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Cuando la pandemia de COVID-19 obligó a los viajeros a reconsiderar el uso del transporte público, el mercado de las bicicletas eléctricas se disparó, ya que ofrece una solución para viajes activos que es accesible para más personas independientemente de su condición física o habilidades. Ahora que las bicicletas eléctricas están prosperando, se despierta la curiosidad, y hay más personas que nunca deseosas de probarlas y hacer todo tipo de preguntas sobre ellas.
¿Cuáles son los conceptos técnicos y las limitaciones de las bicicletas eléctricas? ¿Cómo influirá el floreciente desarrollo de las bicicletas eléctricas en sus elecciones de ciclismo en un futuro próximo?
La noción de asistencia con batería para bicicletas no es nueva, pero dos cuestiones han afectado al desarrollo de las bicicletas eléctricas: la portabilidad de la energía y la integración de la transmisión. Hace una década, la tecnología de las baterías simplemente no existía para suministrar baterías que fueran lo suficientemente ligeras y compactas, con una densidad de energía adecuada y un precio asequible.
La hibridación de la transmisión de la bicicleta también fue igualmente desafiante. Las sobrecargas de energía que arruinan el ritmo del pedal pueden hacer que la experiencia de conducción sea poco natural, y calibrar la acción del motor eléctrico y la cadencia del ciclista puede ser un asunto complicado.
De todos los fabricantes, Shimano tiene una gran influencia en el mundo del ciclismo y la empresa japonesa produce un enorme catálogo de piezas. Junto con SRAM, los grupos de Shimano se encuentran entre los más conocidos y distribuidos en el mundo.
Entonces, cuando Shimano avanza en una nueva tendencia de productos, sabes que es significativa, debido a la gran escala de recursos de investigación y fabricación bajo el mando de la marca japonesa. Con la presentación de su motor de bicicleta eléctrica EP8 a fines de 2020, Shimano señaló un compromiso con el movimiento de la bicicleta asistida por batería.
El funcionamiento interno de una bicicleta eléctrica
Los sensores miden la entrada de par, la cadencia y la velocidad, realizando más de mil cálculos por segundo. Una vez que los sensores de la bicicleta eléctrica detectan la necesidad de asistencia de la batería, reaccionando a un algoritmo maestro que controla todo el sistema, se libera energía del paquete de baterías para energizar los electroimanes en el motor.
El acelerador ya no acciona la entrada del motor, con las mejores bicicletas eléctricas de la actualidad, su entrada de pedaleo se ve acentuada por el motor. Esto proporciona una conducción suave en Pedelec, en lugar de un giro y marcha al estilo de una ciclomotor.
El motor de accionamiento medio de una bicicleta eléctrica tiene electroimanes y electroimanes permanentes, estos últimos que se activan con la energía extraída de su paquete de baterías.
Los imanes permanentes se colocan en el centro del motor de accionamiento medio, mientras que los electroimanes (reconocibles debido al cableado que los envuelve) rodean el resto de la carcasa. Los transistores manipulan la polaridad de estos electroimanes, que hacen girar el eje, lo que agrega asistencia de pedal a su viaje.
Más allá de la calidad de la codificación de su software, la orientación y la calidad de esos imanes son lo que hace que un sistema de transmisión de bicicletas eléctricas funcione. El truco consiste en conseguir que las fuerzas repelentes y de atracción entre los imanes funcionen lo mejor posible, lo que puede ser un desafío.
El uso de imanes de neodimio de calidad superior, que son muy potentes, puede aumentar la potencia y el alcance de su sistema motor, sin requerir una batería de mayor capacidad.
En términos de empaquetado como característica de rendimiento, el método de matriz Halbach de orientar los imanes permanentes puede duplicar la potencia, pero es un desafío unir los imanes de esta manera, especialmente en una configuración de motor de accionamiento medio compacto. Los costes de producción con la técnica de matriz de Halbach también suelen ser prohibitivos.
Haciendo el mejor motor de transmisión media
Las industrias de la electrónica de consumo y la automoción han sido impulsoras significativas del desarrollo de baterías livianas de alta densidad de energía, ideales para brindar el perfil de potencia y masa que se requiere en una aplicación de bicicleta eléctrica.
Con las químicas de batería más potentes disponibles, los diseñadores finalmente son capaces de empaquetar los componentes distintivos de la bicicleta eléctrica de una manera elegante y práctica. Algunas bicicletas eléctricas actuales son muy difíciles de diferenciar de un cuadro sin asistencia. La Ribble Endurance SL e me viene a la mente como ejemplo.
