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sexta-feira, 27 de maio de 2016

O Chevy Volt, O Chevy Bolt e ... Oopsss ... O Chevy Jolt ??


Nós vamos brincar um pouco, mas, também vamos falar (muito) sério. Primeiro ...

Primeiro, houve o Chevy Volt. Então veio a Chevy Bolt, mais tarde rebatizado de Bolt EV. Agora, tcham, tcham, tcham, tham ... "há" o Chevy Jolt EV, "o terceiro carro elétrico Chevrolet".

Pelo menos, é o que apareceu em um site, há algumas semanas, o VE Chevrolet Jolt totalmente elétrico, um cupê de duas portas desportivo, oferecendo mais de 230 milhas de autonomia estimada.

O site do Chevrolet Jolt EV usou gráficos semelhantes aos que a General Motors usa, oficialmente, para sua verdadeira linha Chevrolet, e ofereceu algumas especificações para o suposto VE Chevy Jolt.

De acordo com o site, O Chevy Jolt estará disponível no final de 2018, presumivelmente como um modelo 2019, e levaria a um preço inicial de US $ 37.500, o mesmo que o 2017 Chevrolet Bolt EV que vai entrar em produção antes do final deste ano.

Acontece que o Chevy Jolt EV é totalmente ficcional. O site foi uma ideia (muito interessante) de Matt Teske, que é de Portland, Oregon, tal como foi admitido por ele mesmo em uma recente entrevista exclusiva concedida ao time editorial do Transport Evolved.

Visite o site do Chevy Jolt - Um Carro Conceito Virtual e escolha a cor do "seu Jolt" direto com Matt Teske (o criador).

O site do Chevy Jolt surgiu depois que verificou-se que quase 400.000 potenciais compradores já tinham realizado depósitos (mínimos) de $ 1.000 para encomenda de um Tesla Model 3, um carro cujos interessados em adquirir provavelmente não ficarão esperando por menos de dois anos, e talvez ainda mais tempo.

Matt Teske é um especialista em marketing profissional, um apoiador da causa (dos elétricos) e um experimentador de Veículos Elétricos, além de pesquisador de longa data da indústria automobilística. Segundo o próprio Matt, o seu objetivo era destacar (eu digo, especular) o quão fácil é vender carros elétricos.

Na referida entrevista ele disse: 
Eu queria mostrar que um carro elétrico de boa aparência, desejável gera um "buzz" real e excitam os clientes. Um carro é uma extensão de suas personalidade e necessidades de estilo de vida.
Um carro deve fazer alguém dizer "uau, eu quero isso". A maioria dos eletricos não provocam essa resposta agora.
Bem, eu acho que ele está exagerando um pouco, pois, justamente a resposta de interesse sobre aquisição do Tesla Model 3 (eu creio) parece que está provando o contrário, ao passo que o Sr. Teske afirma que se surpreendeu com a  resposta que ele mesmo recebeu: dentro de algumas horas, o tráfego a seu site se tornou tão alto que seu servidor caiu.

Foi quando ele soube que ele atingiu um acorde: O próprio carro que ele "criou", na verdade foi com base num Chevrolet real, embora um cupê conceito, datado a partir de 2012, conhecido como o Tru140S.

Teske apenas adicionou uma portal de carregamento da bateria ao pára-lama dianteiro esquerdo, tal como há no Bolt e no Volt EV reais. Brincadeiras aparte,Teske diz que, profissionalmente, ele está ajudando a montadoras GM a entender melhor seus próprios clientes.

O "Chevrolet Jolt EV" - um Carro Meramente Fictício - Aerodinâmica e Bateria
Criado para testar (os nervos da GM) o Apelo Emocional do Mercado.

Na entrevista, ele ressalta, ainda, as diferenças entre a linha de pensamento dos consumidores mais jovens e a velha sabedoria predominante em Detroit sobre o que os compradores de automóveis querem em seus veículos. 

Então eu recomendo que você mesmos visitem o site e vejam o que vocês acham, conferindo se há ali um diferencial significativo de apresentação, que pode resultar em apelo mais emocional, como Teske alega, para estimular a demanda para os carros elétricos.

Eu, particularmente, vejo essa criação (brilhante) como algo que vai além de testar o apelo emocional do mercado, mas que, também, testa os nervos da GM que, fatalmente, poderá associar o nome Jolt para ser = Joking Bolt, (ou Joking Volt, tanto faz) ou seja, uma brincadeira com os carros reais dela, o Bolt e o Volt.

O Chevy Volt (real): 


O Volt, que foi totalmente redesenhado como um modelo 2016, mas vendeu apenas em determinadas regiões, agora está se tornando disponíveis em todo o EUA como um VE modelo ano 2017. Por praticamente todos os relatos, a segunda geração do Chevrolet Volt é um VE híbrido Plug-in, de dois volumes (hatchback), bonito, agradável, eficiente e confortável.

Então, penso que já é passada a hora de quebrar amarras e preconceitos resistentes. Parabéns a GM em sinceramente, muito boa sorte nas vendas e sucesso com o carro no mercado. Falo em "amarras e preconceitos resistentes" pois eles são um fato.

Quando, pouco antes da virada do século a GM tomou uma decisão de descontinuar a produção e de recolher todos os carros GM EV1, creio que ela sequer poderia imaginar as consequências daquilo: que a decisão dela seria tomada como uma bandeira de causa de oposição, e que muitos anos depois ainda renderia trovas cantadas, narrada em em prosas e versos: a GM matou o carro elétrico.

A GM diz que está tomando uma abordagem diferente para vender o Volt 2017, que será a primeira versão do novo modelo. Steve Majoros, um dos diretores de marketing para carros Chevrolet definiu a intenção da empresa, que é o de focar menos na explicação de aspectos técnicos do carro, e mais atenção sobre os benefícios concretos que ele oferece para os motoristas, tentando ser "simples sobre as capacidades do carro e os benefícios de ter um motor a gasolina combinado com o motor elétrico, que ajuda a eliminar a ansiedade por autonomia que vem com a propriedade de todos os carros elétricos".


Stephanie Brinley, analista sênior da IHS Automotive prevê que a GM irá vender cerca de 41.000 Volts durante 2018 em os EUA e Canadá, porém, a GM não anunciou planos para distribuir o Volt de segunda geração fora da América do Norte.

General Motors no Brasil:


A General Motors atua no Brasil desde 1925 e a GM do Brasil é a maior subsidiária da corporação na América do Sul e a segunda maior operação do grupo fora dos Estados Unidos. A partir do ano de 2010 a GM do Brasil deu inicio a reestruturação de seu portfólio de veículos no pais, e consequentemente em alguns países do Mercosul, porém, nada a ver com Veículos Elétricos.

Até início de 2013, nenhuma outra marca havia renovado tanto sua linha de automóveis, em tempo tão curto, como fez a Chevrolet no Brasil. Em questão de um ano e pouco, quase todos os segmentos ganharam novos representantes: sedãs e hatches compactos, sedã e hatch médios, picape média, utilitário esporte, minivan. Um enorme esforço de engenharia, manufatura, marketing, sem contar a mobilização de fornecedores.

Contudo, nem a GM escapou da crise do mercado automotivo brasileiro que já dura por mais de 2 anos. O que será que o brasileiro realmente quer? E, o que o brasileiro pode fazer a respeito da crise na indústria automotiva do país, que correspondeu a um terço da retração global da economia brasileira em 2015?

O que se sabe, de fato, é que o setor automotivo pode desacelerar ainda mais em 2016, com a economia em constante retração. A queda nas vendas foi de 26,55%, em 2015, ano em que tudo despencou e, olhando para frente, o cenário também não é dos mais otimistas. Será que eu ouvi a pergunta? ... O que será que o brasileiro realmente quer?

O Chevy Bolt (real):


Ainda no contexto de "amarras e preconceitos resistentes", tem muita gente, incluindo parte da imprensa  especializada, dizendo que a missão principal de Chevy Bolt EV é tentar marginalizar os carros elétricos da Tesla Motors (notadamente o Tesla Model 3). Contudo, além de competir com o Tesla 3, cuja data de produção permanece bastante incerta (dado ao histórico de atrasos da Tesla em colocar no mercado os seus carros anteriores), nós podemos, também, pensar que o Bolt EV terá um propósito mais abrangente.

Por exemplo, sugestionados pelas necessidades do mapeamento de ruas, desde o ano cada fabricante (a começar pela própria Tesla) têm se lançado aos desafios de tornar os VEs em carros autômatos (veículos de auto-condução ou, que podem ser guiados por programação prévia, sem piloto).

Há menos de um mês, o Google voltou a toca mais um passo nisso:  Google e Fiat Chrysler Automóveis anunciaram que a gigante do Vale do Silício usaria minivans Chrysler Pacific 2017 (um VE híbrido) da montadora (também da velha guarda de Detroit, tal como a GM)  para a continuidade de sua pesquisa de veículo de auto-condução.

