Что можно сделать из гироскутера

Электроскутер из гироскутера и рамы велосипеда (часть I)

Привет. На просторах интернета множество статей о переделке гироскутера в электросамокат, начитавшись я решился собрать нечто похожее, но только электроскутер, так чтобы с большими широкими колёсами, что бы можно было погонять в отпуске по бездорожью. Немного спойлерню…, у меня получилось…

Минимум текста, максимум фоточек…

Первым делом нужно было определиться с колёсами, наиболее приемлемыми по цене нашёл колёса 16х6.5-8″

Дальность пробега на одном заряде — 22 км.
Максимальная скорость — 38 км/ч
Дисковые тормоза на практике не обязательны, торможение электронным тормозом оказалось вполне эффективным на большой скорости, а на малой уже можно ногами.
Задняя вилка очень комфортно отрабатывает, передняя же дубовая, нужно переделывать на телескопическую.

Следующий пост будет посвящён электронике, а именно; сборке новой мощной батареи, перепрошивке штатного контроллера гироскутера, калибровке ручки газа, подключению проводов и д.р.

Что можно сделать из гироскутера?

Гироскутер – вещь, несомненно, полезная, но в некоторых случаях сложно поспорить, что вместо него лучше было бы иметь какое-то другое средство передвижения. Выбрасывать старенький двухколесный агрегат жалко, а перепродать за такую цену, чтобы можно было купить другой вид транспорта, вряд ли получится. Народные умельцы во многих случаях занимаются не торговлей, а переделкой механизма своими руками – благодаря этому можно сделать так, чтобы транспорт изменился до неузнаваемости. Рассмотрим, что можно сделать из гироскутера.

Электросамокат

Один из популярных вариантов переделки гироскутера – изготовление на его базе самоката с самостоятельным ходом. Такой агрегат не требует от пассажиров столь же высокой способности удерживать равновесие, в этом плане он даже проще, чем велосипед, потому востребован.

Следует уточнить, что в большинстве случаев для изготовления электросамоката нужен самокат обычный – именно он будет основой для будущего агрегата.

От самого гироскутера используется только мотор-колесо – в идеале оно должно быть того же диаметра, что и самокатное. Специалисты советуют сначала выполнить заднюю вилку для мотор-колеса из древесины или плотного картона – так вы сможете сразу увидеть свои ошибки. А полноценную деталь, изготавливаемую из надежной квадратной трубы, будете делать уже по заранее проверенному образцу.

После того как металлическая вилка будет разрезана, сварена и отшлифована, на нее болтами и гайками устанавливается кронштейн. При этом надо предусмотреть подачу напряжения на бесщеточный двигатель – без контроллера ваш самокат так и останется обыкновенным, а не электрическим. По мощности контроллер должен соответствовать двигателю. Чаще всего его монтируют на задней вилке, а значит, нужно проложить проводку вдоль рамы к ручке газа, при этом провода обычно фиксируются пластиковыми креплениями. В удобном месте в систему следует вмонтировать разъем для зарядного устройства.

Литиевые батареи будут хранить заряд электросамоката, их можно устанавливать как параллельно, так и последовательно. Чрезмерный заряд грозит в лучшем случае быстрым износом батарей, потому нужно дополнительно установить контроллер BMS – он не допустит превышения емкости.

Собранную конструкцию следует аккуратно испытать в условиях помещения, оберегая от попадания грязи и пыли. Если получившийся самокат работает исправно, и претензий к нему нет, нужно позаботиться о защите основных узлов от грязи и влаги. Крышку лучше всего изготавливать из 2-миллиметрового листа алюминия по шаблону, предварительно выполненному на картоне. Чтобы не портить дизайн агрегата, крышку перед монтажом на саморезы выкрашивают в цвет, который логично вписывается в цветовую гамму транспортного средства.

Детская машина

Обыкновенный гироскутер для маленького ребенка может оказаться слишком сложным испытанием на способность держать равновесие, да и не сможет он увези сразу двух пассажиров. Кто-то из изобретательных родителей однажды понял, что на базе гироскутера можно соорудить небольшой электромобиль – мало того, что конструкция окажется значительно более устойчивой, так еще и мест в ней два вместо одного!

Ключевой особенностью такого решения является то, что карт – это всего лишь «прицеп» для гироскутера, а значит, его в любой момент можно отцепить, снова получив на выходе обыкновенный гироскутер в первозданном виде.

