Като Regen често получаваме въпроси от клиенти и партньори относно сензорите за въртящ момент - какво представляват, как работят и защо са толкова важни за електронните и товарните велосипеди. Сензорите за въртящ момент са едни от онези скрити компоненти, които може да не забележите на пръв поглед, но те определят из основи усещането при каране, ефективността на двигателя и дори безопасността на електрическите велосипеди.

В тази статия ще разгледаме подробно сензорите за въртящ момент: какво правят, как работят, какви са техните предимства и недостатъци и къде се използват. Също така ще свържем ролята им с по-широки съображения за проектиране на товарни велосипеди, като например избор на въртящ момент на двигателя и комуникационни протоколи в електрическата система.

Какво представлява сензорът за въртящ момент?

Сензорът за въртящ момент е устройство, което измерва размера на въртящия момент (силата на въртене), приложен към вал или ос. В електронния или товарния велосипед той обикновено се намира в долна конзола, задна капла или шпиндел на коляновия вал. Когато водачът натиска педалите, сензорът за въртящ момент отчита силата на усукване и изпраща сигнал до контролера на двигателя. След това контролерът регулира пропорционално помощта на двигателя.

Това се различава значително от сензори за каданс, които просто установяват дали въртите педалите или не, без да измерват силата на въртене. Докато сензорите за каданс са склонни да осигуряват по-двойно усещане за помощ “включено/изключено”, сензорите за въртящ момент позволяват по-плавно и естествено въртене на педалите.

Определение:

Въртящ момент = сила × разстояние (измерва се в нютон-метри, Nm).

Ако приложите сила от 100 N върху рамо на манивела с дължина 0,17 m, полученият въртящ момент е 17 Nm.

2. Как работят сензорите за въртящ момент?

Повечето сензори за въртящ момент, използвани в електронните и товарните велосипеди, са на базата на тензометричен датчик. Нека да разбием принципа на работа:

2.1 Метод на тензодатчиците

1. Шпинделът или оста на коляновия вал се завърта леко, когато водачът върти педалите.
2. Манометри за деформация-малки електросъпротивителни елементи - са прикрепени към вретеното.
3. Когато шпинделът се деформира, тензодатчиците променят съпротивлението си.
4. Тези промени се усилват чрез мост на Уитстоун и се преобразуват в електрически сигнал.
5. Контролерът на двигателя интерпретира този сигнал като усилие, вложено от водача, и съответно регулира мощността.

2.2 Магнитоеластичен метод

Някои високотехнологични сензори за въртящ момент използват магнитоеластични принципи:

• Стоманата в шпиндела променя магнитната си проницаемост при усукване.
• Сензорите за магнитно поле откриват тези промени без физически контакт.
• Ползата: по-малко износване, тъй като няма проводници или плъзгащи се пръстени върху движещите се части.

Схема на сензор за въртящ момент за електровелосипеди

Сензор за въртящ момент срещу сензор за скорост : кой е по-добър?

Казано по-просто, това е сравнение между опитен водач и водач-стажант.

Можете да използвате аналогията с опитен шофьор, който шофира, и шофьор-стажант, който шофира:

Сензорът за въртящ момент е като “опитен шофьор”

• Опитният шофьор ще контролира плавно мощността на автомобила в зависимост от пътните условия и силата на газта:
• Ако се движите по наклон, газта автоматично се увеличава (по-голяма помощ от двигателя).
• При спускане по наклон или леко натискане на газта мощността ще бъде намалена (пестене на енергия и безопасност).
• Цялото шофиране е плавно и естествено, а чувството за сигурност е силно.

Сензорът за скорост е като “чирак шофьор”

• Обучаващият се водач има само обща представа за превключвателя на газта:
• След натискане на газта се подава пълна газ, независимо от пътните условия.
• Реакцията е бавна, а газта е или напълно отворена, или затворена.
• Лесно е да се стигне до рязко ускоряване и забавяне при каране, особено когато е натоварено. Това е опасно.