Em seguida, poucos dias depois, a General Motors anunciou que o serviço de compartilhamento carros Lyft, em que ela mesma investiu meio bilhão de dólares, irá utilizar o seu Chevrolet Bolt EV 2017 em um programa piloto para táxis autônomos, que será lançado no início do próximo ano. A ideia é que os usuários do aplicativo do sistema de compartilhamento possam optar, ou não, por chamar um carro auto dirigido para um passeio.

Veículos de Pré-produção Chevrolet Bolt 2017 na Fábrica de Orion Township
Assim, a GM espera que os condutores desses serviços de compartilhamento devam estar entre os compradores do Bolt EV quando o carro elétrico for à venda no final deste ano ou no início de 2017. Anteriormente ela já havia dito que o Bolt EV seria ideal para a operação em sistemas de partilha do automóveis e em serviços similares, devido à sua ampla cabine que tem o volume de passageiros equivalente ao de um sedã de porte médio, enquanto o tamanho, em si, é compacto e o custo mais baixo.

A Tesla Motors e o Google, principalmente estão pressionando as montadoras estabelecidas do mundo a se moverem de forma mais agressiva em carros de auto-condução e outras redefinições de base tecnológica do que um veículo elétrico pode ser.

O serviço de compartilhamento de veículo Uber, por exemplo, que atualmente é muito maior do que o Lyft, já está, há um bom tempo, em parceria com o Google e com o antigo carro de pesquisa auto-condução dela (em parceria com a Tesla), que é esperado para competir no espaço de veículo auto-condução para este seguimento de aplicação.

Os VEs são ideais para protótipos de auto-condução, porque eles são projetados para controle "drive by wire", e as suas transmissões têm muito menos sistemas mecânicos para ser controlado do que os veículos com qualquer tipo de motor de combustão.

O 2017 Chevrolet Bolt EV é esperado para ter um preço base de US $ 37.500 (antes dos incentivos fiscais) e oferecer uma autonomia avaliada pela EPA de 200 milhas (ou, talvez, um pouco mais), com um pacote de bateria de 60 kw.h, e deve ir à venda dentro de até um ano.

Chevrolet BOLT EV - Portal de Recarga
A questão de quantos VEs podem ser vendidos em um único ano continua a ser um tema de debate quente enquanto o mercado norte-americano aguarda o lançamento do Chevy Bolt EV. O VE mais vendido do mundo, o Nissan LEAF, tive o seu ano de pico de vendas nos  EUA em 2014, quando pouco mais de 30.000 LEAFs foram entregues.

Apesar da autonomia do Nissan LEAF ter aumentado em quase 30% de 2013 para cá, por conta de fatores relacionados principalmente ao preço dos combustíveis e, também, à expectativa de novos lançamentos, ele não mais apresentou o mesmo desempenho de volume de vendas, enquanto só nos últimos menos de 3 meses cerca de 400.000 potenciais compradores têm encomendado (mediante depósitos reembolsáveis de US $ 1.000) os seus futuros Tesla Model 3.

Uma análise da Kelley Blue Book sugeriu que as vendas Bolt EV pode ser realizada a um número entre 30.000 a 80.000, logo no primeiro ano de sua entrada a venda. É atrás desse número que a GM deve estar guiando a sua produção. Fato é que, quanto mais tempo a Tesla demorar para começar a entregar aos seus clientes os seus respectivos Model 3, mais tempo o Chevy Bolt poderá reinar nas ruas e estradas como o único carro elétrico de autonomia acima de 200 milhas para a faixa de preço mais popular para a qual ambos são definidos.


Quanto a o que nós, brasileiros, desejamos diante do contexto dos VEs, eu creio que cada um de nós está tal como aquela adolescente que, tendo acabado de ler o final do romântico livro da fábula da Cinderela, se prostra na janela, sonhando e, o primeiro sapo barbudo que passar e disser "bom dia, princesa!", conquistará o coração dela, para sempre!

A fábrica de montagem de veículos e fábrica de baterias da Nissan em Smyrna, Tennessee pode produzir 640.000 veículos por ano, no entanto, ela não produz apenas LEAFs, mas, vários outros modelos (Nissan Altima, Nissan Maxima; Nissan Pathfinder; Nissan Rogue; Infiniti QX60), e nem apenas para o mercado dos EUA, mas para distribuição mundial, e, por causa disso, ela não está, de modo algum, com capacidade ociosa.

Contudo, qualquer excedente de produção de Nissan LEAF originalmente dirigida ao mercado norte-americano, que porventura venha a ser rejeitado por lá (por conta das novas aspirações dos norte-americanos pelo Tesla Model 3 ou pelo Chevy Bolt EV), o mercado brasileiro absorbe, sim, com muito prazer e carinho, é só nos mandar, sem pestanejar. De fato, até mesmo Nissan LEAF usados, de ano de produção a partir de 2013, seriam muito bem vindos!

Afinal, os norte-americanos até que curtiram a palavra LEAF, mas, desde de 1958 eles nunca deram lá muito valor para a palavra NISSAN.


sexta-feira, 20 de maio de 2016

Unidade de Acionamento de E-Bikes Pedelec e Potência sob Demanda - FINAL


Por que não há um número maior de e-bikes empregando Frenagem Regenerativa?


Primeiro, considere que quem olha para a função de "Regen" está olhando, simultaneamente, para dois benefícios que ela pode propiciar:
  • Melhorar a performance de frenagem da e-bike, e, também;
  • Poder recuperar energia (recarregar a bateria).
Segundo, considere tudo o que foi exposto nos últimos dois artigos dessa série, quando explicamos que para se ter frenagens regenerativa, você precisa ficar, somente com a opção de Motor do Cubo (Hub Motor), descartando, assim, a opção do arranjo de montagem para Acionamento da Coroa (Mid-Drive). Como se não bastasse, você precisa, ainda, se prender apenas ao emprego de Motor do Cubo Sem Redutor, descartando, assim, os menores e mais leves Motores do Cubo com Redutores (Geared Hub Motors).

Assim, ao se conduzir uma e-bike somente Motores Direct Drive puros (com o emprego de Hub Motors sem redutores) são os que possibilitam a regeneração (ao menos se pensarmos em regeneração voltada, principalmente, para a melhoria do desempenho da frenagem). Isso é algo tristemente limitante.

Contudo, veja que nós apresentamos no artigo da postagem imediatamente anterior a esta, que existe uma "nova aplicação" para a função Regen que ainda não começou a ser explorada pelos ciclistas de e-bikes. Tal aplicação é aquela em que a e-bike passa empregada (também) para se fazer exercícios dentro de casa, com sua roda de tração apoiada num simples "Rolo de Treinamento da Altmayer Sport", um dispositivo que é capaz de torna o treino equivalente a pedalar com a e-bike por um terreno plano de declive pouco acentuado (algo que é bem suave de ser realizado).

Essa aplicação poderá "pegar", pois, mesmo com o aumento de ciclofaixas e ciclovias nas cidades, do Brasil e do mundo, muitas pessoas podem não considerar, por uma série de razões, as ruas e locais públicos como seguros e de fácil acesso para as suas práticas cotidianas de seus exercícios físicos. Se isso acontecer, a função Regem associada aos controladores pode passar a ser algo bem mais desejável para emprego em todas as e-bikes.

Para se fazer exercícios dentro de casa, com a e-bike apoiada num "rolo de treino" (o que equivale a converter a e-bike em e-bike ergométrica), a regeneração pode ser empregada para produzir um "efeito de carga", algo que é requerido para dar maior tonicidade aos exercícios físicos (coisa desejável por usuários de maior perfil desportivo), com a máquina elétrica dela (o motor) operando o tempo todo como gerador, sem receber energia vindo da bateria via o controlador, mas, gerando, o tempo todo, enquanto oferece ao pedalar do ciclista uma resistência consistente e adequada! 

Uma e-bike (qualquer e-bike) pode gerar energia quando aplicada para fazer
exercícios físicos apoiada em um simples rolo de treino (sem tensor ou freio extra)
Não obstante, se você vira uma única chave (ou pressiona uma tecla no comando), bingo! ... ela volta a estar pronta para ir para a rua, como uma e-bike de pedal assistido pela potência do motor, gastando a energia que ciclista mesmo, previamente, gerou e que foi levada e armazenada na bateria da e-bike.

Tal sistema tornaria a função Regen adequada para todo e qualquer arranjo de montagem e tipos de motores, incluindo Mid-Drive e Geared Hob Motor. Isso integra a função Regen para tornar todas as e-bikes conversíveis em equipamento caseiro de ginástica, dotada de ajuste do esforço e capaz de produzir energia..

A energia produzida enquanto se exercita em casa pode ser, inclusive, destinada a carregar qualquer outra bateria fora da e-bike, sendo transferida via conversores adequados, que permitam ajuste e regulação do efeito de carga desejado pela pessoa que está exercitando.

