3T ontwikkelt elektronica voor de Sparta ION fiets

Fietsen met de wind in de rug

Door een samenwerking tussen verschillende gespecialiseerde bedrijven is het Sparta, onderdeel van de ACCELL-groep, gelukt om een nieuwe generatie elektrische fietsen te ontwikkelen. Een unieke ontwikkeling waarbij de gebruiker steeds centraal gestaan heeft. Een elektrische fiets die er uitziet en fietst als een gewone fiets. De onzichtbare techniek geeft de fietser het gevoel continu de wind in de rug te hebben. Dit artikel geeft een indruk van de ontwikkeling en de technische achtergronden van deze elektrische fiets.

Een succesvol imago

Ondanks dat Sparta al veel elektrische fietsen verkoopt, breekt het product nog niet breed door bij alle doelgroepen. Dat is jammer, want het is een enorm comfortabele manier van transpiratieloos fietsen, die vooral voor woon-werk verkeer de auto in veel gevallen moet kunnen vervangen. Maar om de elektrische fiets voor deze en andere doelgroepen echt binnen bereik te brengen, moest er aan het huidige ontwerp fors gesleuteld worden.

Fietsenfabrikant Sparta nam deze uitdaging aan en wilde een geheel nieuwe generatie elektrische fietsen op de markt brengen, die geaccepteerd en gebruikt zal worden door een breed en jonger publiek. De nieuw te ontwikkelen fiets moest er uitzien als een moderne fiets en de functies hebben van een elektrische fiets. Marketingtechnisch gezien is de vraag voor de nieuwe fiets logisch en helder, maar hoe ontwikkel je die nu?

ION, de nieuwe generatie elektrische fiets

De nieuwe elektrische fiets moest lichter, stiller en de elektrische onderdelen moesten minder zichtbaar worden. Het resultaat: een elektrische fiets die 5 kg lichter is, geruisloos en er uitziet als een normale, sportieve fiets.

Sparta heeft een jarenlange kennis en ervaring op het gebied van het ontwikkelen, produceren en verkopen van (elektrische) fietsen. Het liefst zou Sparta de fiets willen opbouwen uit standaard onderdelen. Echter, de gewenste componenten zijn niet op de markt verkrijgbaar, dus moesten deze specifiek voor de elektrische fiets, de ION, ontwikkeld worden.

Om de elektrische componenten minder zichtbaar te maken was het noodzakelijk deze componenten in de fiets te integreren. Het ION basisconcept ontstond door de accu onzichtbaar in het frame van de fiets te bouwen en de motor in de naaf van de achteras te monteren. Dit leverde een elegant basisontwerp op, waarbij de belangrijkste elektrische componenten onzichtbaar zijn weggewerkt. Verder is er voor gekozen om de ION te bedienen met behulp van een bedieningsunit (een soort fietscomputer).

sparta ion fietsDe nieuwe generatie elektrische fiets

Samengevat zijn de volgende technische vernieuwingen aangebracht:

  • in de motor geïntegreerde elektronica;
  • serieel communicatienetwerk;
  • geavanceerd accumanagementsysteem;
  • geavanceerde bedieningsunit op het stuur met een LCD display;
  • goede bescherming tegen diefstal; als de bedieningsunit wordt afgenomen kan het elektrische systeem niet werken;
  • grote actieradius met motorondersteuning door een hoger rendement;
  • de motor wordt automatisch dynamo als de accu leeg is, zodat de verlichting ook werkt bij een lege accu.

Het ontwikkelteam

Sparta heeft ervoor gekozen om de ION met een netwerk van gespecialiseerde ontwikkelbedrijven te ontwikkelen. De selectie van de juiste partner is van cruciaal belang. Daarbij is vooral gelet op de reeds aanwezige technologische kennis en de mogelijkheid om de producten goedkoop te kunnen produceren.

Voor het ontwikkelen van de benodigde elektronische componenten heeft Sparta ervoor gekozen om de gehele elektronica inclusief behuizing en software te laten ontwikkelen door 3T BV uit Enschede. 3T BV is gespecialiseerd in de ontwikkeling en toelevering van elektronica en embedded software.

In een vroeg stadium is gekozen voor samenwerking met een leverancier uit China die reeds fietsmotoren produceert en die in staat is om de motor aan te passen aan de specifieke ION eisen. De motor moest intelligenter worden en er is een netwerkverbinding toegevoegd om de motor te laten communiceren met de overige systeemdelen. Daarnaast is er een gepatenteerde krachtsensor in de motor geïntegreerd.

