Ingegneria della bici elettrica: analisi dell'autonomia
Come varia l'autonomia tra le bici elettriche con motore nel mozzo e quelle con motore centrale?
Uno sguardo ravvicinato all'efficienza della coppia, alle prestazioni sul terreno e al chilometraggio reale e cosa significa effettivamente per l'autonomia che otterrai durante la tua prossima pedalata.
La risposta diretta: motori con mozzo e motori a trazione centrale in autonomia
Le e-bike con motore a trazione centrale offrono in genere dal 10% al 30% di autonomia in più rispetto alle e-bike con motore nel mozzo quando si utilizza la stessa capacità della batteria , perché sfruttano gli ingranaggi della bici per applicare la potenza in modo più efficiente su terreni diversi. Su un terreno pianeggiante e consistente, una bici elettrica con motore nel mozzo e batteria da 500 Wh può percorrere tra 25 e 40 miglia, mentre una bici elettrica a trazione centrale con la stessa batteria può spesso coprire da 30 a 50 miglia in condizioni identiche. Su terreni collinari o misti, il divario si allarga ulteriormente, poiché i sistemi a trasmissione centrale regolano la coppia erogata attraverso la trasmissione, mentre i motori sui mozzi applicano una coppia relativamente fissa indipendentemente dalla pendenza.
Detto questo, l’autonomia non è mai determinata solo dal tipo di motore. La capacità della batteria, il peso del ciclista, il livello di assistenza, la pressione dei pneumatici e il terreno interagiscono tutti con l'architettura del motore per produrre un numero finale. Questo articolo spiega esattamente perché i motori del mozzo e i motori a trazione centrale si comportano in modo diverso, quale autonomia reale puoi aspettarti da ciascuno e come scegliere la configurazione giusta per le tue esigenze di guida, incluso dove bici elettriche leggere rientrare nell'equazione dell'intervallo.
Perché il tipo di motore modifica l'equazione della portata
Un motore nel mozzo si trova all'interno della ruota anteriore o posteriore e aziona la ruota direttamente, indipendentemente dalle marce della bicicletta. Fornisce una quantità di coppia abbastanza costante indipendentemente dalla velocità o dall'inclinazione, il che significa che deve lavorare di più - e assorbire più corrente - quando si sale su una collina o si accelera da fermo. Un motore a trazione centrale, al contrario, è montato sulla pedivella della bicicletta e invia potenza attraverso la catena e il sistema di ingranaggi esistenti. Ciò consente al motore di funzionare sempre entro il range di giri più efficiente, in modo simile a come il motore di un'auto trae vantaggio da una trasmissione.
bici elettriche leggere
Un motore a trazione centrale non si limita a muovere la bici: funziona con il cambio della bici, nello stesso modo in cui una trasmissione consente al motore di rimanere nella sua gamma di efficienza.
Efficienza di coppia e consumo energetico
Poiché un motore a trazione centrale può moltiplicare la coppia attraverso le marce inferiori in salita, non ha bisogno di assorbire tanta corrente grezza per produrre la stessa forza di avanzamento di un motore nel mozzo. Test di efficienza indipendenti hanno dimostrato che i sistemi a trazione centrale possono essere dal 15% al 20% più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai motori con mozzo a trasmissione diretta su percorsi collinari , che si traduce direttamente in più miglia per carica. Su terreno pianeggiante, il divario di efficienza si riduce notevolmente, poiché nessuno dei due tipi di motore deve lavorare contro la gravità.
Distribuzione del peso e resistenza al rotolamento
I motori nel mozzo aggiungono peso non sospeso alla ruota, che può aumentare leggermente la resistenza al rotolamento e ridurre l'efficienza complessiva della guida, in particolare su superfici ruvide. I motori a trazione centrale mantengono il peso centralizzato vicino al movimento centrale della bicicletta, migliorando l'equilibrio e riducendo l'energia persa a causa delle oscillazioni o delle vibrazioni della ruota. Questa è una ragione per molti bici elettriche leggere nelle categorie performance e pendolari sono sempre più costruiti attorno a sistemi a trazione centrale: la massa centralizzata supporta sia una migliore manovrabilità che un'autonomia più prevedibile.
