基本介紹
- 中文名：機車
- 外文名：pedelec
簡介,基本介紹,發展歷史,技術特點,主要部件,發展趨勢,
簡介
機車，英文名稱為“pedelec”或者E-bike，是指在普通腳踏車的基礎上整合了以力矩感測器為核心，配以踏頻感測器、速度感測器組合而成的“三重感測系統”的新型交通工具，感測器系統可以精準的感知騎行者在騎行過程中的踩踏力、踏頻以及車輛行駛速度，並通過算法對三重數據進行處理，最終控制電機輸出符合騎行者所需求的動力，讓騎行過程變得輕鬆省力。
基本介紹
機車的英文名稱為“Pedelec”，由Pedal（腳踏）、Electric（電動）、Cycle（腳踏車）三個單詞組合而成，即“擁有腳踏的機車”。機車與目前國內理解的“電動腳踏車”最本質的區別在於， 國內大多數所謂的電動腳踏車已經取消腳踏車的腳踏設計，變成了“電摩”，也就是“電動機車（Electric Motorcycle）”，單純使用電力作為動力來源，完全取代了人力。 而機車是“人力+電力”的混合運行模式，電力的加入不是為了取代人力，而是對人力進行加強（如同鋼鐵俠的鎧甲），因此如果不踩腳踏，電力是無法單獨驅動車輛前行的。另外機車與“電摩”最大的一個區別在於，機車從外觀上幾乎等同於腳踏車。並且機車在斷電或者關閉電源之後，就變成了一輛普通的腳踏車，仍然可以自由騎行。
發展歷史
機車最早於80年代末90年代初發源於日本，在日本被廣泛稱為PAS（Power Assist System動力輔助系統的縮寫）。世界上第一款機車在山葉（YAMAHA）誕生，隨後松下（Panasonic）、三洋（SANYO）、普利司通（Bridgestone）、本田（Honda）也推出了採用同類技術的產品。機車在日本是非常普及的交通工具，經過長時間的使用，有關機車的技術規範以及法律法規都極為完善。非常值得注意的一點是，日本要求機車必須採用“比例助力”控制系統，也就是“人力+電力”同時運行的混合模式，或者單純的人力騎行，而不允許採取純電力運行模式。之所以有這樣的強制要求，是經過大量的長時間使用總結的經驗，而主要的考量點是騎行的安全性與車輛的可靠性。
90年代末，機車的概念進入中國，但由於技術壁壘以及生產工藝上的原因，中國企業無法研發出Power Assist System動力輔助系統。而從日本進口重要零部件成本極高，整車出品後嚴重超出中國的主流消費水平。因此，中國企業轉變思路，在機車上使用了各種替代技術，但動力輔助均效果不佳，最終機車的“擰把”（或稱之為“油門”）結構大獲成功，這也就是目前我們生活中最常見的“電摩”，也正是因為這種結構，目前中國的電動腳踏車已經越來越像機車，絕大多數已經取消腳踏，失去了“腳踏車”原本的樣子。 直到近兩年，創辦於清華大學的輕客（TSINOVA）通過自主研發打破了技術壁壘，讓機車在中國的普及成為可能。
作為腳踏車文化中心的歐洲，早些年部分歐洲人認為機車是為體力不好的人群設計，因此早期用戶一般為“銀髮族”，但隨著機車的普及，近些年山地款的機車備受推崇，對於熱愛騎行運動的歐洲人來說，機車的“人力+電力”的混合運行模式為騎行帶來了更多樂趣，相對普通腳踏車，機車可以騎得更遠，爬得更高，尤其對於山林穿越、坡道速降等極限騎行更為刺激。
技術特點
PAS“Power Assist System動力輔助系統”。
山葉（YAMAHA）在研發PAS之初，就使用了以力矩感測器（Torque sensor）為核心的多感測器控制系統（力矩感測器（Torque sensor），也稱為扭矩感測器或轉矩感測器），它可以去檢測人力的輸出力矩，然後調用電機輸出力矩來輔助人力。衡量一套動力輔助系統是否足夠優秀的標準就是“動力的輸出是否符合使用者的力量需求“。人力輸出大，動力輸出相應提高，人力輸出減小，動力輸出也相應減少，動力總是隨人力的變化而線性的變化，這樣才能在騎行時達到最佳的動力輔助，同時最大化的利用好人力與電力，讓人騎行變輕鬆，同時不浪費電力。
博世BOSCH中置 Power Assist System動力輔助系統內部結構
VeloUP！威履！智慧動力系統
目前輕客TSINOVA屬於中國少數可以獨立研發Power Assist System動力輔助系統的企業，掌握了核心的力矩感測器技術以及相應的算法。輕客TSINOVA還另闢蹊徑，開發出更為模組化的VeloUP！威履！智慧動力系統。更值得注意的是，輕客TSINOVA在網際網路大數據的實用化方面取得突破，所開發的系統可以收集用戶的騎行數據，進行深度學習，這也就意味著隨著個體用戶使用時間的增長以及整體用戶的增多，動力輔助系統會變得越來越智慧型，動力的提供不再局限於固定的比例提供，而是按照個體用戶的使用習慣去匹配，在人機互動上達到新的高度，很好的解決了困擾博世BOSCH、山葉YAMAHA等企業多年的低齒比助力不夠線性的難題。
