Nyomatékérzékelők az elektromos kerékpárokban : Cél, működési elv, előnyök, hátrányok és alkalmazások

Mint Regen, gyakran kapunk kérdéseket ügyfelektől és partnerektől a nyomatékérzékelőkkel kapcsolatban - mik azok, hogyan működnek, és miért olyan fontosak az e-kerékpárok és teherbiciklik esetében. A nyomatékérzékelők egyike azoknak a rejtett alkatrészeknek, amelyeket első pillantásra talán észre sem veszel, de alapvetően alakítják a vezetési élményt, a motor hatékonyságát, sőt még az elektromos segédmotoros kerékpárok biztonságát is.

Ebben a cikkben részletesen megvizsgáljuk a nyomatékérzékelőket: mit tudnak, hogyan működnek, milyen előnyeik és hátrányaik vannak, és hol használják őket. Szerepüket a teherbiciklik szélesebb körű tervezési szempontjaihoz is kapcsoljuk, mint például a motor nyomatékának kiválasztása és az elektromos rendszeren belüli kommunikációs protokollok.

Mi az a nyomatékérzékelő?

A nyomatékérzékelő olyan eszköz, amely egy tengelyre vagy tengelyre ható nyomaték (forgási erő) mértékét méri. Az e-kerékpárban vagy teherbringában jellemzően a fenéktartó, hátsó kiesés vagy forgattyútengely. Amikor a kerékpáros nyomást gyakorol a pedálokra, a nyomatékérzékelő érzékeli a csavaróerőt, és jelet küld a motorvezérlőnek. A vezérlő ezután arányosan állítja be a motor támogatását.

Ez jelentősen eltér a lépéstartás-érzékelők, amelyek egyszerűen érzékelik, hogy pedálozol-e vagy sem, anélkül, hogy mérnék, milyen erősen pedálozol. Míg a lépésszám-érzékelők inkább egy bináris, "be/ki" segítségnyújtás érzetét keltik, addig a nyomatékérzékelők lehetővé teszik a simább, természetesebb pedálozási élmény.

Meghatározás:

Nyomaték = Erő × távolság (newtonméterben, Nm-ben mérve).

Ha egy 0,17 m hosszú forgattyúkarra 100 N erőt fejt ki, a keletkező nyomaték 17 Nm.

2. Hogyan működnek a nyomatékérzékelők?

Az e-kerékpárokban és teherbringákban használt nyomatékérzékelők többsége nyúlásmérő alapú. Bontsuk le a működési elvet:

2.1 Strain Gauge módszer

1. A forgattyústengely vagy tengely kissé elfordul, amikor a kerékpáros pedálozik.
2. Nyúlásmérők-apróbb elektromos ellenállású elemek- vannak az orsóhoz ragasztva.
3. Ahogy az orsó deformálódik, a nyúlásmérők ellenállása megváltozik.
4. Ezeket a változásokat egy Wheatstone-híd áramkörön keresztül felerősítik és elektromos jellé alakítják.
5. A motorvezérlő ezt a jelet a motoros bemeneti erőkifejtéseként értelmezi, és ennek megfelelően állítja be a teljesítményt.

2.2 Magnetoelasztikus módszer

Egyes csúcskategóriás nyomatékérzékelők mágneses-elasztikus elveket alkalmaznak:

• Az orsó acéljának mágneses permeabilitása megváltozik, amikor csavarás alá kerül.
• A mágneses térérzékelők fizikai érintkezés nélkül érzékelik ezeket a változásokat.
• Az előny: kevesebb kopás, mivel nincsenek vezetékek vagy csúszógyűrűk a mozgó alkatrészeken.

Egy e-kerékpár nyomatékérzékelőjének diagramja

Nyomatékérzékelő vs. sebességérzékelő : melyik a jobb?

Egyszerűbben fogalmazva: tapasztalt járművezető vs. tanonc járművezető.

Használhatja a tapasztalt járművezető és a tanuló járművezető analógiáját:

A nyomatékérzékelő olyan, mint egy "tapasztalt vezető"

• A tapasztalt járművezető az útviszonyoknak és a gázpedál erősségének megfelelően simán szabályozza a jármű teljesítményét:
• Ha emelkedőre megy, a gázpedál automatikusan megemelkedik (nagyobb motoros támogatás).
• Lejtmenetben vagy a gázpedál enyhe lenyomásakor a teljesítmény csökken (energiatakarékosság és biztonság).
• Az egész vezetési élmény sima és természetes, a biztonságérzet pedig erős.

A sebességérzékelő olyan, mint egy "tanoncvezető".

• A járművezető-tanoncnak csak általános fogalma van a gázpedál kapcsolójáról:
• Amint megnyomja a gázpedált, teljes gázt ad, függetlenül az útviszonyoktól.
• A reakció lassú, és a gázpedál vagy teljesen nyitva vagy zárva van.
• Könnyen előfordulhat hirtelen gyorsulás és lassulás lovaglás közben, különösen terhelt állapotban. Ez nem biztonságos.

