電動輔助自行車 傳感器
關於E-bike

【E-bike電動輔助自行車的組成】 傳感器篇

人力為主、電力為輔的E-bike,其輔助系統PAS(Pedal Assist System)究竟是怎麼了解騎士需求給予輔助的呢?這篇我們來談談人與車資訊溝通媒介:「傳感器(Sensor)」。

傳感器有許許多多的種類,甚至一台車上常常不只有一種傳感器,不論何種形式與搭配,傳感器的目的在於「揣摩騎士的真實運動狀況」將訊息傳給控制器,最後讓馬達提供當下合適的助力。

進入傳感器前,如果對E-bike 的馬達還不了解,建議可以先看看這一篇:【E-bike電動輔助自行車的組成】 馬達篇

電動輔助自行車 傳感器類型

目前市面上的電輔車種,傳感器大致分成兩個類型:

  1. 速度傳感器(Speed sensor):速度為通稱,這裡說的主要是傳遞踏頻信號,準確一些應稱為踏頻傳感器(Cadence sensor)
  2. 力矩傳感器 (Torque sensor):傳遞踩踏力矩,傳遞騎乘時的踩踏力道。

速度傳感器(Speed sensor or Cadence sensor)

位於車架與曲柄之間,構造較為簡單,由一個感應接觸點以及一組由數顆磁驖組成的圓片所構成,當騎士開始踩踏,磁鐵圓片會隨著曲柄一同旋轉,磁鐵通過感應點時就會傳遞訊號至控制器,相當於傳遞及時的踩踏頻率訊號,以踏頻作為揣摩運動狀況的基礎。

磁鐵的數量影響訊號傳遞的頻率,一般來說從6顆到36顆都有,數量越多,傳遞訊號的頻率越高,舉例:有著36顆磁鐵的圓片,腳每踩10度就可以傳遞一個訊號,若只有6顆,代表腳每踩60度才會傳遞一個訊號,就如同有更高的解析度一樣,揣摩能夠越準確。

速度傳感器

速度傳感器最大的應用難度在於比較難判斷坡度變化所造成踩踏力道的差異,另外,搭配速度傳感器的控制器需要同時比對馬達轉速以及踩踏頻率進行補償,要達到最適當的調配也有一定的難度,助力不足會有類似擋煞的拖拉感,助力過大可能導致踩空感,都會影響騎行的感受。

速度傳感器的感測數據在特定情況會導致控制器的判斷與實際情況產生誤差,舉例:「在假日擁擠的淡水,緩慢踩踏且走走停停,此時透過速度傳感傳遞的內容可能為:不停地從0起步,所以給予較大助力,可能產生短暫暴衝現象。」

為避免誤判實況所產生的意外,速度傳感器車型大部分都建議搭配煞車斷電(按壓或含著剎把,馬達動力則切斷),除了原本的兩條煞車線外,還會再多出兩條斷電感應的訊號線,整車看起來可能就沒有這麼乾淨俐落了。

剎車斷電

力矩傳感器(Torque sensor)

接著介紹力矩傳感器,顧名思義就是感測騎士的踩踏產生的力矩(Torque),再白話一點就是偵測腳踩的力道,並給予合適的助力,在這個情況下就無關乎踩了多少圈,或是當前處在的坡度了,直接針對腳的施力給予對應助力,讓你踩起來更輕鬆。

比較電助車的馬達規格時,也會看到用「Max torque」來表示該可馬達可給出的最大輔助力矩喔!

早期的力矩傳感器可能會看到安置在後溝爪與輪軸接觸的位置,力量還須經過鍊條、飛輪、花鼓、輪軸才傳遞到傳感器,必須經過一連串的計算與補償,誤差較大。

而現在使用的力矩傳感器大部分都建置在BB內或是直接架構在中置馬達內,這樣腿的訊號傳遞路徑較短,較不會有延遲感。

Rear drop out torque sensor
力矩傳感器

常見的一種力矩傳感形式,其原理類似功率計使用的「應變規」,藉由踩踏的壓力產生形變,進而發出訊號。

與速度傳感器相比,力矩傳感器更為複雜也更為精密,但助力也更為精準,並延遲現象也較少,產出成本雖然較高一些,從E-bike的發展來看,將會是未來持續應用的趨勢。

想像一下,在上坡起步時,速度傳感器要踩踏讓曲柄轉個5度可能都要費盡千辛萬苦,此時控制器可能誤判車子目前處於停止狀態,在最需要助力時不提供助力,反而失去了輔助的本意,此時若是透過力矩傳感器,依據腿的踩踏力道給予助力,就能輕鬆起步並且順利的持續騎行了。

上坡起步

速度傳感器 優點

  1. 構造單純,維修及安裝都容易且料件較為便宜
  2. 對於踩踏力的需求較小,適合於膝蓋受傷或是正在進行腿部復健的人使用。
  3. 由於比較像是把電門轉移到踩踏區,騎乘感類似於機車,較為輕鬆悠閒愜意。

力矩傳感器 優點

  1. 感應細膩且回饋及時,揣摩騎行狀況可以更為準確,騎行感受更自然。
  2. 能計算人的輸出功率,未來或許能結合功率計的功能。
  3. 停止踩踏即停止助力,可以使用一般煞車,選擇更多,整車將會更為簡潔。

不論是「速度傳感器」或是「力矩傳感器」各有適合的應用地形、功能及路線,最終整車的價格也是影響購買的重要因素,究竟那一種傳感方式更好呢?

事實上E-bike終究是人在騎乘,透過不同傳感器的相互搭配才能對應人類千變萬化的騎乘狀態,選購時可以依據較常應用的場景,選擇真正適合自己使用狀態的車。以達瑞創新BESV的機種為例,可在規格中找到其應用的傳感器。

好消息是,E-bike演變至今,許多車種都會同時使用速度傳感器以及力矩傳感器,以更精準的揣摩騎乘狀態,讓踩踏變得更自然。此外,有些馬達內部還會加裝陀螺儀或是重力傳感器等,來回傳坡度相關訊號,為的就是在不同情況下提供最適合的助力比例。

最後,最最重要的,一定要親自試騎才能體會E-bike所帶來的各種樂趣喔!!

在〈【E-bike電動輔助自行車的組成】 傳感器篇〉中有 6 則留言

    1. 可以先到這個網站去查合格品https://dain2bike.com/VSCC
      而其中有些車種網路商城可以找到,但比較建議依據車種搜尋 然後去找有販售的店家試騎喔~

    1. 更多的感應器當然除了優化騎乘體驗,很大成分也是增加銷售亮點,不同廠牌的電機針對同一個感測參數不一定是用同一種感測器,舉例偵測坡度,有人用重力感應器,有人用陀螺儀,必須說這塊的專業我也還持續再學習,後面多收集一些資訊再跟大家交流。非常感謝您的建議

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