Koppelsensoren in elektrische fietsen: doel, werkingsprincipe, voordelen, nadelen en toepassingen

Inhoudsopgave
Sensoren voor motorkoppel

Als Regen, krijgen we vaak vragen van klanten en partners over koppel sensoren - wat ze zijn, hoe ze werken, en waarom ze zo belangrijk zijn in e-bikes en bakfietsen. Koppelsensoren zijn een van die verborgen onderdelen die je op het eerste gezicht misschien niet opmerkt, maar ze geven fundamenteel vorm aan de rijervaring, de motorefficiëntie en zelfs de veiligheid van elektrisch ondersteunde fietsen.

In dit artikel gaan we dieper in op koppelsensoren: wat ze doen, hoe ze werken, hun voor- en nadelen en waar ze worden gebruikt. We brengen ook hun rol in verband met bredere overwegingen bij het ontwerp van bakfietsen, zoals de keuze van het motorkoppel en de communicatieprotocollen binnen het elektrische systeem.


Wat is een koppelsensor?

Een koppelsensor is een apparaat dat de hoeveelheid koppel (rotatiekracht) meet die op een as of as wordt uitgeoefend. In een e-bike of bakfiets bevindt deze zich meestal in de trapas, achterpat of krukas. Wanneer een berijder druk uitoefent op de pedalen, detecteert de koppelsensor de torsiekracht en stuurt een signaal naar de motorbesturing. De controller past vervolgens de motorondersteuning proportioneel aan.

Dit verschilt aanzienlijk van cadanssensorendie alleen detecteren of je trapt of niet, zonder te meten hoe hard je trapt. Terwijl cadanssensoren meestal een meer binair, "aan/uit" ondersteuningsgevoel geven, maken koppelsensoren een soepelere, natuurlijkere trapervaring.

Definitie:

Koppel = Kracht × Afstand (gemeten in Newtonmeter, Nm).

Als je 100 N kracht uitoefent op een krukarm van 0,17 m, is het resulterende koppel 17 Nm.


2. Hoe werken koppelsensoren?

De meeste koppelsensoren die worden gebruikt in e-bikes en bakfietsen zijn op spanningsmeting gebaseerd. Laten we het werkingsprincipe uit elkaar halen:

2.1 Rekstrookmethode

  1. De as van de crank verdraait een beetje wanneer de berijder trapt.
  2. Rekstrookjes-kleine elektrische weerstandselementen- zijn verbonden met de spindel.
  3. Als de spindel vervormt, veranderen de rekstrookjes van weerstand.
  4. Deze veranderingen worden versterkt door een Wheatstone-brugcircuit en omgezet in een elektrisch signaal.
  5. De motorbesturing interpreteert dit signaal als de door de rijder geleverde inspanning en past de vermogensafgifte hierop aan.

2.2 Magnetoelastische methode

Sommige hoogwaardige koppelsensoren maken gebruik van magnetoelastische principes:

  • Het staal in de spindel verandert van magnetische permeabiliteit wanneer het onder torsie staat.
  • Magnetische veldsensoren detecteren deze veranderingen zonder fysiek contact.
  • Het voordeel: minder slijtageomdat er geen draden of sleepringen op bewegende onderdelen zitten.

Schema van een koppelsensor voor e-bikes

Koppelsensor vs. Snelheidssensor: Wat is beter?

Eenvoudig gezegd, is het een ervaren chauffeur versus een leerling-chauffeur

Je kunt de analogie gebruiken van een ervaren chauffeur die rijdt en een leerling-chauffeur die rijdt:

Koppelsensor is als een "ervaren bestuurder".

  • De ervaren bestuurder zal het voertuigvermogen soepel regelen op basis van de wegomstandigheden en de kracht van het gaspedaal:
  • Als je bergopwaarts gaat, wordt de gashendel automatisch verhoogd (meer motorondersteuning).
  • Als u bergafwaarts rijdt of het gaspedaal licht indrukt, wordt het vermogen verlaagd (om vermogen en veiligheid te besparen).
  • De hele rijervaring is soepel en natuurlijk, en het gevoel van veiligheid is sterk.

Snelheidssensor is als een "leerling-chauffeur".

  • De leerling-bestuurder heeft alleen een algemeen begrip van de gasklepschakelaar:
  • Zodra het gaspedaal wordt ingetrapt, wordt vol gas gegeven, ongeacht de toestand van de weg.
  • De reactie is traag en de gashendel staat helemaal open of dicht.
  • Het is gemakkelijk om abrupt op te trekken en af te remmen tijdens het rijden, vooral als je beladen bent. Dat is onveilig.

Samenvatting: Koppelsensor = on-demand intelligente uitgang, snelheidssensor = vaste uitgang (stop als niemand drukt, vol vermogen als er wordt gedrukt)

Koppelsensoren (op basis van pedaalkracht)

  • Maatregel hoe hard je trapt door de rotatiekracht op de crank, trapas of achterpat te detecteren.
  • Hulp is proportioneelHoe harder je trapt, hoe meer kracht de motor levert.

