位移，从而引起力矩传感器的误识别。图示方案采用杠杆原理，使导向轮在力的作用下，上下移动的范围控制在2∽3mm之内，通过杠杆原理放大，位移传感装置接受到的位移量将在10∽15mm左右。这样就可有效地克服链条抖动产生误动作。压链式力矩传感器技术成熟，有应用前景。

F、飞轮、后轴、轮毂：后置式力矩传感器。

　　将力矩传感器置于飞轮、后轴、轮毂处的方案可统称为后置式力矩传感器。
后置式力矩传感器的大体都采用主、从动轮方案。主动轮与飞轮相联，从动轮与后轮相联，中间用弹性元件连接，原理与链轮式力矩传感器基本相同。后置式力矩传感器安放在轮毂内部时，主动轮与飞轮连接，从动轮与轮毂外转子连接，中间是弹性元件。日本三洋和北京清华都已研制、生产了含内置式力矩传感器的电机轮毂，已申报了相关专利。

　　上面简单介绍了力矩传感器的基本原理。具体应用须看整车的具体布局和质量、价位和对测力的要求来选择何种方案最合适，不能生搬硬套。总之，了解一些力矩传感的知识是非常必须的。现在有些厂家自称掌握了智能型电动自行车的技术，但是不懂力矩传感方面的知识。他们所说的智能技术是假智能。假智能的骑行感觉是不好的。我国的电动自行车要走向世界，必须掌握智能技术和力矩传感技术。同时，为了生产出合格的智能型电动自行车，还必须掌握微电脑控制技术。只有这样，我们才有可能成为真正的电动自行车大国、强国，为中国的电动自行车事业作出自己的贡献！

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