Czujniki momentu obrotowego w rowerach elektrycznych: cel, zasada działania, zalety, wady i zastosowania

Spis treści
Czujnik momentu obrotowego silnika

Jako Regen często otrzymujemy pytania od klientów i partnerów dotyczące czujników momentu obrotowego - czym są, jak działają i dlaczego mają tak duże znaczenie w rowerach elektrycznych i towarowych. Czujniki momentu obrotowego są jednym z tych ukrytych komponentów, których można nie zauważyć na pierwszy rzut oka, ale zasadniczo kształtują wrażenia z jazdy, wydajność silnika, a nawet bezpieczeństwo rowerów ze wspomaganiem elektrycznym.

W tym artykule szczegółowo omówimy czujniki momentu obrotowego: co robią, jak działają, ich zalety i wady oraz gdzie są używane. Połączymy również ich rolę z szerszymi rozważaniami dotyczącymi projektowania rowerów towarowych, takimi jak wybór momentu obrotowego silnika i protokoły komunikacyjne w układzie elektrycznym.


Co to jest czujnik momentu obrotowego?

Czujnik momentu obrotowego to urządzenie mierzące wielkość momentu obrotowego (siły obrotowej) przyłożonego do wału lub osi. W rowerze elektrycznym lub rowerze towarowym jest on zwykle umieszczony w suport, tylny hak lub trzpień korby. Gdy rowerzysta naciska na pedały, czujnik momentu obrotowego wykrywa siłę skręcającą i wysyła sygnał do sterownika silnika. Sterownik następnie proporcjonalnie dostosowuje wspomaganie silnika.

Różni się to znacznie od czujniki kadencjiktóre po prostu wykrywają, czy pedałujesz, czy nie, bez pomiaru siły pedałowania. Podczas gdy czujniki kadencji mają tendencję do zapewniania bardziej binarnego, "włączonego / wyłączonego" wspomagania, czujniki momentu obrotowego umożliwiają Płynniejsze, bardziej naturalne pedałowanie.

Definicja:

Moment obrotowy = siła × odległość (mierzone w niutonometrach, Nm).

Jeśli siła 100 N zostanie przyłożona do ramienia korby o długości 0,17 m, wynikowy moment obrotowy wyniesie 17 Nm.


2. Jak działają czujniki momentu obrotowego?

Większość czujników momentu obrotowego stosowanych w rowerach elektrycznych i rowerach cargo to oparte na tensometrze. Przeanalizujmy zasadę działania:

2.1 Metoda tensometryczna

  1. Wrzeciono lub oś korby obraca się nieznacznie, gdy rowerzysta pedałuje.
  2. Tensometry-drobne elementy elektrooporowe - są połączone z wrzecionem.
  3. Gdy wrzeciono odkształca się, tensometry zmieniają rezystancję.
  4. Zmiany te są wzmacniane przez obwód mostka Wheatstone'a i przekształcane w sygnał elektryczny.
  5. Sterownik silnika interpretuje ten sygnał jako wysiłek kierowcy i odpowiednio dostosowuje moc wyjściową.

2.2 Metoda magnetosprężysta

Niektóre wysokiej klasy czujniki momentu obrotowego wykorzystują zasady magnetoelastyczne:

  • Stal we wrzecionie zmienia swoją przenikalność magnetyczną pod wpływem skręcania.
  • Czujniki pola magnetycznego wykrywają te zmiany bez fizycznego kontaktu.
  • Korzyści: mniejsze zużycieponieważ nie ma żadnych przewodów ani pierścieni ślizgowych na ruchomych częściach.

Schemat czujnika momentu obrotowego roweru elektrycznego

Czujnik momentu obrotowego vs. czujnik prędkości: co jest lepsze?

Mówiąc prościej, doświadczony kierowca kontra praktykant

Można posłużyć się analogią doświadczonego kierowcy i praktykanta:

Czujnik momentu obrotowego jest jak "doświadczony kierowca"

  • Doświadczony kierowca będzie płynnie kontrolował moc pojazdu w zależności od warunków drogowych i siły przepustnicy:
  • Podczas jazdy pod górę przepustnica zostanie automatycznie zwiększona (większe wspomaganie silnika).
  • W przypadku zjazdu ze wzniesienia lub lekkiego naciśnięcia przepustnicy moc zostanie zmniejszona (oszczędność energii i bezpieczeństwo).
  • Cała jazda jest płynna i naturalna, a poczucie bezpieczeństwa jest silne.

