1. 电动自行车
电动自行车上世纪80年代末发源于日本，最初是为了减轻骑行者的劳累感，采用的是动力辅助系统PAS(Power Assist System)。它的一个比较关键的部件是力矩传感器，通过感知脚踏力量的同时，调节电机输出力矩的大小，从而使骑行者省力。电动助力车的电机，一般采用中置的方式，就是安装在自行车中部脚踏的牙盘，然后通过减速齿轮和链条传动给后轮。这种自行车平衡性和操控性都比较好，但是结构复杂，成本高。
助力车进入国内后由于高昂的价格没有普及，国产厂家经过多年研发逐渐走出了自己的道路。国内目前主流都是采用下图中这种轮毂电机，它把电机和车轮做在了一起，结构简单，成本低。当然这种电机需要厂家在抗震动和防水性能上多下功夫。我们看一下这种电动自行车的主要部件，看看它们是怎么工作，还有用到了哪些嵌入式设备吧。
2. 主要组成部件
除了车架外，一辆电动自行车主要的部件有：电机，控制器，转把，闸把，助力传感器，灯具，仪表，电池，充电器等。其中电机及其控制器是最为核心的部分，它的性能直接决定了自行车的骑行体验。
2.1 电机：
最初用的有刷电机，现在已经逐渐被淘汰掉了。后来居上的是无刷电机，以其噪声小，寿命长的优点得到了广泛的采用。国内普遍使用的是下面这种轮毂电机，它和车轮做在一起。这种电机和通常的电机不一样。我们平常看到的电机都是中间一个转动的轴，轴和电机的永磁转子连在一起的，不转动的定子在转子外侧。而轮毂电机正好相反，它的定子在中间不转动，永磁体转子在外部与车轮固定在一起，随车轮转动。
在图中我们看到定子上是密密麻麻的线圈，它们在电流的激励下会产生旋转的磁场，与转子的磁场相互作用，推动转子转动。不同的电机的线圈数量可能是不一样的，但不管线圈有多少个，它们都是分成三组，分别串联到A，B，C三相引出线上。除了这三相驱动线产生动力外，定子上还会安装三个HALL传感器，转子上的磁极经过时，HALL会输出脉冲，控制器根据HALL输出信号实时估算转子的位置和速度。
a 电机三相驱动线
绿色：电机A 相
蓝色：电机B 相
黄色：电机C 相
b 电机霍尔传感器
红色：+5V
黑色：地线
绿色：A 相
蓝色：B 相
黄色：C 相
2.2 控制器：
控制器是电动自行车的核心，它接收转把的调速信号，以及刹车，巡航，倒车等输入信号，控制电机的转速，同时把速度信息输出至仪表，控制刹车盘动作，还有防盗等功能。各厂家的接口基本都是一样的。
电机控制可以说是控制器里的核心，电机的控制算法经历了方波，伪正弦，到现在普遍使用矢量控制技术的阶段。矢量控制FOC(Field Oriented Control)技术带来很多好处，比如极低的噪声，节能高效率，动态响应快等，但它不像方波算法那样简单，一个普通8位单片机就能搞定，矢量控制因为要进行大量快速运算，对单片机性能要求提高不少，所以矢量控制器价格也会高一些。
2.3 力矩传感器：
具有助力功能的电动车，需要力矩传感器。它在骑行中检测脚蹬力量和脚蹬速度，控制器据此动态调节电机输出功率，以达到人力与电力自动匹配，共同驱动电动车前进。主流的是中轴双边力矩传感器，它能够采集左右两边的脚蹬力，并采用非接触式电磁采集方式，提高了信号采集的精确性和可靠性。
2.4 电池，充电器：
早期多使用铅酸电池，价格便宜，但体积大，质量重，充放电次数少，寿命较短。现在越来越多地采用锂电池，体积小，重量轻，充放电次数达上千次，但价格也高一些。新国标要求整车重量不能超过55Kg，铅酸电池在体积和重量上比较难满足要求。
充电器是比较成熟的技术了，使用较普遍的是三段式充电器。第一个阶段充电开始时，先恒流充电，迅速给电池补充能量，等电池电压上升后转为恒压充电，此时电池能量补充较缓慢，电池电压继续上升，当达到终止电压值时，转为涓流充电。
在绿色环保越来越重要的今天，一些厂家还在电动自行车中增加了动力回收功能，在下坡或者制动的过程中，动能被转化为电力，反充到电池中。这种技术可以延长一次充电后的行驶里程。
3. 产品标准和市场
2018年5月16日，国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会，批准发布了新修订的 GB17761-2018《电动自行车安全技术规范》。以前电动自行车电池组电压有36V,48V,60V,72V新国标对此进行了规范，蓄电池电压必须小于等于48V，同时最高车速要小于等于25km/h,电机功率小于等于400W。
下面是一些电动自行车及核心部件厂家：
- 电动车厂家：爱玛,雅迪,台铃,小刀,金箭,新日,绿源,泰丰小鸟,雅马哈,捷安特
- 电机：博世电机，八方电机，同盛电机，金宇星，华兴电机，永屹电机，全顺
- 电池：天能，超威，星恒，旭派，海宝，天能
当然，一些很有实力的大厂家会自己研发电机，控制器，和电池。
3.1 新动向：
大家都知道，博世在电动工具和汽车配件方面一直很厉害，其实他对电动自行车市场也是很重视的，早在2012年就开始向中国市场供应轮毂电机，迄今已经销售1000万套，新建的博世（宁波）轻型电动车电机有限公司占地2.2万平方米，拥有约 300 名员工，将形成年产400万套、可扩产至700万套的生产能力，主要为轻型、中型和大功率电动两轮车开发和生产功率范围在 350 瓦到 11 千瓦的驱动电机，将成为博世中国最大的两轮驱动制造基地。希望这条巨型鲶鱼能激起国产厂商奋发向上的动力吧。
END
作者：wuyage
来源：https://mp.weixin.qq.com/s/Px4Eql1tTyI46V7HxyMj9A
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