Начало сборки «автомобиля» заключается в разварке задней оси, на которую нужно будет прикрепить два колеса того же диаметра, что и у самого гироскутера.

При этом ширина задней оси может быть намеренно увеличенной по сравнению с шириной гироскутера – так повышается устойчивость машинки и минимизируется риск аварии. Далее из профильной трубы сваривается каркас будущего электромобиля с заделом под переднее и заднее сиденья. Заднее сиденье обычно возвышается прямо над задними колесами, в его опоры встраиваются амортизаторы, призванные смягчать тряску для обоих пассажиров. Переднее сиденье водительское, оно теоретически должно быть более удобным, потому для его изготовления обычно используют уже готовый вариант сиденья со спинкой от чего-либо.

Сваренный каркас примеряется к гироскутеру, и если с ним все в порядке, мастер переходит к следующему этапу – окончательной подгонке, шлифовке швов, зашкуриванию любых травмоопасных зазубрин. После этого необходимо наварить пол из толстого слоя листового металла, способного выдержать вес двоих детей. Предпочтение во всех случаях отдается алюминию, ведь при своем малом весе он довольно прочен и способен выдержать массу пассажиров, не создавая чрезмерной нагрузки на двигатель гироскутера. После того как дно будет наварено, можно приступать к покраске для придания изделию декоративного вида.

Некоторые мастера также считают нужным позаботиться о корпусе в виде стен и дверец, хотя бы невысоких. При наличии материала, времени и хороших навыков сварщика их можно сделать, но следует помнить, что возможности двигателя гироскутера далеко не безграничны. Планируя сконструировать целый «кабриолет», вы должны быть уверены либо в достаточной мощности двигателя, либо в том, что выбираете, действительно, легкие материалы.

Детский велосипед без контроллера

В некоторых случаях оригинальный гироскутер настолько старый и изношенный, что заниматься обновлением его электронных узлов просто нет смысла. В таком варианте он подлежал бы разве что отправке на свалку, но опытный человек с руками способен использовать его более логично – в качестве детали для изготовления детского велосипеда. Подобная конструкция, ввиду отсутствия контроллера и батарей, будет представлять собой транспорт, приводимый в движение только усилиями ног маленького пассажира, но тот все равно наверняка обрадуется.

Гироскутер может не подвергаться никаким конструктивным изменениям, хотя не возбраняется вынуть из корпуса все лишнее – раз батареи и контроллеры не будут использоваться по назначению, пусть не добавляют транспортному средству лишнего веса. В остальном это уже готовая задняя ось с присоединенными к ней колесами.

Задачей умельца является поиск старого или приобретение нового переднего колеса с педалями, которое заменит новому транспортному средству отсутствующий мотор. Имея перед глазами заднюю ось с колесами и переднее колесо с педалями, можно составить примерный чертеж рамы, так чтобы она подходила маленькому пассажиру по росту. Для изготовления каркаса лучше всего использовать алюминиевые профильные трубы, поскольку они одновременно очень прочные и легкие – значит, ребенку не придется прикладывать огромных усилий, чтобы поехать.

Если вы никогда не имели предварительного опыта конструирования столь сложных механизмов, можно попробовать сначала выполнить все детали из более податливых материалов вроде древесины. Примерив все, что получилось, вы увидите свои помарки, если таковые есть, или же получите готовые шаблоны, позволяющие более точно нарезать алюминий.

Вырезав необходимое количество деталей, сварите их, еще раз примерьте к гироскутеру и переднему колесу, с которыми их нужно будет скрепить шурупами или сварными швами. Все поверхности должны быть аккуратно зашлифованными. Если у вас возникли сложности с изготовлением отдельных узлов велосипеда, их можно докупить в магазине (особенно это касается сиденья), но этот момент желательно предусмотреть заранее, иначе не факт, что вы сможете подогнать свою сварку под заводские комплектующие.

Испытайте конструкцию сначала без ребенка – проверьте, нормально ли прокручиваются педали, не является ли ход слишком тугим, удобно ли поворачивать руль.

Различные дополнительные приспособления вроде фар, корзинок или тормозов 3-колесному детскому велосипеду не нужны, но для большинства малышей принципиально, чтобы их транспортное средство выглядело красиво, потому окрасьте каркас велосипеда яркими красками.

В следующем видео вы сможете наблюдать пример создания машины из гироскутера.

Трицикл из гироскутера/мини-сигвея: cборка, прошивка и настройка.

