Присказка:
Показать скрытый текст
Я сам, честно говоря, испытываю к электровелосипедам смешанные чувства. С одной стороны, круто, что он помогает тебе крутить педали. У меня по пути на работу и с работы есть горки, в некоторые из которых мне приходилось ходить пешком или заезжать на 1-1. Перепад высот в 70м - это довольно ощутимо. Всё равно что заезжать на 23-й этаж своим ходом. А электровелы въезжают легко. С другой - то, на чём ездит народ, т.е. серийные электровелы - это тяжелые громоздкие уродцы, как правило ситибайки с прямой посадкой. Педалировать там бесполезно по причине большого веса, плохой аэродинамики и дополнительного сопротивления вращению мотор-колеса.
В общем, я понял, что серийный электровелосипед - это не для меня. Да даже апгрейд моего собственного с использованием промышленных электровелокомпонентов сделает его слишком тяжелым и неприятным в управлении. Один только втулочный мотор весит, гоубо говоря, 1кг на каждые 100Вт мощности. 500Вт мотор - это уже более 5кг, контроллер больше килограмма, а батарея - это вообще гиря. Мотоцикл будет, а не велосипед. И чем он тяжелее, тем мощнее и опять-таки тяжелее должны быть мотор и батарея, чтобы он всё-таки въезжал в гору. Замкнутый круг, короче.
С другой стороны, я прекрасно знаю, на что способны моторы, контроллеры и батареи радиоуправляемых моделей. Мотор размером с пол-кулака и весом полкило способен выдавать больше 2 кВт. Литий-полимерные аккумуляторы имеют отличную плотность энергии на объем и на вес. Контроллеры (ESC) очень легкие и размером со спичечный коробок. Идея приспособить это к велосипеду витала в воздухе давно, но проблема в том, что двигатели высокооборотистые, к ним нужен редуктор и привод на колесо, вес которых сделает затею нецелесообразной.
И вот однажды я наткнулся на это: www.commuterbooster.com
Суть идеи проста - мотор-аутраннер катится своим корпусом-ротором по покрышке. Сцепление и расцепление происходит автоматически: при старте мотора его момент поворачивает кронштейн, обеспечивая касание с покрышкой, после чего мотор взбирается вверх по покрышке, проминая ее до заданной степени. При остановке мотора покрышка просто сбрасывает его с себя, обеспечивая полное расцепление. Т.е. когда мотор выключен, сопротивления качению он не оказывает никакого вообще.
Поскольку хозяин сайта отказался от идеи продолжать коммерциализацию свего детища, было решено разработать и изготовить всё самому. Т.е. механику, железо и софт.
Я поставил для себя задачу ограничить полный вес системы, включая ВСЕ компоненты, двумя килограммами. (В итоге план был перевыполнен - в сторону меньшего веса разумеется!)
На Хоббикинге были заказаны: 50мм мотор на 270Kv, самолётный ESC на 100А, аккумуляторы 6S 3А*ч, зарядники iMax B6 (один домой, второй на работу), и куча всякой сопутствующей мелочёвки типа проводов, разъемов, пара непрогораемых сумок для зарядки аккумов на всякий пожарный (буквально), итп.
На Алиэкспрессе: Arduino Nano, ЖК-экранчик 8х2 символа, платка преобразователя на интерфейс I2C (поскольку тянуть кучу проводов параллельного интерфейса к экрану на руле нецелесообразно), пластиковые корпуса, датчик Холла для измерения тока, подрамная сумка, кнопки газа на лежак и на руль. Последнее было единственным "родным" компонентом для электровелосипеда, правда предназначена эта кнопка изначально была для гудка.
Из оргстекла, алюминия, стальной оси и пружины был изготовлен кронштейн мотора. Почему оргстекло - потому что ничего лучше на тот момент под рукой не было. Зато с ним легко работать - видно, куда идёт сверло.
Далее, для проверки работоспособности концепции (и пока шли шалабушки с алиэкспресса) сигнал управления мотором было решено получить с серво-тестера. Для тех, кто не знает, ESC управляется ШИМ-сигналом, который по сути такой же, что и ШИМ-сигнал управления сервами. Поэтому сервотестер (это такая коробочка с потенциометром) может быть подключен к ESC, и крутя потенциометр, можно менять обороты двигателя. Поскольку ESC никак не ограничивает свою выходную мощность, к серво-тестеру была добавлена схема ограничения тока: операционный усилитель брал сигнал с токового шунта и в обход штатного потенциометра выдавал напряжение на вход микрухи, генерирующей ШИМ. Поскольку общая задержка этой системы с обратной связью составляла несколько десятых долей секунды, возникали осцилляции (неровная работа мотора вплоть до попыток раздолбать кронштейн на куски). Проблема была решена путем добавления платки-замедлителя серв с того же хоббикинга. В итоге, всё завелось и заработало как надо. На работу я стал приезжать быстрее!
Но аналоговая система управления была промежуточным этапом. А конечной целью было использовать микроконтроллер (Ардуино), который помимо генерации ШИМ-сигнала будет еще и показывать параметры системы, главным из которых является конечно же израсходованная ёмкость аккумуятора.
