如果你读过任何关于过去几年顶级公路超级摩托车的文章，你可能已经看到了IMU这个词。代表惯性管理单元，他们是最新的牵引力控制和ABS系统的核心。
这些将最新一代自行车的电子控制系统连接在一起的小黑盒子看起来和其他电子盒子一样神秘，但实际上它们非常聪明，实现了几年前被认为是不可能的事情;它们为标准的生产公路自行车提供了牵引力控制水平，甚至超过了顶级GP赛车手在十多年前梦寐以求的水平。
在21世纪初，牵引力控制在赛道之外几乎是闻所未闻的。是的，早在90年代，本田ST1100等几辆量产自行车上就出现了一些基本的系统，但它们效果不佳，从未流行起来。
鉴于英国道路上自行车的平均年龄为13年，大多数车手甚至还没有体验过新一代牵引力控制公路自行车，这是2008年杜卡迪在1098R上引入第一代现代系统时出现的。但它传播得如此之快，如果你还没有安装，很有可能你的下一辆自行车就会配备它。
因此，我们拿起电话联系了Matthias Mörbe(如图)——博世欧洲工程两轮车和动力运动副总裁，以及全球传感器产品经理——希望得到一个解释，并看看我们对这项快速发展的技术的下一步期望。
“谈到电子产品和摩托车，我们有很多怀疑的想法，”他说，“然而，大多数骑手在没有深入了解的情况下已经在使用电子产品了。喷射系统是如此完美地调整，大多数人真的不想回到化油器!
“随着更先进、更复杂的系统即将问世，我们当然看到有必要至少了解电子设备在多大程度上影响了摩托车的驾驶行为。我们一直试图强调的一个关键信息是，我们的主要目的不是分散司机的注意力，也不是在正常的驾驶条件下影响司机。只有当达到极限，或者你接近物理极限时，这些系统才会帮助你，赶上情况。
以ABS为例。你不需要在每个弯道都使用ABS制动系统。只有在弯道的摩擦发生变化时，或者在湿滑的道路上，当摩擦很低时，你才会使用这个救生功能。在正常情况下，这些系统都在后台，你并不能真正意识到它们的存在。”
博世的首个倾斜敏感牵引力控制系统于2007年推出，该系统使用陀螺仪来感知自行车的倾斜角度。这是至关重要的，因为自行车的前后轮胎外形是圆形的，而且前后轮胎的大小也不同，所以你不能单独使用轮速传感器来感知后轮胎是否开始旋转。Mörbe解释说:“例如，如果你有45度的倾斜角，后轮由于其轮胎形状，直径较小。如果你将其与前轮速度进行比较，你会发现理论滑移值已经达到了牵引力的极限。因此，在当时，良好的牵引力控制只能通过倾斜角度传感器来实现。”
实际上，博世早在上个世纪末的许多年前就开发出了一种倾斜角度传感器，但在实现牵引力控制之前，它不得不等待自行车技术的其他元素赶上来。
Mörbe表示:“实现牵引力控制的关键因素是发动机管理和电子节流阀体的引入。如果没有电子节流阀，或者至少是双襟翼设计，你就无法控制扭矩，从而在弯道获得良好的牵引力控制。对于杜卡迪来说，第一种方法是通过影响火花推进和减少点火和喷射来完成的，这非常粗糙，不适合普通车手的公共道路应用。随着电子节气门的引入，突然之间就有机会更好地控制发动机的扭矩，然后有了这个功能，问题就出现了“我们在弯道里该怎么做”。正如我之前所说，车轮速度的比较是不可能做到这一点的。”
这就是倾斜角度传感器的用武之地。
Mörbe表示:“实际上，我们早在2007年就有了第一个倾斜角度传感器设备，实际上是在2000年之前，但行业并不支持任何重要的牵引力控制算法，因为大多数牵引力控制算法仍然依靠化油器运行。这或多或少是一个巧合，在引入更好的控制引擎管理系统和节气门控制系统的同时，要求对大功率自行车进行牵引力控制，在某种程度上，你也可以控制弯道。”
早期牵引力控制系统中精益传感器的关键，以及它们发展到今天的imu的关键，是微电子机械系统，简称MEMS。它们看起来就像电脑芯片，但里面实际上是微小的机械设备，而不是纯粹的电子设备。
一提到电子产品，我们就有很多多疑的想法。然而，大多数车手已经在使用他们，不想回到化油器
Mörbe说:“我们在1998年引入了微型机器技术，原则上它总是一样的。我们有一个非常小的单元，其中包含一个地震质量，它在一个传感元件内移动。这种检测是通过电容的变化来实现的。内部有一个梳状结构，梳状分叉之间的距离(随着质量的移动)会发生变化，随着距离的变化，电容也会发生变化。
