電單車

電單車，英文名稱為“pedelec”或者E-bike，是指在普通單車的基礎上整合了以力矩傳感器為核心，配以踏頻傳感器、速度傳感器組合而成的“三重傳感系統”的新型交通工具，傳感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。

電單車的英文名稱為“Pedelec”，由Pedal（腳踏）、Electric（電動）、Cycle（單車）三個單詞組合而成，即“擁有腳踏的電單車”。電單車與目前國內理解的電動自行車最本質的區別在於， 國內大多數所謂的電動自行車已經取消自行車的腳踏設計，變成了電動摩托車（Electric Motorcycle），單純使用電力作為動力來源，完全取代了人力。 而電單車是“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。另外電單車與電摩最大的一個區別在於電單車從外觀上幾乎等於自行車。並且電單車在斷電或者關閉電源之後，就變成了一輛普通的自行車，仍然可以自由騎行。

電單車最早於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）。世界上第一款電單車在雅馬哈（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。電單車在日本是非常普及的交通工具，經過長時間的使用，有關電單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，日本要求電單車必須採用“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，電單車的概念進入中國，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，在電單車上使用了各種替代技術，但動力輔助均效果不佳，最終摩托車的“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，目前中國的電動自行車已經越來越像摩托車，絕大多數已經取消腳踏，失去了“自行車”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，讓電單車在中國的普及成為可能。

作為自行車文化中心的歐洲，早些年部分歐洲人認為電單車是為體力不好的人羣設計，因此早期用户一般為“銀髮族”，但隨着電單車的普及，近些年山地款的電單車備受推崇，對於熱愛騎行運動的歐洲人來説，電單車的“人力+電力”的混合運行模式為騎行帶來了更多樂趣，相對普通單車，電單車可以騎得更遠，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。

PAS“Power Assist System動力輔助系統”。

雅馬哈（YAMAHA）在研發PAS之初，就使用了以力矩傳感器（Torque sensor）為核心的多傳感器控制系統（力矩傳感器（Torque sensor），也稱為扭矩傳感器或轉矩傳感器），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，掌握了核心的力矩傳感器技術以及相應的算法。輕客TSINOVA還另闢蹊徑，開發出更為模塊化的VeloUP！威履！智慧動力系統。更值得注意的是，輕客TSINOVA在互聯網大數據的實用化方面取得突破，所開發的系統可以收集用户的騎行數據，進行深度學習，這也就意味着隨着個體用户使用時間的增長以及整體用户的增多，動力輔助系統會變得越來越智能，動力的提供不再侷限於固定的比例提供，而是按照個體用户的使用習慣去匹配，在人機交互上達到新的高度，很好的解決了困擾博世BOSCH、雅馬哈YAMAHA等企業多年的低齒比助力不夠線性的難題。

輕客TSINOVA開發出的模塊化的VeloUP！威履！智慧動力系統

隨着技術發展，尤其是日本及歐美對於單車這種形態的個人交通工具的推崇，“力矩傳感器”最終被應用到了自行車上。 ^[1]  “力矩傳感器是目前電單車領域最前沿的技術之一，是市場上大部分高端電單車動力輔助系統理解騎行者意圖的核心。雙邊力矩傳感器技術長期被德國BOSCH及日本YAMAHA等幾家跨國公司壟斷，搭載這種傳感器的車輛售價一般在2000歐元以上，這也是電單車在中國無法打開市場的一大原因。[1]在國內的電單車技術研發團隊中，輕客自主研發出了以力矩傳感器為核心的VeloUp！威履！智慧動力系統，包含力矩、踏頻、速度三重傳感器能自動感知用户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傳感器獲得多項專利，在測量精度、反應速度、使用壽命等方面處於領先水平。

力矩傳感器：測量用户腳踩踏板的力量大小。

踏頻傳感器：測量用户腳踏的頻率。

速度傳感器：測量車輛速度，識別車輛騎行狀態。

電單車因為力矩傳感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，主要在於傳感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傳感器、扭簧傳感器、以及轉速傳感器，但這些傳感器與力矩傳感器均有較大差距，所以大多都是用於低端的電單車，其中後軸勾爪傳感器其實就是安裝在自行車後鈎爪的壓力傳感器，它可以檢測壓力，與力矩傳感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。扭簧傳感器則差強人意，而轉速傳感器因為體驗太差基本已經被淘汰。

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位內核處理芯片，2毫秒內完成計算來自力矩、踏頻、速度三重傳感器的用户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絡CAN總線技術通過大帶寬傳輸，可實現信號的大容量和高保真，並具備極強抗干擾性。CAN總線技術具有高度可拓展性，可根據用户需求為車輛升級，以配備更多功能為車載診斷系統（OBD）和車輛升級提供可能。

電單車除了力矩傳感器外，還需要擁有高性能的電機系統以及高效能的電池系統。目前優秀的電單車均使用“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自行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。電單車的電機安裝位置主要分為兩種，一種是中置，也就是安裝在自行車的五通中軸位置，另外一種則是安裝在自行車的輪轂中。

電單車搭載電機及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。

90年代初電單車誕生時，雅馬哈（YAMAHA）使用了鉛酸電池，但很快就改進使用鎳鎘電池。而近年來隨着鋰電池技術的發展，目前中高端的電單車已經基本都是採用鋰電池技術。國內的電單車品牌，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，更提供高温預警、電流保護、防止過充過放等安全保障。

其它

另外，近年來隨着技術發展，為了進一步提高電單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、電子信息技術被應用到電單車領域，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總線等技術。

國外：德國的博世、日本的雅馬哈與松下最先推出電單車，並長期保持了對電單車核心技術的壟斷。

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電單車核心技術的壟斷，成為我國智慧電單車的先行者。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。

經過20年左右發展，電單車在日本已經是較為普及的兩輪代步工具，而歐洲市場近年來成猛增勢頭，僅2015一年，電單車在荷蘭的銷售量就飆升了24%，而德國同樣有11.5%的銷量增長，而產量則達到37%的增長。尤其是近年來歐洲市場自行車銷量持續下滑，電單車的崛起之勢也就被更多期待，以德國BOSCH以及日本YAMAHA為首的“Power Assist System動力輔助系統”研發企業已經開始發力佈局，最大的傳統自行車零配件廠商SHIMANO也推出了相應的系統。 可以預見的是，隨着中國經濟增長，消費能力的增強，以及自主技術的進步，電單車在中國必將大有可為。