Комрады, наконец свершилось сие и я могу представить нечто на мой взгляд интересное и очень полезное.
Спасибо товарищу Techno за его пост тут (http://velopiter.spb.ru/forum/index.php?t=msg&th=168550&start=0&rid=20869) благодаря которому я обрел вереницу бессоных ночей длиною в месяц.
Итак, представляю вашему вниманию отечественную разработку атоматического управления подвеской. Не буду мучать длиным вступлением, сразу к фото и видео:
Видео
Больше фото
Теперь подробности.
Проблема:
При активном педаляже на двухподвесном байке затрачивается большая доля энергии ездока на раскачку подвески байка, это справедливо как для задней так и передней подвески. Задняя подвеска подвержена раскачки почти всегда, передняя подвеска в основном подвержена при педалировании "стоя".
Для решения данной проблемы были разработаны и внедрены различными производителями подвесок многочисленные механические системы для гашения колебаний раскачки. Такие как Motion Control от RockShox и Terralogic c ProPedal от FOX и др.
Нельзя не согласиться что такие механические системы конечно же улучшают эффективность педаляжа, но всё же не устраняют полностью рассеивание энергии, поскольку все эти решения являются "пассивными".
Другими словами, механические системы не учитывают различные внешние условия, такие как:
1. Скорость движения
2. Каденс
3. Характер поверхности дороги
Если ещё проще сказать, то существующие механические системы (по крайней мере те что я пробовал) просто ТУПЫЕ и ГЛУПЫЕ.
Посему, буржуйские товарищи придумали и внедрили "активную" систему управления подвеской, которая учитывает перечисленные выше внешние условия, благодаря различным датчикам:
1. Герконы скорости и каденса
2. Акселерометры
Идея:
Как обычно это было принято на нашей родине, задача была поставлена следующая: "Превзойти зарубежные аналоги по тактико-техническим характеристикам в несколько раз!". А именно, вот эти зарубежные поделия необходимо было технологически догнать и обогнать по следующим показателям:
1. Эффективность
2. Габариты
3. Вес
4. Интеллектуальность
5. Дешевизна
6. Доступность
7. Легкость установки на имеющиеся оборудование (вилку и аморт) с минимальной модификацией
8. Ремонтопригодность
9. Отказоустойчивость
10. Возможность модификаций аппаратной части (апргрейд)
11. Возможность модификации программной части (апгрейд)
12. Время работы от одного заряда
Чего удалось достичь:
1. Эффективность.
Во-первых, управление происходит одновременно передней и задней подвеской.
Во-вторых, аппаратная часть (микроконтроллер) позволяет реализовывать любые алгоритмы по управлению подвеской, используя общедоступные средства, а именно язык программирования C++.
2. Габариты.
Специально подобранные компоненты настолько малы, что позволяют разместить их в штоке вилки. Т.е. "мозг" и аккумулятор размещаются непосредственно в свободном пространсве штоки вилки.
Таким образом размеры управляющего элемента не превышают 200мм по длине, и 22мм по ширине. Реальные размеры примерно такие: 150х19.
В итоге получается элегантное решение, которого даже не видно, и самое главное, ничего не торчит и не занимает нужного места как это сделано тут:
3. Вес.
Вес получился около 75 грамм. В это входит:
Серво (2 по 19): 38
Моск: ~5
Датчик ускорения: 2
Герконы и магниты (2 по ~10): 20
Модуль управления(кнопоки): 5
Провода: 5
Итого: ~75
4. Интеллектуальность.
Датчики и возможность программирования микроконтроллера позволяют реализовать любой алгоритм на высокоуровневом языке c++. В итоге следующие особенности реализованы на данный момент:
Ручной режим
1.1 Блокировка и разбокировка передней подвески по нажатии на верхнюю кнопку под грипсой.
1.2 Блокировка и разбокировка задней подвески по нажатии на нижнюю кнопку под грипсой.
1.3 Переход в автоматический режим по нажатии на среднюю кнопку под грипсой (кнопка режима).
Автоматический режим
2.1 Автоматическое блокирование передней и задней подвески, при возникновении события педаляжа.
2.2 Автоматическое разблокирование передней и задней подвески, если ездок пересатет крутить педали.