“地震质量由硅树脂制成的弹簧固定，这是这些微型机器设备最有趣的设计特征之一。弹簧从硅胶层中蚀刻出来，地震质量几乎自由地悬挂在装置内部的真空中。我们有特殊的工艺，使我们能够除去物质下面的物质。所以我们可以设计各种各样的弹簧，质量，梳状结构。我们可以精确地设计弹簧速率。我们还做了耐久性测试，硅胶弹簧与金属弹簧相比不会老化。如果它们不被极端加速摧毁，它们就会永远存在。”
当我们谈论陀螺仪时，旋转重量的图像可能会浮现在脑海中，但imu中的MEMS陀螺仪是完全不同的。相反，它们是一种“振动结构”陀螺仪，其原理是，即使承载物体的结构转动，振动物体也会试图继续朝同一方向振动。
在MEMS加速度计上，质量不需要振动。它只是一个安装在弹簧上的重量(当然，所有的弹簧都很小)，可以来回移动，以测量一个方向上的加速度。
所有这些微型机械部件都足够灵敏，可以测量其内部质量的运动，其运动范围小至单个原子核的半径。
IMU基本上是一个电子元件，结合了加速度计和陀螺仪，能够测量线性加速度和方向变化。如果你有一部智能手机，它可能已经包含了传感器，以大致相同的方式来测量它的运动。通过比较这些测量结果以及车轮速度传感器的读数，一辆配备imu的现代自行车可以准确地知道任何时候发生了什么。它可以判断车轮是否开始旋转或锁定，两个车轮是否都在地面上，你的倾斜角度，甚至是你驾驶的角度，如果你喜欢的话。通过ABS来影响制动压力通过点火，电子油门和喷射来影响发动机扭矩，操纵稳定性控制，车轮控制，后轮防升力系统或转向ABS的能力程度都归结为电子大脑的编程，它将所有东西联系在一起。
你会发现imu通常被称为“六轴”或“五轴”。这指的是传感器——三个加速度计和两个或三个陀螺仪，总共提供五到六次测量。虽然我们生活在3D世界中，但实际上有六种运动可以测量，三种是线性的(即位置的变化)，三种是旋转的(即方向的变化)。线性的是左右，上下和前后。还有在加速或刹车时，自行车前后倾斜时的俯仰运动，倾斜时的左右滚动，以及改变方向时的偏航。这些组合在一起，被称为六个自由度。
Mörbe解释说，最新的博世IMU内部有五个传感器:“我们目前是第五代，MM5.10。我们有三个加速度传感器，分别在X, Y和Z轴上。Z轴是垂直的，Y轴是左右的，X轴是前后的。我们还有两个陀螺仪。这些陀螺仪的方向是在Z轴或Y或X轴，这取决于如何放置在车辆上的单位。通过一种特殊的算法，我们能够计算出缺失的陀螺仪轴，所以通过计算，它有可能具有六度的功能。”
所以这些传感器会产生大量的信息。接下来的工作是将这些信息应用到其他系统中，使其发挥作用。显然，两个关键的受益者是自行车的ABS刹车和牵引力控制。
“主要是动力传动系统和制动系统，”Mörbe说，“最重要的是，悬挂系统会受到我们从自行车传感器接收到的数据的影响。这可以为平均90%的摩托车骑手提供更好的调整悬架。我个人的经验是，他们中的大多数，如果他们调整他们的悬挂，只做一次在他们拥有自行车的时间。然后他们就这样骑行接下来的15000公里。他们没有使用悬挂系统提供的全部性能。
“因此，这是我们的选择之一，通过减少叉的俯冲和改变制动时后部的回弹调节，我们可以修改悬架，使其更舒适、更稳定，甚至缩短制动距离。”
短短几年内取得的进步已经令人震惊，这些电子系统的采用使今天的新自行车从他们的祖先中脱颖而出。但在快速发展的中国，还有更多的事情要做。
Mörbe说:“我们现在拥有的是一种技术，可以让我们把微型机器的功能固定在放大设备上，放大设备是一个带有特定硬件的微控制器。有了这项技术，我们可以减小封装的尺寸，在电路板上得到更小的设备，并在一块电路板上放置更多的单元。在未来，我们会看到比现在的产品有更多的功能和性能。
“技术方面，我们正在努力缩小尺寸，但原则上微机器技术保持不变。就性能而言，最终参考是什么总是一个问题?到目前为止，摩托车行业的参考是一种利用光工作的光纤传感器。这是一种用于卫星和火箭的光纤陀螺，来自军事方面。我们使用这些作为参考，最新一代的传感器已经非常接近参考。我们五、六年前的偏差几乎消失了。我可以有一点信心地说，我们现在接近参考了。传感器本身将不再是限制因素。”
