電動自行車
概覽
這款電動自行車輪轂馬達控制器支援單馬達或雙馬達配置。馬達採用磁場定向控制(FOC)驅動,控制器效率高達 95% 以上。其獨特且已獲專利的控制方法,著重於讓騎士保持在明顯但舒適的施力水平——這正是騎乘一般自行車最有趣的部分。
規格
控制器接受 36 至 60 V 的鋰電池組(10S–13S),每台馬達的輸入電流約為 18 A。在散熱足夠的條件下,硬體可承受每馬達高達 1000 W,但一般搭配標準電動自行車馬達時,實際運作功率為 350 W 或 500 W。
控制模式
TMACHI "固定騎行強度"
此控制模式為我們控制器設計者開發的獨特且已獲專利的模式,騎乘感受極為平順,並具有「抹平」坡度的效果,讓騎士感覺彷彿一直騎行在平坦地形上。它透過馬達補足所需的功率差,將騎士的施力維持在固定的最大值。簡單來說,在平地上它的輔助較少,在爬坡時輔助則明顯增強。
中央馬達模擬
Bosch 與 Shimano 的中央馬達是高端電動自行車的業界黃金標準。中央馬達在踏板處提供的動力與騎士的輸入直接成正比,因此騎乘感受極為平順,也最接近一般自行車的「騎感」,與輪轂馬達相比尤為如此。其輸出功率就是騎士輸入功率乘以一個比例係數,而該比例係數會依助力等級而改變。
輪轂馬達控制器(例如我們的控制器)與騎士的輸入之間隔著車片的機械傳動系統。我們的控制器具備中央馬達模擬模式,使騎感如同中央馬達,儘管它仍是輪轂馬達。它透過感測器計算傳動比,並將此傳動比作為額外的一項加入功率計算中。
此模擬模式不受機械傳動系統的機械效應影響。傳送至地面的可用扭矩直接由馬達扭矩決定,不會像中央馬達那樣被傳動比所改變。然而,其騎乘感受與中央馬達幾乎相同。
助力模式與騎乘感受
除無助力模式外,控制器提供三檔各自獨立調校的助力等級,從悠閒到運動。每個等級都有專屬的推力感、回應速度與可用最大功率,因此模式之間的差異清晰且一致。
騎乘感受可完全調校:回應每一次踩踏的比例推力、控制器對踏頻變化適應的快慢、可動用的最大馬達功率比例,以及目標騎士施力等級,皆可依模式個別設定,以符合客戶需求。
安全性內建於設計之中。動力助力僅在車速達到約 6 km/h 以上時才啟用,而當溫度或車速接近限制值時,控制器會以線性方式漸進降低功率,而非突然斷電。
場定向控制(FOC)
場定向控制(FOC)是一項先進的馬達控制技術,透過調節馬達磁場中的電流來最大化效率與扭矩回應。控制器將馬達的三相電流持續轉換至旋轉參考座標系,因而能獨立控制扭矩與磁通。相較於 6-Step(六步換相)等較簡單的驅動方式,FOC 帶來更平順的加速、更高的效率與更安靜的運行。
藍線來自接在馬達其中一相上的電流探針。黃線為相電壓。對相電壓施以 PWM(脈波寬度調變),即可產生正弦波形的電流——這正是 FOC 的運作過程。
韌體
控制器運行即時作業系統(RTOS),使感測、馬達控制與通訊任務皆嚴格遵循時序,並以硬體看門狗(watchdog)與完整性檢查防範軟體故障。
外部硬體
控制器設計上搭配扭矩感測器使用,並同時支援轉把(throttle)輸入。CAN 匯流排協定可讓儀表、控制器與 BMS 之間進行通訊與錯誤回報。支援大燈、尾燈、方向燈與煞車輸入。
控制器另提供機板上的 5 V 與 12 V 供電軌道供配件使用,並監控完整的一組輸入:踏板扭矩與踏頻、轉把、車輪轉速、馬達與功率級溫度,以及電池電壓。
自我診斷
控制器具備偵測與診斷各種可能問題的能力,涵蓋從生產製程的瑕疵到實車環境中接頭鬆脫。
韌體監控 28 種不同的故障狀態,每一項皆經過防抖動(debouncing)處理,使瞬時雜訊不會誤報警報。涵蓋範圍包括過熱與過流保護、過電壓與低電壓、馬達相電流不平衡與斷線、馬達堵轉,以及扭矩、踏頻、輪速與霍爾(hall)感測器的故障。
CAN 匯流排以心跳訊號監控:儀表、電池管理系統(BMS),以及雙馬達配置下的前控制器,都必須持續回報;連線中斷時儀表即顯示錯誤。若未配置 BMS,控制器會由電池組電壓估算電池剩餘電量(SOC),讓顯示維持運作。故障會以代碼形式顯示在儀表上,便於快速辨識。
早期控制器設計的佈局縮時影片。
較新版本佈局的螢幕截圖。
馬達測功機(dyno)測試,用以確定控制器的效率與功率能力。
控制器耐震測試,以評估其耐久性。