Você poderia, por exemplo, ir recuperando alguma parcela de carga para o pacote de baterias do seu carro elétrico, naquelas horas de seus exercícios noturnos, em sua própria casa, realizando-os em horários enquanto ainda se está sob os pico de demanda de consumo de energia elétrica que incidem (e afligem) sobre o sistema elétrico público concessionado da região pela qual a sua casa está ligada e é abastecida.

Enfim, estás são apenas ideias de projetos para integrar as e-bikes, e suas capacidades geradoras de saúde física e de energia, a um plano de um mundo mais sustentável.

Fica a dica (de sustentabilidade), e olhe (alguns poucos) detalhes dela na postagem anterior sobre e-bikes, pois, se a sua e-bike já dispor de um controlador qualquer que seja hábil para a Função Regen, a modificação requerida para que ela passe a ser uma Dual Function E-Bike (ou seja, para ela poder cambiar entre os dois modos de operação, e ser tanto hábil para ser conduzida na fora de casa, quanto para ser operada como uma e-bike ergométrica geradora de energia elétrica, a modificação requerida é algo mínima.

Sistema Mid-Drive de Montagem de Motor


Antes de falarmos mais seriamente no que ainda nos resta a falar sobre o Sistema de montagem do motor nas e-bikes em arranjo Mid-Drive, vamos dar uma oportunidade a mais para os aficionados dos Motores do Cubos dizerem, também, aquilo que eles sabem sobre o desenvolvimento e a tendência para o mercado deles.

A produção em massas de Motores do Cubo, tanto fora, mas, principalmente dentro China tem, com efeito, causado um enorme impacto sobre o mercado de bicicletas elétricas. Agora há um grande número de e-bikes disponíveis no mercado por causa da grande disseminação do motor do cubo, cuja simplicidade de emprego tem permitido aos fabricantes de e-bikes serem capazes de usar praticamente qualquer quadro de bicicleta para transformá-lo em uma bicicleta elétrica.

Hoje em dia encontramos abundancia de oferta de motores do cubo de todas as formas e tamanhos de rodas e com pneus para todos os tipos de terrenos e aplicações. Por conta da produção em massa, puxada pela China, motores do cubo têm se tornado bastante acessíveis e confiável e, muitas vezes, do ponto de vista custo benefício, a melhor solução.

Contudo, embora e-bikes com motores do cubo sejam convenientes e prontamente disponíveis, as bicicletas elétricas mais emocionantes não são as que empregam motores do cubo. De fato, o sistema Mid Drive é que é o Santo Graal para os sistemas de tração bicicletas elétricas, quando aquilo que importa é maximizar eficiência e desempenho.

Os e-bikes de montagem de motor elétrico para Acionamento da Coroa (ou Acionamento Central, ou Mid-drive) não são nem as mais fáceis nem as mais baratas para se construir, mas elas são superiores quando se trata de pedalar fora da estrada, no campo, subindo colinas ou encostas. Mais do que uma solução elegante quando comparada aos motores do cubo, o Acionamento Central (Acionamento da Coroa, Mid-Drive) é especialmente muito vantajoso para bicicletas de montanha (mountains bikes).

Isso ocorre porque o arranjo Mid-drive permite que o motor se beneficie do fato dele estar provendo a tração para a roda da e-bike por meio do emprego do sistema de transmissão da e-bike (por meio de coroa, corrente e pinhão), de modo que o motor elétrico pode funcionar dentro da faixa de rotação mais alta em seu próprio eixo, o que é ideal para ele, o que se traduz em um motor mais eficiente (benefício que pode ser aumentado, ainda mais, pela eventual mudança de marchas) e numa e-bike mais mais leve e equilibrada (balanceada, sem o incômodo deslocamento do centro de gravidade provocado perlo fato do peso do motor estar nas rodas).

Com o tempo, aos poucos, o acionamento da Transmissão das e-bike Mid-Drive Tradicional, que antes era feita por Acionamento Indireto da Coroa, vai mudando para a configuração Mid-Drive de Acionamento Direto da Coroa, como ocorre com o TranzX Mid-Drive M25 Motor.
Integrar toda a eletrônica (controle e energia) dentro do próprio Corpo do Motor também é uma tendência.
Oferecer Sensoriamento de ambos, a Cadência e o Torque é algo fundamental.

Na operação em trilhas acidentadas e colinas, em geral, precisa-se de mais força do que velocidade sendo desenvolvida pela e-bike. Justamente pela velocidade da roda ser lenta, um motor do cubo seria levado a um ponto de operação em que ele mais se torna ineficiente, e menos pode oferecer torque. Para não ferver o motor, você precisaria contar com algum superdimensionamento dele, tornando-o ainda mais pesado. Com o acionamento central, isso não ocorre, por isso resulta numa e-bike mais leve.

Alem disso, nesse tipo de operação, motor do cubo tenderia a consumir mais da bateria, diminuindo dramaticamente a autonomia. Mesmo que Mid-drive não permita o aproveitamento da regeneração, por ingressar a tração por meio do sistema de transmissão, ele mantem uma boa autonomia mesmo operando em terrenos mais complicados. Mesmo uma eventual troca de pneu furado é mais simples de ser realizado em e-bikes com motor acionando a coroa do que com motores do cubo.

Assim, para os fabricantes, e-bikes com motores do cubo são a solução mais simples e barata para a produção descomplicada e atingir escala de produção em massa, e conseguir vender mais barato ao consumidor, mas, para a necessidade do ciclista, motor do cubo pode não ser a melhor solução de engenharia.

No entanto, por serem mais difíceis de projetar e produzir, e-bikes de Acionamento da Coroa (Mid-Drive) vêm com o inconveniente de serem, em geral, mais caras. Apesar delas não terem a horrível característica que as e-bikes com seus motores do cubo têm de oferecer um forte arrasto contra a força de pedalada do ciclista quando elas operam sem energia no motor, os sistemas Mid-drives, por sua vez, tendem apresentar uma maior emissão de ruido sonoro.
Com o passar do tempo, aos poucos, o acionamento da Transmissão de e-bike Mid-Drive Tradicional, que antes era feita por Acionamento Indireto da Coroa, vai mudando para a configuração Mid-Drive de Acionamento Direto da Coroa, como ocorre com o TranzX Mid-Drive M25 Motor.
Integrar toda a eletrônica (controle e energia) dentro do próprio Corpo do Motor também é uma tendência. Oferecer Sensoriamento de ambos, da Cadência e do Torque é algo fundamental.
Mas o pior, e o que, em geral, afasta o interesse das montadores de e-bikes pelo arranjo Mid-Drive, é mesmo o fato de que eles são menos intuitivos para montar, uma vez que você tem que montar junto com a mudança de velocidades, sempre devendo fazer maiores considerações a respeito do restante do equipamento sobre o qual você está montando, em conjunto, o Mid-drive.

Contudo, a diferença que ele faz para a plicação em todo terreno é, deveras, considerável, sendo o que deve importar na hora da escolha, considerando que seja isto (aplicação todo-terreno), o caso da sua aplicação. Confira, no vídeo a demonstração de uma Super-Mid-Drive e-bike (alegadamente com potência de 2 kW) fazendo o seu (habilidoso) trabalho de campo:


Porém, não se esqueça que: se a sua E-Mountain Bike é para estar, também, dentro do limites legais que permitam equipará-la, com os mesmos benefícios de autorização de trânsito e de licença, às bicicletas regulares, então você não poderá equipá-la com motor tão potente quanto esse de 2000 W, mas, sim, estará limitado a um motor de no máximo 350 W (Eu me refiro às Leis do Brasil, do CONTRAN / DENATRAN, conforme discutido em artigos anteriores, e, eu não creio que a Lei lhe será condescendente, caso você alegue utilizar, efetivamente, apenas 350 W dos 2000 W).

Outro fato limitante para a equiparação legal é que ela tem que ser uma e-mountain bike do tipo pedelec, ou seja, não poderá ter um acelerador. Diante disso, lembre-se que, para que a e-mountain bike realmente possa desfrutar do desempenho superior que é provido pelo arranjo de montagem Mid-Drive, é imprescindível que você empregue sensor de torque, para operar em conjunto com o sensor de cadência

Com a informação de ambos os sensores é que controlador da e-bike poderá faça o trabalho dele de liberar energia para o motor com base na informação da potência. Prescindir do sensor de torque pode tornar a assistência do motor para na pedaleira da e-mountain bike inadequada e, em certos momentos críticos, absolutamente inviável.

Sistema B-Labs & BIONICON: Motor Elétrico em Conjunto com a Pedaleira para e-bike PEDELEC
Motor com Sensores de Cadência e Torque. Integra a Eletrônica no Mesmo Corpo.​
Pesquisando na Internet chamou me a atenção de uma pequena empresa alemã, na verdade, um laboratório de design e engenharia independente focando produtos de ciclismo de alta performance de nome B-Labs & BIONICON que, entre outras coisas, tem desenvolvido um motor para e-mountain bike de Mid-Drive para acionamento direto da pedaleira (pedal direct drive) que, além de possuir ambos, sensor de torque e cadência, tem integrado ao seu próprio corpo toda a eletrônica necessária ao seu controle.

