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文 献 综 述
电动助力自行车与自行车靠人力驱动，电动车驱动时无需蹬踏的反人类设计、断电时骑行困难，电动助力车在三者当中优势明显。根据使用者脚踏骑行的踏力引起的链条张紧力，通过“助力-检测装置”检测蹬踏力，最终反馈给控制装置。该结构具有简单，轻便，创新，价格低廉诸多优点。 2.研究背景及意义： 传统自行车与电动助力自行车靠人力踏板驱动，电动车则无需踏板，纯电力驱动设计，断电时骑行困难；三者相比较就突显出了电动助力自行车的优势：无论断电与否，骑行都非常省力。通电时电动系统通过感知踏板传输的扭矩提供辅助动力，断电时能做到不阻碍正常骑行，符合人类运动性，安全环保，是代步工具的不二之选。 根据文献[1-2]，中国早期的电动助力自行车简称电动自行车，是自行车的一个分支，不仅能利用蓄电池驱动，也能考人力驱动前进。但是传统有踩踏板的电动自行车考人力骑行是十分费力，与此课题研究的范畴不符。 电动助力自行车与电动自行车不同的地方在于，电动助力自行车的辅助能源是蓄电池，可以用人力脚踏驱动，也可以辅以电力驱动（或者称为助动），但是不可以纯电动骑行。即，它的电动驱动必须受控于人力脚踏骑行。[3][4] 本课题在研究分析国内外电动助力自行车行业标准，国内外市场上已有电动助力自行车产品的基础上，设计出了一种新型的电动助力自行车结构，此结构根据使用者脚踏骑行的踏力引起的链条张紧力，通过“助力-检测装置”检测蹬踏力，最终反馈给控制装置。 3.国内外研究情况 日本自1989年开始研究电动助力自行车，由此电动自行车现在在日本的保有量月800万辆，年龄较大的人用量较多。[5]日本从20世纪80年代开始对电动助力自行车进行开发研究，到目前已经有了一套成熟的体系。机械制造业高速发展的德国在此行业不断创新,近年推出一款新型助力自行车，车上配有堪称“全新动力”的动力传动装置：安装在后轮部位上的一种名为“ Neodrives Z-10”的轮毂式电机，可在骑车者踩踏脚蹬骑行时为其提供强劲的辅助动力。置于车架部位的成套蓄电池与整个车架有机融为一体。[6] 目前我国是世界上最大的电动自行车生产国，同时也拥有着世界最大的电动自行车市场。[7]由于迎合了普通市民的交通需求,助力车在我国大中型城市很快得到普及,助力车业也一跃成为我国一大新兴产业。助力车的市场前景十分广阔,而且助力车产业带动上下游相关产业的能力大于普通自行车,能创造大量的就业机会,这一行业的发展与国家经济发展大局有密切关系。[8] 国内的电动车产品依然存在价格高，骑行用户体验度差，与人类骑行特性符合性差的问题。[9] |
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4.课题存在的问题 电动助力自行车，又称助力式电动自行车，是一种介于自行车跟电动车之间的交通工具。通过电力辅助人力提供自行车行进时所需的能量。目前市场上助力自行车绝大多数采用速度传感器，通过反馈速度（即人踩脚踏板的速度）的大小来控制电机的驱动力。电机输出的驱动力与速度大小成正比，进而实现助力的目的。然而，基于速度检测的助力自行车，在普通路况下有一定的助力效果。但遇到逆风或上坡等高阻力、重负荷的路况时，由于人骑行的车速本身较低，所以电机输出的驱动力也较小，无法达到助力的目的，骑行效果较差，不能被主流市场所接受。因此，最佳的方案应采用力矩传感器，通过反馈人踩脚踏板的力的大小来控制电机驱动力的大小，力矩越大，驱动力越大。目前国内外主要采用的扭矩传感器有以下几种：逆磁致伸缩效应、转矩位移转换方案、应变片检测方案、转矩磁阻转换方案。[10] 传统的电动自行车由于其设计的缺陷,不能实时动态地调整电机输出功率，只能靠手动调节电机输出。传统的电动自行车这种方式不仅控制效果差,而且影响电机和电池的使用寿命。相反,电动助力自行车由于能够实时、动态地检测骑行者的施力状态,并调节电机的输出功率,从而使得骑行者在逆风或者上坡过程中达到用力不费力的驾驶感受。智能电动助力自行车的核心设备是力矩传感器。力矩传感器能够检测到骑行者用力变化所产生的信号,进而通过算法处理后来控制电机实现助力。然而,现有电动自行车使用的力矩传感器存在所采集模拟信号数量少、速度慢和灵敏度低等问题,使得骑行者在骑行过程中,电机输出功率不稳定,助力效果不明显。[11] 5.软件的使用 根据文献【12-15】就目前的各种建模软件，SolidWorks在造型时的功能无疑是强大的。基于camworks插件模块可以实现模拟加工。但是精度和受力的处理还要经过有限元软件分析。于是我们在SolidWorks中进行建模，使用Adams进行运动干涉仿真，之后通过有限元分析法进行后续分析。 6.总结 本文从“研究背景及意义”，“国内外研究现状”和“课题存在的问题”三方面进行了简单地计划，将我的设计思路呈现给大家，也呈现给自己，保证自己能够充分按计划完成课题研究。 |
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参考文献 [1]俞家水. 谈谈电动助力自行车国内外早期开发[J]. 中国自行车,1998,07:21-24 [2]商国华. 当前电动助力自行车的现状[J]. 摩托车技术,1996,12:1-3. [3] 巴一、施曼、张毅. 电力助动自行车十五年的发展.中国自行车.2014 [4] 巴一、施曼、张毅. 挑战与应对--电力助动自行车的发展.中国自行车.2014 [3]葆新. 日本电动助力自行车市场的 发展[J]. 电动自行车,2006,03:22-23. [6]江南. 德国Elmoto推出名为“Elmoto HR-1seven-S”的电动助力自行车新品——最大亮点:车上配有一种堪称“全新动力”的动力传动装置[J]. 中国自行车,2013,04:97-98 [7]吕晓冬,刘娜,杨璐. 欧盟电动助力自行车安全标准解读[J]. 质量与标准化,2011,06:37-39.. [8]赵海燕. 城市经济发展背景下的助力车法律规制[D].南京航空航天大学,2008. [9] 讲国强. 世界电动自行车生产技术现状及发展趋势.中国自行车.2002 [10]朱丽娅.助力自行车用扭矩传感器方案分析[D].苏州大学2014 [11]夏静满. 基于霍尔元件的力矩传感控制系统的研究与实现[D].西南大学,2015. [12] 王敏.《SolidWorks2014中文版机械设计完全自学手册》.机械工业出版社.2014 [13] CADCAMCAE技术联盟.SolidWorks2012中文版从入门. 清华大学 [14] 腾龙科技 编著.SolidWorks 2010三维设计及制图. 清华大学出版社 [15]赵经文、王宏珏.《结构有限元分析（第二版）》.科学出版社.2009 |
