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Rutscherle 2 - Ein selbstbanancierender Elektroroller

Rutscherle2.jpg

Beim Rutscherle 2 handelt es sich um einen selbstbalancierenden Elektroroller mit großer Ähnlichkeit zum bekannten Segway. Es war und ist beabsichtigt, besser zu sein als das Original. Auch wenn das bisher noch nicht ganz gelungen ist. Dies ist kein kommerzielles Projekt und soll es auch nicht werden. Noch eine Warnung: Das ist kein ungefährliches Projekt. Schon kleine Programmierfehler können sehr schmerzhafte folgen haben.

Und so fährts: Rutscherle2 auf Youtube

Technische Daten

Antrieb

2 BLDC Felgenmotoren. Vom Hersteller in China direkt importiert. Mittlerweile gibt es auch in Europa vergleichbare Motoren zu kaufen. Die stammen zwar auch aus China, müssen jedoch nicht selbst importiert werden. Die Motoren sind im lieferzustand nicht direkt verwendbar. Die Senorik muss um 3 weitere Hallsensoren erweitert werden. Die bisherige Höchstgeschwindigkeit beträgt 27km/h.

Akkus

4 Akkus mit 12V/18AH von denen 3 in Reihe geschaltet sind für die Motoren, einer allein für die Steuerung und eine zukünftige Beleuchtung. Geladen werden die Akkus an einem handelsüblichen Kfz-Ladegerät. Die Reichweite beträgt auf jeden Fall mehr als 20km.

Elektronik

2 Motorregler mit Atmega 168/10Mhz sowie eine Hauptsteuerung mit einem Atmega 644/20Mhz. Zusätzlich noch ein Display von Display3000 als Tacho und Datenlogger. Beschleunigungssensor: ADXL335, Gyros: LISY300AL (ArduIMU Sensor Board - Six Degrees of Freedom)

Software

Die Software ist in Bascom geschrieben. Zeitkritische Teile in Assembler.

Mechanik

Der Mechanische Aufbau besteht nahezu komplett aus Aluminium. Dabei wurde darauf geachtet, dass alles mit einfachen Werkzeugen herstellbar ist. (Eine Ständerbohrmaschine sollte man schon haben.) Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass so wenige Teile wie möglich hinter den Rädern hervorstehen. Dies verhindert Kratzer bei den ersten Fahrversuchen.

Funktion

Die Funktion ist im groben recht banal. Im Prinzip macht das teil das gleiche wie jeder Mensch beim gehen. Kommt ein Mensch nach vorn aus dem Gleichgewicht macht er einen Schritt nach vorn. Entsprechend nach hinten. Hier wird das gleiche elektronisch nachbildet. Bewegt sich die Platform nach vorn wird nach vorn beschleunigt. Die genaue technische Umsetzung wird dann doch etwas aufwändiger. Die Regelung selbst erledigt ein PID-Regler. Danach kommen jedoch noch einige zusätzliche Faktoren die z.B. die Motorkennlinie ausgleichen sowie ungewollte Richtungsänderungen bei unebenen Oberflächen reduzieren. Ähnlich aufwendig wird es bei den Motorreglern. Eine reine Blockkommutierung wie bei solchen Motoren üblich ist nur auf glatten untergründen Brauchbar. Darum müssen die Motoren um zusätzliche Hallsensoren erweitert und mit Drehstrom oder genauer Drehspannung angesteuert werden.

Elektronik

Motorregler

Rutscherle2 4.JPG

Der Motorregler regelt natürlich den Motor. Zusätzlich misst und übermittelt der Motorregler auch Spannung, Strom und Fahrstrecke. Die Temperatur des Kühlkörpers wird ebenfalls gemessen und wenn nötig ein Lüfter zugeschaltet. Die Regelung des Motors ist keine Blockkomutierung. Diese hat sich als untauglich gezeigt. Tatsächlich wird auf den 3 Leitungen eine vereinfachte Sinusspannung ausgegeben. Das reduziert die Drehmomentwelligkeit und das Rückspeisen der Energie beim Bremsen ist deutlich besser. Ob und wieweit sich dadurch der Motorwirkungsgrad ändert wurde bisher nicht gemessen. Die ganze Einheit wird vom PC aus über die Serielle Schnittstelle (5V) parametriert und kalibriert.

Der Motorregler ist auf zwei Platinen aufgebaut. Der Grund dafür ist die einfachere Herstellung der Platinen mit der Bügeleisenmethode sowie die räumliche Trennung der hohen Ströme vom Controller. Ob dies wegen der Störsicherheit wirklich notwendig ist wurde aus Kostengründen nie getestet. An der Stelle ist aber eine unnötige Sicherheit besser als eine vergessene. Die Verbindung zwischen den beiden Platinen bildet ein 16-Adriges Flachkabel. Programmierstecker und der Serielle Bus werden seitlich am Controllerboard gesteckt. Die Verbindung zu den Hallsensoren wird über ein 6-Adriges Flachkabel hergestellt. Zusätzlich zu den beiden Platinen gehört zum Motorregler auch die im Motor verbaute Sensorplatine. Auf dieser werden die Signale der drei zusätzlichen Hallsensoren zu einem Signal zusammengefasst. Nach einem Ausfall wurde auch noch eine Zusatzplatine mit den Snubbern und den Supressordioden nachgerüstet. Ohne diese ist eine Halbbrücke nach ca. 125km Fahrt ausgefallen.

Controllerboard:

Rutscherle2 1.gif

Hochstromteil:

Rutscherle2 2.GIF

Snubber:

Rutscherle2 3.gif

Hauptsteuerung

Sensoradapter

Tacho

Akkuladestecker

Software

Mechanik

Motorumbau