Este motor (E-Motor E-Ram) é quase tão pequeno quanto a corroa tamanho médio, tendo apenas 4 cm de largura, pode ser montado no lado esquerdo de qualquer e-bike. Com apenas 1,1 kg de peso extra (potência de 250 W, pico de torque de 60 N.m, tensão nominal de 48V), pode-se conduzir a e-bike pedalando com desenvoltura, mesmo com o motor deligado.
Sistema B-Labs & BIONICON: Motor Elétrico em Conjunto com a Pedaleira para e-bike PEDELEC Motor com Sensores de Cadência e de Torque, concomitantes, permitem ao controlador determinar a Potência. Integra a Eletrônica Toda (Controle e Energia) no Mesmo Corpo do Motor.​
Apesar desse motor ser montado diretamente ao eixo da pedaleira, a velocidade de rotação dele não é a mesma velocidade de rotação da coroa. Para obter a rotação da coroa sendo diminuída para uma velocidade mais utilizável, a partir da rotação do motor (que opera em rotação mais elevada), ele utiliza um tipo particular de engrenagem de redução que é do tipo engrenagem excêntrica, com uma proporção de 1:30 (para cada 30 rotações do motor elétrico, a coroa rotaciona apenas uma vez).

Porque você precisa ser capaz de pedalar livremente em ambas as direções sem ter de ligar o motor, precisamos de uma embreagem entre o motor e a pedivela, permitindo que o motor engate e acione os braços do pedal, diretamente, mas também permite ao piloto a pedalar por puro poder muscular, sem qualquer assistência, mas, também, nem resistência oferecida pelo motor.

Sistema Mid-Drive Bafang com opção para motor de 250 W ou de 350 W,
atual, porém sem Sensor de Torque
Por fim, os sensores de torque e de velocidade são necessários para informar a eletrônica quão forte e quão rápido o piloto está pedalando (informações que combinadas determinam a potência da pedalada). Esta informação é necessária para dar ao piloto uma experiência de condução suave e discreta. Eu tenho esperança que, quando o motor E-Ram da B-Labs estiver fluindo bem comercialmente, eles deverão oferecer, também, modelos um pouco mais potentes (quem sabe, de 350 W e de 500 W), afinal, tal motor nem precisaria ser, assim, tão compacto e tão leve.

Com isso, eles (E-Motor E-Ram) poderiam ser, comparativamente, muito vantajosos sobre, por exemplo, os bem mais conhecidos novos motores Mid-Drive modelos MM G31 de 250 W e de 350 W da Bafang que, além de não acionarem diretamente a Coroa, até o presente momento são oferecidos integrando, apenas, o Sensor PAS (sensor de cadência), mas não com Sensor de Torque. O Sensor de Torque combinado com dois Sensores de Velocidade é um arranjo de sensoriamento que pode ser encontrado no Motor modelo MM G33, também Mid-Drive, que é oferecido nas mesmas opções de potência de 250 W e de 350 W (3.8 kg), pelo mesmo fabricante Bafang.

Já, por outro lado, a empresa B-Labs & BIONICON, eles vêm se colocado como uma das marcas mais inovadoras de componentes e bicicletas em todo o mundo, inventando e modificando, ainda, alguns outros acessórios / componentes muito interessantes (e curiosos), além de seu quadro bicicleta com sistema de suspensão super bem projetado (o Edison EVO BIONICON, ver imagem animada logo abaixo), outros mais, dentre os quais eu destaco a "Coroa Oval" ou "Coroa Elíptica" (B-Ring OVAL - Pedaling Evolved), um invento que ganhou o prêmio Swiss_Award 2015 na categoria Design & Inovação.

Esse tipo de coroa pode aumentar o rendimento da potência de um ciclista (qualquer ciclista, em até pouco mais de 10%, eu creio) por prover uma maneira de modificar a relação (coroa / pinhão), virtualmente, ao adicionar e diminuir (ciclicamente, devido a sua ovalização) dois dentes para a corroa. Assim, pedalando, a coroas vai variando com dois dentes a mais, ou dois dentes a menos, em cada semiciclo de pedalada (período de trabalho de uma das pernas do ciclista), Um ângulo de atraso de 12° também é definido em seu desenho a partir da posição de alinhamento perpendicular da pedivela em relação ao plano, para aplicar o efeito positivo da coroa elíptica, sobre o rendimento da potência de modo mais efetivo.

Entretanto, eu também suspeito que que pode acontecer deles dificilmente querem fazer um motor mais potente (e maior), uma vez que, para eles se manterem dentro dos limites do conceito que eles estabeleceram para si próprios, nem mesmo o pacote de baterias da e-bike eles admitem que seja colocado instalado fixo em algum lugar do quadro da e-bike, vendendo, assim, a ideia que a bateria o ciclista deve carregar nas costas, dentro de uma mochila adequada.

Para Compreender o Efeito do Conjunto Quadro e Sistema de Suspensão Edison EVO BIONICON

Será que o cabo de energia do (pequeno) pacote de bateria (de apenas cerca de 2,4 kg) não se torna em algo incômodo, ou mesmo perigoso, com a bateria sendo levada dentro de uma mochila nas costas do ciclista? (e o conetor precisa ser muito bom para suportar umas 1000 manobras de conexão / desconexão por ano).

Conceito da E-ram bike: o pacote de bateria não vai não vai fixo quadro, mas, sim, em uma mochila que o ciclista carrega nas costas
Já, quanto ao motor Bafang MM G33 de 350W (um valor de potência que, também por causa do limite imposto pela lei, me parece ideal para o Brasil), ele é para montagem de acionamento central (Mid Drive) e vem acompanhado com um kit de conversão sem o pacote de baterias, a um preço atraente (ao menos na oferta para venda ao atacado), As especificações dos sensores dele parecem muito boas (com sistema de triplo torque, cadência e velocidade, tal como o padrão da Yamaha que foi explicado em um artigo anterior) e, o que mais me surpreendeu e agradou foi que eu encontrei, de antemão, o manual do produto, disponível para ser baixado da Internet

O Manual do produto foi elaborado com uma qualidade muito boa (um padrão acima da média da documentação de produto que costuma ser oferecido por empresas chinesas) com desenhos dimensionais completos e bem elaborados, e com todo o tutorial de montagem passo a passo, detalhado e ilustrado, de modo que isso me permite fazer todo o planejamento da conversão da bike em e-bike, previamente, e saber, por exemplo, que eu preciso adquirir uma única ferramenta extra para proceder a montagem do motor Bafang MM G33, que é uma ferramenta especial para apreender o anel de retenção no entalhe da ranhura do eixo da unidade, O cabeamento Bafang é de muito bom aspecto e a prova d'água.

Bafang - Max Drive System - Mid-drive Motor MM G33 de 350W 

A minha persistência em indicar como ideal (ou ótimo) um sistema cujo motor opere a uma potência de 350 Watts é por duas razões (pessoais e particulares):
  • Potência de apenas 250 Watts não é adequada para a aplicação de Mountain e-bike / Trail e-bike. Se é para ser uma assistência motorizada, então tem que ser uma assistência motorizada com potência de intensidade adequada. Para MT e-Bike é melhor que haja sistema como motor para 350 Watts;
  • A Lei permite: 350 Watts é o limite que a Lei no Brasil permite para o motor da e-bike, no qual ainda se garante a equiparação e-bike = bike. Veja o texto da Resolução do CONTRAN / DENATRAN.

Controladores para E-bike Genéricos podem servir como Controladores para E-bikes PEDELEC?



Olhe você mesmo para o diagrama ao lado é me responda: O que você acha?

Controladores de e-bikes ditos "genéricos" são concebidos para as e-bikes do tipo "Power on Demand" (Potência sob Demanda) e não para as e-bikes Pedelecs (bom, pelo menos é o que eu tenho encontrado até o presente momento).

O "Sistema Potência sob Demanda" tem, sempre, como característica, o emprego do acelerador (como "Sensor de Velocidade Desejada") e, para ter um melhor desempenho do torque do motor em baixas rotações, ele precisa, também, fazer um controle com base nos Sensores Hall instalados, internamente ao corpo do motor, a cada 120° (as vezes a cada 60°), na periferia da circunferência de giro dele.

Pelelec (pedal assistido pelo motor) não requer, necessariamente, um Motor de Imãs Permanentes com sensores hall embutidos nele (mas, havendo tais sensores, não há problema algum, a não ser o fato de você pode estar pagando por um custo extra, sem necessidade).

