Sensores de par en bicicletas eléctricas: finalidad, principio de funcionamiento, ventajas, desventajas y aplicaciones

Tabla de contenido
Sensor de par motor

Como Regen, a menudo recibimos preguntas de clientes y socios sobre los sensores de par: qué son, cómo funcionan y por qué son tan importantes en las bicicletas eléctricas y de carga. Los sensores de par son uno de esos componentes ocultos que pueden pasar desapercibidos a primera vista, pero que determinan fundamentalmente la experiencia de conducción, la eficiencia del motor e incluso la seguridad de las bicicletas eléctricas.

En este artículo, exploraremos los sensores de par en detalle: qué hacen, cómo funcionan, sus ventajas y desventajas, y dónde se utilizan. También relacionaremos su función con consideraciones más generales sobre el diseño de las bicicletas de carga, como la selección del par motor y los protocolos de comunicación dentro del sistema eléctrico.


¿Qué es un sensor de par?

Un sensor de par es un dispositivo que mide la cantidad de par (fuerza de rotación) aplicada a un eje. En una e-bike o bicicleta de carga, suele estar situado en el eje de pedalier, puntera trasera o eje de biela. Cuando un ciclista aplica presión sobre los pedales, el sensor de par detecta la fuerza de torsión y envía una señal al controlador del motor. El controlador ajusta entonces la asistencia del motor proporcionalmente.

Esto difiere significativamente de sensores de cadenciaque simplemente detectan si estás pedaleando o no, sin medir la fuerza con la que pedaleas. Mientras que los sensores de cadencia tienden a ofrecer una sensación de asistencia más binaria, de "encendido/apagado", los sensores de par permiten una pedaleo más suave y natural.

Definición:

Par = Fuerza × Distancia (medida en Newton-metros, Nm).

Si aplicas 100 N de fuerza sobre un brazo de biela de 0,17 m, el par resultante es de 17 Nm.


2. ¿Cómo funcionan los sensores de par?

La mayoría de los sensores de par utilizados en e-bikes y bicicletas de carga son basado en galgas extensométricas. Desglosemos el principio de funcionamiento:

2.1 Método de las galgas extensométricas

  1. El eje de la biela gira ligeramente cuando el ciclista pedalea.
  2. Galgas extensométricas-pequeños elementos eléctricos resistivos- se adhieren al eje.
  3. A medida que el husillo se deforma, las galgas extensométricas cambian de resistencia.
  4. Estos cambios se amplifican mediante un circuito de puente de Wheatstone y se convierten en una señal eléctrica.
  5. El controlador del motor interpreta esta señal como el esfuerzo del ciclista y ajusta la potencia de salida en consecuencia.

2.2 Método magnetoelástico

Algunos sensores de par de alta gama utilizan principios magnetoelásticos:

  • El acero del husillo cambia su permeabilidad magnética cuando está sometido a torsión.
  • Los sensores de campo magnético detectan estos cambios sin contacto físico.
  • El beneficio: menos desgasteya que no hay cables ni anillos rozantes en las piezas móviles.

Esquema del sensor de par de una e-bike

Sensor de par vs. Sensor de velocidad : ¿Cuál es mejor?

En términos sencillos, se trata de un conductor experimentado frente a un aprendiz de conductor

Se puede utilizar la analogía de un conductor experimentado conduciendo y un aprendiz de conductor conduciendo:

El sensor de par es como un "conductor experimentado"

  • El conductor experimentado controlará suavemente la potencia del vehículo según las condiciones de la carretera y la fuerza del acelerador:
  • Si va cuesta arriba, el acelerador aumentará automáticamente (más asistencia del motor).
  • Si va cuesta abajo o pisa ligeramente el acelerador, se reducirá la potencia (ahorro de energía y seguridad).
  • Toda la experiencia de conducción es suave y natural, y la sensación de seguridad es fuerte.

El sensor de velocidad es como un "aprendiz de conductor"

  • El aprendiz de conductor sólo tiene un concepto general del interruptor del acelerador:
  • Una vez que se pisa el acelerador, se da gas a fondo, independientemente de las condiciones de la carretera.
  • La reacción es lenta y el acelerador está totalmente abierto o cerrado.
  • Es fácil tener aceleraciones y desaceleraciones bruscas al conducir, especialmente cuando se va cargado. No es seguro.

Resumen: Sensor de par = salida inteligente a demanda, Sensor de velocidad = salida fija (parada si nadie pulsa, plena potencia si se pulsa).

Sensores de par (basados en la fuerza del pedal)

  • Medida la intensidad del pedaleo detectando la fuerza de rotación aplicada a la biela, el eje de pedalier o la puntera trasera.
  • La asistencia es proporcionalCuanto más pedalees, mayor será la potencia del motor.