輕客TSINOVA開發出的模組化的VeloUP！威履！智慧動力系統
主要部件
力矩感測器
隨著技術發展，尤其是日本及歐美對於腳踏車這種形態的個人交通工具的推崇，“力矩感測器”最終被套用到了腳踏車上。 “力矩感測器是目前機車領域最前沿的技術之一，是市場上大部分高端機車動力輔助系統理解騎行者意圖的核心。雙邊力矩感測器技術長期被德國BOSCH及日本YAMAHA等幾家跨國公司壟斷，搭載這種感測器的車輛售價一般在2000歐元以上，這也是機車在中國無法打開市場的一大原因。[1]在國內的機車技術研發團隊中，輕客自主研發出了以力矩感測器為核心的VeloUp！威履！智慧動力系統，包含力矩、踏頻、速度三重感測器能自動感知用戶騎行意圖和車輛狀況，從而使整車輸出相應大小的綿密動力。獨家研發的高精度雙邊力矩感測器獲得多項專利，在測量精度、反應速度、使用壽命等方面處於領先水平。
力矩感測器：測量用戶腳踩踏板的力量大小。
踏頻感測器：測量用戶腳踏的頻率。
速度感測器：測量車輛速度，識別車輛騎行狀態。
機車因為力矩感測器以及相應的系統研發門檻過高，所以不少另闢蹊徑的替代技術也因此而誕生，主要在於感測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感測器、扭簧感測器、以及轉速感測器，但這些感測器與力矩感測器均有較大差距，所以大多都是用於低端的機車，其中後軸勾爪感測器其實就是安裝在腳踏車後鉤爪的壓力感測器，它可以檢測壓力，與力矩感測器直接測量力矩有不小的差異，性能上有所不如，但已經屬於最為接近的技術。扭簧感測器則差強人意，而轉速感測器因為體驗太差基本已經被淘汰。
整車控制器VCU
整車控制器（VCU，Vehicle Control Unit）：是系統的控制核心（大腦，相當於電腦的CPU）。整車控制器運用汽車級飛思卡爾ARM Cortex-M0+ 32位核心處理晶片，2毫秒內完成計算來自力矩、踏頻、速度三重感測器的用戶騎行及車輛狀況數據，並通過高速傳輸線束實現通訊，調動動力鋰電池、高性能電機及時輸出動力。
所採用的局域控制網路CAN匯流排技術通過大頻寬傳輸，可實現信號的大容量和高保真，並具備極強抗干擾性。CAN匯流排技術具有高度可拓展性，可根據用戶需求為車輛升級，以配備更多功能為車載診斷系統（OBD）和車輛升級提供可能。
電機及控制器
機車除了力矩感測器外，還需要擁有高性能的電機系統以及高效能的電池系統。目前優秀的機車均使用“無刷有齒直流高速電機”並使用FOC正弦波控制器，因為電機的轉速越高，電機的體積和重量就可以做得越小，並且電機輸出效率也就更高。現在中國普遍流行的電動腳踏車使用的是低速電機，也就是常見的直徑比較大，但比較扁的電機，而高速電機一般直徑比較小，因此顯得比較厚。機車的電機安裝位置主要分為兩種，一種是中置，也就是安裝在腳踏車的五通中軸位置，另外一種則是安裝在腳踏車的輪轂中。
機車搭載電機及FOC正弦波電機控制器。高性能無刷有齒高速電機起步平穩，加速迅猛，控制動力輸出柔和無抖動，強力散熱，能夠保證動力系統長效穩定運行。電機採用行星齒輪減速器，消滅磁阻，無電狀態下亦可自如騎行。
電池及電池管理系統
90年代初機車誕生時，山葉（YAMAHA）使用了鉛酸電池，但很快就改進使用鎳鎘電池。而近年來隨著鋰電池技術的發展，目前中高端的機車已經基本都是採用鋰電池技術。國內的機車品牌，已研發出高效電池管理系統（BMS）, 配備松下動力鋰電池，實現高效均衡放電，更提供高溫預警、電流保護、防止過充過放等安全保障。
其它
另外，近年來隨著技術發展，為了進一步提高機車的使用體驗以及安全性可靠性，已經有越來越多的汽車技術、電子信息技術被套用到機車領域，其中比較有代表性的就是輕客TSINOVA在技術上的探索與開發，如後方盲區提醒、ABS碟剎、正時皮帶傳動、CAN匯流排等技術。
國內外代表性企業
國外：德國的博世、日本的山葉與松下最先推出機車，並長期保持了對機車核心技術的壟斷。
國內：以輕客TSINOVA為代表的極少數企業，以自主研發技術打破了國外對機車核心技術的壟斷，成為我國智慧機車的先行者。在“十二五”創新成就展上，李克強總理、劉延東副總理等國家領導人表揚了輕客的技術創新。