Czujnik prędkości jest jak "przyuczony kierowca"

  • Kierowca-praktykant ma tylko ogólne pojęcie o przełączniku przepustnicy:
  • Po naciśnięciu przepustnicy gaz jest wciśnięty do oporu, niezależnie od warunków drogowych.
  • Reakcja jest powolna, a przepustnica jest w pełni otwarta lub zamknięta.
  • Łatwo jest gwałtownie przyspieszać i zwalniać podczas jazdy, zwłaszcza z ładunkiem. Jest to niebezpieczne.

Podsumowanie: Czujnik momentu obrotowego = inteligentne wyjście na żądanie, czujnik prędkości = stałe wyjście (zatrzymanie, jeśli nikt nie naciska, pełna moc, jeśli naciska).

Czujniki momentu obrotowego (oparte na sile nacisku na pedał)

  • Pomiar Jak mocno pedałujesz poprzez wykrywanie siły obrotowej przyłożonej do korby, suportu lub tylnego haka.
  • Pomoc jest proporcjonalnyIm mocniej pedałujesz, tym więcej mocy dostarcza silnik.

Czujniki prędkości lub kadencji (oparte na prędkości pedałowania)

  • Pomiar czy i jak szybko pedałujesz za pomocą magnesów i czujnika na korbie.
  • Pomoc jest binarny/włączony/wyłączonyPo rozpoczęciu pedałowania i osiągnięciu ustawionej kadencji silnik uruchamia się z ustawioną mocą (nie proporcjonalną do siły).


Tabela kluczowych różnic w skrócie

FunkcjaCzujnik momentu obrotowegoCzujnik prędkości
Odpowiedź silnikaProporcjonalny do siły pedałowania (naturalny i płynny)Stała moc wyjściowa po osiągnięciu progu kadencji
Wrażenia z jazdyCzuje się jak wzmocniony ludzki wysiłek ("bioniczne nogi")Może wydawać się gwałtowny lub nagły; mniej intuicyjny
Wydajność akumulatoraWyższy: wykorzystuje tylko to, co jest potrzebneNiższe: czasami może marnować energię
KosztWyższy (bardziej złożona technologia)Niższy (prosty, tani)
KonfiguracjaWymaga precyzyjnej instalacji i kalibracjiBardzo łatwa instalacja i wymiana
Najlepsze dlaRowery elektryczne klasy premium, rowery cargo, teren pagórkowaty lub miejskiPodstawowe rowery elektryczne, płaski teren, swobodna jazda

Co jest lepsze dla rowerów cargo?

Dla rowery cargo, czujniki momentu obrotowegoPrawie zawsze jest to lepszy wybór:

  1. Płynne dostarczanie energii: Podczas przewożenia dzieci lub towarów potrzebna jest stabilność przy ruszaniu i zatrzymywaniu się. Czujniki momentu obrotowego zapewniają przewidywalne, proporcjonalne wspomaganie.
  2. Wydajność akumulatora: Floty dostawcze i logistyczne korzystają z większego zasięgu na jednym ładowaniu.
  3. Kontrola na wzgórzach: Czujniki momentu obrotowego ułatwiają ruszanie pod górę, ponieważ silnik natychmiast reaguje na siłę nacisku.
  4. Bezpieczeństwo: Nagłe skoki mocy z czujników prędkości mogą powodować chybotanie, a nawet przechylanie się mocno obciążonych rowerów.

(Możesz przeczytać nasz artykuł na temat Jak duży moment obrotowy jest potrzebny w rowerze towarowym? aby zobaczyć, jak czujniki momentu obrotowego wiążą się z wyborem silnika).

