Forum Indipendente Biciclette Elettriche, Pieghevoli e Utility

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pixbuster
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11787 Messaggi

Inserito il - 19/05/2008 : 01:13:56  Mostra Profilo Invia a pixbuster un Messaggio Privato
Una bicicletta a pedalata assistita è una bici con un motore che si avvia SOLO quando si pedala e consente di fare meno fatica di quanta se ne farebbe con una bici "muscolare"

Il sistema che realizza questa funzione viene chiamato PAS (pedal assist system) e la sua presenza è un requisito assolutamente necessario per rendere legale una bici elettrica

Ci sono essenzialmente due categorie di logica di funzionamento:
- quello a controllo dello sforzo sui pedali (come le Flyer o le Giant)
- quello a controllo della rotazione dei pedali (come le Ezee o le Frisbee)


Come funziona

Controllo dello sforzo esercitato sui pedali

Può essere realizzato con varie soluzioni

Il metodo più semplice per la sua realizzazione è quello della figura seguente




Una rotellina viene tenuta premuta contro la catena da una molla
Quando esercito uno sforzo sui pedali, la catena si tende e spinge la rotellina verso l’alto e la spinge più o meno in funzione dell’impegno che sto esercitando
Questo movimento viene rilevato e inviato alla centralina sotto forma di tensione elettrica più o meno alta

Il metodo più diffuso (più complesso ma assai più preciso ed affidabile) è questo





La corona (est) non è collegata direttamente ai pedali (int) ma lo è tramite una molla
Quando esercito una spinta sui pedali, la molla si tende in funzione dello sforzo esercitato
Si ottiene perciò che la ruota esterna (est) assume una posizione diversa rispetto a quella interna (int) a seconda della spinta sui pedali

Questo spostamento reciproco può essere letto da un sensore (che non ruota)
In alcuni modelli lo spostamento reciproco delle due ruote provoca anche il loro spostamento assiale e questo
movimento viene letto da un sistema analogo alla rotellina del caso precedente
In altri casi su una parte ci sono dei magneti e sull’altra un disco di ferro: lo spostamento reciproco fa cambiare il campo magnetico che arriva su un sensore “ad effetto Hall” fisso che lo misura e invia il dato alla centralina

Sui motori Panasonic (come la Flyer), al posto della molla, si usa un asse deformabile (che in ultima analisi è anche lui una molla)





Due sensori rilevano la posizione di una serie di piccoli rilievi sull’albero che, essendo ferrosi, modificano il campo magnetico che i due sensori emettono
Se non esercito alcuna spinta sui pedali, i due sensori sentono nello stesso momento i rilievi ai due lati dell’asse
Quando spingo sui pedali, l’asse si deforma (si attorciglia un pochino su se stesso) e c’è un ritardo nel passaggio dei rilievi sotto ad un sensore rispetto all’altro

Questi sistemi funzionano indipendentemente dalla rotazione o meno dei pedali
Cioè: se sono fermo e spingo sui pedali, la molla si deforma e il sensore rileva che sto facendo forza; la stessa cosa avviene se sono in velocità e spingo più o meno sui pedali
Questa caratteristica è molto importante per la logica di funzionamento di tutto il sistema

Per via dell’accoppiamento pedale-corona tramite una molla, tale sistema, quando non realizzato con cura, può generare una certa “spugnosità” nella pedalata: sembra che i pedali abbiano del gioco

Ci sono altri sistemi per realizzarlo (ma non è facile conoscerli perché sono generalmente brevettati e i Costruttori tendono a non divulgarli), ma sono tutti basati sul fatto che spingendo sui pedali si deforma qualcosa che viene rilevato da un sensore fisso







Controllo della rotazione dei pedali

E’ sicuramente di più semplice realizzazione e perciò più economico

Esso è costituito da un disco in cui sono alloggiati dei magnetini e da un sensore che “sente” il campo magnetico da loro generato





Quando i pedali vengono messi in movimento, i magnetini transitano davanti al sensore che sente il loro passaggio
Collegata al sensore c’è una piccola centralina elettronica che riconosce il movimento del dischetto con i magnetini e ne sente il movimento e ne calcola la velocità angolare (giri al minuto)
La centralina controlla anche il senso di rotazione dei pedali (con una opportuna disposizione dei poli nord e sud dei magnetini), per cui riconosce se stiamo pedalando indietro
Il gruppo dischetto-sensore può essere alloggiato sull’asse dei pedali, ma anche sul pacco pignoni, come sulle Frisbee







