Collectie‎ > ‎

eWAW hybride

eWAW: een bio-elektrische hybride.



Fiets of sport-wagen?

Stroomlijnfietsen halen recordsnelheden van 144 km/u, puur op spierkracht. De praktische afgeleide daarvan is de velomobiel: een comfortabele, snelle fiets met een veel grotere actieradius dan de tweewieler. Zo’n BEN-voertuig (Bijna-Energie-Neutraal) levert 80% van de functionaliteit van de fossiele of elektrische auto tegen 20% van de kostprijs en 2% van het energieverbruik. (artikel energie-afficiëntie).  Dankzij doorgedreven aerodynamische en energetische efficiëntie kan sport dat vermogen leveren.


Fietser.be verdeelt een selectie van de belangrijkste praktische velomobielen: de ultrasnelle Milan, de handige Orca, de all-rounder Quattrovelo… Specifiek voor de professionele fietsforens met gemengd verkeer en gevarieerd parkoers werd de WAW ontwikkeld: een velomobiel met een uitstekende weersbescherming om in alle seizoenen warm, droog en snel te pendelen, die fluks klimt en plakt op de weg in snelle afdalingen, en met zijn carbon veiligheidskooi en kevlar kreukelzones veilig mee kan in het gemotoriseerde verkeer.



Bio-hybride.

De energiebron van de velomobiel is in principe biologisch. De rijder is zelf de motor die zonne-energie via voedsel omzet in beweging. Die energieconversieketen is veel korter en milieuvriendelijker dan de conversieketen van elektrische en fossiele wagens. Fitness is bovendien een gegeerd goed dus is die energiebron eerder opbrengst dan kost.

De term bio-hybride is kort voor wat technisch correct een ‘biologisch-elektrische parallelle hybride’ kan genoemd worden. Een lichte elektrische motor neemt gedeeltelijk de piekinspanningen over waardoor de hartslag laag blijft, de koeling verbetert, de integratie in het verkeer veiliger verloopt en de gemiddelde snelheid aanzienlijk stijgt.

De velomobiel is op spierkracht al net zo snel als een ‘Speed-Pedelec’ - zij het veiliger, droger en warmer. Bij de bio-hybride velomobiel dient de motor dus niet om sneller te rijden maar om met minder belasting op spieren en gewrichten op snelheid te komen. Ondersteuning is vooral weldadig bij acceleratie, klimmen, navigatie en stedelijk verkeer.  

De biomotor kan ondertussen rustig opwarmen, gestaag aeroob presteren, en doorrijden zolang er vetverbranding is. De elektromotor optimaliseert de uithouding en de prestaties van de biomotor, en bijgevolg de actieradius en deur-tot-deur reistijd. Tegelijk werkt de motor slechts intermittent: een batterij weegt slechts 2 à 4 kg. Zelfs met een lege batterij fiets je bijna net zo vlot door.

Zo koppelen we sport los van mobiliteit zodat dagelijkse woon-werk trajecten van 50 km enkel geen uitzondering zijn. Met enig beleid zijn dagafstanden tot 300 km gerapporteerd. Psychologisch is het een voordeel dat je in een hybride velomobiel ook op mindere dagen met goesting begint te fietsen. Na enkele kilometers ben je wam, wakker en welgezind, en gaat het fietsen vanzelf.


In principe kunnen de meeste velomobielen uitgerust worden met een acceleratiehulp. Het is een feit dat hybride velomobielen sneller rijden,meer kilometers afleggen en meestal professioneel - dus in alle weg- en weersomstandigheiden - worden gebruikt. In de praktijk zijn de meeste biohybride velomobielen dan ook gebaseerd op de WAW, omwille van de veiligheidsvoorzieningen en de koepel. Op stedelijke schaal (<30 km) is de compacte Orca een prachtig voertuig. De Quattrovelo met Rohloff en koepel is recent ook een uitstekende basis geworden, zowel voor reizen als pendelen geschikt.




Hieronder gaan we wat dieper in op enkele begrippen.

Energie-efficiëntie.

