自从他们以来20世纪90年代初的出现在美国，电动自行车在续航里程、可靠性和性能方面经历了一系列稳定的改进，为它们赢得了全球越来越多的忠诚用户。配备了特殊设计的框架、高容量锂离子电池和高效的驱动控制电子设备，今天的电动自行车已经成为汽车短途通勤、配送和娱乐活动的低碳选择。然而，尽管有近30年的技术进步，eBike制造商仍有创新空间，以帮助他们在现有和新市场的存在。
由Jonas Proeger | Trinamic运动控制
续航里程、性能和可用性的改善，使现代电动自行车越来越受欢迎，成为通勤、商业和休闲车辆。
下一代Ebikes中的一些创新涉及更好的框架设计和机械系统。其他人包括电机驱动和储能系统的电子设备的进步。但是最戏剧性的变化在ebike控件和用户界面中，用于最大令人愉快的用户体验（UX）。
传动系统的ebikes创新
大多数现代Ebikes使用永磁电机（PMM）推进，无刷直流电机（BLDC电机）特别常见。BLDC电动机是最简单的同步电动机之一：这些具有由具有多个（通常是三个）绕组组的卷绕定子围绕的永磁转子组件。BLDCS更轻，更高效地更高效，加上不需要的维护。捕获是它们需要电机控制器以提供驱动波形（换向）。控制器通过监视转子位置并以正确的顺序向定子绕组提供电力以启动和维持转子运动来实现这一点。
电动自行车的无刷直流电机驱动技术相对成熟，但仍有一些地方，设计师可以通过降低成本或更好的性能和效率来帮助产品差异化。例如，越来越多的eBike设计师正在使用能够支持基于矢量控制的换向的电机控制器面向现场控制的控制（焦点）。
左上：叠加在三相感应电动机上的FOC坐标系•图片由李，R.J。;Pimer，p。;Harley R. G. Via维基百科。右边：直接FOC控制器的简化框图•通过维基百科的Popescu，Mircea的图片由Popescu |（2000）用于矢量控制的感应电机建模(PDF) -埃斯波:赫尔辛基理工大学。13 - 14页。ISBN.951-22-5219-8
通过将定子电流值（相电流）从静止参考帧转换为旋转参考帧，FOC算法可以通过转换为旋转参考帧来耦合扭矩和通量的控制。FOC电机控制器需要强大的处理器，以支持这种计算密集型算法以及一种准确地感测转子位置的方法 - 通常是模拟或数字霍利效应传感器或光学断路器。作为回报，FOC帮助电机提供出色的性能，宽度范围，高操作效率和高扭矩和高电流在启动时 - 特性，反过来升高EBIKES的驾驶能力和范围。
因为确定转子位置的传感器可以增加设计的成本和复杂性，EBIKE设计有时采用支持的控制器无传感器操作。在这种模式中，电机绕组产生的电流读数和后部EMF可用于估计电动机的位置和速度。遗憾的是，虽然这是一个相对容易的任务，但在一定速度高于一定的速度，虽然在每次骑手停止或开始时发生的静止和低速度都更加困难。虽然某些电器和其他应用是可以接受的，但是，所谓的无传感器Foc控制器用于Ebikes仍然存在于开发阶段。
再生制动是某些类型的ebikes的另一个有希望的特征。这里，EBike的驱动电机的现场绕组用作发电机/制动器，以将一些自行车的动能作为电力充电。支持再生制动所需的算法是相对简单的，但是该功能仅实际用于在电动机直接连接到车轮的直接驱动系统中实现。遗憾的是，许多EBIKE电机包括行星齿轮驱动器（通常与飞轮功能相连），使得更加不可能的操作。
用户体验下一个边界
虽然Ebike Drivetrain技术在近30年内成熟，但我们仍然可以预计会看到增量改进，虽然不是市场不断变化。相比之下，制造商只开始探索他们可以使功率辅助踏板车辆更容易运行的方式，更有趣，更适合他们的骑手的能力和使命要求。因此，大多数市场界定的新兴的创新都会在UX中，他们给骑手。
基于Trinamic参与eBike几个项目,我们已经知道良好的电动自行车和坏的区别主要是用户体验,而我们也不意味着一些花哨的应用程序设置的踏板支持(力量协助比率)或提供一个详细的分析的骑手的性能。相反，用户体验的主要定义是用户对自行车的感觉。换句话说，它是如何对骑车者的踏板做出反应的。
电动自行车的自然骑行感觉
“创造对骑手踩踏的自然感受响应是一种多方面的设计挑战，”Trinamic团队领导软件开发Enrico Dressler说。他说，几乎所有早期的Ebikes和Pedelecs的控制器都使用踏板速度传感器（通常是霍尔效应传感器和带磁铁的圆盘）作为其主要输入。随着骑手踏板更快，控制器算法增加了向电机的突出电力提供的支持。
这种简单的控制方案可靠且易于实现，但具有几个令人不快的缺点。当踏板转动时，控制器只能运行，因此无法在最需要的情况下辅助用户从死者中达到死路停止。此外，仅基于踏板速度的辅助提供辅助者的控制器给了骑手奇怪的感觉。处理延迟和算法本身的性质在骑车者的投入和自行车的反应之间引起了小但明显的延迟 - 所以它觉得踏板通过大型橡皮筋连接到后轮。
在一些对轻便摩托车、摩托车和其他类型的两轮车辆如何征税和许可有严格定义的国家，踏板速度传感也引发了潜在的营销问题。由于踏板辅助的电动自行车理论上可以提供帮助，即使在踏板和后轮之间没有链条，根据一些国家的法律，它可以在技术上被定义为电动助动车，因此需要相应的许可、监管和征税。
多年来，电动自行车的电机控制器不断发展，使电动辅助骑行变得更加自然和愉快。在一个合适的世界里，使用踏板辅助的电动自行车应该感觉就像骑着超级力量的自行车。为了实现这一目标，Dressler补充道，电机控制器必须能够感知施加在踏板上的扭矩，并将其作为决定其提供多少助力的主要手段。高质量的控制器经常用踏板速度传感来补充扭矩传感输入，以确保只在踏板转动时提供支持。混合传感器输入会阻止系统在不需要的情况下提供帮助，比如当骑手在红绿灯前停下脚时。
Pedal torque can be measured in several ways but most of today’s designs use sensors mounted in the crank bearing where they measure the torsion of the shaft as the rider applies pressure to the pedals using a foil-based strain gauge that changes resistance as a function of minute physical deformations of the surface it’s mounted to. The strain gauge is typically connected to a Wheatstone-based resistance measurement circuit that produces a 5-V analog output.