O fato é que os demais "Sensores do Sistema Pedelec" (o sensor de Cadência e o de Torque, ambos relativos a Pedaleira, e o Sensor de Velocidade, relativo a Roda), são (ou podem ser) de todo suficientes para um controle ótimo do sistema e, por isso, dispensam a necessidade de quaisquer outros sensores, incluindo os sensores hall embutidos no motor.

Sendo assim, vê-se, claramente, que se tratam de dois sistemas bem distintos (Pedelec vs Potência sob Demanda) e, apesar de não ser impossível, somente com algum sub sistema externo extra (e intrincado), você conseguiria (talvez) adaptar, acondicionando os sinais fornecidos pelos sensores do sistema Pedelec, adequadamente, para um controlador genérico que, de fato, foi concebido para o sistema potência sob demanda.

Eu não recomendo o emprego de Kit Pedelec algum, cujo sistema contemple, apenas,  o emprego de um Sensor de Cadência, sem combina-lo, adequadamente, em concomitância com um Sensor de Torque.

Notas: 


  1. O Sensor de Torque e o Sensor de Cadência podem se tornar em um único sensor que integra a capacidade de fornecer ambas informações, tal como foi exemplificado npo artigo Unidade de Acionamento de E-Bikes Pedelec e Potência sob Demanda - Parte 1/3  com o caso do sensor Ergomo® Pro Sensor



Sobre Motocicletas, Triciclos, Scooters, Bicicletas, Skates e Patinetes Elétricos (Parte 1/3)






sexta-feira, 13 de maio de 2016

Unidade de Acionamento de E-Bikes Pedelec e Potência sob Demanda - Parte 3/3


Nesta postagem nós trataremos, mais especificamente, da Frenagem Regenerativa, além de, evidentemente, de abordarmos, em maiores detalhes o Sistema Mid-Drive de montagem do motor, que são os assuntos a dar continuidade a partir do ponto onde paramos na postagem anterior.

Contudo, antes de tratarmos de frenagem regenerativa, que é um assunto um pouco mais complicado, convém falarmos, também, simplesmente de frenagem das e-bikes, coisa que nós ainda não abordamos, em detalhe em nenhuma das séries de postagens anteriores.

Quem viu a imagem de um controlador de e-bike que é produzido pela gigante chinesa Focan Eletronic Factory, que foi mostrado na postagem imediatamente anterior, pôde perceber, entre o complexo emaranhado de fios com conectores que saem da caixa dele (pela via dos quais o controlador se conecta às várias partes restantes do sistema elétrico da e-bike) dois conectores que, em especial, estão denominados como "Brake Signal High" e "Brake Signal Low / Reverse"

Pois então, esses conectores são devidos para se ligar ao controlador aquilo que são chamados de E-Bike Brake Sensors (sensores de freio da e-bike), ou seja, nada mais nada menos do que dois interruptores, cada um deles associado a um dos manetes de freio (dianteiro e traseiro) da e-bike. Assim, manetes de freio toda bike tem, mas, manetes de freios com sensores, isso é coisa das e-bikes.

Não obstante, é digno de nota que um equipamento de sinalização luminosa de segurança já vem se popularizando mesmo para bicicletas regulares, sob a denominação do tipo "Lanterna Luz De Freio Seta Buzina 8 Sons Kit Segurança Bike", sendo que o mesmo contém um sensor de acionamento de freio, o qual poderia, sim, ser adaptado para a funcionalidade necessária das e-bikes, contudo, para a devida segurança, é requerido sensores de freio para ambos: traseiro e dianteiro (enquanto tal Kit, embora sendo interessante e barato, só apresenta um único sensor, e que se presta, apenas, para o sistema de acionamento por cabo).


Os sinais providos por tais interruptores servem para informar ao controlador que o ciclista está acionando um (ou ambos) dos manetes de freio. O controlador precisa se informado quando o ciclista aciona algum freio a fim de que ele tome as devidas providencias necessárias. A providência mínima necessária é, simplesmente, o controlador cortar o fluxo de energia para o motor, enquanto algum manete de freio permanecer acionado pelo ciclista.

Acontece que, quando se faz a conversão de uma bicicleta regular para e-bike, os manetes de freio originais existentes nela não permitem, facilmente, a adaptação dos interruptores que servirão como sensores. Não obstante os esforços de alguns que, de fato, conseguem fazer tal adaptação engenhosa sobre os manetes originais, existe no mercado a oferta de conjuntos completos que incluem manetes novos já com os devidos sensores montados no lugar e com toda o cabeamento necessário, adequado para simplificar o retrabalho da conversão bicicleta  e-bike.

Alguns desses conjuntos ofertados podem incluir, inclusive, cabeamento para conexão do acelerador (ou mesmo o próprio elemento acelerador agregado ao conjunto) que é requerido para os casos de e-bikes tipo potência sob demanda, contudo pedelecs não requerem isso e, assim, existem conjuntos específicos para as pedelecs,

Manetes de freio para a substituição com sensores de freio (interruptor para o cortar a alimentação do motor) tipo Hall com conector e cablagem padrão Bafang.
Neste ponto, alguém poderia dizer: Ah, mas quando eu aciono algum freio, eu solto o acelerador (ou paro de pedalar - no caso das pedelecs). Só isso já garante que o controlador irá levar a potência entregue ao motor a zero!

Sim, garantiria, porém, ficando na dependência de que você realmente o faça sempre assim. Todavia, você pode querer burlar esse comportamento (correto), ou mesmo, acidentalmente fazê-lo, de modo que os sensores associados aos manetes de freio são uma real garantia de que você não conseguirá (facilmente) aplicar potência ao motor com algum freio estando acionado.

Além do mais, a resposta do controlador a ativação dos sensores de freio são mais rápidas, gerando uma interrupção total do fluxo de energia mais abruptamente do que simplesmente desacelerando ou deixando de pedalar. Enfim, sensores de freio são para maximizar a segurança da operação.

Ao fazer um retrofit, caso você resolva adquirir um kit de sensor de freios (conjunto completo) você deve ter em mente qual o tipo de sistema de freio que você já tem (se é por cabo ou se é hidráulico) pois os kits diferem quanto a isso. Deve considerar, também, o padrão e a qualidade dos elementos sensores, dos cabos e conectores  (para não chorar depois). Os mais simples e baratos podem incluir, até mesmo, interruptores elétricos bem simples (do tipo push button 1) e conectores que têm, ambos, um baixo índice de proteção, o que pode significar que umidade e sujeira entrarão com o tempo.

Já, os sensores do tipo hall são muito melhores (exite, também, a possibilidade de emprego de sensor do tipo capacitivo, apesar da oferta dele ainda ser rara), pois, seus corpos são selados, com alto índice de proteção, e o imã associado a eles que fica exposto na parte externa são ímãs resistente à ferrugem para uso ao ar livre (ou, ao menos, devem ser). Melhores sensores costumam vir acompanhados de melhores cabos e melhores conectores (em e-bikes, conectores com elevado índice de proteção também são importantes).

Eu, particularmente, não trocaria os manetes (menos ainda se o sistema original for hidráulico) e adaptaria o sensor do tipo hall, simplesmente fixando as partes, externamente, com bons adesivos. As opções são muitas, mas, vejamos algumas imagens:

Acima, á esquerda um manete com sensor de freio tipo Hall com push button 1. Nas demais imagens, um sensor de freio Hall que pode ser utilizado em uma instalação sem a mudança dos manetes de freio.

Ao instalar o sensor de freio do tipo Hall, prender a extremidade do sensor tão perto do manete quanto possível e o imã sobre o manete bem próximo do sensor. Quando a manete de freio é puxado, o imã vai afastar-se do sensor e o controlador é informado que deve cortar potência do motor, quando a manete é liberado e o ímã vem para perto do sensor, o controlador é informado que deve ligar a potência de volta ao motor. É por isso que é melhor que você instale e teste um sensor de cada vez, porque se você tem um segundo sensor ligado, mas não devidamente ajustado em proximidade suficiente para com o imã, o motor será cortado, e você não poderá estar usando o operação do motor para fazer uma instalação fácil e permite-lhe afinar a distância desejada entre o ímã e o sensor.

Quando tiver concluído a instalação e teste do primeiro sensor, em seguida, conecte o segundo sensor e repita. Adesivo 3M adequado é ideal, mas cola quente funciona muito bem para esta aplicação e permite uma melhor instalação ao montar superfície não é plana ou contornos. O sensor e ímã também pode ser instalado no lado inferior da alavanca do travão para um visual mais limpo. Certifique-se de prender o cabo do sensor depois de conectado, para, no caso de ele ser desconectado ele ser impedido de ficar pendurado e enredar-se nos raios da roda dianteira.