Confronto della portata nel mondo reale per tipo di terreno
I dati sull'autonomia variano ampiamente a seconda delle condizioni del test, quindi la tabella seguente riflette i risultati tipici del mondo reale per una e-bike di fascia media con una batteria da 500 Wh, un livello di assistenza moderato e un ciclista che pesa circa 70 kg (154 libbre).
| Tipo di terreno | Gamma di motori con mozzo | Gamma di motori a trazione media |
|---|---|---|
| Strade urbane pianeggianti | 30-40 miglia | 35-50 miglia |
| Terreno misto (colline dolci) | 22-30 miglia | 28-38 miglia |
| Colline ripide o sentieri di montagna | 15-22 miglia | 20-30 miglia |
| Guida ad alta velocità con solo acceleratore | 18-25 miglia | 22-28 miglia |
Si noti che il vantaggio di autonomia dei motori a trazione centrale è minimo su terreni pianeggianti e maggiore su percorsi collinari o montuosi. Se il tuo tragitto giornaliero è interamente pianeggiante, la differenza pratica tra i tipi di motore potrebbe essere minima. Se il tuo percorso prevede salite regolari, il vantaggio in termini di efficienza di un sistema a trazione centrale diventa molto più significativo.
Altri fattori che influenzano l'autonomia indipendentemente dal tipo di motore
Il tipo di motore imposta l'efficienza di base, ma molte altre variabili possono spostare la portata del 20% o più in entrambe le direzioni, indipendentemente dal sistema motore scelto.
Livello di assistenza e stile di guida
Guidare in modalità a bassa assistenza e fornire maggiore potenza alla pedalata può estendere l'autonomia dal 30% al 50% rispetto alla guida in modalità con assistenza massima o solo acceleratore. Ciò vale sia per i sistemi con mozzo che per quelli a trasmissione centrale, poiché livelli di assistenza più elevati assorbono sempre più corrente dalla batteria, indipendentemente dall'efficienza con cui tale corrente viene convertita in movimento in avanti.
Informazioni
Abbassando il livello di assistenza anche di un solo passo puoi estendere significativamente la tua portata senza aggiungere molto sforzo fisico su terreno pianeggiante.
Peso del conducente e carico di carico
Ogni ulteriore 25 libbre (circa 11 kg) di peso del conducente o del carico può ridurre l'autonomia di circa il 5%-10%, poiché il motore deve lavorare di più per mantenere la stessa velocità e accelerazione. Questo effetto è leggermente più pronunciato sui sistemi con motore nel mozzo, che non possono utilizzare la riduzione dell'ingranaggio per compensare il carico aggiuntivo con la stessa efficacia di un motore a trazione centrale.
Capacità ed età della batteria
Una batteria più grande, misurata in wattora (Wh), estende direttamente l'autonomia indipendentemente dal tipo di motore. Una batteria da 750 Wh può offrire circa il 50% di autonomia in più rispetto a una batteria da 500 Wh alle stesse condizioni. Anche l’età della batteria è importante: la maggior parte delle batterie per bici elettriche agli ioni di litio conserva circa il 70%-80% della capacità originale dopo 500-800 cicli di ricarica completi , il che significa che una batteria più vecchia fornirà naturalmente meno autonomia anche se il motore stesso è invariato.
Avvertimento
Se l'autonomia della tua e-bike diminuisce notevolmente nel tempo, spesso la vera causa è l'invecchiamento della batteria, non il motore.
Pressione dei pneumatici e resistenza al rotolamento
I pneumatici sgonfi aumentano la resistenza al rotolamento e possono ridurre l'autonomia dal 5% al 15%. Ciò vale allo stesso modo per entrambi i tipi di motore, poiché il motore deve compensare la resistenza extra indipendentemente da dove è montato sulla bicicletta.
Temperatura ambiente
Le batterie agli ioni di litio perdono efficienza quando fa freddo e i ciclisti possono vedere un calo dell'autonomia dal 10% al 20% quando le temperature scendono sotto i 40° F (circa 4° C) rispetto alle condizioni miti di temperatura ambiente. Questo effetto è chimico piuttosto che meccanico, quindi si applica in modo identico alle e-bike con motore nel mozzo e motore centrale. Conservare la batteria al chiuso prima di una pedalata con tempo freddo, anziché lasciarla esposta durante la notte, può aiutare a ridurre al minimo questa perdita.
Resistenza al vento e velocità di guida
Velocità più elevate aumentano notevolmente la resistenza aerodinamica e il consumo di energia aumenta all’incirca con il quadrato della velocità. Guidare costantemente a 20 miglia orarie invece che a 12 miglia orarie può ridurre l’autonomia del 25% o più, semplicemente perché il motore deve superare una resistenza al vento significativamente maggiore per mantenere il ritmo più veloce. I venti contrari aggravano ulteriormente questo effetto, indipendentemente dal fatto che la bici utilizzi un motore nel mozzo o a trazione centrale.
Compromessi in termini di costi, peso e manutenzione tra i due sistemi
La portata è un fattore importante, ma non dovrebbe essere valutato isolatamente. I motori con mozzo e i motori a trazione centrale differiscono anche in termini di costi iniziali, peso complessivo della bicicletta e esigenze di manutenzione a lungo termine, tutti elementi che influiscono sull'esperienza di proprietà totale.
