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电动自行车: ZF(采埃孚)如何利用霍尔速度传感器技术提高引擎反应性能

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电动自行车: ZF(采埃孚)如何利用霍尔速度传感器技术提高引擎反应性能

随着电动自行车备受青睐且日渐盛行,自行车系统供应商已经制定了优化驱动系统功率和性能的目标。 为了最好地支持骑车人,他们使用传感器来提供所需数据,并根据总转速来调整引擎的功率支持。

目前自行车市场发展迅猛,无论电动还是非电动自行车都是如此。 在线门户网站 Statista 开展的最新调查证实了这一点: 在德国,44% 的受调查者每周至少骑几次自行车。 采用高科技驱动系统的电动自行车无疑是主流趋势。 凭借均衡的驾驶特性,中央引擎已经在各种引擎系统中确立了自己的全能地位。 引擎的响应能力需要针对环境和骑车人骑车行为产生的影响进行持续优化。 这可以通过扭矩、倾角和速度传感器来实现。 这些传感器为引擎控制单元提供实时数据,以便根据具体行驶情况支持骑车人。 速度传感器用来监控车速,并在助踩式电动车达到 25km/h 以及摩托式电动车达到 40km/h 的速度限值时关闭引擎。 转速和扭矩传感器的任务是根据骑行速度和踩踏力量调整引擎的功率输出。

用于中央引擎的速度传感器

到目前为止,电动自行车行业使用两种成熟的传感器技术进行测速。 它们分别是磁簧和霍尔技术。 这两种类型的传感器都安装在后轮的自行车架上以测量转速。

磁簧开关可用于各种行业和应用。 其优势显而易见:价格低廉,易于操作。 此外,它们不需要任何额外供电,气密式密封使其免受灰尘颗粒、油和湿气的影响。 磁簧开关与外部磁体相结合是目前最常见的电动自行车测速系统。 该系统表现出极高的简便性。 在电动自行车后轮的辐条上安装一个永磁体。 车轮每旋转一圈,永磁体都会经过与其相对的磁簧开关。 磁簧开关固定在自行车架上,一旦永磁体闭合其电路,即通过电缆发送一个电信号。 引擎中的控制单元据此计算车轮转速。

与磁簧开关相比,霍尔传感器由于其物理原理而需要外部连续供电。 因此,霍尔传感器可以归类为有源传感器,它们需要集成电子器件进行信号处理。 霍尔传感器的优势在于其紧凑性和可靠性。 它们可以承受高达 35g 的冲击,而且不受污垢和湿气的影响。 霍尔传感器内没有移动部件,可以避免磨损和摩擦。 这可以实现几乎无限的使用寿命。

与磁簧开关相比,ZF 霍尔传感器直接瞄准速度转盘而不是外部磁体。 速度转盘可以固定在制动盘旁,也可以对制动盘进行改造后将霍尔传感器直接瞄准制动盘。 旋转角度以及传感器和速度转盘之间的空隙需要得到协调。 速度转盘需要采用铁磁性材料制成,上面间隔均匀地设有开孔。 这样霍尔传感器就可以记录磁场的变化,并最终通过电缆向控制单元发送电信号。 速度转盘的规格和设计由各自引擎制造商根据特定布局要求和分辨率等级来确定。 如果选择额外安装一个速度转盘,需要将其固定到制动盘旁的链条轴承上,与霍尔传感器相对且距离只有几毫米。 如果选择直接瞄准制动盘,制动盘也必须有间隔均匀的开孔以便触发信号。

与磁簧开关加外部磁体的传统系统相比,霍尔传感器和圆盘组成的整个系统在电动自行车引擎的功能安全性、防篡改以及响应能力方面具有显著优势。

功能安全性

更好的功能安全性一方面可归因于霍尔传感器的特性,另一方面可归因于整个系统。 霍尔传感器完全无磨损,不受污垢和振动的影响。 因此,这种传感器应用适合越野骑行和不平坦地面。 此外,速度传感器和速度转盘都牢固地集成到车架和轮轴中,从而能够可靠地测量车速。 而在传统系统中,辐条上的外部磁体很容易偏离原始位置,从而对速度测量产生不良影响。

引擎的响应能力

这种测速系统的主要优势和独特卖点是具有很高的测速分辨率。 与每转只发出一个信号的磁簧开关不同,霍尔传感器和速度转盘可产生多达 30 个或更多信号。 具体数字取决于速度转盘的设计和所需分辨率的要求。 该传感器检测转盘中的开孔,每个开孔发送一个信号。 因此,引擎能够更快地对车速变化做出反应,从而更加动态地支持骑车人。 尤其是在坡道起步或低速骑行时,霍尔传感器可以检测到小幅加速,使得引擎更快做出响应。 这样就能提供更好的互相协调的骑行助力。

增强防篡改功能

通过比较 2014 年和 2017 年的事故统计数据,可以发现德国电动自行车骑车人的伤亡人数上升了一倍多,从 2,213 人升至 5,115 人。 据估计,在德国每三辆电动自行车中就有一辆经过篡改以提高限速。 因此,缺乏经验的骑车人面临着更长制动距离,在上下坡以及转弯时难以很好地驾驭电动车。 事故数量正持续增多。 德国自行车协会 (AGF) 成员明确反对国际自行车行业对电动自行车驱动系统进行任何形式的篡改。 他们希望业界不断加强驱动系统设计以防止篡改。

人们有多种方法可提高限速。 一种方法是将一个调谐芯片连接到后下叉来每隔一个地过滤掉传感器信号。 这样就可以将出厂设定的电机助力输出增大一倍。 另一种选择是改用其他位置的传感器信号。 最常见的位置是踏板和踏板曲柄之间的螺钉连接。 在传统测速系统中,人们将辐条上的外部磁体拆下,然后用踏板上的磁性螺钉代替。 磁簧传感器被重新定向,改为对该螺钉的磁场做出反应。 踏板的转数少于车轮的转数。 因此向控制单元传输的信号更少,使得计算出的车速低于实际值。 在超出最大允许车速后,引擎仍会继续提供动力支持。 霍尔传感器加车速转盘的组合能够防止这种类型的篡改。

ABS 趋势

除了在连通性和电动引擎领域的众多创新之外,ABS 系统在电动自行车市场的重要性也与日俱增。 搭配额外速度转盘或经改造制动盘的霍尔传感器是这种应用的首选解决方案。 由于具有高分辨率,霍尔传感器能够在制动期间准确测量前后车轮的速度变化。 利用所得出的速度值,ABS 控制单元能够以协调和受控的方式将车轮减速。 这样可以在紧急制动期间避免骑车人飞出或翻滚。 由于城市交通流量与日俱增,紧急制动越来越频繁。 因此,为确保在城市安全骑行,对 ABS 系统的需求不断增加,对于城市电动自行车而言尤其如此。

2020-03-24T07:47:31+00:00

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