山地車助力改造安全性研究

1、    山地車助力改造安全性研究    摘 要：山地車經(jīng)過電動助力改造后趨勢十分流行，給山地車愛好者帶來騎行方便。但是助力改造山地車騎行性能增加同時增加了極大的安全隱患。對改造后的助力山地車各種隱患進(jìn)行的分析，全面研究消除隱患的各種方式。對限速器幾種方式分析進(jìn)而選出最合適的限速方式，對電磁剎車方式分析進(jìn)而選擇出最佳電磁剎車方式，超速報警和距離報警進(jìn)一步分析更能提高山地車改造的防護(hù)等級。為山地車騎行者帶來全方位的騎行安全。關(guān)鍵詞：山地車改造；安全防護(hù)；電磁剎車；限速器；安全報警：u484 ：a ：1671-2064（2018）17-0000-00山地車是一

2、種越野自行車，十分戶外運動的人喜愛。隨著山地車改造趨勢的流行，好多人在網(wǎng)上購買電動車配件，對山地車進(jìn)行改造，改造成電動自行車。這種改造后的電動車既有電動車的性能又有山地越野車的性能。把騎行作為前提條件，以山地車為載體，在不改變原來山地車外觀和功能的情況下，助力騎行。以人力加電力驅(qū)動輔助方式騎行，不登不走，騎行十分舒適，輕松，跟隨性好，頂風(fēng)爬坡性能優(yōu)良，體能循序漸進(jìn)。重大優(yōu)勢在于節(jié)能環(huán)保，由于人力的參與，減少了鋰電池車載有限能源的電能消耗，與純電動驅(qū)動方式相比，在保證相同續(xù)航行程情況下，電池容量可減小一半。1 山地車助力改造山地車增加電動輔助改造方式一般有三種，前輪裝上電機(jī)，后輪裝上電機(jī)，中軸裝

3、電機(jī)。三種方式改造價格和性能各部相同，前輪增加驅(qū)動一般費用低，后輪增加驅(qū)動結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，中軸增加驅(qū)動扭矩大，價格高。具體何種方式的改造，需要根據(jù)個人財力和喜好而定?，F(xiàn)有網(wǎng)上山地車助力改造器件一般由液晶助力表，鋰電池，指撥調(diào)速轉(zhuǎn)把，電子斷電剎把，分體助力器，速度傳感器，力矩?zé)o刷控制器等組成。液晶助力表主要功能是電池電壓顯示，騎行里程數(shù)，騎行速度，檔位設(shè)定等多項功能。鋰電池主要是給其他器件提供24v直流電力。指撥調(diào)速轉(zhuǎn)把功能是騎行時速度的進(jìn)行調(diào)節(jié)。電子斷電剎把功能是剎車時能及時切斷電機(jī)電源，給騎行者帶來安全防護(hù)。分體助力器主要由電機(jī)組成，一般固定在前輪或后輪軸上。電機(jī)通電時能提供前進(jìn)動力。力矩?zé)o刷

4、控制器是整個助力系統(tǒng)的控制核心，是助力系統(tǒng)的大腦。電機(jī)電流給出的大小，速度信號的處理都是通過力矩?zé)o刷控制器進(jìn)行，控制器的好壞直接影響到山地車助力的效果。2山地車安全防護(hù)騎行電動山地車，需從人安全防護(hù)和山地車防護(hù)兩個方面考慮。人的安裝防護(hù)。頭盔，野外騎行中難免會意外，帶上頭盔不但醒目，在路上其他人很容易看到你，最主要的是在碰撞時起著很好的保護(hù)作用。這是最重要的防護(hù)裝置。束褲帶，騎行者在穿長褲時，褲腿腳很容易被絞入山地車輪盤。束褲帶能有效地避免褲腿絞入輪盤發(fā)生危險。騎行手套，騎行手套的作用是吸汗，防滑，透氣，保護(hù)手掌及腕關(guān)節(jié)。設(shè)備安全，尾燈，對于夜行是必要裝備，可以提示后方的車輛，保證騎行的安全。