Het energieverbruik van een voertuig is in essentie een functie van slechts drie ontwerpprincipes:
  • Reductie van de weerstand
    • luchtweerstand: vorm, vormfactor, oppervlakte, naden.
    • rolweerstand: enkel functie van het gewicht en de rolweerstandscoëfficiënt van de banden, niet van het aantal wielen.
  • Reductie van de massa (gewicht)
    • acceleratie in het verkeer: rotational mass is van belang, bv. gewicht van de banden.
    • acceleratie bij het klimmen
  • Efficiëntie van de energieconversie
    • verkorten en optimaliseren van de energieconversieketen
    • efficiëntie van de energieconverter (motor)
    • efficiëntie van de aandrijflijn: stijve transmissietunnel, zo weinig mogelijk verliezen in de vering.

De voertuigen van Fietser.be optimaliseren en integreren de bovenstaande parameters zo goed mogelijk. Voor een straatwaardige machine zijn natuurlijk nog andere factoren van belang: stabiliteit en behendigheid in het verkeer, veiligheid, sex-appeal, prijs.... Over de lage luchtweerstand en lage massa hadden we het al uitgebreid in andere artikels over de WAW, laten we hier even focussen op de efficiëntie van de energieconversieketen. 

Energieconversieketen.

Alle energie komt in den beginne van de zon. Zonne-energie wordt door fotosynthese omgezet in organisch materiaal, dat via druk en tijd wordt omgezet in aardolie of steenkool, die dan weer ontgind en geraffineerd worden tot brandstof. Fossiele brandstof wordt door een verbrandingsmotor geconverteerd tot arbeid, die dan weer via een aandrijvingssysteem een voertuig in beweging zet.

Het kan nog ingewikkelder door die arbeid via een turbine om te zetten in elektriciteit, deze om te zetten in chemische energie (batterij), en deze via een motor weer om te zetten in arbeid om een elektrische auto in beweging te krijgen. Globaal is ongeveer 80% van de nu verbruikte brandstof van fossiele oorsprong. In Vlaanderen is 8.32% van de elektriciteitsproductie groen (inclusief biomassa! Vreg, energiemixrapport 2016), het grootste aandeel is uiteraard nucleair.

In het geval van een mensaangedreven voertuig als de WAW is de energieconverter de mens zelf. Hierbij wordt zonne-energie via organisch materiaal door de mens in arbeid omgezet. Deze energieconversieketen is veel korter en efficiënter dan de fossiele keten, laat staan de fossiel-elektrische weg. Fossiele energieconversie is enkel mogelijk dankzij roofbouw op gedurende miljoenen jaren opgebouwde zonne-energie. Bio-aandrijving is zuinig genoeg om gestaag hernieuwd te worden. De fossiele (Otto-) en biomotor hebben een vergelijkbare efficiëntie in het omzetten van brandstof (ongeveer 25% wordt omgezet in arbeid, de rest in warmte) maar de overige elementen in de conversieketen van zonne-energie tot arbeid worden dus sterk gereduceerd.

Om die arbeid om te zetten in mobiliteit zijn ook weer meer en minder efficiënte manieren. De fietsaandrijving met ketting zoals die gedurende de laatste anderhalve eeuw werd ontwikkeld, is de meest rendabele conversiemethode. Naast aerodynamica en lichtgewicht is ook de efficiënte aandrijving een essentieel aspect van de WAW. 

Energieverbruik in kJ/km

Iedereen atleet.

Sinds de opkomst van de composiet velomobielen in de laatste decennia is bewezen hoe effectief de mens wel is in het creëren van beweging. 144 km/u is niet voor iedereen weggelegd, en zeker niet in een straatwaardige fiets. Wel kan elke gezonde mens urenlang 100 of 150 Watt vermogen leveren. Met een praktische fiets als de WAW of Quattrovelo hou je daar een kruissnelheid van 35 à 40 km/u mee vast. Een geoefend fietser haalt 200 à 250 Watt gedurende een redelijke tijd, een kruissnelheid van 40 à 45 km/u is dan ook het richtgetal voor de meeste Fietsers. Een CarbonWAW is nog 10% sneller, een MilanSL zelfs 30%. Dat is genoeg om de auto te vervangen, overdag op vele plaatsen zelfs te overtreffen.