Összefoglalva: Nyomatékérzékelő = igény szerinti intelligens kimenet, sebességérzékelő = fix kimenet (leállítás, ha senki sem nyomja, teljes teljesítmény, ha nyomja).

Nyomatékérzékelők (pedálerő-alapú)

• Mérés milyen keményen pedálozol a forgattyús tengelyre, a fenéktartóra vagy a hátsó bukócsőre ható forgási erő érzékelésével.
• A segítségnyújtás arányos: minél erősebben pedálozol, annál nagyobb teljesítményt ad le a motor.

Sebesség- vagy kadenciaérzékelők (pedálsebesség-alapú)

• Mérés ha és milyen gyorsan pedálozol mágnesek és egy érzékelő segítségével a forgattyústengelyen.
• A segítségnyújtás bináris/on-off: amint elkezd pedálozni, és eléri a beállított fordulatszámot, a motor előre beállított (nem erővel arányos) teljesítményre kapcsol be.

A legfontosabb különbségek táblázat áttekintése

Melyik a jobb a teherforgalmi kerékpárokhoz?

Mert teherbiciklik, nyomatékérzékelők a szinte mindig a jobb választás:

1. Zökkenőmentes tápellátás: Gyermekek vagy áruk szállítása esetén stabilitásra van szükség induláskor és megálláskor. A nyomatékérzékelők kiszámítható, arányos segítséget nyújtanak.
2. Az akkumulátor hatékonysága: A szállítási és logisztikai flották számára előnyös az egy töltésre jutó nagyobb hatótávolság.
3. Ellenőrzés a dombokon: A nyomatékérzékelők megkönnyítik az emelkedőn való elindulást, mivel a motor azonnal reagál az Ön által bevitt erőre.
4. Biztonság: A sebességérzékelőkből származó hirtelen energiahullámok megingást vagy akár billenést is okozhatnak a nagy terhelésű kerékpároknál.

(Olvassa el cikkünket a Mekkora nyomatékra van szükséged a teherbiciklidhez? hogy lássa, hogyan kapcsolódnak a nyomatékérzékelők a motor kiválasztásához.)

3. A nyomatékérzékelők előnyei az e-kerékpárokban és a teherforgalmi kerékpárokban

3.1 Természetes lovas élmény

Mivel a motoros támogatás arányos azzal, hogy milyen erősen pedálozol, úgy érzed, mintha "bionikus lábad" lenne. A kerékpár intuitív módon reagál az Ön által adott inputra, ami különösen fontos a következőknél nehéz terheket szállító teherbringák. A motorosok úgy érzik, hogy alacsony sebességnél, az akadályok megkerülésénél, illetve a gyermekekkel vagy áruval a fedélzeten történő emelkedőn való elindulásnál jobban kézben tartják az irányítást.

3.2 Hatékony akkumulátor-használat

A nyomatékérzékelők lehetővé teszik, hogy a vezérlő finomhangolja a motor kimenetét:

• Ha erősebben pedálozol, a motor nagyobb teljesítményt ad le.
• Ha lazít, a motor csökkenti a támogatást. Ez a dinamikus reakció segít megőrizni az akkumulátor energiáját a lépéstempó-alapú rendszerekhez képest, ahol a motor időnként felesleges teljesítményt adhat.

3.3 Javított biztonság

A teherbicikliknél a hirtelen áramkimaradások veszélyesek lehetnek, különösen, ha teljesen meg vannak terhelve. A nyomatékérzékelők megakadályozzák a hirtelen gyorsulást azáltal, hogy a motor teljesítményét a vezető erőfeszítéséhez igazítják. Ez simábbá teszi az elindulást és a megállást, és segít fenntartani a stabilitást.

3.4 Kompatibilitás a modern vezérlőkkel

A nyomatékérzékelők jól integrálhatók CAN-busz vagy más, az e-kerékpárok elektromos rendszereiben használt kommunikációs protokollok. Az általuk szolgáltatott adatok az optimalizált teljesítmény érdekében megoszthatók más alkatrészekkel, például kijelzőegységekkel és akkumulátor-kezelő rendszerekkel.

4. Hátrányok és megfontolások

Bár a nyomatékérzékelők számos előnnyel járnak, van néhány hátrányuk is, amit érdemes megjegyezni:

1. Magasabb költségek: Az egyszerű lépéstempó-érzékelőkhöz képest a nyomatékérzékelők összetettségük miatt drágábbak.
2. Kalibrálási követelmények: A pontos leolvasás érdekében pontosan kalibrálni kell őket.
3. Érzékenység: Mivel ezek a műszerek mikrodeflexiókat mérnek, a külső rezgések és a hőmérséklet-változások befolyásolhatják a teljesítményt, ha nem kompenzálják azokat.
4. Lehetséges kopás (nyúlásmérő típusok): Idővel a mechanikai igénybevétel károsíthatja a nyúlásmérő-alapú érzékelőket, bár ez minőségi alkatrészek esetében ritka.