3. Zalety czujników momentu obrotowego w rowerach elektrycznych i towarowych

3.1 Naturalne wrażenia z jazdy

Ponieważ wspomaganie silnika jest proporcjonalne do siły pedałowania, czujesz się, jakbyś miał "bioniczne nogi". Rower intuicyjnie reaguje na polecenia użytkownika, co jest szczególnie ważne w przypadku rowery cargo przewożące ciężkie ładunki. Kierowcy czują większą kontrolę przy niskich prędkościach, podczas manewrowania wokół przeszkód lub ruszania pod górę z dziećmi lub towarami na pokładzie.

3.2 Efektywne wykorzystanie baterii

Czujniki momentu obrotowego umożliwiają sterownikowi precyzyjne dostrojenie mocy wyjściowej silnika:

  • Jeśli pedałujesz mocniej, silnik dostarcza więcej mocy.
  • Jeśli zwolnisz, silnik zmniejszy wspomaganie. Ta dynamiczna reakcja pomaga oszczędzać energię akumulatora w porównaniu z systemami opartymi na kadencji, w których silnik może czasami dostarczać niepotrzebną moc.

3.3 Poprawa bezpieczeństwa

W rowerach towarowych nagłe skoki mocy mogą być niebezpieczne, szczególnie przy pełnym obciążeniu. Czujniki momentu obrotowego zapobiegają nagłemu przyspieszaniu, dopasowując moc silnika do wysiłku kierowcy. Sprawia to, że ruszanie i zatrzymywanie się jest płynniejsze i pomaga zachować stabilność.

3.4 Kompatybilność z nowoczesnymi kontrolerami

Czujniki momentu obrotowego dobrze integrują się z Magistrala CAN lub inne protokoły komunikacyjne stosowane w systemach elektrycznych rowerów elektrycznych. Dostarczane przez nie dane mogą być udostępniane innym komponentom, takim jak wyświetlacze i systemy zarządzania baterią, w celu optymalizacji wydajności.


4. Wady i rozważania

Czujniki momentu obrotowego przynoszą wiele korzyści, ale mają też pewne wady, na które warto zwrócić uwagę:

  1. Wyższy koszt: W porównaniu do prostych czujników kadencji, czujniki momentu obrotowego są droższe ze względu na ich złożoność.
  2. Wymagania dotyczące kalibracji: Muszą być one precyzyjnie skalibrowane, aby zapewnić dokładne odczyty.
  3. Wrażliwość: Ponieważ mierzą one mikroodchylenia, zewnętrzne wibracje i zmiany temperatury mogą wpływać na wydajność, jeśli nie zostaną skompensowane.
  4. Potencjał zużycia (typy tensometrów): Z biegiem czasu naprężenia mechaniczne mogą powodować degradację czujników opartych na tensometrach, choć jest to rzadkie w przypadku komponentów wysokiej jakości.

Dla producentów OEM/ODM rowerów cargo, takich jak my, czynniki te muszą być brane pod uwagę podczas opracowywania produktu. Na przykład starannie dobieramy zespoły suportu, które łączą trwałość z dokładnym wykrywaniem momentu obrotowego.


5. Zastosowania czujników momentu obrotowego

Czujniki momentu obrotowego są wykorzystywane w wielu różnych branżach, ale ich rola w Rowery elektryczne i rowery cargo jest szczególnie transformująca.

5.1 Systemy wspomagania pedałowania

  • Czujniki momentu obrotowego są podstawą wspomaganie pedałowania (pedelec) funkcjonalność.
  • Dbają o to, by wspomaganie było naturalne i proporcjonalne.

5.2 Ciężkie rowery cargo

  • W przypadku rowerów typu Long John, Longtail i trójkołowych rowerów towarowych precyzyjne sprzężenie zwrotne momentu obrotowego jest niezbędne dla stabilności i pewności kierowcy.
  • Kierowcy często przewożą dzieci, artykuły spożywcze lub towary handlowe, dlatego przewidywalne wsparcie silnika zwiększa bezpieczeństwo.

5.3 Flota i rowery dostawcze

  • Firmy logistyczne polegają na czujnikach momentu obrotowego, aby zmniejszają zmęczenie kierowcy i zapewniają stałą wydajność w różnych warunkach terenowych i obciążeniowych.

5.4 Inne zastosowania e-mobilności

  • Skutery elektryczne i motorowery wykorzystują podobne czujniki do sterowania przepustnicą i hamowaniem regeneracyjnym.