Met piek-inspanningen kan een menselijk lichaam minder goed om dan duurinspanning. In deze grafiek zien we hoe het uithoudingsvermogen in vrije val gaat als de vermogensvraag stijgt:
 (definitive article by John Tetz)

image008.jpg
In de voorbeeldcijfers van een inspanningstest hieronder zien we hoe pakweg 150 W voor een gewone fietser lang haalbaar blijft, en hoe snel hij of zij in het rood gaat bij het leveren van een extra 100 W, bv. bij een acceleratie.

  fietser   getraind prof
 maximaal vermogen
 276 W
 340 W
 455 W
 verzuringspunt 215 W
 280 W
 400 W

Het toevoegen van een tweehonderdtal Watt vermogen bij piekbelastingen, transformeert een gemiddelde rijder tot een topatleet.

Het is in de praktijk nauwelijks nodig om de kruissnelheid van een WAW op te voeren: een kruissnelheid van 30-40 km uur kan met weinig inspanning aangehouden worden, dit is in dezelfde grootte-orde als de gemiddelde deur-tot-deur snelheid op de middellange afstand van een auto (link). Door een elektrische assistentie bij de acceleratie of bij het klimmen, kan echter de gemiddelde snelheid opgevoerd worden door een snellere acceleratie tot een optimale kruissnelheid. Bovendien blijft de biomotor op optimaal toerental, met andere woorden een gezonde en veilige hartslag, waardoor de actieradius van de rijder in principe oneindig wordt.

Een boost voor je benen.

Wat we nodig hebben is dus een hulpaandrijving die helpt als het nodig is en de rest van de tijd niet hindert. Dat klinkt eenvoudiger dan het is. De traditionele direct drive naafmotoren waar de eerste elektrische fietsen hun ietwat oubollig imago aan danken, zijn minder geschikt voor hoge snelheidsfietsen vanwege het inductie-effect. Voor een ultralichte machine als de WAW is ook het hoge gewicht van een degelijke naafmotor zonde (7-9 kg plus grotere batterij).



064.JPG

Op de foto de originele Fietser.be hybride aandrijving met freewheel op de motor en sperlager op de crank.

Fietser.be ontwikkelde in samenwerking met de producenten de perfecte velomobielmotor. De originele Cardiodrive werd vervangen door een compacte alles-in-één unit van minder dan 3 kg. Door de aandrijving op het tandblad vooraan is het systeem bijzonder performant over een wijd snelheidsbereik. Bovendien is het systeem zo energiezuinig dat de actieradius die van de meeste elektrische automobielen overtreft. Omdat de versnellingen ook voor de elektromotor kunnen gebruikt worden, draait de kleine motor optimaal efficiënt, zowel op een steile helling als tijdens het accelereren naar kruissnelheid. Eens op kruissnelheid zorgt een vrijloopsysteem er voor dat de motor niet afremt. Onze klanten melden een toename van de kruissnelheid met gemiddeld 5 km/u.

Met dit systeem maken we geen flauwe elektrische auto maar een echte bio-elektrische hybride, waarbij de elektrische hulpmotor dient om de prestaties van de biomotor te verbeteren. Omdat er slechts af en toe zoveel vermogen nodig is - bij het optrekken, klimmen en niet te vergeten het invoegen in het verkeer - is er maar een kleine batterij nodig. Heel het hybride systeem weegt nauwelijks 5 à 7 kg, minder dan half zo veel als een klassieke naafmotor. Op die manier verbeteren we de fietservaring zonder in de vicieuze cirkel te geraken van steeds méér vermogen en dus gewicht. Versnellen en klimmen is niet meer zo belastend, dus blijft de energie van de rijder grotendeels bewaard voor de lange constante matige inspanning waar het menselijke lichaam goed presteert. Zowel het elektrische als biologische aandrijfsysteem wordt volgens zijn sterkste kwaliteiten gebruikt.

