Vääntömomenttianturit E-pyörissä : tarkoitus, toimintaperiaate, edut, haitat ja sovellukset

Regen:n asiakkaat ja yhteistyökumppanit kysyvät meiltä usein vääntömomenttiantureista - mitä ne ovat, miten ne toimivat ja miksi niillä on niin suuri merkitys sähkö- ja tavarapyörissä. Vääntömomenttianturit ovat yksi niistä piilossa olevista komponenteista, joita ei ehkä huomaa ensi silmäyksellä, mutta ne muokkaavat olennaisesti ajokokemusta, moottorin tehokkuutta ja jopa sähköavusteisten polkupyörien turvallisuutta.

Tässä artikkelissa tarkastelemme yksityiskohtaisesti vääntömomenttiantureita: mitä ne tekevät, miten ne toimivat, niiden edut ja haitat sekä missä niitä käytetään. Yhdistämme niiden roolin myös laajempiin tavarapyörän suunnitteluun liittyviin näkökohtiin, kuten moottorin vääntömomentin valintaan ja sähköjärjestelmän viestintäprotokolliin.

Mikä on vääntömomenttianturi?

Vääntömomenttianturi on laite, joka mittaa akseliin tai akseliin kohdistuvan vääntömomentin (pyörimisvoiman) määrää. Sähköpyörässä tai tavarapyörässä se sijaitsee yleensä akselissa. alatukivarsi, takimmainen pudotuskoroke tai kampiakselin kara.. Kun kuljettaja painaa polkimia, vääntömomenttianturi havaitsee vääntövoiman ja lähettää signaalin moottorinohjaimelle. Tämän jälkeen ohjain säätää moottorin apua suhteessa.

Tämä eroaa merkittävästi askelmittarit, jotka vain havaitsevat, poljetko vai et, mutta eivät mittaa polkemisen voimakkuutta. Siinä missä askeltiheysanturit tuottavat yleensä enemmän binäärisen, "päällä/pois"-tuntuman, vääntömomenttianturit mahdollistavat vääntömomentin mittaamisen. pehmeämpi, luonnollisempi poljinkokemus.

Määritelmä:

Vääntömomentti = voima × etäisyys (mitattuna newtonmetreinä, Nm).

Jos 0,17 m:n kampiakseliin kohdistetaan 100 N:n voima, syntyvä vääntömomentti on 17 Nm.

2. Miten vääntömomenttianturit toimivat?

Useimmat sähkö- ja tavarapyörissä käytettävät vääntömomenttianturit ovat seuraavat venymäliuskoihin perustuva. Puretaanpa toimintaperiaate:

2.1 Vetomittarimenetelmä

1. Kampiakseli tai akseli kiertyy hieman, kun kuljettaja polkee.
2. Jännemittarit-pienet sähkövastuselementit- ovat kiinni karassa.
3. Kun kara deformoituu, venymämittarit muuttavat vastusta.
4. Nämä muutokset vahvistetaan Wheatstonen siltapiirin kautta ja muunnetaan sähköiseksi signaaliksi.
5. Moottorinohjain tulkitsee tämän signaalin kuljettajan antamaksi ponnistukseksi ja säätää tehon sen mukaan.

2.2 Magnetoelastinen menetelmä

Joissakin huippuluokan vääntömomenttiantureissa käytetään magnetoelastisia periaatteita:

• Karan teräs muuttaa magneettista permeabiliteettiaan väännön vaikutuksesta.
• Magneettikenttäanturit havaitsevat nämä muutokset ilman fyysistä kosketusta.
• Hyöty: vähemmän kulumista, koska liikkuvissa osissa ei ole johtoja tai liukurenkaita.

Kaavio sähköpyörän vääntömomenttianturista

Vääntömomenttianturi vs. nopeusanturi : kumpi on parempi?

Yksinkertaisesti sanottuna kyseessä on kokenut kuljettaja vs. oppisopimuskuljettaja.

Voit käyttää vertausta kokeneen kuljettajan ajamisesta ja oppipojan ajamisesta:

Vääntömomenttianturi on kuin "kokenut kuljettaja".

• Kokenut kuljettaja säätelee ajoneuvon tehoa sujuvasti tieolosuhteiden ja kaasun voimakkuuden mukaan:
• Ylämäkeen mentäessä kaasua lisätään automaattisesti (enemmän moottorin apua).
• Jos ajetaan alamäkeen tai painetaan kaasua kevyesti, teho vähenee (säästää tehoa ja turvallisuutta).
• Koko ajokokemus on pehmeä ja luonnollinen, ja turvallisuuden tunne on vahva.

Nopeusanturi on kuin "oppisopimuskuljettaja".

• Kuljettajaoppilaalla on vain yleiskäsitys kaasukytkimestä:
• Kun kaasua painetaan, kaasu annetaan täyteen tieolosuhteista riippumatta.
• Reaktio on hidas, ja kaasu on joko täysin auki tai kiinni.
• Ajaessa on helppo kiihdyttää ja hidastaa äkillisesti, varsinkin kuormattuna. Se on vaarallista.