5、車燈，在夜晚或光線不好的地方可以保證能看清道路情況，確保安全。山地車防護(hù)。主要是剎車，山地車一般不用v 剎而碟剎，碟剎優(yōu)點強(qiáng)度大能更好的適應(yīng)惡劣的環(huán)境。在碟剎中，也分為兩類，一種為線拉式碟剎，一種為油壓式碟剎。線拉式碟剎為機(jī)械式剎車，應(yīng)用更為廣泛。3限速器的使用由于改造后的電動山地車人力和電動同時作用，性能大大增加，騎行時速能達(dá)到30km/h以上，最高時騎行速度60km/h，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常騎行的速度。根據(jù)2108年新頒布的電動自行車通用技術(shù)條件，電動自行車是非機(jī)動車要求最高車速25km/h。超過25km/h則為機(jī)動車。所有提供的簡單的增加動力必須增加限速器。限速器可以有幾種方式：第一種是控制

6、器自身帶限速功能，電動車控制器一般都帶有限速功能，限速受到控制器中單片機(jī)控制，控制器有限速短接端口，直接短接脈沖寬度最大值會受到限制，限速為25km/h左右，達(dá)到限速的目的斷開則為額定最高速度。但是往往廠家為了追求改造后的速度效果，市面上好多助力改造器件都不具備限速功能，這就要求我們采用其他方式進(jìn)行限速。第二種是對指撥調(diào)速轉(zhuǎn)把電壓信號進(jìn)行限制。指撥調(diào)速轉(zhuǎn)把一般為霍耳轉(zhuǎn)把，它輸出調(diào)速信號是一種轉(zhuǎn)動電壓會從1.0v-4.2v變化。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把時改變了霍耳元件磁場強(qiáng)度，從而改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。然后把這個電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個信號的大小進(jìn)行pwm脈寬調(diào)制。只要限制赫爾轉(zhuǎn)把的最高輸出電壓就能

7、很好地對最大速度進(jìn)行控制。在調(diào)速把和全車線束插頭之間串聯(lián)一個可調(diào)電位器，輸出電壓進(jìn)行分壓，就可以限制最高速度，調(diào)節(jié)原理如圖1。圖1 限制最高速度原理圖從圖1中可以看出，只要調(diào)節(jié)滑線電阻器的電阻大小就能對輸出電壓進(jìn)行分壓，達(dá)到限速的目的。4電磁剎車改造由于山地車增加了電力助力裝置，動力性能更強(qiáng)勁。在一些下坡、雨天等特殊的環(huán)境下，即使性能良好的碟剎有時不能滿足自行車制動要求。自行車安全要求新國標(biāo)gb 3565-2005要求。自行車制動要求速度25km/h時，在干態(tài)的情況下使用兩個車閘制動距離為7m。在濕態(tài)的情況下使用兩個車閘制動距離為9m。這樣單純依靠人力機(jī)械剎車很難達(dá)到制動距離。為了增加安全助力

8、山地車的安全性。 采用電制動有以下幾種模式：第一種最基本方式是采用能耗制動方式。山地助力車斷電后電動機(jī)仍然會高速運轉(zhuǎn)，電動機(jī)在高速運轉(zhuǎn)時就會產(chǎn)生很高的反電動勢；經(jīng)過控制器轉(zhuǎn)換電壓后給電池瞬間高電壓充電，同時起到能耗制動作用。這種制動的方式效果沒有能源消耗和機(jī)械磨損，反而能給電池進(jìn)行充電，屬于最環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制動方式。這種制動方式的缺點是充電時間短，充電量十分有限，然而電池瞬間承受高壓會給電池使用壽命帶來一定的傷害。第二種是采用通電摩擦制動原理。一般采用單片電磁制動器來進(jìn)行制動。電磁制動器通斷電分離狀態(tài)下，銜鐵和線圈一般保持0.5mm的間隙，斷電時，銜鐵跟線圈是分離狀態(tài)，銜鐵跟隨著旋轉(zhuǎn)端一起旋轉(zhuǎn)。

9、通電時，線圈產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生磁力將銜鐵吸附，旋轉(zhuǎn)端和銜鐵立刻結(jié)合在一起，起著到剎車的效果。單片電磁制動器也有通電分離斷電剎車模式。通電分離和斷電分離最主要的區(qū)別時，在電池沒有電時銜鐵受彈簧的彈力作用旋轉(zhuǎn)端和銜鐵結(jié)合在一起。起著剎車的作用，山地車將無法騎行。所以一般選用電磁制動器通斷電分離方式剎車。第三種采用電磁剎車輔助制動裝置方式，電磁剎車又稱電渦流緩速器。增加電磁剎車后，當(dāng)制動觸發(fā)后，給直流通入電緩速器定子線圈，在定子線圈內(nèi)就會產(chǎn)生磁場，該磁場會在相鄰磁軛板、鐵芯、氣隙、轉(zhuǎn)子之間形成磁場回路。轉(zhuǎn)子與定子之間相對運動時，相對運動使得導(dǎo)體在切割磁力線，根據(jù)物理學(xué)電磁感應(yīng)原理，在導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生感應(yīng)