Het hybride systeem van Fietser voel je enkel als je het wil gebruiken en dat komt het fietsplezier ten goede.

Aandrijfsystemen.

Na de eerste e-assist uit eigen huis kwamen motoren op de markt uit de tweewielerbranche. Deze waren eenvoudiger te monteren, beter programmeerbaar en stiller. Na een zevental jaar ervaring en ontwikkeling splitste het aanbod van e-velomobielen zich in twee versies: de Commute en de Tour. Ik heb het hieronder overwegend over de WAW maar het meeste is ook van toepassing op de Quattrovelo met Rohloff. De Orca heeft een eigen aandrijfsysteem dat tussen de twee in ligt. De velomobielen DF, Quest, Strada hebben om technische redenen oplosssingen op maat nodig, die me nu te ver zouden leiden.

eWAW Commute:

De meest succesvolle hybride velomobiel is de eWAW Commute. Geschikt voor de professionele fietsforens, die grote afstanden pendelt (50-120 km/dag) of veel wisselende trajecten aflegt, bijvoorbeeld huisbezoeken. Natuurlijk is deze eWAW commute uitgerust met de onnavolgbare koepel en kevlar schokbrekers. Lekbestendige banden en de  eventuele luchtvering trekken de bedrijfszekerheid op en de snelheid omlaag.

De velomobielmotor hierin is een door ons op punt gestelde versie van de Bafang BBS01. De functionaliteit van een velomobielmotor is zeer verschillend van een motor voor een ongestroomlijnde tweewieler. Het vermogen bij vertrek moet veel hoger zijn, het vermogen op snelheid mag veel lager. De mogelijkheid om te programmeren is alles, modulariteit vinden we ook belangrijk; daarom kiezen we niet voor de gesloten systemen van bv. Bosch of Brose. De Bafang heeft een hoog en constant koppel, is redelijk efficiënt en betrouwbaar. De prettigste eigenschap is dat ie zo goed als geruisloos is!

eWAWs zijn snel op kruissnelheid dankzij de motor. Voor een derailleurversnelling is dat slecht nieuws: de kleinste tandwieltjes van de cassette worden het meest gebruikt en slijten snel. eWAWistas leggen veel kilometers af dus zouden cassette en ketting te vaak moeten ververst worden (7 à 10.000 km, t.o.v. 15-20.000 km human powered). We kiezen dan ook meestal voor de legendarische Rohloff, een onverwoestbare naafversnelling met 14 versnellingen en een alomvattend bereik van 550%. Achteraan wordt een 17 tands stalen krans gelegd zodat het contactoppervlak vrij groot wordt en de slijtage acceptabel is. Vooraan ontwikkelden we een tandblad met 60 tanden, hol rond de motor om de kettinglijn recht te trekken, en met flenzen als kettingvanger.

Als batterijen kiezen we voor professionele fietsers duurzame lithium-ijzerfosfaat batterijen (LiFePO4). Deze hebben zowel een hoge ontlaadcapaciteit voor maximaal vermogen, als een een grote energiecapaciteit: 500 echte Watt-uur. Een prettig voordeel t.o.v. de in de handel verkrijgbare fietsbatterijen is dat ze dubbel zo lang meegaan (2000 volle laadbeurten, ondertussen 7 jaar and counting) en een kleinere voetafdruk hebben. Ze kunnen ook zeer snel bijgeladen worden dan fietsbatterijen. Met de optionele Cycle Satiator kan je de batterij zelfs in anderhalf uur volledig opladen. Beter dan de elektrische fiets of auto is 'radiusangst' geen zorg meer.

eWAW Tour:

Voor de bescheidener kilometervreter is slijtage een minder probleem en kan de toegevoegde kost en gewicht van een Rohloff, LiFePO4 batterij, lader,... een bezwaar zijn. In combinatie met een derailleurversnellingssysteem bouwen we een velomobielmotor in op basis van de Tongsheng TSDZ2, terug met de nodige aanpassingen voor gebruik in een velomobiel. De Tongsheng schiet lekker uit de startblokken maar is iets hoorbaarder dan de Bafang. De torsiesensor maakt schakelen gemakkelijk, het fietsen meer intuïtief en naturel. De Tongsheng met torsiesensor is bij uitstek geschikt voor gevarieerde trajecten met veel acceleratie en schakelwerk. In de stad is deze motor handiger dan de Bafang.

