Som Regen får vi ofta frågor från kunder och partners om vridmomentsensorer - vad de är, hur de fungerar och varför de är så viktiga i elcyklar och lastcyklar. Momentgivare är en av dessa dolda komponenter som du kanske inte lägger märke till vid första anblicken, men de formar i grunden körupplevelsen, motoreffektiviteten och till och med säkerheten för elassisterade cyklar.

I den här artikeln går vi igenom vridmomentsensorer i detalj: vad de gör, hur de fungerar, deras fördelar och nackdelar och var de används. Vi kommer också att koppla deras roll till bredare designöverväganden för lastcyklar, såsom val av motorns vridmoment och kommunikationsprotokoll inom det elektriska systemet.

Vad är en vridmomentsensor?

En momentgivare är en enhet som mäter mängden vridmoment (rotationskraft) som appliceras på en axel eller axel. I en elcykel eller lastcykel är den vanligtvis placerad i bottenfäste, bakre dropout eller vevaxel. När föraren trycker på pedalerna känner vridmomentsensorn av vridkraften och skickar en signal till motorstyrenheten. Styrenheten justerar sedan motorassistansen proportionellt.

Detta skiljer sig avsevärt från Kadenssensorersom helt enkelt känner av om du trampar eller inte, utan att mäta hur hårt du trampar. Medan kadenssensorer tenderar att ge en mer binär "på/av"-assistanskänsla, ger vridmomentsensorer en mjukare och mer naturlig trampupplevelse.

Definition:

Vridmoment = kraft × avstånd (mäts i Newtonmeter, Nm).

Om du applicerar 100 N kraft på en 0,17 m vevarm blir det resulterande vridmomentet 17 Nm.

2. Hur fungerar vridmomentsensorer?

De flesta vridmomentsensorer som används i elcyklar och lastcyklar är baserad på trådtöjningsmätare. Låt oss bryta ner arbetsprincipen:

2.1 Strain Gauge-metoden

1. Vevspindeln eller axeln vrider sig något när cyklisten trampar.
2. Töjningsmätare- små elektriska resistiva element - är fastsatta på spindeln.
3. När spindeln deformeras ändrar töjningsgivarna motstånd.
4. Dessa förändringar förstärks genom en Wheatstone-bryggkrets och omvandlas till en elektrisk signal.
5. Motorstyrningen tolkar denna signal som förarens ansträngning och justerar effektuttaget i enlighet med detta.

2.2 Magnetoelastisk metod

Vissa avancerade vridmomentsensorer använder magnetoelastiska principer:

• Stålet i spindeln ändrar sin magnetiska permeabilitet när det utsätts för vridning.
• Sensorer med magnetfält känner av dessa förändringar utan fysisk kontakt.
• Fördelen: mindre slitageeftersom det inte finns några kablar eller glidringar på rörliga delar.

Diagram över en vridmomentsensor för elcykel

Vridmomentsensor vs. hastighetssensor: Vilken är bäst?

Enkelt uttryckt handlar det om en erfaren förare kontra en förarlärling

Man kan likna det vid att en erfaren förare kör och en förarlärling kör:

Torque Sensor är som en "erfaren förare"

• Den erfarna föraren kommer smidigt att kontrollera fordonets effekt enligt vägförhållandena och gasstyrkan:
• I uppförsbackar ökas gaspådraget automatiskt (mer motorassistans).
• I nedförsbackar eller om du trycker lätt på gaspedalen kommer effekten att minskas (sparar kraft och säkerhet).
• Hela körupplevelsen är smidig och naturlig, och känslan av säkerhet är stark.

Hastighetssensorn är som en "lärlingsförare"

• Förarlärlingen har endast en allmän uppfattning om gasreglaget:
• När gaspedalen trycks ned ges full gas, oavsett vägförhållanden.
• Reaktionen är långsam och gasreglaget är antingen helt öppet eller stängt.
• Det är lätt att få plötsliga accelerationer och inbromsningar när man kör, särskilt när man är lastad. Det är osäkert.