Logica di funzionamento


Sistema di controllo dello sforzo esercitato sui pedali

Quando il segnale di sforzo esercitato sui pedali arriva alla centralina, essa manda al motore una quantità di potenza normalmente pari a quella esercitata muscolarmente (si dice “rapporto di assistenza 1:1)
Se spingo poco, il motore spinge poco; se spingo tanto il motore ci mette tutta la forza disponibile


Questo rapporto 1:1 (o quello impostato dal selettore) è rispettato quando viaggio intorno alla “velocità di crociera”, perchè realtà viene anche controllata la velocità di rotazione del motore e, se la velocità è bassa, la centralina manda più potenza di quella che esercito sui pedali; questo serve a poter fare erogare al motore la sua potenza massima sulle salite, senza che il ciclista debba avere muscoli da professionista (per fare erogare 400W al motore – valore di punta orientativo dei motori da 250W - bisognerebbe inviarne altri 400 sui pedali e sarebbero tanti)
Il controllo dello sforzo sui pedali ha un’altra peculiarità: è sempre necessario esercitare uno sforzo sui pedali, anche se modesto
Normalmente è presente un sistema di regolazione





con cui posso aumentare o diminuire il rapporto di assistenza, ottenendo che il motore ci metta più della forza che esercito sui pedali oppure meno
Di solito ci sono due o tre livelli disponibili che consentono di alleggerire la pedalata per stancarsi di meno, consumando più corrente e perciò riducendo l’autonomia o, viceversa, per ridurre l’assistenza che ci fornisce il motore per fare più esercizio e per aumentarare l’autonomia

Nelle realizzazioni migliori, è presente anche un controllo della velocità di rotazione dei pedali (o della velocità della bici) che consente alla centralina di sospendere l’alimentazione al motore, al raggiungimento della velocità legale massima


Pregi

Poiché il segnale di pressione sui pedali è presente anche se la bici deve ancora avviarsi, l’assistenza da parte del motore inizia immediatamente, appena si inizia a premere sui pedali, con conseguente grande facilità di avviamento anche in salita

L’assistenza è molto naturale: si avverte come se la propria forza fosse moltiplicata e la potenza del motore si regola con la semplice maggiore o minore pressione sui pedali

Difetti

Più sono “in forma” e più il motore mi assiste e questo non consente di ottimizzare la carica della batteria
Si può ovviare regolando l’assistenza su un rapporto minore ma è una regolazione piuttosto grossolana

La necessità di esercitare sempre uno sforzo sui pedali può essere fastidiosa quando si è stanchi o nelle giornate molto calde

Nelle soste ai semafori è necessario tenere almeno una leva dei freni tirata per evitare l’accidentale partenza del motore con il solo peso della gamba sul pedale




Sistema di controllo della rotazione dei pedali

Quando la centralina sente che sono stai messi in rotazione i pedali, invia potenza al motore

La quantità di energia inviata può essere la massima, e in questo caso il controllo della rotazione dei pedali funziona semplicemente come un interruttore: se giro i pedali alimento il motore, se sto fermo stacco l’alimentazione
Questo sistema viene spesso usato nelle bici più economiche che, nate senza il PAS, vengono adattate al mercato europeo e spesso in questo caso l’erogazione della potenza è piuttosto brusca, a scapito di una marcia regolare
Ma si sta diffondendo anche su bici in cui viene privilegiata la semplicità di funzionamento (nessuna manopola, selettore o funzione da impostare)
Su queste ultime bici - come la Bottecchia BE1, la Atala Eco Life e la Canellini Flybike - l’erogazione della potenza del motore è molto progressiva, in modo da poter agevolmente regolare la velocità smettendo al momento opportuno di pedalare

In altri casi la quantità di energia inviata al motore può essere regolata da un selettore che imposta normalmente due o tre livelli di assistenza (come nel caso del sensore di sforzo)