2.4 Учет характера поверхности (дороги). При попадании переднего колеса в кочку, обе подвески открываются, при этом задняя подвеска открывается быстрее чем попадает в кочку.
2.5 Фильтрование ложных срабатываний. При низкой скорости автоматика отлючается.
2.6 Переход в ручной режим по нажатии на среднюю кнопку под грипсой (кнопка режима).
Калибровка серво приводов. Необходимо для возможности установки любых других серво приводов без перепрограммирования микроконтроллера. Калибровка происходит по долгому нажатию на верхнюю кнопку под грипсой.
Управление настройками системы. Данная возможность используется для отладки. Сейчас есть возможность уменьшать/увеличивать чувствительность датчика ускорения (верхння и нижняя кнопка).
5. Дешевизна
Все подобранные компоненты можно приобрести на ebay или dx.com по мизерным ценам. Но для создания этой системы приходилось покупать эти же компоненты по высоким ценам, ибо не хотелось ждать доставку. В итоге получилось примерно такое:
ebay или dx в рашке
1. Микроконтроллер 300р 1500р
2. Датчик ускорения ~150р 1200р
3. Аккумулятор (хороший 18650) 200р 500р
4. Модуль кнопок ~30р ~50р
5. Герконы (не знаю) (не знаю) -- использовал от старых велокомпьютеров, не ресерчил где их можно достать, но наверняка возможно.
6. Провода ~30р 200р
7. Серво привод (хороший,
с металлическим редуктором,
самый быстрый) ~300р 650р
8. Шарниры (авиамоделирвоание) ~50р 250р
Итого: ~1350 + герконы ~5000 + герконы
А теперь представьте сколько будет стоить буржуйская система.
6. Доступность
Все компоненты можно найти даже у нас в городе но по высоким ценам. Если время есть, то можно купить на ebay и dx.com. Наврятли что буржуйские системы будут у нас доступны даже через год.
7. Легкость установки на имеющиеся оборудование (вилку и аморт) с минимальной модификацией
Просверленно всего по одной дырки в пластиковой крыжке управления блокировки вики и на рычажке блокировки аморта. В эти дарки вкручены подшипниковые шарниры (кикие-то стандартные шарниры для авиамоделирвоания).
Сервы крепятся на пластиковых стяжках через пластиковые и резиновые кронштейны которые я нашел у себя дома (в основном от старых велокомпьютеров).
В итоге, скорее всего, данную систему можно поставить на любой байк.
8. Ремонтопригодность
Как видно, систем состоит из множества компонент каждый из которых легко доступны. Представьте себе что будет если сломается RockShox аморт или FOX вилка с электроприводом? А если полетит каретка (куда буржуи запихнули датчик каденса)?
9. Отказоустойчивость
Даже если села батарейка, или порвался провод или случился пожар у вас на велосипеде, все-равно остается возможность переключения блокировки руками. Когда как буржуйские системы в таких случаях просто будут заклинены.
Серво привода обработаны специальной резиновой смесью для водонепроницаемости.
10. Возможность модификаций аппаратной части (апргрейд)
Сейчас используется возможность микроконтроллера на 30%. В будущем легко можно расширять систему.
В планах:
Прикрутить микрочип управляющий зарядом аккумулятора. Уже на руках, остается припаять. Сейчас чтобы зарядить батарейку приходиться вытаскивать микроконтроллер из штока вилки и втыкать разъем внешнего зарядника для 18650 аккумов.
Прикрутить небольшой LCD экранчик в роли велокомпьютера. Уже едет с ebay.
Прикрутить приемник датчика пульса (пульсометр). Все уже есть у меня, куплено в Китае. После LCD экрана прикручу его.
11. Возможность модификации программной части (апгрейд)
Микроконтроллер в любое время можно перепрошить новой микропрограммой написанной на c++ через USB шнурок. Представьте себе насколько это здорово когда можно реализовтаь любые капризы.
В планах реализовать следующее:
Все возможные функции велокомпьютера (любые какие вздумается).
Более глубокий анализ характера поверхности дороги (асфальт, грейдер, корни) чтобы более точно калибровать временные характеристики блокировки.
Спящий режим - для большей экономии энергии.
Много другое (хоть сигнализацию)...