Всем добрый день! В этом обзоре речь пойдет, пожалуй, о моем самом увлекательном DIY проекте, который доставил такую массу положительных эмоций, как детям, так и их родителям.
Будем делать детский трицикл (трайк) из старого китайского мини-сигвея/гироскутера и детского велосипеда. Как всегда, в обзоре подробно представлю используемые доступные компоненты и комплектующие, процесс изготовления и сборки конструкции трицикла с задней подвеской, подготовки и установки электро-компонентов, настройки параметров и прошивки контроллера мотор-колес для комфортной езды и управления.
Обзор получился достаточно объемным, я постарался представить все основные моменты и особенности реализации поставленной задачи, поэтому придется выделить значительное время для подробного ознакомления с материалом.

Я сразу попрошу простить меня инженеров-машиностроителей, электроинженеров и программистов за ошибки в используемой мной терминологии, я в этом только стараюсь разбираться, отнеситесь пожалуйста со снисхождением, как к обзору от лингвиста-строителя).

ВВЕДЕНИЕ.

Идея реализации данного проекта возникла в момент, когда наш мини-сигвей под названием «A8», которому уже 4 года, в очередной раз сломался.

Сигвей перестал реагировать на поворот ручки, соответственно пропала функция поворота. Необходимо было разбираться с датчиком Холла, но честно сказать, заниматься этим уже не было желания. Сигвей уже ранее начал проявлять признаки неадекватного поведения, несколько раз отключался на ходу, излишне накренялся назад при ускорении, на нем уже становилось опасно ездить.
Поэтому родилась идея использовать его мотор-колеса и сделать трицикл, как наиболее простую конструкцию. Направившись в сеть за развитием идеи, я вдруг осознал, что всё уже давно происходит без меня, и моя идея уже давно проработана большим количеством людей).
Поэтому перед непосредственной реализацией я ознакомился с опытом других самодельщиков, и отметил для себя следующие основные моменты:

— трицикл должен иметь заднюю подвеску, так как мы живем в частном секторе, и у нас рядом с домом нет ровных асфальтированных дорог (максимум укатанные асфальтовой крошкой грунтовые дороги), а выезжать на городскую проезжую часть не совсем правильно;
— трицикл должен быть двухместным, так как детей у нас двое, а организованное поочередное катание, рано или поздно, всё равно приведет к громкому конфликту и жалобам;
— трицикл надо собирать на родном контроллере от сигвея/гироскутера, так как много энтузиастов занимаются открытыми прошивками для плат на микроконтроллерах STM32/GD32, которые установленны в данных китайских изделиях. Появляется возможность получить исправления ПО, гибкие настройки, дополнительные функции, в отличии от готовых китайских контроллеров для электротранспорта.

Идейными вдохновителями моего трицикла послужили работа и видеоролики автора Youtube-канала ILYANOV. Он разработал свою конструкцию трицикла, а также сделал свою альтернативную прошивку контроллера гироскутера для удобного управления в качестве трицикла. У него есть бесплатный (с ограничением максимальной скорости) и платный вариант прошивки. Сумма за платную прошивку больше символическая, но вскоре я наткнулся в сети на другие варианты альтернативных прошивок, с более гибким конфигурированием и более эффективной работой мотор-колес. Об этом чуть позже.
Сразу скажу, что идею задней подвески я позаимствовал у товарища ILYANOV, как простой и доступный вариант, однако не стал использовать в своей конструкции раму самого гироскутера.

В ходе непродолжительного моделирования была получена, и согласована с детьми, следующая конструкция трицикла:

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ:

Для изготовления и сборки трицикла мною были куплены следующие компоненты и материалы:

Программатор ST-Link V2. Его будем использовать для загрузки новой прошивки микроконтроллера STM32/GD32 на плате сигвея/гироскутера.
Ссылка: ST-Link V2 stlink mini STM8STM32 STLINK simulator download programming With Cover

Комплект ручек на руль велосипеда, с ручкой акселератора на датчике Холла, с интегрированным вольтметром для контроля напряжения аккумулятора, и двумя кнопками: кнопка с фиксацией(красная) и кнопка без фиксации (зеленая), которую будем использовать в качестве кнопки электронного тормоза.
Ссылка: Electric Bike Voltage Display 1 Pair Universal LED Voltage Display Twist Throttle for 12-99V Ebike Scooter Durable