(Możesz również znaleźć nasz artykuł na temat Mechanizmy kierownicze Ackerman w rowerach cargo istotne, ponieważ czujniki momentu obrotowego i geometria układu kierowniczego współpracują ze sobą, aby zapewnić stabilną jazdę pod obciążeniem).


6. Porównanie: Czujniki momentu obrotowego vs czujniki kadencji

FunkcjaCzujnik momentu obrotowegoCzujnik kadencji
Odpowiedź silnikaProporcjonalny, płynny, naturalnyWłączanie/wyłączanie, binarne, mniej intuicyjne
Wydajność akumulatoraWysoki (zoptymalizowany w oparciu o wysiłek kierowcy)Niższy (może marnować energię)
KosztWyższyNiżej
Preferowane dlaRowery cargo, wysokiej klasy rowery elektryczne, teren pagórkowatyRowery elektryczne klasy podstawowej, płaski teren

Werdykt: W przypadku rowerów towarowych czujniki momentu obrotowego są prawie zawsze lepszym wyborem, ponieważ zapewniają płynniejszy rozruch i bardziej efektywne wykorzystanie akumulatora podczas przewożenia ładunków.


7. Integracja w projektowaniu rowerów cargo

W Regen integrujemy czujniki momentu obrotowego podczas Faza projektowania suportubiorąc pod uwagę takie czynniki jak:

  • Geometria ramy: Sztywność w okolicy suportu wpływa na dokładność czujnika.
  • Poziomy momentu obrotowego silnika: Dopasowujemy czujniki do silników z napędem pośrednim lub w piaście o zakresie 60-100 Nm dla większości rowerów towarowych.
  • Architektura elektryczna: Dane z czujnika momentu obrotowego są przetwarzane wraz z informacjami o prędkości, kadencji i temperaturze silnika za pośrednictwem magistrali CAN.

Ściśle współpracujemy również z naszymi zespołami inżynierów i projektantów przemysłowych, aby zapewnić, że zespół czujnika momentu obrotowego pozostanie niezmieniony. uszczelnienie przed wilgocią i pyłem (IP65 lub wyższe). Ma to kluczowe znaczenie w przypadku rowerów używanych w logistyce miejskiej, gdzie narażenie na deszcz i zanieczyszczenia jest nieuniknione.


8. Wnioski

Czujniki momentu obrotowego mogą nie być widoczne na pierwszy rzut oka, ale są jednymi z najważniejszych komponentów w nowoczesnych rowerach elektrycznych i towarowych. Są to:

  • Zapewniają bardziej naturalne i responsywne wrażenia z jazdy.
  • Poprawa wydajności baterii.
  • Zwiększa bezpieczeństwo, zwłaszcza podczas przenoszenia ciężkich ładunków.

Gdy opracowujemy niestandardowe rozwiązania dla rowerów towarowych dla klientów OEM/ODM, czujniki momentu obrotowego są zawsze częścią dyskusji. Wybór odpowiedniego typu (tensometryczny lub magnetoelastyczny), zapewnienie właściwej kalibracji i zintegrowanie go z resztą układu elektrycznego to kluczowe kroki na drodze do dostarczenia produktu wysokiej jakości.

Jeśli rozważasz nowy projekt roweru towarowego i chcesz omówić czujniki momentu obrotowego, wybór silnika i ogólne wrażenia z jazdy, Nasz zespół inżynierów i ID może udzielić wsparcia. Oferujemy bezpłatne konsultacje za pośrednictwem wideo, telefonu lub poczty elektronicznej, aby pomóc w podjęciu właściwych decyzji dotyczących rynku docelowego.


W końcu

Chcesz dowiedzieć się więcej o integracji czujników momentu obrotowego w swoim kolejnym projekcie roweru cargo? Skontaktuj się z nami aby omówić swoje wymagania. Nasz zespół w Regen specjalizuje się w Rozwiązania OEM/ODM dla rowerów cargoOd projektowania ram po integrację systemów elektrycznych.

Podziel się tym:

Skontaktuj się z Regen

Szukasz rowerów cargo OEM/ODM?

Od ramy po akcesoria, wspieramy pełną personalizację już od 20 sztuk.