12. Время работы от одного заряда
Тесты всё идут, точно пока не знаю. Но на два дня где-то хватает. Позже уточню. Долгое время работы достигнуто управлением питания серво приводами, поскольку это самая затратная часть системы, пришлось поработать над этим.
Вот как-то так.
PS. Постараюсь придумать как снять видео в действии.
PSS. Впечатление от использовании такой системы не выразить словами. Просто ЧУДЕСНО .
====================== Update =========================
Ура товарищи. Нашел все-таки время написать апдейт по системе. Все это время по мере возможности доводил систему до ума и проводил тесты. Изменения коснулись как и аппаратной части так и программной.
Программная часть
1. Добавлен полуавтоматический режим.
Главным образом, этот режим разрабатывался для новых амортов от FOX, которые имеют крутилки CTD. Основной идеей для этого режима было задействование по-максимому механических особенностей амортов. Т.е. система в зависимости от датчиков должна выбирать один из трех режимов CTD (Climb-Trail-Descent), отдавая на откуп всю логику по оптимизации работы амортов на сами аморты.
На данный момент, режимы CTD выбираются на основании угла наклона байка. Другими словами работает это так:
Байк едет в гору - включается Climb режим.
Байк едет по прямой - Trail режим.
Байк едет с горы - Descent режим.
Пределы перехода с режима на режим - настраиваются (значение улов наклона в градусах). Также таймаут перехода с режима на режим тоже настраивается.
Этот режим был разработан специально для одного весьма уважаемого гонца (не буду называть имени), он он в последний момент сменил спонсора, и установка системы на его новый байк стала невозможной. Поэтому в данный момент ищу ему замену.
Вот тут можно посмотреть видяшку как это работает:
И тут с андроид приложением и графиками:
2. Доработан/изменен автоматический режим. Главные изменения коснулись общей модели этого режима, а именно модель стала более формальной и структурированной. Выделены несколько возможнных состояний системы и правила перехода между ними, вкратце это выглядит так:
Система используя датчики:
датчик ускорения подрессоренный (в штоке вилки)
датчик ускорения неподрессоренный (на штанах вилки)
датчик скорости
датчик каденса
Вычисляет следующие показатели:
серьезность кочки
раскачку вилки (в процессе реализации)
угол наклона
скорость
каденс
И на основании этих показателей выбирает необходимое состояние, переходя с одного на другое:
режим покоя ---------------------------------------------------------- (полная блокировка)
педалирование с раскачкой вилки (в процессе реализации) ---- (полная блокировка)
педалирование ------------------------------------------------------- (вилка разблокирована, аморт заблокирован)
режим свободного качения ----------------------------------------- (все разблокировано)
режим абсорбирования кочек -------------------------------------- (все разблокировано)
К сожалению пока ещё не снял ролик как этот режим работает в действии. Если найду видео регистратор то попробую снять.
А пока вот видео работы этого режима в статике:
3. Sleep режим.
Наконец удалось побороть аппаратные проблемы, и все-таки заставить работать внешние прерывания микроконтроллера, тем самым появилась возможность уходить в sleep режим.
Аппаратная часть
1. Увеличение срока эксплуатации от одного заряда аккумулятора во время простоя (предположительно от 1 до 2 месяцев).
Во время простоя система теперь употребляет 1mA, благодаря вживленным трем твердотелым реле, которые отключают сервы, bluetooth и порт i2c (для LCD экранчика, сейчас не используется) в sleep режиме. Посему можно сказать что в неактивном состоянии система может простаивать месяцами (все зависит от внутреннего сопротивления аккумулятора, т.е. насколько аккум может находится в заряженном состоянии без нагрузки).
В sleep режим преходит автоматически по таймауту. Время таймаута можно изменять, либо вовсе выключить использование sleep режима. Из sleep режима система выходит по событию датчика каденса лиюо по кнопке на руле.
2. Увеличение срока эксплуатации от одного заряда аккумулятора во время использования (непрерывное использование от 6 дней в ручном режиме и до 3 дней (предположительно) в автоматическом режиме).
Теперь, благодаря твердотелым реле все сервы отключаются сразу после того как были задействованы. Таким образом, ~80% времени сервы вообще не подключены в цепь.
