[LUNGHISSIMO] Dissertazione tra Encoder e Torsiometro

  • Cannondale presenta la nuova Scalpel, la sua bici biammortizzata da cross country che adesso ha 120 millimetri di escursione anteriore e posteriore in tutte le sue versioni. Sembra che sia cambiato poco, a prima vista, ma sono i dettagli che fanno la differenza e che rendono questa Scalpel 2024 nettamente più performante del modello precedente.
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Dr. Ergal

Redazione
Dunque, ho fatto un passo indietro; sono sceso dal piedistallo su cui amo piazzarmi :mrgreen: e mi sono messo ad analizzare la situazione con l'unico linguaggio incontrovertibile che conosco: i numeri e le formule.
Se ne evince (per me) una situazione di sostanziale equivalenza, con però la differenza del "modo" con cui questa equivalenza viene raggiunta. Da quello che ho capito, la fluidità con cui il torsiometro funziona e risponde ai feedback del pedale pare essere il motivo per cui viene decretata questa superiorità sull'encoder.
Provo a sviscerare, per quel che ho compreso di questi sistemi, la filosofia che sta dietro a una scuola o all'altra.
QUESTA E' LA MIA PERSONALE VERSIONE DEI FATTI. Non è detto che sia corretta.
Prego chi ne sa di più di integrare o correggere; ne trarrà beneficio l'intera platea di questa sezione, credo

Partiamo dai concetti fisici (quindi generali e applicabili ad entrambi gli "schieramenti" di questa bizzara diatriba) che governano il moto della bicicletta.
Il veicolo bicicletta ha bisogno, per avanzare, di vincere una COPPIA RESISTENTE che è data da tutta una serie di fattori in gioco: attrito penumatici, componente dell'accelerazione di gravità lungo il piano di avanzamento, resistenza dell'aria, che può essere ferma (forza di penetrazione di un fluido) o in movimento (vento, quindi vettore di spinta contraria all'avanzamento). Per semplicità (e per non dilungarmi troppo) non mi metto a sintetizzare le forumle che esplicano tali concetti.

Abbiamo però la prima entità fisica in ballo, la COPPIA.
La coppia RESISTENTE (Cr) è ciò che si OPPONE al moto mentre la coppia MOTRICE (che chiameremo Cm) è ciò che tenta (vincendo la coppia resistente) di REALIZZARE un moto, e si esprime in Nm.
La si può visualizzare un po' come il VIGORE ROTAZIONALE di ogni pedalata.
La cadenza (chiamata W) è la frequenza con cui realizziamo in un'unità di tempo data quest'azione di VIGORE ROTAZIONALE, ed è il fattore moltiplicativo per il quale otteniamo la POTENZA (P), generalmente misurata in Watt

In soldoni, P=f(Cm*W)
(vuol dire che la potenza è una funzione direttamente proporzionale della coppia motrice e della velocità)

Da qui è facile intuire come un'azione VIGOROSA sui pedali permetta di vincere una forte coppia resistente (come ad esempio una salita o del forte vento contrario o permetta una più vigorosa accelerazione), mentre il prodotto tra questa coppia motrice e la cadenza determini la potenza necessaria per mantenere la velocità di avanzamento prodotta dall'espressione della coppia motrice.
Detta molto in soldoni, la potenza è l'espressione fisica di quante volte al secondo (giusto per dare un'unità di tempo) esprimiamo una data coppia motrice, che serve per vincere una coppia resistente e realizzare quindi una velocità di avanzamento

Adesso abbiamo chiarito come i concetti di coppia e potenza intervengano sul moto di un veicolo, e sappiamo quindi che per avanzare devo esprimere alla ruota una data coppia, e che devo farlo con una certa frequenza per assicurarmi il mantenimento di una data velocità.
Adesso vediamo di capire come la scuola di Okuto e quella di Nanto gestiscono la Potenza :mrgreen:

Encoder
Il motore fornisce una coppia costante in funzione della corrente che gli fornisco; la quantità di questa corrente è appunto la percentuale indicata nei livelli di assistenza.
Con un livello di assistenza impostato a 10%, il motore potrà erogare al massimo il 10% della sua coppia motrice. Questa è la coppia motrice che io posso avere IN AGGIUNTA a quella muscolare. La coppia motrice totale sarà quindi Cm = Ce+Cu (dove Ce è quella elettrica e Cu è quella umana :mrgreen: )
L'equazione di prima diventa perciò:

P=f[(Ce+Cu)*W]

In questa funzione, la coppia motrice è la SOMMA di quella espressa muscolarmente (che può variare) e quella espressa dal motore (che è fissa in quanto rigidamente vincolata dal livello di assistenza impostato). Posso pedalare blandamente, ed avrò in cambio il 10% di coppia elettrica nominale; posso pedalare come un forsennato, ed avrò in cambio sempre e comunque il 10% della coppia elettrica nominale. E' un po' come un aiuto elettrico COSTANTE alla mia azione pedalatoria.