Шины и камера для тачки, размерность «6”- 4.00». Так как родные шины мотор-колес низкопрофильные, больше подходят для ровного асфальта, и большую скорость на них не развить, то было решено поменять их на шины большего наружного диаметра. Покупать что-то специальное от Kenda, по 2-2,5 т.р. за шину пока не было желания (не было полной уверенности в успехе реализуемого проекта), поэтому был рассмотрен более дешевый вариант шин Delta в интернет-магазине.
Ссылка на шины: Шина «Delta» 400-6 для пневматического колеса
Ссылка на камеры: Камера 400-6 для пневматического колеса

Для изготовления амортизируемой задней подвески был куплен самый простой велосипедный амортизатор с заявленной жесткостью 850 LBS, что в итоге оказалось маловато, хотя может амортизатор не соответствует заявленной жесткости.
Ссылка: Задний амортизатор рамы KZ-880B, 165 mm/420030

Для изготовления каркаса трицикла был куплен следующий стальной профиль:

• Профилированная труба 20х20х2 – 3м;
• Профилированная труба 40х20х2 – 3м;
• Профилированная труба 40х40х3 – 1м (был в наличии);
• Пластина 40х4 – 1 м (были обрезки в наличии);

• Штанга реактивная средняя 2101-07, ссылка: Штанга реактиваня
• Втулка амортизатора заднего 2101-07 распорная большая металл, ссылка: Втулка амортизатора

В качестве передней части нашего трицикла был куплен БУ детский велосипед. При поиске приоритетным являлось наличие переднего ручного тормоза:

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПОДГОТОВКА И ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ И УЗЛОВ:

Первым делом, изготовление было решено начать с подготовки колес и задней оси трицикла.

Мотор-колесо зажал в тиски и выполнил замену покрышки и камеры. Отверстие под ниппель в алюминиевом ободе колеса пришлось немного рассверлить сверлом 9мм, так как у новой камеры основание ниппеля было заметно толще:

Получились вот такие внушительные бублики:

В качестве задней оси было решено использовать профилированную трубу 20х20х2. Диаметр оси самого мотор-колеса составляет 16мм, и я предварительно тестировал на небольшом обрезке, как подходит квадратный профиль на ось. Был небольшой люфт в 1мм, но при условии планируемой затяжки оси в профиле двумя болтами, меня данный люфт устраивал.
Затем я купил 3 метра нового профиля, и вот он уже подходил под ось мотор-колеса просто идеально, даже заходил с трудом в натяг, получилось даже лучше, чем я ожидал.

Соответственно, отрезал кусок профиля для будущей оси трицикла и подготовил гайки и болты фиксации мотор-колес:

Просверлил отверстия в профиле и прикинул место крепления гаек:

Обварил гайки, закрутил болты:

Подготовил отверстия под вывод проводов от мотор-колес, собрал готовую заднюю ось:

Задний подрамник сделал из профиля 40х20х2, выполнил надрезы в профиле и согнул в тисках форму будущего подрамника:

Приварил внутреннюю перемычку подрамника и обварил все стыки:

Взял приобретенную реактивную штангу с сайлент-блоками, разрезал её пополам, скрепил обе половинки болтом М12х170 через распорную втулку, разметил и приварил к конструкции подрамника.
Примечание: сварщик я еще тот! Опытные люди знают, а я не сразу сообразил, что при активной укладке сварных швов надо учитывать тепловое расширение элементов, соответственно перемычке подрамника, куда я приваривал половинки штанги, стало жарко, ей некуда было расшириться, и она пошла немного дугой. Особой роли не сыграло, но момент не очень приятный.

Распорная втулка оказалась с несколько большим внутренним диаметром, чем ожидалось – 16 мм, а меньшим диаметром найти не удалось. Поэтому поступил тем же способом – сверлим отверстие, привариваем гайку и фиксируем ось во втулке болтом М8:

Размещаем наш полученный подрамник и примеряем квадратный профиль рамы, прихватываем и привариваем втулку к профилю рамы:

Соединяем профиль рамы и подрамник, используем болт, шайбы и гайку М12:

Для крепления амортизатора подрамника подготовил пластины из полосы 40х4 и сделал отверстия 8мм. Отверстий сделал несколько, для возможной замены амортизатора и смены его положения:

Выставляем угол наклона подрамника к раме и примеряем пластины с амортизатором, подрезаем пластину под нужный угол для крепления к трубе подрамника и привариваем:

Подготавливаем ответную часть крепления амортизатора, из куска профиля 20х20х2 и пластин с отверстием 8 мм:

Примеряем ответный кронштейн амортизатора к раме, подрезаем и привариваем. Сразу скажу, что мне пришлось его потом отрезать и переварить чуть дальше, потому что я заложил слишком малый угол подрамника к раме, и даже при небольшой нагрузке подрамник выходил вровень с осью рамы:

Подготовил и приварил пластины крепления заднего сиденья, с отверстиями 8 мм:

Соответствующим образом и пластины переднего сиденья:

Для продолжения работы, необходимо было изготовить сами сиденья, потому что от них зависело место крепления подножек для водителя и пассажира, ну и точка крепления передней части велосипеда к раме трицикла.

Из фанеры 12 мм лобзиком вырезал основания сиденья и спинки (в этот раз не на распиловочном столе, так как он лишился пилы для работ на улице):

Разметил крепежные отверстия и забил усовые гайки М8

К основаниям приклеил поролон, оставшийся от изготовления кровати (40мм + 10мм):

Несколько лет назад я купил на распродаже в магазине кожи, кусок искусственной кожи черного цвета, который и решил использовать в этом проекте. Обтягиваем основания кресел кожей, используя мебельный степлер:

Нижнюю часть фанерного основания сиденья я впоследствии покрасил черной краской, а вот для задней части спинки было решено сделать панель из фанеры 6 мм, и также обтянуть кожей:

Раму сиденья сделал из профиля 40х20х2, выполнил надрез, согнул под нужным углом, обварил стыки, разметил и просверлил отверстия 8мм для крепления к кронштейнам на раме трицикла:

Пришло время стыковать переднюю часть трицикла. Разрезаем детский велосипед, выставляем раму на блок, формуем трубы рамы велосипеда под раму трицикла, зовем детей и замеряем необходимое расстояние крепления от сиденья, свариваем детали:

Крепление задней оси к подрамнику выполняем болтами М8, сверлим отверстия и крепим:

Подножки для водителя и пассажира изготовил из трубы 20х20х2 и пластин 40х4. Крепим болтам М6:

Плату контроллера и аккумулятор трицикла я запланировал разместить в самом подрамнике, для этого высоты профиля 40мм не хватало, и я нарастил его вниз до уровня задней оси профилем 20х20х2, итого глубина отсека получилась 60 мм:

Верхнюю и нижнюю крышку отсека я решил сделать из оргстекла:

Крепление крышек сделал на болты М6, резьбу нарезал метчиком прямо в профиле подрамника:

Берем все детали трицикла и отправляем грунтовать и красить:

Для закрытия торцов профилей приобрел торцевые заглушки для профиля, перед покраской использовал грунтовку по пластику:

Крышку «моторного» отсека зашлифовал 120 зерном, и также отправил в покраску:

Элементы рамы и подрамника покрасил в оранжевый цвет, для сидений, крышек «моторного» отсека и перехода передней части от велосипеда к раме был выбран черный цвет:

Пока сохнет грунтовка, краска и лак, можно опять сделать перерыв и перейти к электронной части нашего транспортного средства.

Еще до запуска проекта я получил программатор ST-LINK V2 и загрузил прошивку от автора ILYANOV через программу STM32 ST-LINK Utility (https://www.st.com/en/development-tools/stsw-link004.html). Всё получилось. По данной ссылке можно найти файлы прошивок автора и его схемы подключения: ссылка. Но позже я открыл для себя альтернативную прошивку другого автора, о которой речь пойдет далее.

Для данного проекта используется только основная плата сигвея/гироскутера, дополнительные гироплаты откидываются. В сети есть хорошая картинка с обозначением всех I/O платы:

В соответствии с имеющимися компонентами и платой получилась следующая схема подключения:

Плата у меня на микроконтроллере STM32F103. Необходимое напряжение +3.3В я взял с корпуса преобразователя AMC1117 отдельным проводом, который завел в общий жгут проводов от USART2 (на самом USART2 есть только +15В, которые использовать нельзя):

Для того, чтобы линии АЦП USART2 не были подвержены наводкам, а также для защиты от неадекватной реакции платы на обрыв провода от ручки акселератора или тормоза, необходимо зашунтировать выводы ADC2 и ADC1 конденсатором 0,1-0,01 мкФ и выполнить подтяжку резисторами 2-10 кОм к GND.
У меня не было SMD деталей, поэтому использовал обычные выводные, и самый мелкий конденсатор у меня был 2200 пФ, который также подошел. Без конденсаторов у меня даже колеса начинали резво вращаться, когда я просто дотрагивался до корпусов мотор-колес пальцами рук:

Для установки резисторов и конденсаторов приходилось снимать радиатор с платы и возвращать назад. Обратите внимание на торчащий провод красного цвета сбоку платы (обвел красным кругом).

