Alles moet rond draaien - Deel 2

Door Infant op maandag 13 april 2015 17:20 - Reacties (16)
CategorieŽn: Gemod / Gefix, Sparta: Fiets verbouwen tot het stuk gaat., Views: 5.271

De titel suggereerde het al een beetje: dit is een vervolg op het vorige deel:Alles moet rond draaien.

Sinds de laatste blogpost, heb ik een bovengemiddeld hoge (Lees: meer dan 0) hoeveelheid mailtjes en berichtjes gehad, van mensen die opgescheept zitten met eenzelfde wrak als waar ik mee begon, met vragen zoals: "Hoe?", "Wat?", "Waarom?" en "OMG Help!"

Het beeld wat ik had van de marktpenetratie van deze fietsen wat voorheen alleen maar gebaseerd op de 55+ er's die ik elke dag voorbij rijd, waarvan het denk ik niet overdreven is te stellen dat ~50% een elektrische fiets heeft. Dit beeld is nu wat bij gesteld.

Wat ik dagelijks zie rond rijden zijn namelijk overduidelijk alleen maar de werkende exemplaren...

Marktplaats bevat op het moment van schijven 25 pagina's aan nog rijdende Sparta Ion's. (Waarvan een grote kans dat de helft eigenlijk stiekem niet werkt.) Verder is er nog maar 1 pagina met defecte omdat ik als een woeste aap steeds alle reserve onderdelen er vanaf sloop.

Het begint me nu echter duidelijk te worden dat heel Nederland verzadigd is met fiets lijken. Ons land puilt er mee uit. Werkelijk elk dorp bevat Silos vol met Batavus en Sparta ION wrakken. Van 50% is het BMS (Battery Murdering System) ervan overtuigd dat hij permanent leeg is, van de andere 50% is de elektronica beschimmeld, de motor vastgeroest of een een klein ongedocumenteerd component van 1 cent is spontaan opgerookt.

Bizar.

Iedereen die mijn tot nu toe benaderd heeft, en met zo'n lijk opgescheept zit wil er kennelijk, net als ik, zo min mogelijk tot 0 Euro aan uitgeven. Vervolgens weekenden prutsen met als doel dat het dan weer rijd. Niemand wil dat op dezelfde manier. Het moet natuurlijk allemaal net iets anders. De overlap die ik uit alle emails tot nu toe heb kunnen vinden:

- Het moet trapondersteuning doen.

Deze mensen hebben duidelijk niet grondig genoeg het voorgaande oerwoud aan tekst gelezen, wat ik overigens niemand kwalijk neem. Ik weet zelf niet eens meer waar het over gaat. Maar een CLTR+F en "trapondersteuning" brengt me naar iets wat ik een tijdje terug kennelijk geschreven heb:
...bla bla bla ... hel en ellende....

Conclusie/bevindingen
- Trapondersteuning is suf.
Ik had op de hardware uit de vorige post wel ruimte over gelaten om de trapas sensor op aan te sluiten, maar had er verder niet echt naar gekeken. Misschien dat ik er ooit nog eens wat mee doe. Nou, bij deze.

Hoe zou het moeten werken?
Er moet kracht gemeten worden, trapkracht om precies te zijn. Dit kan je op meerdere manieren doen, en simpelweg omschrijven dat het op meerdere manieren kan, zoals ik nu dus doe, kun je met nog wat extra vaagheid in een patent gieten: http://www.google.com.ar/patents/US8302982

Top. Accel Group, waar Sparta onder valt, heeft nog een hele berg met patenten. Bijv. een patent op vouwfietsen? http://www.google.com/patents/US6688625)

In dit geval zit de sensor achter een blobje expoy wat om de as heen zit verstopt, en er komen drie draadjes uit. Geen enkel part nummer, of hint naar wat het precies is. De kans is redelijk groot dat het een of meerdere rekstrookjes zijn (strain gauge).

Een strain gauge, is in feite een weerstand, die van waarde veranderd naarmate je hem verbuigt, verdraait, verrekt of kapot maakt. Omdat de weerstands- waarde maar een heel klein beetje veranderd, is het gebruikelijk er 4 te pakken.