Yhteenveto: Vääntömomenttianturi = älykäs lähtö, nopeusanturi = kiinteä lähtö (pysäytys, jos kukaan ei paina, täysi teho, jos painetaan).

Vääntömomenttianturit (poljinvoimaan perustuvat)

• Toimenpide kuinka kovaa poljet havaitsemalla kampiakseliin, pohjakannattimeen tai takapudotukseen kohdistuvan pyörimisvoiman.
• Apu on suhteellinen: mitä kovempaa poljet, sitä enemmän moottori tuottaa tehoa.

Nopeus- tai askelmittari (poljinnopeuteen perustuva)

• Toimenpide poljetaanko ja kuinka nopeasti käyttämällä magneetteja ja kampiakselissa olevaa anturia.
• Apu on binäärinen/on-off: Kun poljin alkaa ja saavutat asetetun kierrostiheyden, moottori käynnistyy esiasetetulla teholla (ei suhteessa voimaan).

Keskeiset erot Taulukko yhdellä silmäyksellä

Kumpi on parempi tavarapyörille?

Sillä rahtipyörät, vääntömomenttianturit ovat lähes aina parempi valinta:

1. Sujuva virranjakelu: Kun kuljetat lapsia tai tavaroita, tarvitset vakautta lähdöissä ja pysähdyksissä. Vääntömomenttianturit tarjoavat ennustettavaa, suhteutettua apua.
2. Akun tehokkuus: Toimitus- ja logistiikkalaivastot hyötyvät pidemmästä toimintasäteestä latausta kohden.
3. Kukkuloiden valvonta: Vääntömomenttianturit helpottavat käynnistystä mäessä, koska moottori reagoi välittömästi voiman syöttöön.
4. Turvallisuus: Nopeusantureiden äkilliset virtapiikit voivat aiheuttaa heilumista tai jopa kaatumista raskaasti kuormitetuissa pyörissä.

(Voit lukea artikkelimme aiheesta Kuinka paljon vääntöä tarvitset tavarapyörääsi? nähdäksesi, miten vääntömomenttianturit liittyvät moottorin valintaan.).

3. Vääntömomenttiantureiden edut sähkö- ja tavarapyörissä

3.1 Luonnollinen ratsastuskokemus

Koska moottoriavustus on verrannollinen siihen, kuinka kovaa poljet, tuntuu kuin sinulla olisi "bioniset jalat". Pyörä reagoi intuitiivisesti syötteeseesi, mikä on erityisen tärkeää, kun kyseessä on raskaita kuormia kuljettavat rahtipyörät. Kuljettaja tuntee olevansa paremmin hallinnassa pienillä nopeuksilla, kun hän kiertää esteitä tai lähtee ylämäkeen lasten tai tavaroiden kanssa.

3.2 Akun tehokas käyttö

Vääntömomenttiantureiden avulla ohjain voi hienosäätää moottorin tehoa:

• Jos poljet kovempaa, moottori tuottaa enemmän tehoa.
• Jos hellität, moottori vähentää tukea. Tämä dynaaminen reaktio auttaa säästämään akun energiaa verrattuna tahdistukseen perustuviin järjestelmiin, joissa moottori saattaa toisinaan antaa tarpeetonta tehoa.

3.3 Turvallisuuden parantaminen

Tavarapyörissä äkilliset virtapiikit voivat olla vaarallisia, etenkin kun pyörä on täysin kuormattu. Vääntömomenttianturit estävät äkillisen kiihdytyksen sovittamalla moottorin tehon kuljettajan ponnistukseen. Tämä tekee käynnistyksistä ja pysähdyksistä pehmeämpiä ja auttaa säilyttämään vakauden.

3.4 Yhteensopivuus nykyaikaisten ohjainten kanssa

Momenttianturit integroituvat hyvin CAN-väylä tai muita sähköpyörän sähköjärjestelmissä käytettäviä viestintäprotokollia. Niiden toimittamat tiedot voidaan jakaa muiden komponenttien, kuten näyttöyksiköiden ja akunhallintajärjestelmien, kanssa suorituskyvyn optimoimiseksi.

4. Haitat ja näkökohdat

Vaikka vääntömomenttiantureilla on monia etuja, niillä on myös joitakin huomionarvoisia haittoja:

1. Korkeammat kustannukset: Yksinkertaisiin askeltiheysantureihin verrattuna vääntömomenttianturit ovat monimutkaisuutensa vuoksi kalliimpia.
2. Kalibrointivaatimukset: Ne on kalibroitava tarkasti tarkkojen lukemien varmistamiseksi.
3. Herkkyys: Koska ne mittaavat mikrotaivutuksia, ulkoiset tärinät ja lämpötilan muutokset voivat vaikuttaa suorituskykyyn, jos niitä ei kompensoida.
4. Kulumismahdollisuus (venymäliuska-anturityypit): Mekaaninen rasitus voi ajan mittaan heikentää venymäantureihin perustuvia antureita, mutta tämä on harvinaista laadukkaissa komponenteissa.