Quanto a maneira de ligar o conector deles ao controlador, tenha cuidado, pois, controladores genéricos variam quanto aos sistemas de conectores que eles apresentam (ou seja, não há um padrão), enquanto outros (como a Bafang, por exemplo) utilizam sistemas proprietários de cabeamento e de conectores. Entre os controladores genéricos eu encontrei, basicamente, três versões de forma de conector para os sensores de freio:
  • Um único conector apenas, com um par de fios: isso está presente em certos controladores de menor porte, e, em geral, corresponde a uma entrada de sinal digital que é ativa em nível baixo (nível lógico 0, ou seja, com a entrada levada ao potencial de GND) e costuma ser denominada "Brake Signal Low" (ou Brake Level Low, ou coisa semelhante).  Se são dois os seus sensores (freio dianteiro e freio traseiro), neste caso você precisará fazer a interligação dos seus dois sensores em paralelo, antes de conectá-lo aos conector do controlador. Os dois fios presentes no conector do controlador são o "SINAL" e o "GND" (GND costuma ser o fio de cor preto, enquanto o SINAL é o outro fio (sem cor padronizada), que é a entrada que avisa a atuação do freio ao controlado). Se os seus sensores forem do tipo eletrônico (muito populares, atualmente), tal como Sensor Hall ou Sensor Capacitivo (e não um simples interruptor eletromecânico), você precisará acrescentar um fio extra que, neste caso, é o positivo (Vcc, em geral de 5 V), por fora;
  • Dois conectores com um par de fios em cada um: este é, de fato, o arranjo mais comum e que não causa muita preocupação, pois, é simplesmente para ligar um sensor para cada um dos conectores. Essa configuração as vezes pode mudar uma outra forma que acomoda todos os 4 fios em um mesmo conector de 4 terminais, ou, numa outra forma em que apenas dois fios saem do controlador, mas eles derivam para dois conectores de dois terminais cada (conectores ligados em paralelo). Se constatar que precisa trocar o modelo do conector para compatibilizar fisicamente a conectividade, você pode optar fazer um cabo extensor curto, ou, sendo possível, trocar do lado que o conector empregado for que menor qualidade (mas evite o costume de emendar fios e isolar com fita isolante).
  • Dois conectores, um com um par de fios e outro com apenas um único fio: isso foi elaborado para prover versatilidade, mas, pode acabar por complicar para alguns montadores. É neste caso que aparecem as designações: "Brake Signal Low" (conector com dois fios) e "Brake Signal High" (conector com apenas um fio). Para complicar ainda mais "Brake Signal Low" as vezes  muda de designação para "Brake Signal Low / Reverse", e, ai, o conector passa a ter três fios (como visto na figura ao lado).
Como eu já havia discursado na postagem anterior, a grande maioria dos controladores (e outras partes todas do sistema elétrico das e-bikes) made in China (até mesmo os produtos das grandes e líderes) são pobremente documentados, o que faz com que seus adquirente precisem se tornar em verdadeiros desbravadores para desvendar e entender como ligar as partes todas, como e quando os recursos ou funções dos controladores agem sob os efeitos da ativação de cada entrada que eles dispõem, e como, exatamente, ativar cada uma dessas entrada, dispondo de parcas informações (que acompanham o produto após adquirido, sendo que, na hora da escolha, isso é ainda pior), e sem que haja padrões (até mesmo para as nomenclaturas).


Diante dessa tamanha "balbúrdia em conectividade", muitos podem "pedir para jogar a toalha" e preferir algo bem mais "limpo e enxuto", tal como o que é mostrado abaixo:


Acontece que o Kit mostrado acima (The E-BikeKitTM apenas parcialmente) apesar dele ser, de fato, fácil de conectar os cabos dos sensores de freio e, de você pode, até mesmo, poder adquirir as partes mostra nele em separado, te coloca na situação de você ter que adquirir, no mínimo, tudo o que está sendo mostrado na figura (o controlador e o cabeamento, além dos manetes de freio com sensores), só para poder resolver o problema de conectividade dos cabos dos sensores de freios. Isso te colocando em outra enrascada, pois, o cabeamento todo, para conectar as demais partes, é um sistema de conexão proprietário, o que te obriga a comprar o Kit todo, que, alias, por acaso vem sem a bateria  (de modo que você terá que preocupar com a conectividade dela, também).

Fato é que existem diferentes ofertas de kits para e-bikes com sistema de cablagem e conexão proprietários (ou quase proprietários), sendo produzidos em vários cantos do mundo, sem que haja compatibilidade de conectividade entre eles, e, sem que cada um deles próprios sejam completos, o que leva alguns montadores de e-bikes engenhosamente mais habilidosos a desejarem agregar algo extra a eles, mas encontrando dificuldade de conectividade e de falta de documentação satisfatória para fazer isso.

Além disso, apelar para kits com sistema de cablagem e conexão proprietários pode não ser (e de fato não é) a solução mais barata, e te deixa limitado. Além do mais, olhando bem, alguns conectores oferecidos (como, por exemplo, os da imagem anterior) nem me parecem, assim, tão bem protegidos.

Diante disso, os genéricos podem te levar a alguma vantagem, pois, eles são oferecidos em grande variedade e te dão margem para criar, elaborar e testar arranjos de conexão com diversas partes, diferentes tipos de sensores, etc, não pela documentação deles que, como foi dito, costuma ser insatisfatória, mas, pelo simples fato que você não precisará vandalizar conectores e cabos que foram montados para serem inviolados.

Repare no diagrama de conexão apresentado ao lado: ele é associado à documentação de um controlador de e-bike fabricado pela Shenzhen Vire Silicon & Technology Co., Ltd, Empresa de Hong Kong cujo Foco Principal tem sido o de desenvolver e fabricar produtos para o mercado de decodificadores MP3 / MP4 / MP5 (controlador de e-bike é só "um lance a mais"). Repare que a conexão de freio te apenas um fio. Isso é tudo o que você pode encontrar na documentação do produto que é oferecida (e nada mais).

E olhe que esse controlador, VIRE-24-48V-2400W-01C, não é de pequeno porte nem um qualquer. Ele integra 24 MOSFETs para realizar os chaveamentos de intervalos (60° ou 120°) e de PWM da Potência (e não apenas 6 MOSTETs, como os controladores mais comuns) e tem características alegadas como adequadas scooters e triciclos (elevada potência). Contudo, a documentação dele é parca. Não informando, sequer, como ligar um simples sensor de freio a ele.

Você poderia deduzir, obviamente, que por ser apenas um único fio presente ao conector, ele só pode ser o fio para entrada do SINAL. Ok, eu também creio que isso é algo lógico, mas, falando em lógico, qual será, então, Nível Lógico que causa a ativação de tal sinal de entrada? Alto ou baixo? "1" ou "0 "(isto é, conectando o fio de SINAL ao VCC ou ao GND)? Comumente existe ambos os casos em controladores genéricos. O que muitos acabam fazendo é, simplesmente, aplicar a "tentativa e erro", experimento as duas formas de ligação e observando o resultado. Isso é horrível!

É, deveras, uma pena a pobreza de documentação que eles costumam apresentar (independente deles não terem, também, uma padronização). Então vamos "decifrar":
Esquema de ligação entre um Sensor Hall e a entrada Brake Low Level
(ou Brake Signal Low) do Controlador
  • Brake Low Level (ou Brake Signal Low): Apresenta apenas 2 fios no conector que vem do controlador: Um fio é "Sinal" e o outro é "GND". Com essa entrada do controlador estando em aberto (ou não ligada, ainda, a nenhum sensor), seu estado normal (que pode ser medido entre os dois fios,  "Sinal" e "GND" presentes nesse conector) é "nível alto" (nível lógico 1 ou uma tensão próxima equivalente a do VCC interno do controlador, normalmente +5 V). Para que o controlador entenda que o freio foi acionado, ela precisa ser levada a "nível baixo" (nível lógico 0 ou GND, dai vem o termo "LOW" associado ao nome que a designa). A ativação dessa entrada (que resulta na ação do controlador cortar a energia para o motor), pode se feita, então, simplesmente interligando os dois pinos do conector ("Sinal" e "GND"). Entretanto, fato é que um sensor, seja ele do tipo Hall ou do tipo Capacitivo 2, apresenta 3 fios: "Vcc", "Sinal" e "GND", de modo que isso te obriga a ligar um fio extra ao conector cabo elétrico do sensor, que é o fio do Vcc (que serve para prover alimentação ao circuito eletrônico que existe interno ao invólucro do sensor).
Quando se fala em sensores para emprego em máquinas industriais, costuma-se empregar as designações Sensor NPN e Sensor PNP 3 para diferenciar quanto a dois tipos possíveis de chaveamento da saída dos sensores. Contudo, no contexto das e-bikes, eu ainda não vi tais termos sendo empregados, e ao que me parece, se não todos mas a grande maioria dos sensores empregados devem ser do tipo NPN, ligados como mostrado acima.(lembrando que, as cores dos fios também não segue o padrão industrial). Contudo, caso opcionalmente se empregue sensores do tipo PNP, então você precisará conectá-los a outra entrada:
  • Brake High Level (ou Brake Signal High): Apresenta apenas 1 fios no conector que vem do controlador: o fio de "Sinal", apenas. Com essa entrada do controlador estando em aberto (ou não ligada, ainda, a nenhum sensor), seu estado normal é "nível baixo" (nível lógico 0 ou uma tensão próxima equivalente a do GND). Para que o controlador entenda que o freio foi acionado, ela precisa ser levada a "nível alto" (nível lógico 1 ou Vcc, dai vem o termo "HIGH" associado ao nome que a designa). A ativação dessa entrada , pode se feita, então, simplesmente interligando ela ao Vcc.
Contudo, há ainda, outra diferença quando se usa essa entrada, que vai além da questão do tipo de chaveamento de saída PNP / NPN dos sensores:

Ativar essa entrada não resulta na ação do controlador apenas cortar a energia para o motor, mas, sim, dele realizar uma efetiva frenagem elétrica do motor, muito mais brusca e firme, fornecendo a suficiente potência de travagem para trazer a e-bike a uma parada completa rapidamente, mesmo sem usar os freios da bicicletas em tudo, e fazendo o motor resistir à rotação da roda.