10、電流現(xiàn)象， 感應(yīng)電流同時也會產(chǎn)生另一個感應(yīng)磁場，此磁場和已經(jīng)存在磁場之間會有項作用力，作用力方向是會阻礙導(dǎo)體運動的方向。這樣起到非接觸時剎車作用。這樣剎車的好處是非接觸時的不會消耗剎車片。騎行時山地車故障率相對較低。5超速報警在山地車助力改造中一般都有騎行速度顯示，騎行時能及時發(fā)現(xiàn)速度。有時受光線等因素影響，騎行時超出限速范圍時并不能及時發(fā)現(xiàn)，這樣就會存在著騎行安全隱患。為了能及時發(fā)現(xiàn)可以增加速度報警裝置。速度報警一般是以單片機(jī)為設(shè)計核心，通過光電傳感器來檢測助力山地車的運轉(zhuǎn)速度，里程計算，最后用數(shù)顯能直觀的將速度顯示給騎行者，并且在速度高于一定的值時可自動向騎行者報警，從而達(dá)到安全警示作用。

11、超速報警硬件主要需要單片機(jī)、霍爾傳感器、測速檢測電路、速度顯示電路和喇叭報警驅(qū)動電路。報警電路就是在車速超過25km/h或指定速度時，單片機(jī)就在接受到速度傳感器傳來的信號，單片機(jī)輸出報警信號驅(qū)動報警電路的喇叭，達(dá)到報警目的。超速報警軟件需要用單片機(jī)專用編寫語言來進(jìn)行程序編寫，軟件設(shè)計的核心內(nèi)容是速度檢測程序。6距離報警在助力山地車騎行過程中有時會遇到固定障礙物或移動障礙物，如果不能及時反應(yīng)會給安全行駛帶來極大隱患，可以借助距離測量設(shè)備進(jìn)行預(yù)警或自動剎車，以保障騎行的安全。在距離測量中有毫米雷達(dá)波，激光雷達(dá)波，超聲波雷達(dá)等幾種模式，每種模式都有自己的優(yōu)缺點。（1）毫米雷達(dá)波測距是高精度、高分辨力

12、、小天線口徑，光電制導(dǎo)和微波制導(dǎo)。毫米雷達(dá)器體積小、質(zhì)量輕和分辨率高。穿透煙、霧、灰塵等的能力強(qiáng)，適合全天候使用。（2）激光雷達(dá)隱蔽性好、分辨率高、抗有源干擾能力強(qiáng)。低空探測性能好。同樣具有體積小、質(zhì)量輕特性。工作時受天氣變化影響大。激光一般在晴天氣里衰減較小，傳播距離遠(yuǎn)。而在濃煙、大雨、濃霧等惡劣天氣里，衰減會增大，雷達(dá)傳播距離就會受到影響。（3）超聲波雷達(dá)測距是超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測距的方法簡單，成本低。超聲波的傳輸速度容易受天氣情況的影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，而且傳播速度較慢，當(dāng)汽車高速行駛時，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距

13、實時變化，誤差較大。在測量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時，其回波信號會比較的弱，影響測量精度。從以上三種測距方式優(yōu)缺點和成本來看，在助力山地車選用激光雷達(dá)測距可靠性和性價比相對最高。雷達(dá)測距裝置和電磁剎車必須配合使用，這種模式類似于汽車的自動駕駛功能。雷達(dá)測距后必須有專門的處理器處理電子信號，處理器根據(jù)山地車和固定障礙物或移動障礙物距離遠(yuǎn)近進(jìn)行判斷?？梢愿鶕?jù)距離遠(yuǎn)近進(jìn)行降速或啟動電磁剎車處理，確保騎行者的騎行安全，進(jìn)而很好解決騎行過程中的意外安全隱患問題。7結(jié)語山地車增加助力系統(tǒng)后，性能增加同時會帶來極大的安全隱患。對山地車改造方式進(jìn)行選擇，對人員自身防護(hù)和設(shè)備安全防護(hù)進(jìn)行全方位分析。對改造后的助力山地車隱患進(jìn)行的分析研究。在設(shè)備上通過在限速器、電磁剎車、超速報警、距離報警等方面進(jìn)行分析，找