Кроме того, bluetooth модуль отключается независимым реле, соответственно время работы увеличивается без использования bluetooth. Bluetooth отключается с кнопок на руле или по таймауту. Время таймаута настраивается.
Потребляемы ток Срок службы от отдного заряда (расчетный)
Система в спячке 1mA 4 месяца (без учета внутреннего сопротивления аккумулятора)
Система 20mA 6 дней непрерывно
Система + bluetooth 40mA 2.5 дня непрерывно
Система + сервы 150mA 20 часов непрерывно, т.е. если сервы бы работали непрерывно туда-сюда
3. Сопряжение с bluetooth устройствами.
Благодаря встроенному bluetooth модулю теперь можно подключать blueetooth устройства для отображения телеметрии системы и для редактирования настроек.
На данный момент написано android приложение выполняющее роль велокомпьютера и редактора настроек системы. Вот несколько скринов:
Ручной режим:
CTD режим:
Красная кривая - нефильтрованные данные угла наклона
Синяя кривая - угла наклона, полученный путем применения математического фильтра
Climb/Descend gradient threshold - предельные уголы срабатывания режимов Climb/Trail/Descend (настраиваются ползунком или с кнопок на руле). Так же показываются на графике пунктирными линиями
Автоматический режим:
Красная кривая - показания датчика акселерометра подвешенного на штанах вилки (неподрессоренный датчик)
Синяя кривая - показания датчика акселерометра внутри штока вилки (подрессоренный датчик)
Sprung/Unsprung severity threshold - предельные значения датчиков для блокировки вилки и аморта, при пересечении unsprung значения - блокируется аморт, при пересечении sprung значения - блокируется вилка при условии что sprung значение не превышено, т.е. нет кочек (настраиваются ползунком или с кнопок на руле). Так же показываются на графике пунктирными линиями
Редактирование настроек:
Первые два скрина - калибровка серв/режимов. Тащишь ползунки и серва в реальном времени поворачивается
И вот несколько видео:
Ручной режим:
Конечно же в будущем можно будет портировать android приложение для iPhone и др. устройств с bluetooth.
После Нового Года, получу себе вот такой девайс с андроидом, и портирую приложение на него. Я думаю, будет очень удобно:
4. Блокирование вилки только по событию её раскачки.
По совету уважаемых форумчан, был внедрен дополнительный датчик ускорения в коробку системы (т.е. подрессоренный датчик), который теперь позволит управлять блокировкой вилки в зависимости от её раскачки. На данный момент, программная часть этой фичи находится в разработке.
5. Заряд аккумулятора от обычного USB порта.
Благодаря встроенному микрочипу зарядки LiIon аккумуляторов, система теперь может заряжаться от обычного USB шнурка. Время до полного заряда ~10 часов. Зарядка автоматически отключается если аккумулятор заряжен полностью, таким образом исключается "перезаряд" аккумулятора, тем самым срок службы аккумулятора увеличивается.
6. Корпус для датчика акселерометра.
От китайского беспроводного велокомпутера:
Комментарии и критика - приветствуются.
То же самое но на хабре: http://habrahabr.ru/post/158449/
UPDATE:
Пришлось удалить все видяхи. Ибо мне товарищи из LaPierre грозят судебными исками. Жизненная ситуация сейчас у меня такая что бодаться с монстром нет никаких возможностей. Прошу прощение.
Недавно прислали email с официальным письмом (с ЭЦП) в котором говорится что я нарушаю их патенты (кстати патенты были получены через день как я выложил видяхи на ютуб, т.е. в это время моя система уже работала и я её вовсю использовал). Так же в этом письме они требуют чтобы я незамедлительно прекратил продавать систему (хотя я никому не продавал её), удалить все видео с ютуба (у самого популярного видео 35+ тысяч просмотров), и (ВНИМАНИЕ) прекратил использовать её! В противном случае они намерены "proceed with further legal action".
Похоже что популярность моей системы несколько мешает им продавать свои поделия. Кстати, о системе была опубликована статья на bikerumor.
Эта статья на месяц стала самой популярной, и набрала 17тыc просмотров (не то что хабр но все же ). И если погуглить "bike automatic suspension system" то статья о системе появляется на первом месте. Так что я похоже подпортил немного их грандиозные планы