Это как раз тот провод +3,3В, который я добавил. В ходе вращения платы при установке радиатора, этот провод +3,3В попал оголенным проводником на корпус радиатора, и произошло замыкание. Конденсаторы на плате не были разряжены, и я коротнул +3.3В.
Результат не заставил себя долго ждать – плата не работает.
Я сначала подумал, что пробило преобразователь питания +3.3В AMC1117, так как на нем при подаче питания было только 1,2В, но после его замены (взял с гироплаты) ничего не изменилось.
В ходе дальнейшей диагностики было обнаружено, что чип STM32 мертв, короткое замыкание. Разочарованию не было предела. Я до этого читал, что при любых манипуляциях с платами необходимо разряжать емкости, тем более что на данной плате это делается, просто зажав кнопку питания, но почему-то об этом вспоминаешь, когда уже всё плохо. Столько уже сделано работы, и всё, платы нет.

На следующее утро был произведен обзвон нескольких мастерских по ремонту гироскутеров, и получена цена на БУ плату от гироскутера – 2000р. А чуть позже, небольшой поиск на Авито выдал несколько результатов БУ гироскутеров в городе по схожей цене. К вечеру был приобретен целый гироскутер, с нерабочей батареей, за 2000р.

В итоге у меня появилась плата, нерабочая батарея (6шт. банок в батарее мертвые, остальные 14 были с напряжением 3,5-3,8В), и комплект новых мотор-колес для очередного проекта. На старой плате надо менять чип микроконтроллера, но в наличии нет паяльной станции-фена, только Т12, и нет пока опыта.

Новая плата оказалась на чипе GD32F103, что сначала насторожило. Но по отзывам энтузиастов, прошивается также, и теме же прошивками, что и STM32. Сейчас могу сказать, что никаких проблем с совместимостью нет.
Также, на данной плате мосфеты прикручены к радиатору нейлоновыми винтами, на красной плате были стальные винты с пластиковыми втулками-шайбами:

Плату разместил на основание «моторного» отсека на стойках из винтов, гаек и шайб М3

Для коммутации всех приходящих линий от устройств управления, кнопок включения и разъема зарядки на плату, я решил изготовить вот такую не большую плату с винтовыми клеммниками. На плате также размещен перемененный резистор, которым я планировал регулировать силу электронного тормоза, потому что я использую для тормоза простую кнопку с двумя значениями 0% и 100%. На практике оказалось, что переменный резистор не нужен, и электронным тормозом пользуешься только когда не хватает переднего ручного, и максимальная эффективность тормоза только приветствуется.

Для коммутации проводов от батареи, предохранителя и кнопки отключения батареи я использовал маленькие проходные клеммники на мини-DIN рейке.

В автомагазине приобрел держатель для плавкого предохранителя, для защиты батареи от различных неприятностей:

Разместил коммутационную плату и DIN-рейку с клеммниками на основании:

Соответствующим образом разместил батарею, зафиксировал штатной прижимной деталью, покрасил основание с обратной стороны черной краской, и всё подключил:

Ставим основание на подрамник:

Прикручиваем заднюю ось трицикла и подключаем фазные провода мотор-колес и коннекторы от датчиков Холла:

СБОРКА:

Несем всё на улицу и приступаем к сборке трицикла. Соединяем раму и подрамник:

Болт фиксации оси крепления подрамника в распорной втулке посадил на фиксатор резьбы:

Гайку М12 оси подрамника законтрил старым способом: просверлил сквозное отверстие 3мм через гайку и болт М12, вставил гвоздь и загнул:

Ставим амортизатор. Для крепления использую везде гайки с нейлоновыми ставками, чтобы не открутились на ходу:

Крепим подножки водителя и пассажира:

Собираем сиденья и ставим на раму, крепим также на болты М8:

Ставим новые ручки на руль:

Для установки кнопки включения, гнезда зарядки батареи, кнопки отключения батареи, решил использовать клеммную коробку черного цвета, с резиновыми мембранами для ввода/вывода кабелей:

Разместил кнопку включения и гнездо зарядки:

Для крепления клеммной коробки на раму, разместил металлическую пластину на клепках, и к ней закрепил болтами и гайками саму коробку:

Завел кабель от ручки акселератора через коробку, она пройдет транзитом до подрамника, а также гофры для прокладки двух линий: силовой кабель 3х2,5 мм2 для кнопки отключения батареи (а в будущем двух батарей), контрольный кабель 3х2х0,5 мм2 для кнопки включения, гнезда зарядки и 2 жилы в запас. Кабель 3х2,5 в одной гофре 16мм, кабель 3х2х0,5, и кабель от ручки – в другой гофре;

Для будущего переключения двух батарей, и для аварийного отключения батареи в случае неадекватного поведения трицикла, приобрел влагозащищенную кнопку на 30А и установил в крышку клеммной коробки:

Для ввода гофр в «моторный отсек» решил использовать латунные кабельные вводы. Просверлил отверстия ступенчатым сверлом, и закрепил комплектными гайками:

Получился вот такой аппарат:

ПОДГОТОВКА И ЗАГРУЗКА ПРОШИВКИ:

Как писал ранее, в качестве программной части, я выбрал открытый проект энтузиаста Emanuel Feru на Github: github.com/EmanuelFeru/hoverboard-firmware-hack-FOC

Данный проект предлагает использовать как синусный, так и векторный (FOC) принцип управления 3-х фазных электродвигателей, с функцией ослабления поля (Field Weakening), в результате получаем очень мягкую работу мотор-колес, отличную плавность набора скорости и крутящего момента, а также плюсом и более высокую скорость.

Для конфигурирования, компиляции и загрузки прошивки в микроконтроллер будем использовать то, что рекомендует сам автор проекта – PlatformIO IDE, которая устанавливается в качестве расширения в Visual Studio Code от Microsoft. Сказать честно, ранее мне никогда не приходилось пользоваться данными инструментами, так как я несколько далек от программирования.
Я всё это делал под MacOS, но проверил в виртуальной машине на Windows 10, всё устанавливается и выполняется также. (Единственная проблема была при установке PlatformIO в Visual Studio Code на Windows 10, был цикличный процесс установки, пока я в системе не поставил дистрибутив Python 3.7)

Открываем в PlatformIO (установленной в Visual Studio Code) папку со скаченным с Github проектом, и открываем файл platformio.ini, в котором нам дают выбор вариантов нашей прошивки. Там много вариантов реализации и управления, но нам интересен вариант VARIANT_HOVERCAR, поэтому раскомментируем строку:

default_envs = VARIANT_HOVERCAR ; Variant for HOVERCAR build

Затем, перейдем в подпапку “Inc” и откроем файл “config.h”

В этом файле будет редактировать необходимые нам параметры перед компиляцией.

Первым делом перейдем в раздел “BATTERY”, где в строке

#define BAT_CALIB_REAL_VOLTAGE 3970

Нам необходимо указать реальное значение напряжения батареи в милливольтах. А в строке

#define BAT_CALIB_ADC 1492

вводится значение, измеренное АЦП контроллера, которое мы получим через серийный порт чуть позже.

Перейдем в раздел “MOTOR CONTROL”

И проверим выбранный режим управления электродвигателем в строке

#define CTRL_TYP_SEL FOC_CTRL

Чтобы у нас использовался режим FOC

В этом же разделе можно отключить одно из колес, если используется только одно мотор-колесо (иначе прошивка после включения будет ругаться на обрыв одного из колес)

// Enable/Disable Motor #define MOTOR_LEFT_ENA // [-] Enable LEFT motor. Comment-out if this motor is not needed to be operational #define MOTOR_RIGHT_ENA // [-] Enable RIGHT motor. Comment-out if this motor is not needed to be operational

А также включить режим ослабления поля (Field Weakening) для увеличения максимальной скорости движения нашего транспортного средства. Скорость увеличивается значительно:

// Field Weakening / Phase Advance #define FIELD_WEAK_ENA 0 // [-] Field Weakening / Phase Advance enable flag: 0 = Disabled (default), 1 = Enabled #define FIELD_WEAK_MAX 5 // [A] Maximum Field Weakening D axis current (only for FOC). Higher current results in higher maximum speed. Up to 10A has been tested using 10" wheels. 