Sammanfattning: Momentgivare = intelligent utmatning på begäran, varvtalsgivare = fast utmatning (stopp om ingen trycker, full effekt om någon trycker)

Momentsensorer (pedalkraftsbaserade)

• Mått hur hårt du trampar genom att detektera den rotationskraft som appliceras på veven, bottenfästet eller det bakre fästet.
• Assistans är proportionell: Ju hårdare du trampar, desto mer kraft levererar motorn.

Hastighets- eller kadenssensorer (pedalhastighetsbaserade)

• Mått om och hur snabbt du trampar med hjälp av magneter och en sensor på veven.
• Assistans är binär/av/på: när du börjar trampa och når en inställd kadens, startar motorn med förinställd effekt (inte proportionell mot kraften).

Viktiga skillnader Tabell i överblick

Vilken är bäst för lastcyklar?

För lastcyklar, vridmomentsensorer är nästan alltid det bättre valet:

1. Smidig strömförsörjning: När du transporterar barn eller gods behöver du stabilitet vid start och stopp. Vridmomentsensorer ger förutsägbar, proportionell assistans.
2. Batteriets effektivitet: Leverans- och logistikflottor drar nytta av längre räckvidd per laddning.
3. Kontroll på kullar: Vridmomentsensorer gör det lättare att starta i uppförsbackar eftersom motorn reagerar direkt på den kraft du tillför.
4. Säkerhet: Plötsliga strömstötar från hastighetssensorer kan orsaka vobbling eller till och med tippning på tungt lastade cyklar.

(Du kan läsa vår artikel om Hur mycket vridmoment behöver du för din lastcykel? för att se hur vridmomentsensorer är kopplade till motorval).

3. Fördelar med vridmomentsensorer i elcyklar och lastcyklar

3.1 Naturlig ridupplevelse

Eftersom motorassistansen är proportionell mot hur hårt du trampar känns det som om du har "bioniska ben". Cykeln reagerar intuitivt på dina rörelser, vilket är särskilt viktigt för lastcyklar som transporterar tunga laster. Föraren känner sig mer kontrollerad i låga hastigheter, när han eller hon manövrerar runt hinder eller startar i uppförsbackar med barn eller gods ombord.

3.2 Effektiv batterianvändning

Momentgivare gör det möjligt för styrenheten att finjustera motoreffekten:

• Om du trampar hårdare levererar motorn mer kraft.
• Om du tar det lugnt minskar motorn sin assistans. Denna dynamiska respons hjälper till att spara batterienergi jämfört med kadensbaserade system, där motorn ibland kan ge onödig kraft.

3.3 Förbättrad säkerhet

I lastcyklar kan plötsliga kraftökningar vara farliga, särskilt när de är fullastade. Vridmomentsensorer förhindrar plötslig acceleration genom att matcha motoreffekten med förarens ansträngning. Detta gör starter och stopp mjukare och hjälper till att bibehålla stabiliteten.

3.4 Kompatibilitet med moderna styrenheter

Momentsensorer integreras väl med CAN-buss eller andra kommunikationsprotokoll som används i elektriska system för elcyklar. De data som de tillhandahåller kan delas med andra komponenter, t.ex. displayenheter och batterihanteringssystem, för att optimera prestandan.

4. Nackdelar och överväganden

Momentsensorer har många fördelar, men de har också vissa nackdelar som är värda att notera:

1. Högre kostnad: Jämfört med enkla kadenssensorer är momentgivare dyrare på grund av sin komplexitet.
2. Krav på kalibrering: De måste kalibreras exakt för att säkerställa korrekta avläsningar.
3. Känslighet: Eftersom de mäter mikrodeflektioner kan externa vibrationer och temperaturförändringar påverka prestandan om de inte kompenseras.
4. Potentiell förslitning (typer av trådtöjningsgivare): Med tiden kan mekaniska påfrestningar försämra sensorer baserade på trådtöjningsgivare, även om detta är sällsynt med kvalitetskomponenter.