В силу профессии, с электроникой я на "ты, козёл", однако программировать на Си мне не приходилось ни разу в жизни. Был бейсик в школе и турбо-паскаль в универе. Но Ардуино оказалась настолько "юзер-френдли"-платформой, с таким количеством разнообразных готовых библиотек, примеров и информации на различных форумах, что мне даже не пришлось подключать к проекту друга-программиста. Вообще, вся эта затея стала отличным поводом для знакомства с Си. В жизни пригодится. Теперь могу обновлять прошивку для своего велосипеда (!), и для этого ее даже не надо ниоткуда качать - достаточно написать самому.
Первое включение, "Hello, world": на фото платка Ардуино, экран и преобразователь на I2C (спрятался за экраном):
Экран уже в корпусе:
Платка Ардуино, вклеенная в другой такой же корпус вместе с разъемами и датчиком тока:
Можно вешать на велосипед:
Одна кнопка газа под большим пальцем правой руки (пришлось подпилить рычаг манетки, иначе невозможно было переключаться на 2 и более передачи за раз), вторая на лежаке. Работают одинаково, подключены в параллель.
Первая строка - текущие мощность и напряжение, вторая - израсходованная ёмкость в ампер-часах и режим работы.
Батарея 3А*ч 6S (22,2В номинал). Весит полкило, вмещает 67 Вт*ч. Это, по грубой оценке, лишь немногим меньше, чем я сам вырабатываю за полчаса кручения педалей. И это гораздо меньше, чем у серийных электровелосипедов. Но пиковая мощность, которую с нее можно забрать, тем не менее, впечатляет (1300 Вт). У меня таких три, и если поездка длинная, я всегда могу кинуть лишних аккумуляторов в рюкзак про запас. До работы 15км еду на одном.
Зарядник заряжает его за полтора часа. Дорогой зарядник, соответственно, зарядит быстрее.
К мотору привинчена крыльчатка от 50мм кулера для улучшения обдува.
ESC и подключённый к нему блок микроконтроллера.
Итог: время каждой поездки сократилось с 45мин до 30мин, соответственно средняя скорость выросла в полтора раза. Я педалирую, как и раньше, на пределе (по-другому не умею), просто тренировки эти стали короче.
Мотор используется в основном на подъемах и разгонах, иногда на ровных участках, или например когда надо догнать какого-нибудь лося на шоссере, чтобы сесть к нему на колесо. Общее время работы мотора выходит в районе 15мин, и на удивление, этого как раз хватает. Очень помогает счетчик ампер-часов, чтобы всегда хватало заряда для последней горы.
Мощность, в зависимости от режима работы, варьируется от 250 до 750 Вт, по умолчанию - 500. Можно топить и за киловатт, но мотор будет проскальзывать - понадобится либо сильнее проминать покрышку (возрастут потери), либо лепить на мотор наждак для лучшего сцепления. Но необходимости во всём этом у меня лично нет. Сам мотор способен жрать до 90А, это 2 кВт, но на такой мощности он, боюсь, порвёт покрышку, как тузик грелку.
Скорость программно ограничена в районе 35 км/ч ради экономии энергии. Ограничения нет только на режиме малой мощности для езды с попутным ветром. Там могу топить хоть 50.
Мотор весит чуть меньше полкило, батарея столько же, всё остальное вместе взятое столько же. Итого, я уложился в полтора кг. Этот вес конечно заметен, когда вел на руках, но на ходу особо не ощущается.
Преимущества:
-Малый вес
-Большая мощность
-Конструктивная простота
-Относительная скрытность установки
-Отсутствует сопротивление при отключенном моторе
-Существенно дешевле аналогичного по мощности привода на основе мотор-колеса и других серийных электровелокомпонентов, в том числе в разы дешевле доставка компонентов из-за их малого веса.
Недостатки:
-Не работает в дождь. Сцепление с покрышкой теряется полностью. Решение: клеить на мотор крупную наждачку. При этом увеличивается износ покрышки, естественно.
-В говны лезть нельзя, чтоб не забить ими мотор. Хотя по сухим грунтовкам привод работает прекрасно.
-Не подходит для особо зубастых покрышек.
-КПД привода при его работе ниже традиционных методов, т.к. на проминание покрышки может теряться, в зависимости от скорости, до 100 Вт.
-Громкий! Орёт, как самолёт или квадрокоптер. Нет только гудения пропеллера.
-Нельзя включать до достижения скорости хотя бы 5 км/ч. С места мотор или начнет проскальзывать, или не запустится вообще.
-Капризен в начальной установке и настройке. Мне пришлось пару дней повозиться, подбирая высоту крепления на подседельной трубе, максимальный угол вращения кронштейна, оптимальное давление и мощность. Было много ходовых и стендовых испытаний.
-Крепление мотора не подойдёт для всех рам сразу.
-Поскольку нет серийных аналогов (причины в пунктах выше), пришлось много поработать напильником, паяльником и головой. Впрочем, это ж хобби, так что недостаток этот весьма относительный.
Upd.: свежая фотка. Новые характеристики: батарея 8Ач 1,2кг, скорость 50-55 км/ч на 700Вт, добавлен режим 1кВт (но жалко покрышку, поэтому использую редко), наждак позволяет ездить в любую погоду. За год проехал >6000км, сточив 2,5 покрышки.