Snelheids- of cadanssensoren (gebaseerd op pedaalsnelheid)

  • Maatregel of en hoe snel je trapt met magneten en een sensor op de krukas.
  • Hulp is binair/aan-uitZodra je begint te trappen en een bepaalde cadans bereikt, start de motor met een vooraf ingesteld vermogen (niet evenredig met kracht).


Tabel met belangrijkste verschillen in één oogopslag

FunctieKoppelsensorSnelheidssensor
Motorische reactieProportioneel met trapkracht (natuurlijk en soepel)Vaste vermogensafgifte zodra de cadansdrempel is bereikt
RijgevoelVoelt aan als een versterkte menselijke inspanning ("bionische benen")Kan schokkerig of plotseling aanvoelen; minder intuïtief
Batterij efficiëntieHoger: gebruikt alleen wat nodig isLager: kan soms energie verspillen
KostenHoger (complexere technologie)Lager (eenvoudig, goedkoop)
SetupVereist nauwkeurige installatie en kalibratieZeer eenvoudig te installeren en vervangen
Beste voorPremium e-bikes, bakfietsen, heuvelachtig of stedelijk terreinInstap e-bikes, vlak terrein, informeel rijden

Wat is beter voor vrachtfietsen?

Voor bakfietsen, koppelsensoren zijn bijna altijd de betere keuze:

  1. Soepele vermogensafgifte: Als je kinderen of goederen vervoert, heb je stabiliteit nodig bij het starten en stoppen. Koppelsensoren bieden voorspelbare, proportionele ondersteuning.
  2. Batterijefficiëntie: Leverings- en logistieke vloten profiteren van een groter bereik per lading.
  3. Controle op heuvels: Koppelsensoren maken starten op een helling gemakkelijker omdat de motor onmiddellijk reageert op jouw krachtinput.
  4. Veiligheid: Plotselinge stroompieken van snelheidssensoren kunnen wiebelen of zelfs kantelen veroorzaken bij zwaar beladen fietsen.

(U kunt ons artikel lezen over Hoeveel koppel heb je nodig voor je bakfiets? om te zien hoe koppelsensoren verband houden met de motorselectie).

3. Voordelen van koppelsensoren in e-bikes en cargofietsen

3.1 Natuurlijke rijervaring

Omdat de motorondersteuning evenredig is met hoe hard je trapt, voelt het alsof je "bionische benen" hebt. De fiets reageert intuïtief op jouw input, wat vooral belangrijk is voor bakfietsen die zware ladingen vervoeren. Bestuurders hebben meer controle bij lage snelheden, bij het manoeuvreren rond obstakels of bij het bergopwaarts rijden met kinderen of goederen aan boord.

3.2 Efficiënt batterijgebruik

Met koppelsensoren kan de besturing de motoroutput nauwkeurig afstellen:

  • Als je harder trapt, levert de motor meer vermogen.
  • Als je het rustiger aan doet, vermindert de motor de ondersteuning. Deze dynamische respons helpt de batterij energie te besparen in vergelijking met systemen op basis van cadans, waarbij de motor soms onnodig vermogen levert.

3.3 Verbeterde veiligheid

Bij bakfietsen kunnen plotselinge krachtpieken gevaarlijk zijn, vooral wanneer ze volledig beladen zijn. Koppelsensoren voorkomen abrupte acceleratie door de motoroutput af te stemmen op de inspanning van de berijder. Dit maakt starten en stoppen soepeler en helpt de stabiliteit te behouden.

3.4 Compatibiliteit met moderne controllers

Koppelsensoren integreren goed met CAN-bus of andere communicatieprotocollen die worden gebruikt in elektrische systemen voor e-bikes. De gegevens die ze leveren kunnen worden gedeeld met andere onderdelen, zoals displayeenheden en batterijbeheersystemen, voor optimale prestaties.


4. Nadelen en overwegingen

Koppelsensoren bieden veel voordelen, maar hebben ook een aantal nadelen die het vermelden waard zijn:

  1. Hogere kosten: In vergelijking met eenvoudige cadanssensoren zijn koppelsensoren duurder vanwege hun complexiteit.
  2. Kalibratievereisten: Ze moeten nauwkeurig gekalibreerd worden om nauwkeurige metingen te garanderen.
  3. Gevoeligheid: Omdat ze microbuigingen meten, kunnen externe trillingen en temperatuurveranderingen de prestaties beïnvloeden als ze niet gecompenseerd worden.
  4. Potentiële slijtage (spanningsmetertypen): Na verloop van tijd kan mechanische belasting de op rekstrookjes gebaseerde sensoren aantasten, hoewel dit zelden voorkomt bij hoogwaardige componenten.

Voor bakfiets OEM/ODM-fabrikanten zoals wij, moeten deze factoren in overweging worden genomen tijdens de productontwikkeling. We selecteren bijvoorbeeld zorgvuldig trapassemblages die duurzaamheid combineren met nauwkeurige torsiedetectie.