För OEM/ODM-tillverkare av lastcyklar som vi måste dessa faktorer beaktas under produktutvecklingen. Vi väljer till exempel noggrant ut vevstaksenheter som kombinerar hållbarhet med exakt vridmomentavkänning.

5. Tillämpningar av vridmomentsensorer

Momentsensorer används i en mängd olika branscher, men deras roll i elcyklar och lastcyklar är särskilt omvälvande.

5.1 Pedalassistanssystem

• Vridmomentsensorer är ryggraden i pedalassistans (pedelec) funktionalitet.
• De ser till att kraftöverföringen känns naturlig och proportionerlig.

5.2 Tunga lastcyklar

• För Long John, Longtail och trike-liknande lastcyklar är exakt återkoppling av vridmomentet avgörande för stabilitet och förarförtroende.
• Förare transporterar ofta barn, matvaror eller kommersiella varor, och därför förbättrar ett förutsägbart motorstöd säkerheten.

5.3 Fleet- och leveranscyklar

• Logistikföretag förlitar sig på vridmomentsensorer för att minska tröttheten hos föraren och säkerställa konsekvent prestanda i olika terräng- och belastningsförhållanden.

5.4 Andra tillämpningar för e-mobilitet

• Elektriska skotrar och mopeder använder liknande sensorer för styrning av gaspådrag och regenerativ bromsning.

(Du kanske också tycker att vår artikel om Ackerman styrmekanismer i lastcyklar relevant, eftersom vridmomentsensorer och styrgeometri samverkar för att ge en stabil körning under belastning).

6. Jämförelse: Vridmomentsensorer vs kadenssensorer

Dom: För lastcyklar är momentgivare nästan alltid det bästa valet eftersom de ger mjukare starter och effektivare batterianvändning vid lastning.

7. Integration i lastcykelns design

På Regen integrerar vi vridmomentsensorer under designfas för bottenfäste, med beaktande av faktorer som:

• Ramgeometri: Styvhet runt bottenfästet påverkar sensorns noggrannhet.
• Motorns vridmomentnivåer: Vi matchar sensorer med mid-drive- eller navmotorer på 60-100 Nm för de flesta lastcyklar.
• Elektrisk arkitektur: Data från vridmomentsensorn behandlas tillsammans med information om hastighet, kadens och motortemperatur via CAN-bussen.

Vi har också ett nära samarbete med våra teknik- och industridesignteam för att säkerställa att vridmomentsensorn förblir tätad mot fukt och damm (IP65 eller högre). Detta är avgörande för cyklar som används inom stadslogistik, där exponering för regn och skräp är oundviklig.

8. Slutsatser

Vridmomentsensorer syns kanske inte vid första anblicken, men de är bland de viktigaste komponenterna i moderna elcyklar och lastcyklar. De är:

• Ger en mer naturlig och responsiv körupplevelse.
• Förbättra batteriets effektivitet.
• Förbättrad säkerhet, särskilt vid tunga laster.

När vi utvecklar kundanpassade lastcykellösningar för OEM/ODM-kunder är vridmomentsensorer alltid en del av diskussionen. Att välja rätt typ (trådtöjningsgivare eller magnetoelastisk), säkerställa korrekt kalibrering och integrera den med resten av det elektriska systemet är alla viktiga steg för att leverera en högkvalitativ produkt.

Om du funderar på ett nytt lastcykelprojekt och vill diskutera vridmomentsensorer, motorval och övergripande körkänsla, vårt teknik- och ID-team kan hjälpa dig. Vi erbjuder kostnadsfria konsultationer via video, telefon eller e-post för att hjälpa dig att fatta rätt beslut för din målmarknad.

I slutändan

Vill du lära dig mer om hur du integrerar momentgivare i ditt nästa lastcykelprojekt? Kontakta oss för att diskutera dina krav. Vårt team på Regen är specialiserat på OEM/ODM-lösningar för lastcyklarfrån ramutveckling till integrering av elsystem.