Meidän kaltaisillamme lastipyörien OEM/ODM-valmistajilla nämä tekijät on otettava huomioon tuotekehityksessä. Valitsemme esimerkiksi huolellisesti pohjakannattimet, joissa yhdistyvät kestävyys ja tarkka vääntömomentin tunnistus.

5. Vääntömomenttiantureiden sovellukset

Vääntömomenttiantureita käytetään monilla eri teollisuudenaloilla, mutta niiden merkitys sähköpyörät ja tavarapyörät on erityisen transformatiivinen.

5.1 Poljinavusteiset järjestelmät

• Vääntömomenttianturit ovat selkäranka poljinavusteinen (pedelec) toiminnallisuus.
• He varmistavat, että voima-apu tuntuu luonnolliselta ja oikeasuhtaiselta.

5.2 Raskaat kuormapyörät

• Long John-, Longtail- ja trike-tyyppisissä tavarapyörissä tarkka vääntömomentin palaute on tärkeää vakauden ja kuljettajan luottamuksen kannalta.
• Kuljettajat kuljettavat usein lapsia, elintarvikkeita tai kaupallisia tavaroita, joten ennustettava moottorituki parantaa turvallisuutta.

5.3 Kalusto ja jakelupyörät

• Logistiikkayritykset luottavat vääntömomenttiantureihin vähentää kuljettajan väsymystä ja varmistaa johdonmukaisen suorituskyvyn erilaisissa maasto- ja kuormitusolosuhteissa.

5.4 Muut sähköisen liikkuvuuden sovellukset

• Sähkökäyttöisissä skoottereissa ja mopoissa käytetään samanlaisia antureita kaasun ja regeneratiivisen jarrutuksen ohjaukseen.

(Saatat myös löytää artikkelimme aiheesta Ackermanin ohjausmekanismit tavarapyörissä merkityksellinen, sillä vääntömomenttianturit ja ohjausgeometria työskentelevät yhdessä vakaan ajon takaamiseksi kuormitettuna.).

6. Vertailu: Vääntömomenttianturit vs. kadenssianturit

Tuomio: Tavarapyörissä vääntömomenttianturit ovat lähes aina parempi valinta, koska ne mahdollistavat tasaisemmat käynnistykset ja tehokkaamman akunkäytön kuormia kuljetettaessa.

7. Integrointi tavarapyörän suunnitteluun

Regen:ssä integroimme vääntömomenttianturit, kun alatukivarren suunnitteluvaihe, ottaen huomioon muun muassa seuraavat tekijät:

• Rungon geometria: Pohjakannattimen alueen jäykkyys vaikuttaa anturin tarkkuuteen.
• Moottorin vääntömomenttitasot: Sovitamme anturit keskivaihteisiin tai napamoottoreihin, joiden teho vaihtelee 60-100 Nm:n välillä, useimpiin tavarapyöriin.
• Sähköinen arkkitehtuuri: Vääntömomenttianturin tietoja käsitellään nopeuden, tahdin ja moottorin lämpötilatietojen ohella CAN-väylän kautta.

Teemme myös tiivistä yhteistyötä insinööri- ja teollisen suunnittelun tiimien kanssa varmistaaksemme, että momenttianturikokoonpano pysyy tiivistetty kosteutta ja pölyä vastaan (IP65 tai korkeampi). Tämä on ratkaisevan tärkeää kaupunkilogistiikassa käytettäville polkupyörille, joissa altistuminen sateelle ja roskille on väistämätöntä.

8. Päätelmät

Vääntömomenttianturit eivät ehkä näy ensisilmäyksellä, mutta ne ovat yksi tärkeimmistä komponenteista nykyaikaisissa e-pyörissä ja tavarapyörissä. Ne:

• Tarjoaa luonnollisemman ja herkemmän ajokokemuksen.
• Paranna akun tehokkuutta.
• Parantaa turvallisuutta erityisesti raskaita kuormia kannettaessa.

Kun kehitämme räätälöityjä kuormapyöräratkaisuja OEM/ODM-asiakkaille, vääntömomenttianturit ovat aina osa keskustelua. Oikean tyypin valinta (venymäanturi tai magneettielastinen), asianmukaisen kalibroinnin varmistaminen ja sen integrointi muuhun sähköjärjestelmään ovat kaikki kriittisiä vaiheita laadukkaan tuotteen toimittamisessa.

Jos harkitset uutta tavarapyöräprojektia ja haluat keskustella vääntömomenttiantureista, moottorin valinnasta ja yleisestä ajotuntumasta, suunnittelu- ja ID-tiimimme voi tukea sinua. Tarjoamme ilmaisia konsultaatioita videon, puhelimen tai sähköpostin välityksellä, jotta voit tehdä oikeita päätöksiä kohdemarkkinoillesi.

Lopulta

Haluatko oppia lisää vääntömomenttiantureiden integroimisesta seuraavaan tavarapyöräprojektiisi? Ota yhteyttä keskustelemaan tarpeistasi. Regen:n tiimimme on erikoistunut seuraaviin aloihin OEM/ODM-lastipyöräratkaisutrungon kehittämisestä sähköjärjestelmän integrointiin.