如果传感器达到了难以改进的程度，瓶颈就会转移到系统的其他地方。
“对信号的解释是最重要的事情，”Mörbe说，“当然，你有一些限制。在摩托车上，这些限制特别来自摩托车的性质。我们有非常高的振动，发动机有时直接安装在车架上，你可以得到一个高干扰信号，仅仅是由于车辆本身的振动。
“我们不得不接受这种情况，所以我们的方法是在自行车上使用一些特殊的位置，甚至是一个阻尼元件来消除这些干扰。如果你让这些干扰远离前景，传感精度和长期稳定性几乎满足了我们将看到的系统的所有未来要求。
“这些系统将摩托车的动态性能提升到比现在高得多的水平，可以对特定的动态情况进行分类，甚至可以在事故发生之前检测到事故。从我们的角度来看，未来的目标是完全没有事故，这样我们就可以挽救摩托车骑手的生命。”
这是一个崇高的目标，但即使在几年前——在MEMS技术和电子油门出现之前——许多专家认为，在量产自行车上实现可行的牵引力控制几乎是不可能的。
就在最近，我们看到本田和雅马哈都展示了计算机不仅可以控制油门和刹车，还可以驾驶自行车的概念。本田(Honda)在今年1月展示了一款自动平衡的“骑行辅助”(Riding Assist)概念车，它能够通过自动移动方向盘来实现自我平衡。雅马哈(Yamaha)在2015年底推出了外形更狂野的Motobot，这款机器人希望最终能在能力和速度上与人类骑手相媲美。
许多新车也有转向辅助系统来防止事故，那么博世认为这是自行车的下一步吗?Mörbe并不相信。
“影响转向是一个非常有趣的问题，”他说，“已经有关于修改转向系统的研究。但由于车手是整个转向动力学的一部分，到目前为止，还没有可见的解决方案有机会影响转向。这与汽车完全不同，你有机会影响转向系统。也许我错了，但我坚信，在不久的将来，我们不会看到任何进入方向盘的方法。这在理论上是可行的，但技术上的解决方案，在我个人看来，暂时是不可行的。
“我看到了本田的概念车。这是一个非常有趣的方法，它展示了技术可以做什么，但最终用户的利益是什么?如果我在街上走的时候我的摩托车跟着我?我不认为这是拥有摩托车的主要目的。
“我看到了实现他们所做的事情所需要的机械努力，这是可怕的。但是非常有趣。与其他解决方案相比，它确实有效。你可能也见过雅马哈的方法，即自动驾驶摩托车(如图)。这显示了技术目前能够发展的程度，但是……
“有一项研究表明，如果车手使用更多的倾斜角度，45%的弯道事故是可以避免的。因此，如果你考虑到这一点，你必须讨论推翻骑手的意图的能力。这是一个非常有趣的问题——这种压倒一切的做法在多大程度上是可以接受的，而且是足够安全的。我想我们目前还没有什么策略可以让我们有机会在这种程度上影响机器和人类的驾驶组合。”
博世在摩托车电子产品市场占据主导地位，尤其是在ABS和牵引力控制方面。事实上，许多制造商都在使用博世的系统，这意味着未来我们将在大多数自行车上看到这个套件。自今年1月1日起，125cc以上的新车必须安装ABS。那些使用博世MSC(摩托车稳定控制)，这是一个转弯防抱死系统，有效地整合了最新牵引力控制所需的所有传感器。因此，虽然目前还没有规定强制要求牵引力控制，但它很可能会变得无处不在。
Mörbe表示:“在我们的MSC摩托车上，我们实际上已经具备了这种功能。因此，我们的目标是在所有自行车上都安装MSC，而不仅仅是ABS，这意味着你可以“免费”获得牵引力控制。
“当然，在功率非常低的情况下，总是会有一个问题，那就是你超越后胎抓地力水平的风险有多大。我想说，在35马力以上，有牵引力控制是件好事。”
另一个可能迅速传播的元素是与相同传感器相连的半主动悬架。
Mörbe表示:“一些自行车已经采用了这种技术。未来两年，我们将看到更多的人使用这种技术，博世正在为此开发电子产品。”我们的传感器正在为这些系统提供信号支持，以构建真正实用的算法。”
最新一层电子控制技术的真正天才之处在于，在99%的情况下，你甚至都不知道它。这是一个如此无缝集成的设置，传统主义者没有理由抱怨骑行体验的稀释。但当你需要它的时候，你会很高兴它在那里。