Sensores de velocidad o cadencia (basados en la velocidad de pedaleo)

  • Medida si pedaleas y a qué velocidad utilizando imanes y un sensor en el cigüeñal.
  • La asistencia es binario/on-offuna vez que empiezas a pedalear y alcanzas una cadencia establecida, el motor se pone en marcha con una potencia preestablecida (no proporcional a la fuerza).


Cuadro de las principales diferencias

CaracterísticaSensor de parSensor de velocidad
Respuesta del motorProporcional a la fuerza del pedal (natural y suave)Potencia de salida fija una vez alcanzado el umbral de cadencia
Sensación de conducciónSe siente como un esfuerzo humano amplificado ("piernas biónicas")Puede parecer brusco o repentino; menos intuitivo
Eficiencia de la bateríaSuperior: sólo utiliza lo necesarioInferior: a veces puede malgastar energía
CostoSuperior (tecnología más compleja)Inferior (sencillo, barato)
ConfigurarRequiere una instalación y calibración precisasMuy fácil de instalar y sustituir
Lo mejor paraBicicletas eléctricas premium, bicicletas de carga, terrenos accidentados o urbanosBicicletas eléctricas para principiantes, terreno llano, conducción ocasional

¿Cuál es mejor para las bicicletas de carga?

Para bicicletas de carga, sensores de par son casi siempre la mejor opción:

  1. Suministro de potencia suave: Cuando transporta niños o mercancías, necesita estabilidad en los arranques y las paradas. Los sensores de par proporcionan una asistencia predecible y proporcional.
  2. Eficiencia de la batería: Las flotas de reparto y logística se benefician de una mayor autonomía por carga.
  3. Control en las colinas: Los sensores de par facilitan los arranques en pendiente porque el motor responde instantáneamente a la fuerza ejercida.
  4. Seguridad: Los picos repentinos de potencia de los sensores de velocidad pueden provocar tambaleos o incluso vuelcos en bicicletas muy cargadas.

(Puede leer nuestro artículo sobre ¿Cuánto par necesita su bicicleta de carga? para ver cómo los sensores de par influyen en la selección del motor).

3. Ventajas de los sensores de par en bicicletas eléctricas y de carga

3.1 Experiencia de conducción natural

Como la asistencia del motor es proporcional a la fuerza con la que pedaleas, te sientes como si tuvieras "piernas biónicas". La bicicleta responde intuitivamente a tus estímulos, lo que es especialmente importante para bicicletas de carga que transportan cargas pesadas. Los motoristas se sienten más en control a bajas velocidades, al maniobrar alrededor de obstáculos o al arrancar cuesta arriba con niños o mercancías a bordo.

3.2 Uso eficiente de la batería

Los sensores de par permiten al controlador ajustar con precisión la potencia del motor:

  • Si pedaleas más fuerte, el motor entrega más potencia.
  • Si afloja, el motor reduce la asistencia. Esta respuesta dinámica ayuda a conservar la energía de la batería en comparación con los sistemas basados en la cadencia, en los que el motor puede proporcionar potencia innecesaria en ocasiones.

3.3 Mejora de la seguridad

En las motos de carga, las subidas repentinas de potencia pueden ser peligrosas, sobre todo a plena carga. Los sensores de par evitan las aceleraciones bruscas adaptando la potencia del motor al esfuerzo del conductor. Esto hace que los arranques y las paradas sean más suaves y ayuda a mantener la estabilidad.

3.4 Compatibilidad con controladores modernos

Los sensores de par se integran bien con Bus CAN u otros protocolos de comunicación utilizados en los sistemas eléctricos de las bicicletas eléctricas. Los datos que proporcionan pueden compartirse con otros componentes, como unidades de visualización y sistemas de gestión de la batería, para optimizar el rendimiento.


4. Desventajas y consideraciones

Aunque los sensores de par aportan muchas ventajas, también tienen algunos inconvenientes que merece la pena señalar:

  1. Mayor coste: En comparación con los simples sensores de cadencia, los sensores de par son más caros debido a su complejidad.
  2. Requisitos de calibración: Deben calibrarse con precisión para garantizar lecturas exactas.
  3. Sensibilidad: Dado que miden microdeflexiones, las vibraciones externas y los cambios de temperatura pueden afectar al rendimiento si no se compensan.
  4. Potencial de desgaste (tipos de galgas extensométricas): Con el tiempo, las tensiones mecánicas pueden degradar los sensores basados en galgas extensométricas, aunque esto es poco frecuente con componentes de calidad.

