图解电动自行车的“大脑”和结构

电动自行车,做为一项户外运动,它是既环保又实用,最近越来越普及,发展很快。电动自行车和普通自行车的区别就是在自行车上加上了动力装置。而附加的这些动力控制装置就是我们最想了解的地方。今天我们旧主要地聊一聊这些。这些都是通过电动自行车的控制器来从中掌管的,就像是人的大脑或是心脏。

在控制器内部有一个微电脑芯片,说它是整个电动自行车的大脑,就是因为这个芯片。说起这个芯片,看着小小的一片,市场零售价格只有区区一两块钱。其实它非常,非常不简单:它本身就是一块超大规模的集成电路,内含数以百万计的晶体管开关电路。从上世纪80年代开始,慢慢地普及,现在几乎每一件家用电器里都有很多他的身影。它的发展速度之快,实在是令人瞠目结舌。小小的零售一两块钱的单片机芯片,也是五脏俱全的,相当于一个微型的计算机,它虽然体积小、质量轻,但是内部含有算术逻辑单元ALU,只读存储器ROM,读写存储器RAM,时钟晶振CLOCK,中断系统 Interruption,输入输出系统 IO,总线 BUS,计时器TIMER等等。。。计算机系统结构(computer architecture)。。。嗨!讲这些干嘛,太负载了!。。。根据我常年的专业的学习和工作总结,我可以用一句话讲清除什么是电脑的核心原理。这个就是“如果。。。那么。。。”电脑所谓的用门电路组成的逻辑电路,归根到底是解决如果,那么的。

以电动自行车的刹车为例,当刹车被握紧的时候,触发了藏在刹车内部的一个开关。这跟导线会向这个控制器内部的芯片上的一个管脚通一个5v的电压。单片机就会想:如果这个管脚有电压的时候,我就会停止向马达输送电力,它也是想到做到,切断电力供应。等到什么时候呢?就是如果,记住这个如果骑手松开刹车,就恢复正常供电。这个刹车的过程就结束了。

多说一句,汽车内部也有一个类似的芯片。汽车的刹车复杂一些,汽车在刹车踩下的时候,还要向刹车片控制系统发出信号,使刹车片抱住刹车盘或是刹车鼓,使汽车减速或停止,这就是所谓的动力辅助刹车。而电动自行车停止是只靠人手的力气。但是它会同时使电机马达停止工作,既不会影响刹车的过程,也省一些电力。也算是非常贴心了。顺便再说一句,早年的汽车并没有助力辅助刹车的。汽车的芯片是如此重要,汽车工厂会因为芯片供货不足而影响縂的汽车出厰率。

所以,控制器上连接刹车的电线共有两对,分别对应前后轮的刹车,也就是这两对,它们不分顺序的。从刹车这一简单的过程就能看出,控制器是电动自行车电器部分运作的核心。我们再看一下它的内部:它的里面最显眼的是上面的7个比较大的晶体管。其中的第一个是一个稳压管,它是干什么用的?

我们知道,电动自行车的电池电压一般比较高,是36V,48V或是72V,当然也有更高或者更低的。这个电压一般来说越高越好,它能直接为电机马达提供电力的。但是微电脑芯片,电路板,各种传感器,和电灯等都是用的比较低的电压,5V。这个晶体管负责把48V降到5V供这些部件使用。电机需要的是48V电,它们也并不是直接通过去的。特别一说,现在绝大部分的电动自行车电机都是无刷电机。因为和有刷电机相比,它更加可靠,省电,噪音低,体积小,寿命长,无火花。有刷电机的电刷容易引起火花,并且容易磨损。

另外就是Mosfet场效应三极管,相当于开关。一共6个。3X2个。儅转动油门把手的时候,控制器把电池的电向电机马达用脉冲的方式传输,脉冲的频率由霍尔线圈来的信号决定。控制器是如何知道油门转把的转动呢?原来油门转把内也有一个传感器,严格说来也是利用电磁效应,也就是霍尔效应的传感器。是3个管脚。所以有3根导线。电压分别为0, 5,0.80-3.80V。

控制器向电机马达输送的脉冲的强度就是由这个传感器控制的。如果是0-0.8V,就不输送电力。如果是4V就输送最大电力,就按照电压值的比例输送电力。而同时,脉冲的频率是根据霍尔线圈的感应到的电机转子的位置决定由那给或是哪几个线圈通电。

可见电动自行车电器部分是一个整体,是一个团队合作的结果。

助力辅助PAS的原理非常近似,唯一的区别是传感器的不同。助推力的传感器不是感应磁铁的距离,而是速度。而LCD display 中央控制面板,就是那个液晶显示器也很不简单。这个显示器内部也有一个微电脑芯片,也是具有非常强大的功能和非常复杂的结构。可以再次简单的假象为内住的一个小小机器人。这个机器人神通广大,非常聪明又尽职。他可以和控制器内部的会跳舞的机器人以如果那麽为基础进行对话,通讯。例如,这两个机器人合作,就可以根据电机霍尔信号计算出电机的转速,然后再根据轮胎尺寸算出骑行的速度。再把这个速度显示在仪表盘上。同理,电池容量,电压,电流,行驶距离等等都可以计算出来,并且显示在屏幕上。

如果,骑手按下电灯开关,显示机器人会在屏幕上显示出亮灯的符号,并且向控制器机器人的某一个管脚发一个电压。控制器机器人就依据如果这个管脚有电压,我就打开电灯,前后都打开。灯就亮了。前后各一个。所以车灯也是两对,每对有两根线。前后总是一起点亮的,所以不分前后。

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電動自行車的“大腦”和結構 - 有趣的圖解 - 購買,騎行,維護,修理必備知識
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https://youtu.be/A-0cP_pWOfM
-bronsonw(红毛Bronson) 2022-2-17
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