Torsiomentro
Il motore legge tramite il torsiOmetro la coppia che il pilota esprime sui pedali, e ne aggiunge a sua volta una che è il prodotto della medesima coppia muscolare per il livello di assistenza impostato.
La coppia motrice totale sarà quindi sempre la SOMMA della coppia muscolare e quella elettrica, solo che stavolta quest'ultima non è fissa, ma è il PRODOTTO della coppia muscolare per un fattore moltiplicativo legato all'assistenza.
L'equazione diventa perciò:

P=f[Cu+(Cu*A)*W] --> P=f[Cu*(1+A)*W]

Da qui se ne evince che se la coppia fornita dal motore non è costante e fissa, ma legata a quella espressa muscolarmente; a coppia muscolare blanda corrisponderà coppia elettrica blanda, per un totale blando. Viceversa, a coppia muscolare vigorosa corrisponderà una coppia elettrica vigorosa, e così via. E' un po' come un aiuto elettrico PROPORZIONALE alla mia azione pedalatoria.

Proviamo a epsrimere il tutto con freddi numeri.
Come scritto più sù, al momento terrò costante la cadenza (W) in modo che ci sia una trasposizione fissa e "mentalmente confortevole" tra coppia e la potenza del motore, che è una grandezza che tutti abbiamo in mente e che è misurabile e confrontabile facilmente. Non parlerò più quindi di W nè di C, ma Pm (pot. muscolare), Pe (pot. elettrica) e P (potenza totale)


Ho due motori da 250W, uno con torsiometro (impropriamente sensore di "sforzo") e uno con encoder (sensore angolare)

Torsiometro (liv. assist. 20%):
Pm=100W
Pe=100*20%=20W
P=Pm+Pe=120W

Pm=150W
Pe=150*20%=30W
P=Pm+Pe=180W

Pm=250W
Pe=250*20%=50W
P=Pm+Pe=300W

------

Encoder (liv. assist. 20%)
Pm=100W
Pe=250*20%=50W
P=Pm+Pe=150W

Pm=150W
Pe=250*30%=50W
P=Pm+Pe=200W

Pm=250W
Pe=250*20%=50W
P=Pm+Pe=300W

Cosa si evince da questa pappardella?
Sostanzialmente nulla, in quanto è piuttosto evidente che la potenza elettrica risultante può essere sempre e comunque manipolata sia manualmente dalla pulsantiera del Bafang sia interpolando il vigore della pedalata con il livello d'assistenza con una bici a torsiometro.

Parità, dunque?
Per quel che concerne me, sì.
Certo è che il torsiometro dà una risposta assolutamente più "fedele" alla pedalata muscolare, perchè è come se il motore andasse in sincrono col vigore delle gambe di chi pedala. Bello, naturale e spontaneo.

Un controllo manuale dell'assistenza, però, mi permette di "forzare" il sistema quando volessi spingermi agli estremi della copertura assistenziale del motore (spingere tanto sui pedali e avere sempre e comunque poco motore, o spingere pochissimo sui pedali ed avere per contro una gran spinta da parte del motore); il sistema con encoder mi permette tutto questo, pur al prezzo di una sensazione di "aggiunta" alla pedalata più che una sua naturale amplificazione come invece fa il torsiometro.


Ecco, riassumendo in sole due parole userei queste:
Encoder: AGGIUNTA di spinta
Torsiometro: AMPLIFICAZIONE di spinta


Dovrebbe essere grossomodo quanto ho espresso fino ad ora nei vari post.
Se qualcun altro volesse completare o correggere il quadro, ben venga, così potremo dare una visione quanto più esaustiva possibile dello scenario della tecnica attualmente in uso per le e-bike.
Basta che non si arrivi a prese di posizioni talebane o assolutismi ciechi ("A" è il meglio del mondo, "B"è solo cacca, ecc ecc ecc...), che queste cose non le reggo proprio

Mi scuso anche per i toni acidi che posso aver espresso talvolta: il mio nuovo lavoro, coi ritmi assurdi e lo stress micidiale che comporta, non mi aiuta a star sereno
 

checo79

Biker grossissimus
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Concordo con le conclusioni, un po' meno con l'uso che fai del termine coppia, che è un po confuso con quello di potenza, ma ripeto sulle conclusioni ci siamo

Sent from Moto X
 

Dr. Ergal

Redazione
P=f (C*W)

Non mi pare confuso
Certo... alla fine ho trasposto la funzione ed ho parlato solo di potenza, ma soltanto perché così si poteva usare una grandezza nota dei motori, e più facile da assimilare per i non tecnici.
 
