隨著電動自行車備受青睞且日漸盛行，自行車系統(tǒng)供應商已經(jīng)制定了優(yōu)化驅動系統(tǒng)功率和性能的目標。 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)總轉速來調整引擎的功率支持。

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 開展的最新調查證實了這一點： 在德國，44% 的受調查者每周至少騎幾次自行車。 采用高科技驅動系統(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。 引擎的響應能力需要針對環(huán)境和騎車人騎車行為產(chǎn)生的影響進行持續(xù)優(yōu)化。 這可以通過扭矩、傾角和速度傳感器來實現(xiàn)。 這些傳感器為引擎控制單元提供實時數(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到 25km/h 以及摩托式電動車達到 40km/h 的速度限值時關閉引擎。 轉速和扭矩傳感器的任務是根據(jù)騎行速度和踩踏力量調整引擎的功率輸出。

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進行測速。 它們分別是磁簧和霍爾技術。 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速。

磁簧開關可用于各種行業(yè)和應用。 其優(yōu)勢顯而易見：價格低廉，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。 磁簧開關與外部磁體相結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。 車輪每旋轉一圈，永磁體都會經(jīng)過與其相對的磁簧開關。 磁簧開關固定在自行車架上，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)此計算車輪轉速。

與磁簧開關相比，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 35g 的沖擊，而且不受污垢和濕氣的影響。 霍爾傳感器內沒有移動部件，可以避免磨損和摩擦。 這可以實現(xiàn)幾乎無限的使用壽命。

與磁簧開關相比，ZF 霍爾傳感器直接瞄準速度轉盤而不是外部磁體。 速度轉盤可以固定在制動盤旁，也可以對制動盤進行改造后將霍爾傳感器直接瞄準制動盤。 旋轉角度以及傳感器和速度轉盤之間的空隙需要得到協(xié)調。 速度轉盤需要采用鐵磁性材料制成，上面間隔均勻地設有開孔。 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。 速度轉盤的規(guī)格和設計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，這種傳感器應用適合越野騎行和不平坦地面。 此外，速度傳感器和速度轉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。

引擎的響應能力

這種測速系統(tǒng)的主要優(yōu)勢和獨特賣點是具有很高的測速分辨率。 與每轉只發(fā)出一個信號的磁簧開關不同，霍爾傳感器和速度轉盤可產(chǎn)生多達 30 個或更多信號。 具體數(shù)字取決于速度轉盤的設計和所需分辨率的要求。 該傳感器檢測轉盤中的開孔，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，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，霍爾傳感器可以檢測到小幅加速，使得引擎更快做出響應。 這樣就能提供更好的互相協(xié)調的騎行助力。

增強防篡改功能

通過比較 2014 年和 2017 年的事故統(tǒng)計數(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，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)驗的騎車人面臨著更長制動距離，在上下坡以及轉彎時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)對電動自行車驅動系統(tǒng)進行任何形式的篡改。 他們希望業(yè)界不斷加強驅動系統(tǒng)設計以防止篡改。

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定的電機助力輸出增大一倍。 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?踏板的轉數(shù)少于車輪的轉數(shù)。 因此向控制單元傳輸?shù)男盘柛?，使得計算出的車速低于實際值。 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。 搭配額外速度轉盤或經(jīng)改造制動盤的霍爾傳感器是這種應用的首選解決方案。 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。