- Le e-bike con motore nel mozzo sono generalmente meno costose da produrre e acquistare, il che le rende una scelta comune per i modelli da pendolare economici.
- I motori a trazione centrale sottopongono a ulteriore stress la catena, la cassetta e il deragliatore, il che può comportare un'usura più rapida della trasmissione e costi di manutenzione leggermente più elevati nel tempo.
- I motori con mozzo offrono installazione e riparazione più semplici, poiché il motore è un'unità autonoma all'interno della ruota.
- Molti bici elettriche leggere favorire i sistemi a trazione centrale in particolare perché il peso centralizzato e l'efficiente erogazione di potenza supportano un peso complessivo della bici inferiore senza sacrificare la capacità di arrampicata.
- I sistemi a trazione centrale generalmente gestiscono meglio terreni ripidi e tecnici, rendendoli una scelta comune per le e-bike orientate al trail e alla montagna.
Successo
Abbinare il tipo di motore al tuo terreno reale, piuttosto che inseguire la massima autonomia pubblicizzata, è il modo più affidabile per ottenere il chilometraggio previsto.
Come scegliere in base alle tue priorità
La scelta tra un motore nel mozzo e un motore a trazione centrale dipende in ultima analisi dal terreno che percorri più spesso e da quanto apprezzi l'autonomia massima rispetto al costo iniziale e alla semplicità.
- Se il tuo tragitto giornaliero o il tuo percorso tipico è pianeggiante e prevedibile, una e-bike con motore nel mozzo può offrire un'autonomia quasi comparabile a un prezzo inferiore.
- Se la tua guida include regolarmente colline, montagne o terreni misti, un motore a trazione centrale generalmente estenderà l'autonomia in modo significativo e ridurrà lo sforzo della batteria in salita.
- Se ridurre al minimo il peso complessivo della bici è una priorità, guarda ai sistemi a trazione centrale, che sono più comuni tra loro bici elettriche leggere progettato per la guida su lunghe distanze o ad alte prestazioni.
- Se la manutenzione ridotta e le riparazioni semplici contano di più, un sistema con motore nel mozzo potrebbe soddisfare meglio le tue esigenze, in particolare per i ciclisti occasionali o poco frequenti.
- Se trasporti spesso merci o viaggi con un passeggero, prendi in considerazione un motore a trazione centrale abbinato a una capacità della batteria maggiore per compensare l'impatto del peso aggiuntivo sull'autonomia.
Pericolo
Non fare affidamento su un unico valore di autonomia su strada pianeggiante quando pianifichi un percorso con un reale dislivello: la carenza di salite può essere abbastanza significativa da lasciarti a terra.
In pratica, nessuno dei due tipi di motore è universalmente superiore: la scelta giusta dipende dall'abbinamento dei punti di forza del sistema alle condizioni di guida effettive. I ciclisti che danno priorità alla capacità di arrampicata, all'efficienza su terreni diversi e a un peso totale della bici inferiore tendono a gravitare verso i motori a trazione centrale, mentre coloro che desiderano una configurazione più semplice ed economica per percorsi pianeggianti spesso trovano i motori nel mozzo perfettamente adeguati. Testare una bicicletta in condizioni simili al tuo percorso quotidiano rimane il modo più affidabile per stimare l'autonomia effettivamente sperimentata.
Vale anche la pena considerare come le tue abitudini di guida potrebbero cambiare nel tempo. Un ciclista che inizia a spostarsi su strade pianeggianti potrebbe in seguito voler esplorare percorsi più collinari o viaggi più lunghi nel fine settimana, nel qual caso l'autonomia estesa e l'efficienza in salita di un motore a trazione centrale potrebbero rivelarsi più preziose nel lungo termine rispetto al risparmio iniziale sui costi di un sistema con motore nel mozzo. Al contrario, un ciclista che ha bisogno solo di viaggi brevi e pianeggianti per andare al lavoro o per commissioni potrebbe scoprire che un motore nel mozzo copre comodamente le proprie esigenze senza mai spingere la batteria vicino al limite.
In definitiva, il confronto fianco a fianco dei dati sull'autonomia pubblicizzata è solo un punto di partenza. Poiché l'autonomia nel mondo reale dipende fortemente dal terreno, dal peso del ciclista, dal livello di assistenza e persino dalle condizioni meteorologiche, è meglio considerare le stime del produttore come un limite piuttosto che come una garanzia. Chiedere dati sull'autonomia testati in condizioni vicine alle tue - spostamenti collinari, carichi di carico o guida con tempo freddo - ti darà un quadro molto più accurato di cosa aspettarti rispetto a una singola cifra su strada pianeggiante.
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