La teoría del diseño de bicicletas eléctricas no es demasiado complicada en principio. A diferencia de un ciclomotor, la bicicleta eléctrica proporciona asistencia al pedaleo a través del motor del pedalier, según sea necesario. No tiene acelerador modulado por el conductor, lo cual es una distinción importante.
En lo que respecta a las mejores bicicletas eléctricas de carretera, el eje de pedalier y la sección inferior del tubo diagonal son las áreas estructuralmente más importantes del cuadro. La batería está alojada como parte del tubo diagonal y casi todas las bicicletas eléctricas están diseñadas para usar la configuración del motor de transmisión media, que reside en el soporte inferior, entre las bielas.
Los motores eléctricos sin escobillas convierten la energía de la batería en asistencia al pedaleo, pero giran a una rotación mucho mayor que la cadencia de conducción. Los motores de conducción media utilizan engranajes internos para mediar su potencia de salida y su cadencia de conducción, lo que permite que el ciclista y la fuente de energía a bordo logren la sincronización en el pedaleo.
Lo que diferencia a una gran bicicleta eléctrica de una de conducción incómoda es la sofisticación del software de control de su motor de transmisión media. Bicicletas eléctricas equipadas con líneas de código meticulosamente calibradas y probadas para controlar su respuesta a la pedalada y la cadencia de una manera muy superior.
Los sensores miden la entrada de par y la cadencia, luego calculan la linealidad apropiada de asistencia del motor requerida. Las mejores bicicletas eléctricas nunca deben sentirse artificialmente electromecánicas, lo que socava un viaje con sobrecargas de energía a medida que la pendiente del terreno cambia repentinamente o usted está cambiando de marcha.
Los jefes de producto del segmento de las bicicletas eléctricas evalúan como ideal la sensación de conducir con viento de cola. La última generación de algoritmos de software de control de bicicletas eléctricas crea una sensación de deslizamiento a velocidades más altas, al tiempo que mantiene una cadencia natural.
El futuro: mejor, más ligero, más pequeño
La competencia impulsa la innovación y la escala reduce el precio. A medida que aumenta la demanda de bicicletas eléctricas en todas las disciplinas del ciclismo, los proveedores de componentes podrían comenzar a ofrecer mejores baterías y propulsar motores a precios más asequibles.
La naturaleza asistida por batería de una bicicleta eléctrica garantiza que es poco probable que los ciclistas sean testigos de una « guerra de potencia de salida » entre proveedores, debido a la ausencia de un acelerador de mano y al riesgo de activar estrictas regulaciones gubernamentales de velocidad y seguridad.
Al igual que con otras áreas del ciclismo, el objetivo es reducir la masa y ayudar a la eficiencia. La densidad de energía mejorada en los sistemas de baterías verá un rango mejorado con una masa equivalentemente menor, en lugar de que los ingenieros persigan características de velocidad y aceleración más altas con motores más potentes y paquetes de baterías más grandes.
El nuevo motor EP8 de Shimano es una prueba de este enfoque y cuenta con notables avances en su ciclo de desarrollo de cuatro años desde que se lanzó el sistema de motor de accionamiento original E8000 STEPS. Es un 21% más potente que un sistema E8000, ha caído un 10% en masa y es un porcentaje similar más pequeño en términos de tamaño total, por lo que es un obstáculo mucho menor para los diseñadores de cuadros que deseen integrar la funcionalidad de la bicicleta eléctrica en un línea de modelo existente o nueva.
El compromiso duradero de Shimano con el desarrollo de motores de transmisión intermedia y el software de integración de la transmisión es indiscutible con el lanzamiento de su nuevo sistema EP8.
De todas las marcas tradicionales de componentes de ciclismo, Specialized ha mostrado la mayor disposición a invertir en tecnología de bicicletas eléctricas, con sus propios activos de ingeniería. El nuevo sistema EP8 de Shimano también debería desencadenar una competencia más amplia entre estas grandes empresas de ciclismo, lo que en última instancia beneficia al cliente en términos de elección y diversidad de precios.
No espere que su futura bicicleta eléctrica sea enormemente poderosa y capaz de alcanzar velocidades escandalosas. Ese nunca ha sido el propósito de la cadencia asistida por batería. Pero si necesitas algo para vencer ese horrible viento en contra de la tarde o unir algunas subidas empinadas en una ruta con poca luz, una mayor rivalidad en el mercado de bicicletas eléctricas te brindará una conducción mucho mejor asistida por batería.