Isso é feito, porém, sem significar, necessariamente, que esteja havendo alguma efetiva frenagem regenerativa (pelo menos, não nos controladores que eu pude estudar, testar e decifrar).Deste modo, acabamos descobrindo a que a diferença entre Brake Low Level (ou Brake Signal Low) e Brake High Level (ou Brake Signal High) não é, apenas, quanto a questão do Nível Lógico para a Ativação  (ligar ao VCC ou ao GND para ativar) desses sinais, mas, sim,. que a ativação deles resultam, respectivamente, em ações do controlador que corresponde funções de frenagem bastante distintas entre si.

Outro fato importante é que se você estiver usando um motor do cubo com redutor (conforme visto na postagem anterior) dotado de Roda Livre (Freewheel ), então este freio elétrico (frenagem regenerativa) não funcionará, porque o que ele faz é, essencialmente, apenas o travamento do rotor do motor no lugar. Devido à roda livre, mesmo com essa ação, o resto da roda continuará a girar, não sendo, o resultado, diferente do que, simplesmente, cortar a potência do motor, deixando-o a mercê da inércia.
  • Brake Signal Low / Reverse: Essa designação aparece somente nos casos de controladores de maiores potências (acima de 1000 W). O conector tem três fios, onde, além, de haver os dois fios referentes Brake Signal Low (conforme foi descrito acima), há, ainda, a adição de um terceiro fio que é associado a entrada de função Avante / Reverso (ou denominada, simplesmente, Reverse) que é algo se aplica para os casos como o dos triciclos, por exemplo, que podem se beneficiar de ser capaz de alternar seus sentidos de movimento entre para frente e para trás. Mantendo esta entrada em aberto, ou impondo a ela nível alto (Vcc), temos o sentido de movimento Avante (que é o padrão). Já, colocando tal entrada em nível baixo (GND), estamos selecionando o sentido de movimento reverso.

Frenagem Regenerativa:


Frenagem regenerativa já foi discutido aqui neste blog em várias postagens anteriores, contudo, não olhando para os veículos elétricos ultraleves, as e-bikes, mas, sim, sempre para veículos leves maiores, os carros elétricos. Alias, lançar o olhar para as tecnologias especificamente pertinentes às e-bikes tem sido uma grata novidade, e um desafio, para este autor, que ama aprender coisas novas.

Frenagem regenerativa é muito comum em carros elétricos, algo praticamente de emprego mandatário, mas, nas e-bikes, porque elas precisam se manter como produtos dentro de faixas de preços finais ao consumidor bem mais reduzidas para se manterem competitivas, o emprego de dispositivos que provejam tal funcionalidade ainda é muito raro.

Frenagem regenerativa significa, antes de tudo, parar de chamar o motor elétrico de "motor" e passar a chamá-lo de "máquina elétrica", pois, no contexto dos veículos com frenagem regenerativa, a "máquina elétrica" opera em ambos: tanto como no modo motor, quanto como no modo gerador.

A máquina elétrica se comporta como gerador exatamente quando ela opera durante um Regime Transitório de Desaceleração (isto e, na frenagem), efetuando uma força contrária ao da aceleração, ajudando no esforço de parar o veículo e gerando de eletricidade a partir do conjugado de frenagem.

Para muito mais detalhes veja também: Freio Regenerativo (Sistema de Recuperação de Energia Cinética). Entender o que é apresentado nesse outro artigo é altamente recomendável, pois, facilita, e muito, entender o que passamos a apresentar, em seguida, aqui.

A energia elétrica gerada pela máquina elétrica durante a frenagem pode ser (e, em muitas aplicações é) realimentada de volta para a bateria, o que aumenta sua eficiência energética do sistema e aumenta a autonomia do veículo. Contudo, atenção, pois os manuais de controladores de fabricantes realmente sérios trazem a seguinte advertência

"Apesar da Regeneração ter efeito de travagem, ela não substitui a função de um freio mecânico. Um freio mecânico é necessário para parar o veículo, sempre. "Regen" ajuda, mas não é uma característica de segurança! O controlador pode inibir a regeneração, sem aviso, tanto para proteger as si mesmo, como para proteger a bateria (Por isso, ele não tem como objetivo proteger a operação da condução, pela qual a atuação do ciclista é responsável)."

O que determina se em um sistema opera motorizado ira haver regeneração, ou não, não depende, em nada, do motor que é utilizado, pois, qualquer máquina elétrica tem a habilidade de regenerar. odo motor tem habilidade regenerativa, ou seja, construtivamente, todos os Motores são, de fato, Máquinas Elétricas (e essa é a denominação até mais adequada para se usar no contexto de frenagem regenerativa) que foram concebidas para operar em ambos os modos: Modo Motor e Modo Gerador:
  • Se a Máquina Elétrica (motor) recebe energia elétrica, ela converte para energia mecânica (e está operando, de fato, no modo motor), porém;
  • Se a Maquina Elétrica recebe energia mecânica (se você girar o eixo dela, externamente, de alguma forma), ela converte para energia elétrica (e, portanto, está operando no modo gerador).
Contudo, dependendo de como a máquina elétrica (motor / gerador) é montada em relação ao sistema de transmissão da bike, será possível, ou não, haver regeneração, ou seja, o motor poderá ou não ter a habilidade de operar como gerador por receber da roda da bike a energia mecânica que ela pode doar ao motor (fazendo-o operar como gerador). Isso pode ser interessante, principalmente diante daquela quantidade enorme de energia que ese dispõem, quando a bike está a descer por um declive.

Se ao descer por declives o motor estiver girando por causa do giro da roda, então a regeneração, de fato acontece e ela pode ser aproveitada. Esse é o caso de:
  • Todos as e-bikes que empregam Motor do Cubo (Hub Motor) sem redutor, ou seja, que não roda livre, os chamados de acionamento direto (Direct Drive). Isso realmente permite a regeneração, e ela pode ser aproveitada (ou não, pois ainda ficamos na dependência do controlador permitir).
Contudo, tanto para o caso de e-bikes que tem seus motores instalados numa montagem Mid-Drive (acionando direta ou indiretamente o eixo da pedaleira), quanto para o caso versões de Motor do Cubo que contenham Redutores (Geared Hub Motors), estes não serão capazes de efetuar a regeneração 4, por conta de que seus motores permanecem parados, enquanto a e-bike desce por um declive, e sua roda gira livre (roda livre) não requerendo mais força de tração e, portanto, nem se está mais pedalando.

Não obstante, mesmo estas (Mid-Drive e Geared Hub Motors) versões de e-bike poderiam, sim, ser pensadas para serem dotadas, também, de controladores que possuam a função de regeneração, a fim de que, por exemplo, atender aos casos em que os ciclista também usem a e-bike para exercitar-se sem sair casa.

Muitos ciclistas (de modo geral, não apenas de e-bike) estão adotando essa prática de exercícios sendo realizada pela associação da com um simples rolo treino (de exercício) de bike, tal, como mostrado na foto  ao lado. Este rolo de treino poderia utilizar a regeneração como "efeito de carga" para ser empregada no treino, ao mesmo tempo em que ele pode encher de energia a bateria da própria e-bike, ou mesmo outra bateria qualquer (compatível em tensão) que seja ligada, externamente, até os terminais de conexão de bateria do controlador da e-bike.

Esse rolo de treinamento é algo muito simples e barato: ele faz, simplesmente, com que o ciclista pedale movendo a roda bike sobre o rolo (que não apresenta resistência considerável alguma), que é suportado há uma bem pequena elevação com relação ao solo (o que equivale a pedalar sobre um declive bem suave). Contudo, desportistas com mais elevado grau de "energia humana" decerto sentirão falta de uma maior carga para a realização de seus exercícios.