Uit het eerste beste artikeltje wat ik kon vinden, heb ik ter illustratie het volgende plaatje gejat:

Lekker rekke.


De 4 strain gauges, zijn in dit plaatje 4 weerstanden. De configuratie waar ze in staan wordt vaker gebruikt voor allerlij toepassingen en heet een Wheatstone Bridge.

Het voordeel in deze opstelling, is dat de kracht twee strookjes laat uitrekken, en twee inkrimpt. (Andersom als je de kracht omdraait.) Dit heeft als effect dat het signaal wat we gaan meten, Vo, aan de linkerkant meer naar boven verschuift, en aan de rechter kant meer naar onder. En dat verschil is wat we hier gaan meten.

In dit geval is de kracht die we willen meten ietsje anders. Je wilt niet meten hoeveel de as doorbuigt. (Want als er dan een (doorsnee) Amerikaan op gaat zitten, klopt er gelijk niks meer van.). We willen meten, hoevel de as verdraait.

Dit klinkt vreemd. Waarom zou een as verdraaien, hij zit toch vast? Dit heb ik zelfs eerder gezegd:
- Je moet alles vast willen maken.
Ja. Maar zelfs als het vast zit, verdraait hij een klein beetje als je er kracht op zet. Een miniscuul beetje, en dat kun je dus meten.

Het eerder genoemde blobje epoxy had dus drie aansluitingen. De weerstand van de drie meet-permutaties zijn 350, 350 en 700 Ohm. (Het zijn dus waarschijnlijk 2, i.p.v. 4 rekstrookjes.)

Mijn gedachte was dat als je trapt, die waardes naar bijv. 340 en 360 Ohm veranderen. Als je een vaste spanning op de serie zet, en het midden uit meet, meet je verandering. En moment dat je verandering meet kun je dat als signaal gebruiken om als een idioot weg rijden. Simpel.

Dit moet getest worden. Ik gaf in de conclusie in een van de vorige posts aan dat de huidige test methode sub-optimaal was. Daar moest voordat ik hier mee verder ging, eerst verandering in komen:

De permanente testopstelling.
Dit maakt het leven zoveel makkelijker
Draaiende buck-boost-sepic converter.

Het zijn twee motoren, met een band er tussen gespannen. De linker mist al zijn ingewanden. Zodat er direct iets aan de windingen gehangen kan worden. De rechter zit de vervangende print in, met de originele 6-fase brug.

Ik vind, naast dat dit de meest praktische testopstelling is die ik tot nu toe gemaakt heb, het ook lollig als vensterbank ornament.
Als je je verveelt, kun je het gewoon niet laten om er even aan te draaien...

Omdat ze aan elkaar vast zitten, kan de ene als motor werken, en de ander als generator. Ik kan er nu dingen doen zoals een lamp er aan hangen, of je kunt ze laten touwtje laten trekken door ze in tegengestelde richting te zetten.

Om het leven extra eenvoudig te maken, heb ik de helft van de as waar de draadjes uit komen uitgeboord, zodat er nog meer draadjes uit kunnen. Bij de linker zijn dat de hall sensoren, bij de rechter een programmeer kabel, en aansluiting voor het display.

In de testopstelling (links) zit de vervanging met alle test draadjes naar buiten gefriemeld, in de rijdende testopstelling (rechts) zit het wel netjes:
Test knots.GIR draait dus de hele dag rondjes.

Zo. We waren aan het meten.

Er kwam in eerste instantie een signaal uit, maar wat ik ook deed, het veranderde niet echt. Ik heb alle motoren als defect gekocht. Misschien zijn de sensoren wel defect? Dat kan natuurlijk.

Ik ben toen eerst maar wat gaan lezen. Met behulp van het eerste beste artikeltje, met alternatieve spelling voor gauge.
...A typical strain-gage based load cell
bridge will have (typically) a 350W impedance.
Kennelijk is die van mij dus vrij typisch dan.