Обобщение: Сензор за въртящ момент = интелигентен изход при поискване, сензор за скорост = фиксиран изход (спиране, ако никой не натиска, пълна мощност, ако се натиска)

Сензори за въртящ момент (на базата на силата на педала)

• Мярка колко силно въртите педалите. чрез отчитане на силата на въртене, приложена към манивелата, долната скоба или задния капак.
• Помощта е пропорционален: колкото по-силно натискате педалите, толкова повече мощност осигурява моторът.

Сензори за скорост или каданс (на базата на скоростта на педалите)

• Мярка дали и колко бързо въртите педалите. използване на магнити и сензор на коляновия вал.
• Помощта е двоичен/изключен: след като започнете да въртите педалите и достигнете зададения каданс, моторът се включва с предварително зададена мощност (която не е пропорционална на силата).

Таблица с основните разлики накратко

Кой е по-добър за товарни велосипеди?

За товарни велосипеди, сензори за въртящ момент са почти винаги по-добрият избор:

1. Плавно подаване на енергия: Когато превозвате деца или стоки, се нуждаете от стабилност при потегляне и спиране. Сензорите за въртящ момент осигуряват предсказуема, пропорционална помощ.
2. Ефективност на батерията: Доставките и логистичните паркове се възползват от по-голям пробег с едно зареждане.
3. Контрол на хълмовете: Сензорите за въртящ момент улесняват потеглянето по наклон, тъй като двигателят реагира мигновено на подадената от вас сила.
4. Безопасност: Внезапните пренапрежения на захранването от сензорите за скорост могат да причинят клатене или дори преобръщане на силно натоварени велосипеди.

(Можете да прочетете нашата статия за Какъв въртящ момент ви е необходим за вашия товарен велосипед? за да видите как сензорите за въртящ момент са свързани с избора на двигател.)

3. Предимства на сензорите за въртящ момент в електромобилите и велосипедите за превоз на товари

3.1 Естествено преживяване при езда

Тъй като моторната помощ е пропорционална на силата на въртене на педалите, имате усещането, че имате “бионични крака”. Велосипедът реагира интуитивно на вашите действия, което е особено важно за товарни велосипеди, превозващи тежки товари. Водачите се чувстват по-контролирани при ниски скорости, при маневриране около препятствия или при потегляне по наклон с деца или товари на борда.

3.2 Ефективно използване на батерията

Сензорите за въртящ момент позволяват на контролера да настройва точно мощността на двигателя:

• Ако натискате педалите по-силно, моторът осигурява повече мощност.
• Ако намалите скоростта, двигателят намалява помощта. Тази динамична реакция помага да се пести енергия от батерията в сравнение със системите, базирани на кадастъра, при които двигателят може да предоставя ненужна мощност в определени моменти.

3.3 Подобрена безопасност

При товарните велосипеди внезапните скокове на мощността могат да бъдат опасни, особено когато са напълно натоварени. Сензорите за въртящ момент предотвратяват рязкото ускорение, като съобразяват мощността на двигателя с усилието на водача. Това прави стартирането и спирането по-плавни и помага за поддържане на стабилността.

3.4 Съвместимост със съвременни контролери

Сензорите за въртящ момент се интегрират добре с CAN шина или други комуникационни протоколи, използвани в електрическите системи на електронните велосипеди. Предоставените от тях данни могат да бъдат споделени с други компоненти, като например дисплеи и системи за управление на батерията, с цел оптимизиране на работата.

4. Недостатъци и съображения

Въпреки че сензорите за въртящ момент носят много предимства, те имат и някои недостатъци, които си струва да бъдат отбелязани:

1. По-високи разходи: В сравнение с обикновените сензори за каданс, сензорите за въртящ момент са по-скъпи поради своята сложност.
2. Изисквания за калибриране: Те трябва да бъдат прецизно калибрирани, за да се осигурят точни показания.
3. Чувствителност: Тъй като измерват микродеформации, външните вибрации и температурните промени могат да повлияят на работата, ако не бъдат компенсирани.
4. Потенциал за износване (типове тензометрични датчици): С течение на времето механичните натоварвания могат да влошат качеството на сензорите, базирани на тензометрични датчици, въпреки че това е рядкост при качествените компоненти.