踏板扭矩传感器通常与速度传感器集成，以便控制器可以提供更平稳，更轻松的体验。扭矩-速度联合传感系统还可以让控制器在电动自行车达到法定限速时减少或切断电机辅助，从而符合当地的速度法规。智能BLDC控制器模块，如Trinamic tmcm - 1630允许制造商轻松编程其产品以遵守区域速度规定，以及微调UX参数。
这种配置将扭矩传感器放置在一个不受伤害的位置，可以很容易地连接到控制器上，但这带来了一个新问题。在底部支架内定位传感器只允许它“看到”从左踏板扭矩输入。这是因为右踏板直接连接到前链链轮，所以大多数来自骑手右脚的输入直接传送到链条，而不是通过曲轴。
这种速度和扭矩传感曲轴由THUN-X制造，提供两个数字正弦/cos速度信号的数字输出和一个扭矩信号的模拟输出。这样一来，电动自行车的电机控制器就需要只有两个数字输入和一个模拟输入。图像礼貌的enviado
该模块基于Trinamic的TMC4671智能电机控制器IC，提供了基于BLDC的EBIKE驱动系统的完整解决方案。控制器的强大集成MCU可以编程为提供定制UX并遵守关于最大速度和对踏板输入的响应的区域法律。图像礼貌的琐事运动控制
As a result, Trinamic is investigating sensing schemes and control algorithms that make the bike’s motor respond in a manner that feels symmetrical and deliver torque to the drive wheel as soon as the rider starts to pedal The most cost-effective way to reduce or eliminate asymmetric assist is to use the inputs from the left pedal to estimate the amount of support that should be provided during the portion of the stroke where the right foot is providing the torque.
“因为eBike很可能以非线性方式加速，所以计算右踏板行程的电机电流的算法不能简单地匹配左踏板最近的扭矩读数，”Enrico Dressler解释说。
“我们已经解决了一种预测算法的问题，其允许控制器在踏板旋转的两半中提供平滑，平衡辅助。相同的算法使用踏板扭矩输入来使得eBike能够从死区停止提供一些辅助，然后一旦自行车滚动，就会向速度转换到速度扭矩模式，“他说。
智能电机控制器，如Trinamic的TMC4671，为eBike制造商提供了定制产品用户体验的其他方式，包括微调扭矩-速度图，以预期的使用情况。该控制器还可以通过监测其加速度传感器和闪烁尾灯来提醒其他司机，以增加用户的安全性，当它检测到自行车骑手正在急剧刹车。
LeichtLast是由Trinamic开发的一款实验性电子货物电动自行车，作为新一代电子货物自行车的试验台。由于其高效的驱动控制系统、再生制动和其他新功能，这些车辆有望成为城市和一些郊区环境中非常实用的化石燃料运输车辆的替代品。图像由TRINAMIC运动控制提供
用于ebikes和其他移动设计的地平线的技术
这里概述的新功能将使新一代电动自行车骑起来更容易、更愉快，使它们对更多的潜在用户更具吸引力。电动自行车的电机控制器采用智能扭矩传感技术，为更容易起步的车辆提供零速助推，这将使eBike技术成为轻型运输车辆越来越有吸引力的选择。在世界各地的许多城市，轻型运输车辆可以运载从医疗用品到热餐等各种物品。灵活、大容量的电动辅助电动载货自行车等由Trinamic开发的Leichtlast技术示威者有潜力大幅减少全球城市的交通拥堵、污染和碳排放。
同样的技术也有可能被用于改善所谓的混合动力轮椅，这种轮椅是手动操作的，但为用户提供预先选定的帮助水平。在每个轮子上都配备了马达和力传感器，混合动力车如来自Alberg GmbH的Twion让良好的上臂力量的人提供更多并在没有帮助的情况下谈判陡峭的成绩。他们还为仍然有一些武器使用的人提供更敏捷的（和更便宜的替代方案），为仍有一些仍有武器的人提供完全动力的轮椅。用于为ebike用户提供更舒适和自然的UX的相同算法将让混合轮椅用户更加毫不费力和高效地旅行。
但这些用户体验方面的改进仅仅是个开始。随着行业对骑手生理和神经心理反应的理解不断加深，研究人员将能够将其转化为提供更好用户体验的功能。
Alber的Twion电动辅助系统几乎可以安装在任何轮椅上。独立的动力车轮完全独立，并具有可选择的辅助水平，再生制动，和20公里的范围。图片由Alber GmbH提供
提交：运动控制技巧那法兰•支撑•安装•支架
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