Een beetje lezen leert dat naar alle waarschijnlijkheid de volle kracht meting een signaal in de orde van 10mV op levert. Dat is in hun voorbeeld met 10V voeding. In ons geval is dat minder dan 1 Volt. Om een beetje kracht uit te oefenen kan ik moeilijk op de as gaan staan terwijl ik op mijn toetsenbord bezig ben, dus er zal bij mij nog wel minder dan 1mV uit gaan komen.

Er zit ook een mooi schemaatje bij, met allemaal rammend dure onderdelen, waar ik niet echt zin in had. Het is ook niet echt nodig. Ik hoef geen absolute nauwkeurigheid, als het signaal stabiel is en een zinnige verandering geeft als ik trap, kan het met een beetje software voodoo prima gaan werken.

Om een differentiŽle meting te doen, heeft deze microcontroller intern een opamp. Die kan zonder verdere poespas exact voor dit doeleind gebruikt kan worden.

D.m.v. een extra weerstandsdeling kan deze ook in een Wheatstone schakeling uitgelezen worden, het vereiste even wat ge-tweak:

Meet sliertje er bij.Bodge wire.

Er komt nu na voldoende versterking wel een signaal uit.

In de firmware gaat het signaal effectief door een compressor heen. Dit levert het uiteindelijke trapsignaal op.
Het signaal moet boven een bepaalde grenswaarde komen voordat het doorgelaten wordt. Deze grens is via het display in te stellen. Vervolgens kan dat nog een keer versterkt worden, zodat je kan instellen of je veel of weinig kracht moeten zetten.

De piek van dit signaal wordt een tijdje vast gehouden (omdat de kracht die je zet op de trappers pulserend gebeurt) alvorens het terug mag lopen.

Ik kan nu rustig tegen de as duwen, en dan begint hij te draaien: youtube

Github
Omdat er een aantal mensen deze test printjes gaan ontvangen, en omdat het eigenlijk altijd al zo had moeten zijn, heb ik de hele handel op github gezet.

Alle Eagle files, de BOM lijst, de firmware source code, de bootloader en bijbehorende software staat in dit project, en was ik van plan daar bij te houden. Er is zelfs documentatie en een handleiding, met als doel dat als je ook zo'n ding wilt hebben om een wrak mee tot leven te wekken, dat dan relatief eenvoudig zou moeten kunnen.

Alles is vrij gegeven onder GPLv3 licentie. Dit is een prachtige licentie die zeer kort samengevat inhoud: Doe ermee wat je wilt.

Het testen gaat nu vrij praktisch. Ik heb een bootloader geschreven zodat je nu kan nu een kabel tussen de motor en display kan prikken, waarover een programma dan nieuwe firmware de motor in kan schieten. Zo hoef ik niks meer uit elkaar te halen. Ideaal.

Dus, als jij nu bijv. zoiets hebt van: "Ooh, dit wil ik ook. Maar ik wil een grote wijzer op de motor plakken, en er een klok van bouwen." Dan kan dat. Voor vragen mag je me altijd mailen.

Door alles in te bouwen in de motor, is ook de hoeveelheid duc(t)tape tot een minimum gereduceerd:
Je kunt niet zonder mobiele test opstelling.

Ik blijf er lekker rondjes mee rijden, en testen. Op de todo lijst staat nog:
  • Verlichting, rem en gas inputs hieraan koppelen.
Verlichting zat oorspronkelijk op de accu aangesloten, die maakte 6 volt zodat er een standaard fiets lamp op kan.
  • Iets maken wat de lader uit gooit voordat de accu zichzelf in de brand zet.
Dat deed oorspronkelijk de accu ook. De originele lader maakt idioot veel herrie, ik denk dat er iets moet komen zodat er een laptop adapter gebruikt kan worden. Op het moment moet ik hem zelf uit doen als hij warm begint te worden.

Verder begint het op te vallen, dat sommige honden intens graag in de motor willen bijten als ik voorbij rijd... Is er wellicht een expert die mij kan vertellen welke frequentie honden irritant vinden?