De input van de rijder is een vrij beweeglijke basislijn, de motor multipliceert dit wisselend vermogen met een factor volgens het assistentieniveau, de output is dus minder rustig den de Bafang, minder geschikt voor het lange-afstandswerk.

Het verbruik van de Tongsheng is nòg lager, de trajecten korter: hier kiezen we voor een conventionele en kleinere li-ion fietsbatterij.

De Tour is dus niet alleen goedkoper maar ook vinniger van karakter en lichter van gewicht dan de Commute. Meestal wordt dan ook voor een sportievere compositie gekozen: lichte banden, sportieve composietvering. Naast pendelen is deze configuratie natuurlijk bij uitstek geschikt voor duurtraining en randonneuren. Een typisch tour-scenario deze winter was bijvoorbeeld: 10 km opwarmen op motor, met de nodige lichten en hellingen de stad uitrijden, 20 km hybride langs erbarmelijke fietsostrade (veel stops), 20km zonder motor fietsen langs het jaagpad, familielunch, 5 km hybride opwarmen, 40 km langs jaagpaden zonder motor, uiteindelijk 15 km op motor cooldown en stadsverkeer. Totaal verbruik....190 Watt-uur! 

Andere:

Uiteraard worden ook deze basisconfiguraties op maat gemaakt en zijn persoonlijke voorkeuren mogelijk en verkrijgbaar: bijvoorbeeld een torsiesensor met een naafversnelling. Soms stellen we ook andere systemen samen, bijvoorbeeld voor zeer bergachtige gebieden, of voor mensen met een lichamelijke beperking.

De Orca combineert sowieso de duurzaamheid van de Rohloff versnellingsbak met het intuïtieve gebruiksgemak van een torsiesensor-gestuurde motor. Die keuze past perfect bij het karakter van de Orca


Opties en prijzen

We stellen meestal samen met de fietser een velomobiel samen, in functie van het traject, het karakter en de fysiek van de rijder, het budget,.... Op velomobielniveau is elke fiets een compositie op smaak van de rijder.

Sommige keuzes brengen andere mee of sluiten die uit. Zonder de opties kosten de beschikbare velomobielen ongeveer evenveel. Dat is ook geen wonder want de technologie is in grote lijnen vergelijkbaar. Het grote verschil zit in de keuze van opties. De Orca is bijvoorbeeld per definitie al uitgerust met een Rohloff versnellingssysteem. De WAW heeft verreweg de grootste keuze aan opties vanwege het modulaire ontwerp. Dat maakt het soms ook een beetje ingewikkeld.

De publiek toegankelijke WAW Configurator is altijd up to date. Wil je daarmee aan de slag, kan je eenvoudig in google docs een kopietje maken (Bestand > Kopie) en aanpassen. Om snel een concreet idee te krijgen volgen hier enkele voorbeelden van gebalanceerd samengestelde eWAWs.

De standaard WAW kost 5999,- € + BTW (2018).

Een WAW zou geen WAW zijn zonder de geniale cabriokap. Met de kettingbeschermer brengt deze WAW365 u zomer en winter sportief naar het werk 6700,- € + btw.

Met de eWAW geraakt u ook vlot uit de voeten in het stadsverkeer en in de heuvels, warmt u voorzichtig op en wordt uw dagelijkse actieradius vermenigvuldigd: 8150,- € +btw.

De eWAW Pro is de complete autovervanger voor de professionele fietser. Geen bestemming is te ver, geen fietspad te ruig voor ons meest verkochte model: 10045, € +btw. Met de luchtvering, de lekbestendige banden, positielichten, de Rohloff en de cabriokap is de eWAW Pro de perfecte gezonde en tijdsbesparende mobiliteitsoplossing voor mensen die zeer gevarieerde trajecten afleggen, bijvoorbeeld verplegers, consultants, vrije beroepen.