Voor het ontwikkelen van de behuizing en mechanica werkte 3T BV samen met gespecialiseerde bedrijven als Demcon en Indes.

Bijzondere onderdelen van de ION

De elektronische besturing

De verschillende onderdelen van de fiets moeten onderling informatie uitwisselen om goed te kunnen samenwerken. De hoofdbesturing meet continu de kracht die de fietser uitoefent op de pedalen door middel van een krachtsensor die op de as in de motor gemonteerd is. Afhankelijk van de gebruikersinstellingen berekent de besturing de gewenste motorondersteuning en geeft deze informatie door aan de motor, waardoor de fietser minder zwaar hoeft te trappen. Wanneer de snelheid van de fiets boven de wettelijk toegestane snelheid komt, wordt de ondersteuning van de motor uitgeschakeld.
Om de bedrading eenvoudig te houden is de fiets uitgerust met een serieel communicatienetwerk, de ‘Bow-Bus’. Via deze bus wordt de voeding van alle modules verzorgd en vindt de communicatie tussen de verschillende onderdelen plaats.

Motor

De motor is onopvallend gemonteerd in de naaf van het achterwiel. De motor wordt door een 24 Volt NiMH-accu gevoed. In de motor zit elektronica die de spoelen van de direct drive motor aanstuurt.

Voor een goed fietsgedrag is het belangrijk dat de motor geruisloos en regelmatig loopt. De geleverde kracht van de motor moet continu zijn en nauwkeurig te regelen. Deze hoge eisen zijn alleen te realiseren door de elektronische besturing goed af te stemmen op de mechanische eigenschappen. In samenwerking met Demcon zijn mechanische metingen uitgevoerd, zodat de motor in overleg met de motorfabrikant geoptimaliseerd kon worden.

Dynamo

Ook als de accu leeg is moet de verlichting van de fiets kunnen branden zonder extra externe dynamo.

De hiervoor benodigde elektrische energie wordt opgewekt door de motor, die dan dienst doet als dynamo. De elektrische spanning die van de motor afkomt varieert, afhankelijk van het toerental, sterk. De spanning voor de verlichting wordt elektronisch omgezet naar de standaard voor fietslampjes toegepaste spanning van 6 Volt.

Bedieningsunit

De mate van ondersteuning van de motor kan met een bedieningsunit die op het stuur zit ingesteld worden. De bedieningsunit geeft weer hoe veel energie nog aanwezig is in de accu en geeft informatie over de snelheid en de afgelegde afstand. De informatie over de snelheid wordt in de motor gemeten.

De bedieningsunit wordt tevens gebruikt als een elektrisch slot door hem af te nemen als de fiets ergens gestald wordt. De elektrische ondersteuning van de ION werkt alleen als de bijbehorende control unit aanwezig is. Een soort startonderbreker dus.

sparta ion bedieningsunit
de bedieningsunit

De accu: ‘elektrische trapkracht’

Het is de wens van elke ‘elektrisch ondersteunde fietser’ om een zo groot mogelijke actieradius te hebben. De elektrische opslagcapaciteit van de accu bepaalt de actieradius. Daarnaast moet het mogelijk zijn om de accu onopvallend weg te werken in het frame en moet het gewicht van de fiets (en dus ook van de accu) zo laag mogelijk zijn.

sparta ion accu frame

de accu is onopvallend in het frame weg gewerkt

Serviceterminal

De ION moet eenvoudig te onderhouden zijn door de fietsenhandelaar die nog niet gewend is om met dergelijke elektrische producten om te gaan.

Met een serviceterminal is de dealer in staat de fiets op een eenvoudige wijze te onderhouden. Zo kan:

  • de fiets binnen enkele seconden worden doorgemeten (diagnose);
  • bij verlies van de bedieningsunit een nieuwe geïnstalleerd worden;
  • informatie over het gebruik en de levensloop van de accu worden opgeslagen.

sparta ion bedieningsunit
de service terminal is verbonden met de ION bus

Elektrische fiets met toekomst

Door de toepassing van de genoemde technieken is de ION een product met toekomst in dit fietsminnende land (en daarbuiten), speciaal gemaakt voor mensen die de ‘wind in de rug’ willen hebben.