Page hasn't been yet translated to selected language, here is original language version of the page.

Sähkömikroauto on mitoitettu n. 4-7 -vuotiaille lapsille. Auton moottorina on 12 V / 250 W sähkömoottori, jonka voimanlähteenä käytetään 12 V akkua. Nykyisillä välityksillä auton huippunopeus on n. 7 km/h. tavallisella auton akulla ajoaika on n. 3 tuntia.

Auton nopeudensäätö on toteutettu mikro-ohjaimen ohjaamalla pulssinleveysmodulaatiolla (PWM). Mikro-ohjaimeen liitetty A/D-muunnin mittaa kaasupolkimeen liitetyn liukupotentiometrin asentoa (jännitettä) ja muodostaa 16 portaisen PWM-signaalin, jolla ohjataan moottorin kanssa sarjaan kytkettyä eristehila-FETiä.

Kuvassa 1. on esitetty auton runko. Mallia on otettu karkeasti tavallisesta mikroauton rungosta. Kokoa on kuitenkin pienennetty hieman. Huom. turha kysellä piirustuksia, sillä sellaisia ei ole. Putkea (18 mm huonekaluputki) on hitsattu sitä mukaa, kun on ollut tarvetta.

Kuva 1. Auton runko

Kuvassa 2. näkyy rungon takaosa. Runkoon on kiinnitetty takalaakerit, taka-akseli ja taka-akseliin on kiinnitetty takaratas. Kuvassa näkyy myös moottorin kiinnityspukit ja akun pidike. Taka-akseli on vedettyä akselia, jonka halkaisija 20 mm. Taka-akseli on turhankin painava, se painaa melkein yhtä paljon kuin koko runko.

Kuva 2. Rungon takaosa, laakerit, taka-akseli ja takaratas

Kuvassa 3. on lähikuvana takalaakeri ja sen kiinnittyminen auton runkoon.

Kuva 3. Takalaakeri

Kuvassa 4. näkyy moottorin kiinnitys. Kiinnitys tarvitsee todennäköisesti lisätukea, koska se on jo hieman taipunut testiajoissa. Lisäksi ketjulle on ehdottomasti tehtävä kunnollinen ketjunsuoja.

Kuva 4. Moottorin kiinnitys

Kuvassa 5. näkyy auton etupää. Etupään pohjalla on ruostumaton pelti. Kuvassa näkyy myös ohjausmekanismi.

Kuva 5. Etupää ja ohjaus

Kuvassa 6. näkyy etupyörien kiinnitys. Ohjauksessa on myös pieni virhe. Kuvassa näkyvä valkoinen tanko pitää olla hieman sisäänpäin, koska ulko- ja sisäkurvin pyörien pitää kääntyä eri tavalla (sisäkurvin puolella enemmän). Projektissa olisi hyvä konsultoida myös autoalan asiantuntijoita!

Kuva 6. Etupyörien kiinnitys

Kaasupolkimeen on kiinnitetty liukupotentiometri vaijerin avulla (kuva 7.). Tämä kohta vaatii vielä parantamista. Olisikohan jokin magneettinen anturi (Hall-anturi) parempi vaihtoehto, jotta päästään tuosta hankalasta mekaniikasta eroon?

Kuva 7. Kaasupedaali ja liukupotentiometri

Projekti on ollut melko pitkä ja testikuljettajien usko on meinannut loppua matkan varrella (kuva 8.). Auton penkki on ostettu mikroautoja myyvästä liikkeestä suoraan. Penkki on pienintä vakiokokoa. Penkki kiinnittyy telineeseen, joka on säädettävissä eteen- ja taaksepäin. Pienet testikuljettajat ovat hyvin eri pituisia, joten säätö on hyvin tärkeä.

Kuva 8. Tuskallinen odotus

Kuvassa 9. näkyy auton mekaniikka lähes valmiina. Ratti on johonkin ruohonleikkuriin tai muuhun sellaiseen koneeseen tarkoitettu. Pyörät ovat myös hankittu rautakaupasta, ne ovat joitakin yleiskäyttöisiä "kärryn pyöriä".

Kuva 9. Pyörät ja ratti.

Kuvassa 10. näkyy myös auton tehonsäädin (keltainen kotelo). Takapyörissä olevat "pultit" ovat erilaiset. Toinen pitää vain takapyörän paikallaan ja toinen välittää vedon akselilta pyörälle. "Vetävässä" pultissa on hahlot, jotka kiinnittyvät pyörän vanteessa oleviin uriin.

Kuva 10. Yleiskuva sivulta

Kuva 11. näkyy akunteline ja akku. Akkuna on nyt tavallinen auton käynnistysakku, mutta parempi olisi käyttää sellaista akkua, joka pystyy antamaan jatkuvaa virtaa väh. 20 A verran (trukeissa ja invalidipyörissä käytetty akku). Sellainen akku vaan maksaa paljon enemmän.

Kuva 11. Akku

Auton nopeudensäätö on toteutettu mikro-ohjaimen ohjaamalla pulssinleveysmodulaatiolla (PWM). Kuvassa 12. näkyy auton tehonsäädin ja kuvassa 13 laitteen periaate. Paksut johtimet (punainen ja musta) tulevat akulta, oranssi ja musta menevät moottorille. Alhaalta oleva valkoinen johdin tulee kaasupolkimeen liitetyltä potentiometriltä.