За производителите на товарни велосипеди OEM/ODM като нас тези фактори трябва да бъдат взети предвид по време на разработването на продукта. Например ние внимателно подбираме сглобки на долна скоба, които съчетават издръжливост с точно отчитане на въртящия момент.

5. Приложения на сензорите за въртящ момент

Сензорите за въртящ момент се използват в най-различни отрасли, но тяхната роля в електронни и товарни велосипеди е особено трансформиращ.

5.1 Системи за подпомагане на педалите

• Сензорите за въртящ момент са в основата на подпомагане с педали (pedelec) функционалност.
• Те се грижат за естественото и пропорционално използване на захранването.

5.2 Тежкотоварни велосипеди

• За товарните велосипеди Long John, Longtail и триколките прецизната обратна връзка за въртящия момент е от съществено значение за стабилността и увереността на водача.
• Ездачите често превозват деца, хранителни стоки или търговски стоки; следователно предвидимата моторна поддръжка подобрява безопасността.

5.3 Велосипеди за автопарк и доставка

• Логистичните компании разчитат на сензори за въртящ момент, за да намаляване на умората на водача и гарантира постоянна работа при различни терени и условия на натоварване.

5.4 Други приложения за електронна мобилност

• Електрическите скутери и мотопеди използват подобни сензори за управление на газта и регенеративното спиране.

(Може да намерите и нашата статия за Механизми за управление на Ackerman в товарни велосипеди тъй като сензорите за въртящ момент и геометрията на кормилното управление работят заедно, за да осигурят стабилно шофиране при натоварване.)

6. Сравнение: Сензори за въртящ момент срещу сензори за каданс

Присъда: При товарните велосипеди сензорите за въртящ момент почти винаги са по-добрият избор, тъй като осигуряват по-плавно стартиране и по-ефективно използване на батерията при превоз на товари.

7. Интеграция в дизайна на товарни велосипеди

В Regen интегрираме сензори за въртящ момент по време на фаза на проектиране на долна скоба, като се вземат предвид фактори като:

• Геометрия на рамката: Твърдостта в областта на долната скоба влияе върху точността на сензора.
• Нива на въртящия момент на двигателя: Подбираме сензори за двигатели със средно задвижване или главини, които варират от 60 до 100 Нм за повечето товарни велосипеди.
• Електрическа архитектура: Данните от сензора за въртящ момент се обработват заедно с информацията за скоростта, кадастъра и температурата на двигателя чрез CAN шина.

Освен това работим в тясно сътрудничество с нашите екипи по инженерство и промишлен дизайн, за да гарантираме, че сглобката на сензора за въртящ момент остава затворени срещу влага и прах (IP65 или по-високо). Това е от решаващо значение за велосипеди, използвани в градската логистика, където излагането на дъжд и отломки е неизбежно.

8. Заключение

Сензорите за въртящ момент може да не са видими на пръв поглед, но те са сред най-важните компоненти в съвременните електронни и товарни велосипеди. Те:

• Осигурява по-естествено и отзивчиво усещане при каране.
• Подобряване на ефективността на батерията.
• Повишаване на безопасността, особено при пренасяне на тежки товари.

Тъй като разработваме персонализирани решения за товарни велосипеди за клиенти на OEM/ODM, сензорите за въртящ момент винаги са част от дискусията. Изборът на правилния тип (тензометричен или магнитоеластичен), осигуряването на правилно калибриране и интегрирането му с останалата част от електрическата система са критични стъпки за предоставянето на висококачествен продукт.

Ако обмисляте нов проект за товарен велосипед и искате да обсъдите сензорите за въртящ момент, избора на двигател и цялостното усещане при движение, нашият екип за инженеринг и идентификация може да ви помогне. Предлагаме безплатни консултации по видео, телефон или имейл, за да ви помогнем да вземете правилните решения за вашия целеви пазар.

В крайна сметка

Искате ли да научите повече за интегрирането на сензори за въртящ момент в следващия си проект за товарен велосипед? Свържете се с нас за да обсъдим вашите изисквания. Екипът ни в Regen е специализиран в OEM/ODM решения за товарни велосипеди, от разработването на рамата до интегрирането на електрическата система.