Визит на дом / Электровелосипеды: Разработка компактных и легких электродвигателей для электровелосипедов значительно изменила рынок в последние годы. Ключевым игроком в этом сегменте является баварская компания TQ, сыгравшая важную роль в формировании тенденции к созданию легких электровелосипедов для горного велоспорта, в частности, благодаря своему приводу HPR50, и продолжающая развивать эту тенденцию с помощью HPR60 и HPR40. Мы посетили их производственные мощности в Иннинге-ам-Аммерзее, поговорили с разработчиками о концепциях трансмиссии и сенсорных технологиях, а также подробно изучили их местное производство.
История компании TQ: от поставщика услуг в сфере электроники до пионера в производстве электровелосипедов.
То, что компания TQ сегодня играет столь важную роль в велосипедном секторе, было непредсказуемо, когда она была основана в 1994 году. Начав свою деятельность как предприятие из двух человек, компания первоначально специализировалась на услугах в области электроники и ранней робототехнике. Сегодня в TQ работает около 2.000 человек по всему миру, примерно 200 из которых трудятся в подразделении электровелосипедов на заводе в Аммерзее.
Путь к созданию приводных систем для велосипедов начался примерно в 2010 году и тесно связан с Тони Россбергером. Бывший экстремальный спортсмен и механик, долгое время разрабатывавший решения для TQ в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, лично принял участие в создании стартапа по производству электровелосипедов. Однако прототипы того времени были тяжелыми, громоздкими и использовали неэффективные цепные системы. Россбергер искал компактное решение с вращательной симметрией. Поскольку существующие промышленные редукторы для электровелосипедов были неэффективными и недоступными по цене, он разработал собственную концепцию, которая в конечном итоге заложила основу для сегодняшнего портфеля продукции TQ.
Технология: зубчатое колесо с кольцевым шарниром и гармоническим крутильным моментом.
В основе системы привода TQ лежит так называемый штифтово-кольцевой привод, также известный как «HPR» (гармонический штифтово-кольцевой привод). В отличие от классических коаксиальных приводов или многоступенчатых зубчатых передач, эта конструкция обеспечивает чрезвычайно компактную кольцевую передачу мощности. Это приводит к очень высокой плотности крутящего момента в очень малом монтажном пространстве. Еще одно техническое преимущество заключается в его интеграции вокруг кареточного узла, что позволяет добиться низкого Q-фактора (расстояния между педалями) и коротких перьев задней вилки на раме велосипеда.
Первый серийный двигатель TQ, HPR 120S, был выпущен в 2014 году. Обладая максимальным крутящим моментом в 120 Нм, этот агрегат значительно опережал своё время – для сравнения, второе поколение Bosch Performance Line CX тогда выдавало 75 Нм, хотя и с большим весом. Хотя с сегодняшней точки зрения 120S может показаться динозавром, он продемонстрировал фундаментальные возможности технологии поршневых колец.
Инновации в программном обеспечении: измерение силы вместо классического датчика.
Одна из самых больших проблем при проектировании двигателей, расположенных посередине, — это интеграция датчика крутящего момента. Обычно это требует полого вала и дополнительного пространства, что противоречит цели создания чрезвычайно компактного двигателя. Поэтому компания TQ выбрала нетрадиционный подход: в приводах отсутствует традиционный датчик крутящего момента.
Вместо этого в TQ используются проверенные тензометрические датчики, прикрепленные к подшипникам оси каретки. Они точно измеряют вертикальные силы и минимальное скручивание, возникающее при вращении педалей. Настоящая магия происходит в программном обеспечении: сложный алгоритм обрабатывает эти данные в режиме реального времени и вычисляет не только приложенный крутящий момент, но и анализирует технику вращений педалей, распределение веса (левая/правая сторона) и даже определяет, стоит ли велосипедист. Это взаимодействие упрощенной механики и передового программного обеспечения является ключевым фактором компактных размеров современных двигателей TQ.
Смена парадигмы: от мощного устройства к устройству с лёгким вспомогательным управлением.
Несмотря на первоначальную ориентацию на максимальную производительность, компания TQ рано осознала, что прямая конкуренция с такими гигантами индустрии, как Bosch, Shimano или Brose, в сегменте мощных двигателей будет контрпродуктивной. Тестовые поездки и анализ данных, полученных от райдеров, критически относившихся к обычным электровелосипедам, выявили новое требование: двигатель должен сохранять естественные ощущения от езды на велосипеде без двигателя, а не маскировать их за счет чистой мощности.
В результате этого «проекта подводной лодки» появилась значительно более низкая передача с меньшей мощностью, уменьшенной массой маховика и минимальным уровнем шума. Так родилась модель HPR50. Двигатель был разработан для райдеров, ищущих чувствительную и эффективную помощь без ущерба для управляемости маневренного трейлового велосипеда. Его интеграция в модели крупных производителей, таких как Trek, наконец-то принесла TQ окончательный прорыв в быстрорастущем сегменте легких электровелосипедов для горного катания.
Эволюция серии HPR: HPR60 и HPR40
Стратегия TQ в отношении продукции также интересна. Модель HPR60, пришедшая на смену HPR50, предлагает на 10 Нм больший крутящий момент и на 50 Вт большую пиковую мощность в том же корпусе, а также оптимизированное управление температурным режимом. Эта обратная совместимость является существенным преимуществом для производителей рам и конечных пользователей, поскольку форм-фактор остается тем же.
Концепция минимальной помощи в настоящее время доведена до крайности в модели HPR40. Этот двигатель весит чуть более одного килограмма и специально разработан для электровелосипедов, предназначенных для гравийных и шоссейных трасс. Визуально двигатель полностью скрывается за передней звездой, что делает такие велосипеды практически неотличимыми от их обычных аналогов.
Обзор производства на озере Аммерзее.
Настоящим ярким моментом визита стала экскурсия по производственным мощностям в Иннинге. То, что сегодня на велосипедном рынке часто используется лишь как маркетинговый знак («Разработано в Германии»), здесь стало реальностью. Вертикальная интеграция TQ впечатляет. Большая часть компонентов трансмиссии, сложная силовая электроника и окончательная сборка двигателей осуществляются в рамках собственной сети компании (Иннинг, Пейтинг, Деллинг).
На сборочных линиях компоненты соединяются в полуавтоматическом процессе, где точная робототехника и квалифицированный ручной труд работают слаженно. Особо следует отметить тесную связь между отделом исследований и разработок и серийным производством. Это позволяет тестировать и внедрять модифицированные компоненты или прототипы зачастую в течение 24 часов — огромное преимущество в такой быстро развивающейся технологической среде.
Инновации приносят свои плоды.
Визит на выставку TQ E-Bike продемонстрировал, что инновации не всегда означают стремление к самым высоким показателям производительности. Смело выделяясь на технологическом уровне благодаря технологии «шип-кольцо» и программному измерению мощности, TQ заняла нишу, которая с тех пор стала одним из важнейших трендов в велосипедной индустрии. Высокий уровень локального производства и непрерывное, эволюционное развитие двигателей в одном и том же форм-факторе делают систему чрезвычайно привлекательной не только для производителей велосипедов, но и для технически подкованных и спортивных велосипедистов.