In overleg met de klant bouwen we ook tussenvormen zoals lichtgewicht carbon bodies met kevlar kreukelzones, en zijn er nog tal van opties zoals korte cranks, wegklapbare GPS-houders, slotjes voor de kap, of muziek aan boord.



eWAW Q & A.

Q: Kan de eWAW remenergie recupereren?

A: De massa van de eWAW en rijder is zo klein dat de kinetische energie die er in vervat zit te klein is om nuttig te zijn. Bovendien kan een batterij niet zo snel opladen. Remenergie recupereren zou dus neerkomen op enkele seconden opladen. De meeste eWAWs beschikken over een scheiding tussen de transmissie op spierkracht en de elektrische door middel van een freewheelsysteem, opdat er geen enkele weerstand zou optreden bij het fietsen. Remenergierecuperatie brengt te weinig op om deze troef te verliezen. Voor enkele Zwitserse en Franse klanten leverden we wel al eWAWs met een zware direct drive naafmotor, die beschikken wel over remenergierecuperatie. De voornaamste reden daarvoor is echter de mogelijkheid om te remmen op de motor zonder de eigenlijke remmen te overbelasten.

Q: Heb ik een nummerplaat nodig?

A: De categorie Speed Pedelec, AKA 'Bromfiets klasse P', is volgens de Belgische wetgeving expliciet beperkt tot tweewielers. Volgens de Europese wetgeving (EU2013/168) worden hybride velomobielen uitgezonderd van alle categorieën 'gemotoriseerde voertuigen', net als de 'pedelec'. Het is zinloos om conformiteitsattesten, homologatie, validatie, ... na te streven. Voor een rijwiel is geen nummerplaat nodig.

Hybride velomobielen en pedelecs kunnen natuurlijk desgewenst net als elk ander rijwiel verzekerd worden voor burgerlijke aansprakelijkheid (bv. via familiale), pechverhelping (VAB, Touring,...), eventueel rechtsbijstand.

Zie ook de artikels over de wetgeving.

Q: Rij je met de eWAW op het fietspad of op de weg?

A: Beide zijn wettelijk toegelaten. De eerste vuistregel is aan te sluiten bij de verkeersdeelnemers waarvan de snelheid het dichtst die van de WAW benadert - meestal is dat de weg. Bij traag verkeer kan je dan uitwijken naar het fietspad, maar dan moet je je snelheid ook aanpassen aan die van de fietsers. De wettelijke toelating om op de weg te rijden is een groot veiligheidsvoordeel. Met de eWAW lukt dat beter, dus is hij veiliger in de agglomeratie. Fietspaden zijn soms goedbedoeld maar ver geraak je er niet mee. Om beter mee te kunnen met het verkeer is het m.i. verstandiger om een elektrische acceleratie-assist te gebruiken dan om op het fietspad te rijden.

De tweede vuistregel is: In geval van twijfel: gebruik de weg. De meeste ongelukjes met velomobielen gebeuren op het fietspad (opritten, zijwegen, ...). Dankzij de goede bescherming van de rijder hebben ook incidenten met auto's zelden fysieke schade tot gevolg - in tegensteling tot fietsen, motoren of auto's. Aanrijdingen achteraan zijn een basale angst maar komen hoogst zelden voor.

Fietssuggestiestroken geven dikwijls precies de strook aan die te mijden valt ivm. openslaande portieren.Het gros van de fietspaden is NIET aangelegd ten behoeve van de fietsers, maar om de auto vlot te laten doorrijden.

Indien je staande gehouden wordt door een agent, ga niet in discussie want de agent zelf kan geen boete geven, enkel noteren. Leg het kort en rustig uit, laat je gegevens noteren, als het tot bij de politierechter geraakt zal die de wet toepassen en voor zover wij weten wordt daar nooit iets meer van gehoord.

De ideale biotoop voor de velomobiel is natuurlijk het jaagpad of de fietsostrade.




C Brecht Vandeputte arch 2018
Subpagina''s (1): EWAW ecoscore.
Comments