Para resolver isso, existem outros tipos de rolos semelhantes a esse, porém, que agregam ao seu eixo um Freio de Partículas Magnéticas, que não apenas permite se impor um Conjugado Resistente ao eixo do rolo, como, também, permite ajustar a intensidade desse conjugado resistente. Acontece que estes equipamentos mais sofisticados custam n vezes mais caros do que os rolos simples, ao passo que se a bicicleta for uma e-bike, isso não justifica, pois ela mesma pode prover o conjugado resistente para o treino, e ainda ter a capacidade de regeneração aproveitada..

Isso pode ser provido por se desligar o fornecimento de energia para o motor, por meio, por exemplo, de se emitir um "falso informe" do sinal Brake High Level (ou Brake Signal High) para um controlador. Eu digo "falso informe", pois, não se estaria acionando manete de freio algum (afinal, o ciclista estará a pedalar), mas, sim, emitindo tal sinal a partir de uma simples chave elétrica que é manobrada pelo ciclista para poder ativar o sinal Brake Signal High para o controlador, mantendo o ativado o tempo todo, enquanto o ciclista estiver pedalando, realizando o seu treino.

Na aplicação proposta, não se trata, especificamente, de regeneração, mas sim, de geração. O seu motor estará, o tempo todo que durar o exercício, operando como gerador, e girando no mesmo sentido de giro da tração que é requerida (nenhum ciclista não precisa de assistência do motor para se mover sobre o tal rolo).

Assim, seja regeneração, ou geração, o que muda é só o nome. Contudo, será que, com isso, tal geração pode ser, efetivamente, aproveitada para recarregar a bateria (da e-bike ou outra, externa). A resposta tanto pode ser sim, quanto pode ser não, pois ela depende da "arquitetura" (hardware e software) que é adotada no controlador que está sendo empregado (ou seja, se o tal controlador é, ou não, dotado da função REGEN).

Quanto aos controladores, antes de tudo é preciso entender que, até mesmo os de arquitetura mais simples, são dotados de (alguma) capacidade regenerativa, pelo simples fato de que cada um dos MOSFETs de sua ponte trifásica apresentam, internamente aos encapsulamentos deles, um diodo retificador, o qual é ligado de modo a poder conduzir no sentido inverso ao da condução do transistor (corrente do dreno para a fonte do MOSFET).

Fato é que, os diodos internos aos MOSFET, só conseguem conduzir, efetivamente, no caso do valor do FCEM (Força Contra Eletro Motriz) 5 gerada pelo motor (perdão, máquina elétrica operando como gerador) conseguir ser maior do que a tensão da bateria (tensão presente no barramento CC).
Comportamento da corrente produzida pela FCEM (corrente de regeneração) num dado instante. Neste instante, as bobinas A e B estão , respectivamente, em seus picos positivo e negativo de FCEM, de modo que elas são as responsáveis pela condução, enquanto os diodos em condução são os associados ao MOSFET T1, na parte superior da ponte, e ao MOSFET T5, na parte inferior da ponte. A corrente entra pelo polo positivo da bateria, provendo carga de energia para a mesma.
No entanto, uma vez que um motor pode estar classificado para XX volts, e a tensão no terminal da bateria pode, também, ser dos mesmos XX volts, para gerar XX volts a partir do motor (perdão, de novo, máquina elétrica operando como gerador) ela deve girar à sua velocidade nominal (em rpm). Já, para gerar um maior tensão, rotação também superior será necessária.

Assim, a não ser que a bateria esteja muito descarregada, ao se pedalar, mesmo com bastante energia, somente com a arquitetura regular dessa ponte de MOSFETs, que é o que existe na maioria dos controladores (ou controladores mais simples), muito provavelmente, não se conseguirá fazer a FCEM do motor suplantar a tensão dos terminais da bateria, de modo que não se obtém regeneração, efetivamente.

Por outro lado, tal coisa já é em algo bom, pois, ela ajuda a evitar que a sua bateria se descarregue demais, pois, com você pedalando, ao menos a carga da bateria será mantida acima de um certo patamar seguro (que depende da potência das sua pedalada). Por outro lado, alguns controladores possuem uma arquitetura diferente, que envolve eles serem dotados de mais circuitos de eletrônica de potência e, também, de softwares de controle mais complexos.

A configuração da ponte de MOSFETs trifásica pode ser estendida port adicionar um circuito de freio simples, baseado em SCR / IGBT. Todavia, apesar disso tornar hábil a frenagem elétrica, que pode ser reostática (jogando a energia fora, para cima de uma resistência), tal incremento não habilita para que haja aproveitamento da regeneração.

É necessário o incremento do circuito de eletrônica de potência e do software de controle, de modo que torne possível uma maneira de aumentar a FCEM gerada pelo motor. Somente assim será possível, mesmo operando em velocidades mais baixas (quando a geração / regeneração é de baixa intensidade), o motor pode operar, de forma adequada, no modo de regeneração, como freio e propiciar, também, o aproveitamento adequado da energia regenerada de volta para a bateria.

Para prover isso construímos um Conversor CC/CC de Elevação (também chamado de Conversor Elevador de Tensão ou, Conversor Boost, ou, ainda, Conversor Step-Up) junto da ponte de MOSFET trifásica. Conversor CC/CC elevador envolve, tipicamente, além de elementos reativos (indutor e capacitor, fundamentais ao seu funcionamento), também elementos chaveadores (MOSFETs), para, pela variação de largura dos pulsos (ciclo de trabalho) de PWM, a tensão de saída possa ser elevada para diferentes magnitudes, adequando-se, assim, ao nível ideal de tensão para recarregar a bateria.

O PWM pode ser inserido em um de controlo PID com o objetivo de ser alcançado um controle para uma força de frenagem constante,  onde a malha de PID tentará manter uma força de frenagem constante para diferentes velocidades do motor, visando o usuário obter uma resposta linear da força de travagem. Nesse caso, o sistema requer um sensor de freio que seja analógico (em geral, fornecendo sinal variando de 0 ~ 5 V).


Notas:


  1. Sensor Push button, mas não necessariamente do tipo interruptor eletromecânico, podendo ser, inclusive, com uma alavanca de atuação exterior empurrando (movendo), internamente, um pequeno imã. O imã, por sua vez, aciona um sensor de efeito hall (montado internamente). A alavanca de atuação retorna a posição de repouso por mola (que existe, também, internamente. Isso dá ao sensor o aspecto de um simples interruptor eletromecânico, mas, ele é, de fato, um sensor do tipo hall.                                                                                  
  2. Existe, também, a possibilidade de se empregar Sensor do tipo Capacitivo. Esse tipo de sensor permite detectar a ativação do freio por meio da detecção do movimento interno do cabo de acionamento. Fácil de instalar e pode
    ser montado em qualquer das extremidades (ou em algum local intermediário) do cabo do freio da bicicleta tornando desnecessário mudar manetes do freio de sua bicicleta quando você converter bicicleta para um e-Bike. Basta enfiar o cabo de freio através do corpo do sensor. Contudo, existe uma posição correta para montagem dele em relação ao sentido de movimento do cabo de freio e, por isso, existem dois modelos com relação ao lado que sai o cabo dos fios condutores elétricos. O conector desse que é mostrado na figura ao lado é padrão de cablagem Bafang (mas existem outras ofertas de produtos similares com diferentes tipos conectores como, por exemplo, o HWBS-1 king meter). Eles também são conhecidos, genericamente, pela sigla HWBS ( Hidden Wire Brake Sensor).                                                                                    
  3. Se o sensor for do tipo de saída NPN, o sinal de saída dele, quando ele estiver ativado é "baixo", ou "nível lógico 0". Nesse modelo, a ligação da carga (que equivale à entrada do controlador) deve ser feita entre o sinal e o positivo (VCC). Já, se o sensor for do tipo de saída PNP, o sinal de saída dele, quando ele estive ativado é "alto", ou nível lógico 1". Nesse modelo, a ligação da carga (que equivale à entrada do controlador) deve ser feita entre o Sinal e o negativo (GND).                                                                                                                                                   
  4. Eu tão somente ouvi alguma breves referências a um Motor do Cubo com Redutor (Geared Hub Motor) que não fosse roda livre, mas, pelo que eu pude constatar, depois de algumas poucas aplicações, ele foi logo descartado, porque o arrasto das engrenagens e do motor era muito alto, enquanto a regeneração foi pouco significativa, ele se tornou impopular. As aplicações tratavam-se das e-bikes Giant new Twist modelos 1 e 2 (modelos de produção descontinuada) empregando Motor do Cubo com Redutor da Sanyo.                                                                                              
  5. FCEM é um acrônimo para o termo Força Contra Eletromotriz, que é um fenômeno elétrico associado à comutação do estado de condução em indutores, algo que é muito recorrente nos assuntos abordados neste blog. Vá para as NOTAS da postagem titulada "Motor CA Síncrono ou Motor CC Sem Escovas???" para ver a definição.


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