Para los fabricantes OEM/ODM de bicicletas de carga como nosotros, estos factores deben tenerse en cuenta durante el desarrollo del producto. Por ejemplo, seleccionamos cuidadosamente los conjuntos de eje de pedalier que combinan durabilidad con una detección de par precisa.


5. Aplicaciones de los sensores de par

Los sensores de par se utilizan en una gran variedad de industrias, pero su papel en e-bikes y bicicletas de carga es especialmente transformadora.

5.1 Sistemas de pedaleo asistido

  • Los sensores de par son la columna vertebral de pedaleo asistido (pedelec) funcionalidad.
  • Se aseguran de que la asistencia eléctrica resulte natural y proporcional.

5.2 Bicicletas de carga pesada

  • Para las bicicletas de carga tipo Long John, Longtail y triciclos, una respuesta de par precisa es esencial para la estabilidad y la confianza del conductor.
  • Los pasajeros suelen llevar niños, comestibles o productos comerciales; por lo tanto, un apoyo motor previsible mejora la seguridad.

5.3 Flota de bicicletas y bicicletas de reparto

  • Las empresas de logística confían en los sensores de par para reducir la fatiga del piloto y garantizar un rendimiento constante en diferentes terrenos y condiciones de carga.

5.4 Otras aplicaciones de movilidad eléctrica

  • Los scooters y ciclomotores eléctricos utilizan sensores similares para controlar el acelerador y el frenado regenerativo.

(También puede encontrar nuestro artículo sobre Mecanismos de dirección Ackerman en bicicletas de carga relevante, ya que los sensores de par y la geometría de la dirección trabajan conjuntamente para proporcionar una conducción estable bajo carga).


6. Comparación: Sensores de par frente a sensores de cadencia

CaracterísticaSensor de parSensor de cadencia
Respuesta del motorProporcional, suave, naturalOn/off, binario, menos intuitivo
Eficiencia de la bateríaAlta (optimizada en función del esfuerzo del ciclista)Inferior (puede desperdiciar energía)
CostoMás altoMás bajo
Preferido paraBicicletas de carga, e-bikes premium, terreno accidentadoBicicletas eléctricas para principiantes, terreno llano

Veredicto: Para las bicicletas de carga, los sensores de par son casi siempre la mejor opción, ya que proporcionan arranques más suaves y un uso más eficiente de la batería al transportar cargas.


7. Integración en el diseño de bicicletas de carga

En Regen, integramos sensores de par durante el fase de diseño del eje de pedalierteniendo en cuenta factores como:

  • Geometría del cuadro: La rigidez en la zona del eje de pedalier afecta a la precisión del sensor.
  • Niveles de par motor: Adaptamos los sensores a motores de accionamiento central o de buje de 60-100 Nm para la mayoría de las bicicletas de carga.
  • Arquitectura eléctrica: Los datos del sensor de par se procesan junto con la información de velocidad, cadencia y temperatura del motor a través del bus CAN.

También colaboramos estrechamente con nuestros equipos de ingeniería y diseño industrial para garantizar que el conjunto del sensor de par siga siendo sellado contra la humedad y el polvo (IP65 o superior). Esto es crucial para las bicicletas utilizadas en la logística urbana, donde la exposición a la lluvia y los escombros es inevitable.


8. Conclusión

Los sensores de par pueden no ser visibles a primera vista, pero se encuentran entre los componentes más importantes de las modernas e-bikes y bicicletas de carga. Son:

  • Proporcionan una experiencia de conducción más natural y con mayor capacidad de respuesta.
  • Mejorar la eficiencia de la batería.
  • Aumentan la seguridad, especialmente al transportar cargas pesadas.

Cuando desarrollamos soluciones personalizadas de bicicletas de carga para clientes OEM/ODM, los sensores de par siempre forman parte del debate. Seleccionar el tipo adecuado (galga extensiométrica o magnetoelástico), garantizar una calibración correcta e integrarlo con el resto del sistema eléctrico son pasos fundamentales para ofrecer un producto de alta calidad.

Si estás considerando un nuevo proyecto de bicicleta de carga y quieres hablar sobre los sensores de par, la selección del motor y la sensación general de conducción, nuestro equipo de ingeniería e identificación puede ayudarle. Ofrecemos consultas gratuitas por vídeo, teléfono o correo electrónico para ayudarle a tomar las decisiones adecuadas para su mercado objetivo.


Al final

¿Quieres saber más sobre la integración de sensores de par en tu próximo proyecto de bicicleta de carga? Contáctanos para hablar de sus necesidades. Nuestro equipo de Regen está especializado en Soluciones OEM/ODM para bicicletas de cargadesde el desarrollo del bastidor hasta la integración del sistema eléctrico.

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