M

milomusic

Ospite
Molto, molto interessante questa analisi.
Ero a digiuno di tutti questi tecnicismi che messi in pratica sfornano 2 tecnologie che servono soprattutto a divertirsi, quindi ...niente tensioni.
Domanda stupida: la bellissima TERZAROSSA. prodotto italiano, utilizza una specie di acceleratore e ovviamente la pedalata, quindi in quel caso abbiamo una tecnologia "Encoder" ?
Comunque complimenti ancora della spiegazione.
 

checo79

Biker grossissimus
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La rossa ha un hub che potrebbe avere sia uno che l'altro sistema ma il funzionamento è diverso essendo vincolato ai giri ruota.

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checo79

Biker grossissimus
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P=f (C*W)

Non mi pare confuso
Certo... alla fine ho trasposto la funzione ed ho parlato solo di potenza, ma soltanto perché così si poteva usare una grandezza nota dei motori, e più facile da assimilare per i non tecnici.
Ma se tu imposti il 10% il tuo motore eroga il 10% della potenza, ma la coppia? Chiedo perché di fisica sono zero

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jack e-bike

Biker tremendus
21/6/14
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Penso che la terzarossa non abbia il sensore di sforzo e allora abbiamo un encoder; il sensore di sforzo o torsimetro o torsiometro si può abbinare ad un motore hub come ad un motore centrale ma sostanzialmente l'hub non sfrutta il moltiplicatore di coppia dato dal cambio e non va benissimo in salite sopra il 15%.
Poi dipende dalla potenza applicata ma gli hub danno il meglio in piano o su pendenze non eccessive.

Per chi non avesse compreso quello che ha detto Ergal: se lasciamo 100 w muscolari costanti per il ciclista se pedala con il sensore di sforzo arriva a 300 w e se pedala senza sensore arriva alla potenza di picco del motore (sui 600 w) per quelli a norma, sui 1200 w per il bbs02.

In pratica il range di funzionamento dei motori senza sensore di sforzo è più ampio anche se il motore è più " rustico".

In un uso normale su normali sentieri con una cadenza regolare la differenza fra i due motori è impercettibile: se andiamo agli estremi qualche differenza c'è.
 

gianluk70

Biker extra
17/12/13
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allora.... innanzitutto COMPLIMENTI dr... analisi oggettiva... precisa e tecnica...

PER0' io adesso ho un bbs 48v 750w che uso sempre a livelli bassi e programmati da me tipo SARTO... mi trovo bene ma ho dei dubbi...

IL DUBBIO E' ma con un sensore di sforzo (non entro nei tecnicismi che non ' il mio pane) MI POTREI DIVERTIRE DI PIU'???

RISPOSTA non lo so devo farmi prestare una bici haibike da un mio amico che ho indotto all'acquisto e capire SE MI PIACE.

il se mi piace forse sintetizza grossolanamente tutte le formule e calcoli esposti sopra... io amo regalarmi oggetti che mi danno soddisfazione.. e come altri balocchi a motore devo capire cosa mi potrebbe far esclamare: cavolo mi sono frugato ma mi diverto!!

vorrei ordinare una srduro nduro pro... 5.200 euro a listino... e non andando a rubare di notte faro' una prova "comparativa" anche se non ci sono le basi per sommare le pere con le mele... e capire se faccio il bonifico oppure no..

forse ho capito che il bbs è validissimo per un uso turistico.... ma forse nei giri nel bosco un sensore di sforzo è più immediato e divertente

OPPURE MI FACCIO UN NUVO TELAIO dove spostare tutto il bbs e le 2 batterie che ho???
boooo essite una 27,5 con bbs a 73mm max.. e 180 mm di escursione???

io ora ho una 26 con 150mm e devo aumentare diametro ruote e escursione per pensare di cambiare bici... mi sembra chiaro!!

mahhhhhh i dubbi continuano ad assalirmi... vediamo!

la cosa importante e divertirsi con quello che si acquista a caro prezzo!
 

checo79

Biker grossissimus
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il succo é che con entrabi arrivi ad avere lo stesso aisuto in watt, per il bafang in po di piu visto che il bosch si ferma a 56oW quel che cambia é il come.

per uno abituato in bici é normale che piu forte pedala piu vada veloce e questo in modo proporzionale cosa che col encoder non succede, ma va fatta a mano variando i livelli di potenza.

