在上一篇《深度剖析电动助力自行车之技术原理》的文章中，笔者详细的分析了电动助力自行车（Pedelec）的两种核心技术，先进的“双边力矩传感器”与较为落后的“后轴勾爪传感器”之间的优劣。而在电动助力自行车领域，还有其它几种传感器技术也有不少的应用，今天这篇文章就来介绍并分析一下第三种传感器技术——“扭簧传感器”，因为形似力矩传感器，因此也被称为伪力矩传感器。

Pedelec（电动助力自行车）工作原理

Electric bicycle（电动自行车）工作原理

电动助力车（Pedelec）与电动自行车（Electric bicycle）的最大区别就在于：前者是通过测量人踩脚踏的力量来判断提供助力的大小，而后者则是通过手拧动转把来控制动力的输出，说到骑行体验，能够跟人的脚和腿进行配合的电动助力自行车自然就有着明显的优势。那么，如果可以把电动自行车的转把安装到牙盘上，岂不是就成功将电动自行车升级为电动助力车了嘛？

“扭簧传感器”正是由此而生，与“后轴勾爪传感器”其实是内置“压力传感器”类似，“扭簧传感器”是内置“霍尔传感器”，它的核心原理就是将电动自行车的“转把”安装到牙盘上，让助力的控制由手变成了脚，非常取巧的将电动自行车变成了电动助力自行车。

“扭簧传感器”曲柄实物图（可以看到刻度）

“扭簧传感器”牙盘实物图

“力矩传感器”牙盘

“扭簧传感器”的外观与“力矩传感器”很像，都是安装在牙盘上，所以市面上很多电动助力自行车如果自己不标明，消费者很难分辨，因此很多企业虽然是使用“扭簧传感器”但却以“力矩传感器”的名义进行宣传，所以在业内，“扭簧传感器”也就有了“伪力矩传感器”的称号。

不过，“扭簧传感器”确实是一种可以用来实现测量力矩的方式，但它测量的精度与真的“力矩传感器”有很大的差距。

“扭簧传感器”内部结构图

上面这张图写着“TORQUE SENSOR”号称“力矩传感器”的其实就是“扭簧传感器”，“扭簧传感器”的结构并不复杂，就是两个铝合金盘片咬合在一起，一片固定在牙盘上，一片与曲柄相连，之间以弹簧做为转接件，当人在踩脚踏施加作用力时，曲柄带动连接的盘片使弹簧产生压缩，然后带动牙盘转动，弹簧的形变长度与受到作用力的大小成线性关系（胡克定律），在弹簧压缩过程中，两个盘片就会产生相对位移，安装在其上的磁铁随之移动，“霍尔传感器”也就探测到磁场的变化，进而判断出受作用力的大小，这与电动自行车旋拧转把使磁铁产生位移是一样的，而“扭簧传感器”名字的由来就是里面使用了弹簧结构。

上面这张图是“扭簧传感器”的内部结构原理图，“pedal force”是人踩脚踏的作用力，“Hall sensors”就是霍尔传感器，“torque measurement”力矩测量其实就是“霍尔传感器”的位移变化，因此“扭簧传感器”的工作流程是——脚踏受力->弹簧受力压缩->曲柄与牙盘产生相对位移->霍尔传感器检测到的磁场变化->得出需要助力的数值。

“扭簧传感器”有它的优点：那就是技术门槛低，电路成本低，实现起来也比较简单。

而真的“力矩传感器”（下图），测量的是金属轴表面在受力后的细微形变，肉眼不可见，内部是不会有弹簧这种结构的。

与“力矩传感器”比起来，“扭簧传感器”的优点是成本比较低，但也有一些因为实现形式带来的先天的缺点：

缺点一，测量精度低：正如上文所述，“扭簧传感器”的核心是使用“霍尔传感器”作为测量元件，因此测量的精度不高，测得的数据会远比“力矩传感器”差很多。

缺点二，测量延迟大：因为使用弹簧作为转接件，导致曲柄与牙盘间不是刚性连接，人踩脚踏的力量在传递过程中就会被弹簧损耗，并且出现延迟，这进一步降低了本就精度不高的数据精度。

缺点三，测量一致性差：“扭簧传感器”一个传感器里需要使用多根弹簧，但弹簧的一致性并不高，这也就造成即便是同一批下线的“扭簧传感器”也会存在测量精度上的差异。

缺点四，使用体验差：还是因为使用了弹簧，在骑行过程中曲柄与脚踏就会出现晃动，而且在每次踩踏之后都会出现“弹脚”的情况，骑行体验不舒服。

缺点五，助力输出延迟大：“扭簧传感器”这种结构是无法持续测量力的，比如一开始力量大，弹簧被压缩，但弹开后就没有力了，左右脚在切换发力过程中就会出现很大的波动，所以这就需要使用大的滤波来避免传感器数据波动，这就再次造成测量数据的延迟。

以上五个缺点均造成了“扭簧传感器”较差的测量精度与较大的延迟，直接结果就是在真实的体验对比中，使用“扭簧传感器”的电动助力自行车的助力补充总会比使用“力矩传感器”的电动助自行力车慢很多，而且助力的补充突兀不够流畅，没有那种助力随要随有的感觉。因此目前在高端电动助力自行车产品中均不再使用“扭簧传感器”，以德国BOSCH与日本YAMAHA等顶级厂商为首，包括国内的轻客TSINOVA在内的企业均将研发投入在更好的“力矩传感器”上，而“扭簧传感器”因为先天的精度缺失没有更多的精度提升空间已经处于被淘汰的边缘。

以上，对于“扭簧传感器”的分析告一段落，如果想掌握分辨“真假力矩传感器”的技巧其实并不难，有些企业会在牙盘上标有刻度，很好识别，如果刻度被刻意磨掉，那就去看“曲柄与牙盘是否是被固定为一体”的，如果曲柄连同牙盘中心一块儿区域是与整个牙盘分离的，就可以判断使用了“扭簧传感器”；而更为简单有效的方法就是上去踩一踩，如果感觉有弹性缓冲，就一定是使用了“扭簧传感器”。