5. Toepassingen van koppelsensoren

Koppelsensoren worden gebruikt in een groot aantal industrieën, maar hun rol in e-bikes en bakfietsen is bijzonder transformerend.

5.1 Systemen met pedaalondersteuning

  • Koppelsensoren vormen de ruggengraat van trapbekrachtiging (pedelec) functionaliteit.
  • Ze zorgen ervoor dat de stroomondersteuning natuurlijk en proportioneel aanvoelt.

5.2 Vrachtfietsen voor zwaar gebruik

  • Voor Long John, Longtail en bakfietsen in trike-stijl is nauwkeurige feedback over het koppel essentieel voor stabiliteit en vertrouwen van de berijder.
  • Ruiters vervoeren vaak kinderen, boodschappen of commerciële goederen; voorspelbare motorondersteuning verbetert daarom de veiligheid.

5.3 Wagenpark en bakfietsen

  • Logistieke bedrijven vertrouwen op koppelsensoren om Verminder vermoeidheid bij de bestuurder en zorgen voor consistente prestaties op verschillende terreinen en onder verschillende belastingsomstandigheden.

5.4 Andere toepassingen van e-mobiliteit

  • Elektrische scooters en bromfietsen gebruiken vergelijkbare sensoren voor gas geven en regeneratief remmen.

(Misschien vindt u ook ons artikel over Ackerman stuurmechanismen in bakfietsen relevant, aangezien koppelsensoren en stuurgeometrie samenwerken om een stabiele rit onder belasting te bieden).


6. Vergelijking: Koppelsensoren vs Cadanssensoren

FunctieKoppelsensorCadanssensor
Motorische reactieProportioneel, vloeiend, natuurlijkAan/uit, binair, minder intuïtief
Batterij efficiëntieHoog (geoptimaliseerd op basis van de inspanning van de rijder)Lager (kan energie verspillen)
KostenHogerLager
Aanbevolen voorBakfietsen, premium e-bikes, heuvelachtig terreinInstap e-bikes, vlak terrein

Verdict: Voor bakfietsen zijn koppelsensoren bijna altijd de betere keuze omdat ze zorgen voor een soepelere start en een efficiënter batterijgebruik bij het vervoeren van ladingen.


7. Integratie in het ontwerp van cargofietsen

Bij Regen integreren we koppelsensoren tijdens het ontwerpfase trapas, rekening houdend met factoren zoals:

  • Framegeometrie: Stijfheid rond de trapas beïnvloedt de nauwkeurigheid van de sensor.
  • Motorkoppel niveaus: Voor de meeste bakfietsen passen we de sensoren aan op mid-drive of naafmotoren van 60-100 Nm.
  • Elektrische architectuur: Gegevens van de koppelsensor worden samen met informatie over snelheid, cadans en motortemperatuur verwerkt via de CAN-bus.

We werken ook nauw samen met onze engineering- en industriële ontwerpteams om ervoor te zorgen dat de koppelsensorassemblage aan de volgende eisen voldoet afgedicht tegen vocht en stof (IP65 of hoger). Dit is cruciaal voor fietsen die worden gebruikt in de stadslogistiek, waar blootstelling aan regen en vuil onvermijdelijk is.


8. Conclusie

Koppelsensoren zijn op het eerste gezicht misschien niet zichtbaar, maar ze behoren tot de belangrijkste onderdelen van moderne e-bikes en bakfietsen. Ze:

  • Zorgt voor een natuurlijkere en responsievere rijervaring.
  • Verbeter de efficiëntie van de batterij.
  • Vergroot de veiligheid, vooral bij het dragen van zware lasten.

Bij het ontwikkelen van op maat gemaakte bakfietsoplossingen voor OEM/ODM-klanten maken koppelsensoren altijd deel uit van de discussie. Het kiezen van het juiste type (rekstrook of magneto-elastisch), het zorgen voor de juiste kalibratie en het integreren met de rest van het elektrische systeem zijn allemaal kritieke stappen voor het leveren van een product van hoge kwaliteit.

Als je een nieuw project voor een bakfiets overweegt en koppelsensoren, motorselectie en algeheel rijgevoel wilt bespreken, ons engineering- en ID-team kan u ondersteunen. We bieden gratis consultaties aan via video, telefoon of e-mail om je te helpen de juiste beslissingen te nemen voor jouw doelmarkt.


Uiteindelijk

Wil je meer weten over het integreren van koppelsensoren in je volgende bakfietsproject? Neem contact met ons op om je wensen te bespreken. Ons team bij Regen is gespecialiseerd in OEM/ODM bakfietsoplossingenVan de ontwikkeling van het frame tot de integratie van het elektrische systeem.

Deel dit:

Contact Regen

Op zoek naar OEM/ODM bakfietsen?

Van frame tot accessoires: wij bieden volledige maatwerkopties vanaf 20 stuks.