se vuoi fare un allungo con encoder é tutto a carico delle gambe, col torque é diviso tra gambe e motore.

dic contro col torque la pedalata non pu'essere simbolica, per quanto con assitenza alta basta davvero il peso delle gambe per andare.
 

checo79

Biker grossissimus
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Ecco appunto, con assistenza alta...
Con encoder anche a mezza potenza e senza neanche il peso delle gambe[emoji1]
Si beh assistenza alta e mezza potenza cosa vuole dire? Alla fine credo che la potenza in watt erogata sia simile quel che cambia è appunto un minimo apporto muscolare che in altri forum quantificano che il peso delle gambe appoggiato ai pedali sia di 50/70w quindi si arriva sui 200w e oltre

Sent from Moto X
 

donald

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penso che una differenza abbastanza notevole tra le due tecnologie sia il controllo dell'autonomia.
- con l'encoder si può impostare il livello di assistenza e così "limitare" l'erogazione di potenza (e quindi il consumo)
- con il torsimetro, invece, se uno ha gambe buone finisce per far erogare sempre tanta potenza al motore

Io ho il torsimetro e un'ottima autonomia ma sto verificando che non riesco a far calare tanto i consumi proprio perchè se spingo consumo comunque.
Mia moglie che ha gambe molto meno performanti, invece, riesce a consumare meno (pesa anche meno, ma in pianura non dovrebbe incidere)
 

Dr. Ergal

Redazione
penso che una differenza abbastanza notevole tra le due tecnologie sia il controllo dell'autonomia.
- con l'encoder si può impostare il livello di assistenza e così "limitare" l'erogazione di potenza (e quindi il consumo)
- con il torsimetro, invece, se uno ha gambe buone finisce per far erogare sempre tanta potenza al motore

Beh sì; l'avere un'erogazione di potenza elettrica (e quindi di corrente) che è sempre legata alla spinta muscolare è la chiave di tutto: rende tutto più fluido e meno artificiale, ma vincola in maniera irrimediabile l'erogazione di corrente alla pedalata.
E' la famosa "coperta corta" dell'assistenza, che appunto un sistema a encoder riesce ad allungare e il torsiometro no.

Sono scelte progettuali, ognuna coi suoi pro e i suoi contro ;-)

Io, che amo non dovermi limtare nei miei giri ma non mi va di portarmi dietro due batterie, con una gestione accorta dell'assistenza riesco a coprire oltre 60 km di pedalata di fuoristrada anche cattivo, fatto da lunghi salitoni ben oltre il 12-15%, ripidoni del 30% e sterratoni con saliscendi fino a dislivelli superiori ai 1500 totali :i-want-t:
 

donald

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Distannze del genere che indichi le copro tranquillamente (finora sono arrivato a 100 km di distanza con 3000 mt di dislevello con una ricarica): il problema è che sono le distanze che faccio con la muscolare....

Io vorrei cercare di andare un pò oltre !
 

checo79

Biker grossissimus
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Distannze del genere che indichi le copro tranquillamente (finora sono arrivato a 100 km di distanza con 3000 mt di dislevello con una ricarica): il problema è che sono le distanze che faccio con la muscolare....

Io vorrei cercare di andare un pò oltre !

si spetta perchè hai una batteria da 600wh immagino per fare tale dislivello.
cmq questa della famosa coperta corta dell' assistenza proprio mi mancava vorrei capire come un sistema che erago potenza fissa riesca ad allungarla, ma vabbè lasciam stare ricordo solo che per fare un tot percorso serve una determinata energia, posto il rendimento simile dei due motori a fine giro l'energia totale è quella della batteria e quella delle gambe che si sommano
 

donald

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si spetta perchè hai una batteria da 600wh immagino per fare tale dislivello.
cmq questa della famosa coperta corta dell' assistenza proprio mi mancava vorrei capire come un sistema che erago potenza fissa riesca ad allungarla, ma vabbè lasciam stare ricordo solo che per fare un tot percorso serve una determinata energia, posto il rendimento simile dei due motori a fine giro l'energia totale è quella della batteria e quella delle gambe che si sommano

si esatto, ho una batteria da 600.

La coperta corta, nasce dal fatto che se io spingo forte con le gambe, la bici ci mette deve mettere parecchio di suo anche al livello minimo (moltiplica la mia spinta) e l'autonomia scende.

Forse il problema è che la mia bici già al livello minimo ha una spinta anche superiore a quello che mi serve: ieri al ivello minimo e con i 2,25 tassellati superavo i bitumari con bici ultralight a 40 km/h di crociera....
 

Classifica mensile dislivello positivo