Il sistema più raffinato è quello con una manopola, che consente di dosare il contributo del motore da nullo (si procede solo con la forza esercitata sui pedali) a totale (si mantengono in rotazione i pedali ma senza esercitare alcuno sforzo)
Questo ultimo funzionamento che non prevede sforzo applicato da parte dell’elettrociclista, viene definito qui nel Forum come “pedalata sostituita” in antitesi con la “pedalata assistita” che sottintende la presenza di contributo muscolare

La manopola può essere del tipo intero (come quella del gas delle moto) che è molto comoda da regolare (nella foto: Nine Continents),
Oppure a settore rotante (ruota solo la parte più vicina al centro del manubrio) che consente di esercitare un certo sforzo sulle manopole senza inavvertitamente ruotare il regolatore (nella foto: Frisbee)
Oppure con il comando a pollice che è molto sensibile ma più scomodo su lunghe percorrenze (nella foto: Crystalyte)





Spesso viene sollevato il dubbio sulla legalità di tale manopola: questo deriva dalla presenza sul mercato di biciclette in cui la manopola ha funzione di vero e proprio acceleratore: ruotandola il motore si avvia, indipendentemente dalla presenza della pedalata; queste bici NON SONO A NORMA
Se invece la manopola regola il valore di assistenza fornita dal motore, ma è comunque NECESSARIA la pedalata per avviare e mantenere acceso il motore, il sistema è omologato senza alcun dubbio

Pregi

Il sistema è molto affidabile, semplice ed economico da realizzare
Nel caso di presenza di regolatori a pulsanti o a manopola, si può dosare il contributo del motore indipendentemente dallo sforzo applicato ai pedali e questo è molto utile per passare molto facilmente da un uso “sportivo” ad un uso “senza sudore” della bici
In questo modo si possono ottimizzare i consumi e la propria fatica a tutto vantaggio dell’autonomia (massimamente nei modelli dotati di manopola) sia in pianura che in salita
Ovvero: più si è in forma e meno energia si preleva dalla batteria


Difetti

La naturalezza è inferiore a quella del sistema a controllo dello sforzo perché si deve coordinare l’azione sul regolatore con il proprio contributo muscolare
Un po’ più naturale è il sistema senza regolatori, se realizzato con cura, ma non arriva mai al livello del sensore di sforzo

Poiché è necessario che almeno un magnete passi davanti al sensore perché il sistema possa capire che stiamo pedalando, il motore si avvia soltanto dopo un certo angolo di rotazione dei pedali (maggiore o minore a seconda delle bici) rendendo meno pronte le ripartenze (ma eliminando i forti spunti del motore a vantaggio dell’autonomia e della durata delle batterie)

Quando si smette di pedalare, la centralina attende per un tempo dell’ordine del secondo, che arrivi il nuovo magnetino davanti al sensore: se non avviene capisce che abbiamo interrotto la pedalata e stacca l’alimentazione al motore
Ma questo appunto avviene con un ritardo sensibile (a cui si fa rapidamente l’abitudine ma che richiede la presenza del sistema di cut-off sui freni come riportato più sotto)


CONSIDERAZIONI

Quelle descritte sono le più diffuse soluzioni tecniche adottate, ma ogni modello di bici adotta soluzioni logiche di erogazione della potenza del motore e può adottare sistemi di controllo della pedalata di un tipo o dell’altro o anche entrambi contemporaneamente
Diventa perciò importante una “prova su strada” per capire il reale comportamento del mezzo



LEVE DEI FRENI CON IL CUT_OFF

Sulle leve dei freni frequentemente sono alloggiati due microinterruttori (meccanici o magnetici) che sentono quando vengono azionate





La funzione di questi sensori è di staccare l’alimentazione al motore (cut-off) immediatamente appena si comincia a frenare

La loro presenza sarebbe utile, nel caso “sensore di sforzo”, per evitare che la bici parta esercitando uno sforzo involontario sul pedale quando si è fermi al semaforo o, in alcuni modelli più sensibili, anche solo tenendo il piede appoggiato al pedale
Ed è utile anche nel caso di “controllo della rotazione” per ridurre drasticamente il ritardo nello stacco del motore alla fermata dei pedali


ultima modifica 25-05-2008

Pix su Frisbee Atlas, su pieghevole 20" Kawasaki con kit Bafang centrale e su Cargo muscolare "artigianale"
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