A hozzánk hasonló teherbicikli OEM/ODM gyártók számára ezeket a tényezőket figyelembe kell venni a termékfejlesztés során. Például gondosan választjuk ki azokat a fenékkonzol-egységeket, amelyek a tartósságot pontos nyomatékérzékeléssel kombinálják.

5. A nyomatékérzékelők alkalmazásai

A nyomatékérzékelőket számos iparágban használják, de szerepüket a e-kerékpárok és teherbringák különösen átalakító erejű.

5.1 Pedálsegítő rendszerek

• A nyomatékérzékelők a gerincét képezik a pedálsegéd (pedelec) funkcionalitás.
• Gondoskodnak arról, hogy a teljesítménysegítés természetesnek és arányosnak tűnjön.

5.2 Nehéz teherszállító kerékpárok

• A Long John, Longtail és trike típusú teherbringák esetében a pontos nyomaték-visszacsatolás elengedhetetlen a stabilitáshoz és a vezető bizalmához.
• A lovasok gyakran szállítanak gyerekeket, élelmiszert vagy kereskedelmi árukat, ezért a kiszámítható motoros támogatás növeli a biztonságot.

5.3 Flotta és kézbesítő kerékpárok

• A logisztikai vállalatok a nyomatékérzékelőkre támaszkodnak csökkenti a lovas fáradtságát és biztosítja az egyenletes teljesítményt különböző terepviszonyok és terhelési körülmények között.

5.4 Egyéb e-mobilitási alkalmazások

• Az elektromos robogók és mopedek hasonló érzékelőket használnak a gázadás és a regeneratív fékezés vezérléséhez.

(A következő cikkünket is megtalálhatja Ackerman-kormányzási mechanizmusok teherbiciklikben releváns, mivel a nyomatékérzékelők és a kormánygeometria együttesen biztosítják a terhelés alatti stabil vezetést.).

6. Összehasonlítás: Nyomatékérzékelők vs. kadenciaérzékelők

Ítélet: A teherbringák esetében a nyomatékérzékelők szinte mindig jobb választásnak bizonyulnak, mivel terheléskor simább indítást és hatékonyabb akkumulátor-használatot biztosítanak.

7. Integráció a teherforgalmi kerékpár tervezésébe

Az Regen-nél a nyomatékérzékelőket integráljuk a alsó konzol tervezési fázis, figyelembe véve olyan tényezőket, mint:

• Vázgeometria: A merevség a fenéktartó környékén befolyásolja az érzékelő pontosságát.
• Motor nyomatékszintek: A legtöbb teherbicikli esetében 60-100 Nm közötti, középhajtású vagy hubmotorokhoz illesztjük az érzékelőket.
• Elektromos építészet: A nyomatékérzékelő adatai a sebesség, a fordulatszám és a motor hőmérsékletére vonatkozó információkkal együtt kerülnek feldolgozásra a CAN-buszon keresztül.

Szorosan együttműködünk a mérnöki és ipari tervezőcsapatokkal annak érdekében, hogy a nyomatékérzékelő szerelvény maradjon nedvesség és por ellen tömített (IP65 vagy magasabb). Ez kulcsfontosságú a városi logisztikában használt kerékpárok esetében, ahol elkerülhetetlen az esőnek és a törmeléknek való kitettség.

8. Következtetés

A nyomatékérzékelők első pillantásra talán nem látszanak, de a modern e-kerékpárok és teherbringák legfontosabb alkatrészei közé tartoznak. Ezek:

• Természetesebb és érzékenyebb vezetési élményt nyújt.
• Az akkumulátor hatékonyságának javítása.
• Fokozza a biztonságot, különösen nehéz terhek szállítása esetén.

Mivel OEM/ODM ügyfeleink számára testreszabott teherbicikli-megoldásokat fejlesztünk, a nyomatékérzékelők mindig a megbeszélések részét képezik. A megfelelő típus kiválasztása (nyúlásmérő vagy magnetoelasztikus), a megfelelő kalibrálás biztosítása és az elektromos rendszer többi részével való integrálás mind kritikus lépések a kiváló minőségű termék megvalósításához.

Ha egy új teherbicikli-projektet tervezel, és szeretnéd megvitatni a nyomatékérzékelőket, a motor kiválasztását és az általános menetérzetet, mérnöki és ID csapatunk támogatja Önt. Ingyenes konzultációkat kínálunk videón, telefonon vagy e-mailben, hogy segítsünk Önnek a célpiacának megfelelő döntések meghozatalában.

Végül

Szeretne többet megtudni a nyomatékérzékelők beépítéséről a következő teherbicikli-projektjébe? Kapcsolat hogy megbeszéljük az Ön igényeit. Az Regen csapata a következőkre specializálódott OEM/ODM teherbicikli megoldások, a vázfejlesztéstől az elektromos rendszer integrálásáig.