Kahdella trimmerillä asetellaan kaasupolkimen nollapiste ja alue. Alla olevat LEDit näyttävät, milloin moottorille tulee max ja min teho. Tehonsäätimen (edellisen version) kytkennän periaate ja mikro-ohjaimen ohjelman periaate on esitetty kirjassa Mikrotietokonetekniikka (Jari Koskinen, Otava) sivulla 264-266.

Kuva 12. Tehonsäädin

Kuva 13. Tehonsäätimen periaate

Tehonsäätimen mikro-ohjaimena on käytetty Atmelin AT89C2051-mikro-ohjainta. A/D-muuntimena on Maximin MAX187. FETtinä on IRL2203N (logic level -tyyppinen), joka kestää teoriassa jopa 100 A virran. Tärkeintä FETissä on, kuitenkin se, että sen Rds(on) on mahdollisimman pieni. IRL2203N:n Rds(on) on alle 0,007 ohmia. Tällöin täydellä teholla FETissä syntyy alle 3 W tehohäviö. Kuvassa 12 näkyvällä pienellä jäähdytyslevyllä FET ei lämpene juuri ollenkaan.

Mikro-ohjainen ohjelma on melko yksinkertainen, sen pääohjelma ilman turhia yksityiskohtia on seuraavassa. Pääohjelman lisäksi ohjelmassa on funktio max187_read(), joka lukee A/D-muuntimen arvon (löytyy esim. Mikrotietokonetekniikka-kirjasta sivulta 258) sekä keskeytysohjelma, joka muodostaa PWM-signaalin (periaate löytyy myös em. kirjasta sivulta 265).

/****************************************************************************/
/* Pääohjelma                                                               */ 
/****************************************************************************/
void main(void)
{
  int pot;                          // A/D-muuntimelta luettava arvo 0...4095

  setbit(PWM_OUT)                   // varmuudeksi PWM-lähtö 0 %  
  tack = 1;
  pwm = 0;                          // PWM-lähtö 0 %

  init();                           // tee tarvittavat alustukset
  max187_init();                    // alusta A/D-muunnin

  while(1)
  {
    while(tack)                     // odotetaan uuden kierroksen alkua
      continue;                     // kierros alkaa kun tack = 0
                                    // kierros kestää n. 65 ms
    pot = max187_read();            // lue potikan arvo

    /* tässä välissä pot skaalataan sopivaksi */

    if (pot > pwm+1)                // sutimisen esto
      pot = pwm+1;                  // pwm voi kasvaa vain yhdellä per kierros

    pwm = (unsigned char)pot;       // sijoitetaan arvo (0...15)
  }
}

Huomaa ohjelmassa on myös hyvin yksinkertaistettu F1:ssä kielletty sutimisen esto. Koska aluksi auto ruopaisi aina kun lähdössä painettiin kaasu täysin pohjaan (kuten kokemattomat testikuljettajat aina tekivät), tehtiin pääohjelmaan kaksi ohjelmariviä lisää. Nämä sallivat PWM-signaalin kasvaa vain yhdellä, joka säätökierros. Tällöin minimistä (pwm = 0) maksimiin (pwm = 15) kiihdytys kestää 15 * 65 ms = 0,975 s ja auto kiihtyy lähes optimisti. J

Kuvassa 14 näkyy auto testiajossa. Koska auton nopeus on pieni ja moottori jarruttaa heti siinä olevan matopyörävälityksen takia, ei autossa tarvita lainkaan erillistä jarrua.

Kuva 14. Testikuljettajat Anna-Liisa (7v) ja Aleksi (5 v)

Seuraavaksi autoon lisätään hätä-seis -kytkin ja rele, joka katkaisee moottorille menevän jännitteen hätätapauksessa.

Kuvassa 15. on esitetty tulevaisuuden suunnitelmien lohkokaavio. Auto palvelee lapsia ylellisenä leluna, mutta myös lapsenmielisiä elektroniikkaharrastajia haastavana kehittely-ympäristönä. Kuvan 15 yksityiskohtia on jo osittain kokeiltu, mutta seuraavaksi ne pitäisi yhdistää kokonaisuudeksi.

Kuva 15. Sähköauton telemetrian suunnitelma.

GPS-moduulilla saadaan tieto auton sijainnista. Kerran sekunnissa saatava tieto riittää, koska auton nopeus on niin pieni. Tarkkuus ilman DGPSää on tosin heikohko. Digitaalinen lämpötila-anturi mittaa moottorin lämpötilaa. Hall-anturin avulla mitataan auton nopeus. Sillä se saadaan tarkemmin kuin GPSn antamana. Akun jännite on myös tärkeä tieto. Sen avulla voidaan ennustaa jäljellä oleva ajoaika (vastaa polttoaineen määrää).

Kaikki nämä ja mahdollisesti muut myöhemmin keksittävät tiedot lähetetään FM-radiolähetinmoduulin avulla varikolla sijaitsevaan kannettavalle PC-mikrolle. Windows-ohjelmointi Visual Basicilla tuli opeteltua välttävästi, joten käyttöliittymäohjelma syntynee joskus tulevaisuudessa.

Tämä sähköauto on tietysti vasta alkua suuremmille autourheiluelektroniikkaprojekteille. Seuraavaksi mikroauto, sitten ... ja kaikkien pikkupoikien unelmana on päästä joskus ainakin F1 varikolle.

Takaisin projektit-sivulle