Я использовал значение FIELD_WEAK_MAX 8, так как в ходе тестирования на стуле, при значении FIELD_WEAK_MAX 10 у меня продолжили вращаться колеса при сбросе ручки акселератора. Правда это было до шунтирования USART2 конденсаторами от наводок. Надо попробовать опять значение 10:

Раздел “DEBUG SERIAL” рассказывает нам как получить данные с USB-SERIAL адаптера подключившись к USART3 и как интерпретировать полученные данные. Это мы сделаем после первоначальной прошивки.

И наконец переходим в раздел VARIANT_HOVERCAR SETTINGS

#define CTRL_MOD_REQ TRQ_MODE

говорит, что используется Torque Mode, что дает плавный разгон, равномерную езду через препятствия и в гору, а самое главное – накат, движение по инерции при отпускании ручки акселератора, без торможения двигателем. Это очень увеличивает время пробега на батарее, так как можно разогнаться, и определенное время двигаться по инерции.

#define ADC_PROTECT_ENA

Данный параметр обеспечивает систему от обрыва провода питания или GND от ручки акселератора и тормоза на USART2.
Параметром #define ADC_PROTECT_THRESH 300 задается порог срабатывания защиты по минимальным и максимальным значениям.

Ввиду того, что у меня для тормоза используется просто кнопка, у которой только два значения: 0 и 4095 (min/mac ADC1-value while poti at minimum-position (0 — 4095), то у меня не получается использовать функцию защиты. Параметр ADC_PROTECT_THRESH нельзя поставить меньше 1, и при иных значениях после включения питания в прошивке включается защита по нулевому значению кнопки тормоза (как бы обрыв) и трицикл пищит зумером, и никуда не едет.
Поэтому я закомментировал строку #define ADC_PROTECT_ENA, отключив защиту, тем более что у меня уже есть аппаратная защита, в виде установленных резисторов подтяжки на USART2;

#define ADC2_MIN 660 // min ADC2-value while poti at minimum-position (0 - 4095) #define ADC2_MAX 2063 // max ADC2-value while poti at maximum-position (0 - 4095)

и тоже самое для ADC1, можно не трогать, так как автор реализовал режим автоматической калибровки максимальных и минимальных значений напряжения от ручки акселератора и тормоза при зажатии кнопки включения платы более 5 секунд, что мы сделаем после прошивки.

#define INVERT_R_DIRECTION // Invert rotation of right motor #define INVERT_L_DIRECTION // Invert rotation of left motor

оказались очень кстати, потому что при сборке трицикла, я перепутал левое и правое колесо, и они у меня закрутились в обратную сторону. Данный параметр инвертирования стороны вращения мотор-колес позволил исправить направление вращения без перекоммутации.

#define SIDEBOARD_SERIAL_USART3

надо обязательно закомментировать. Автор проекта использует одну боковую плату гироскутера со своей альтернативной прошивкой для индикации заряда батареи блоком светодиодов. Если плату не подключать, но при запуске прошивка вещает зумером, что имеется проблема, и двигаться дальше отказывается.

#define DEBUG_SERIAL_USART3 

надо наоборот раскомментировать, так как это даст нам возможность подключиться к нашей плате с помощью USB-TTL адаптера через USART3 и получить данные по фактически определённому контроллером напряжению нашей батареи, и сделать корректировку.

#define STANDSTILL_HOLD_ENABLE

Поможет включить функцию стояночного тормоза. После полной остановки и неактивной ручки акселератора наше транспортное средство будет невозможно сдвинуть с места, мотор-колеса будут сопротивляться, естественно в ущерб заряду батареи. Я не использую.

После всех внесенных изменений можно перейти к компиляции нашей прошивки. Жмем на кнопку “PlatformIO: Build” в нижнем левом углу и компилируем нашу прошивку по выбранному варианту и параметрам, смотрим на результат процесса в нижнем окне Terminal:

После завершения процесса компиляции прошивки, мы готовы загрузить ее в микроконтроллер на плате.

Для этого я изготовил трехжильный кабель и подключил USB-адаптер ST-LINK V2 к плате по следующей схеме. Предварительно на плате припаял гребенку для подключения:

+3.3В с адаптера ST-LINK V2 для питания STM32 везде советуют не брать, прошивать только с подключенной к плате основной батареей. Хотя я пробовал и так, у меня ничего не сгорело, возможно повезло. У коллеги donBaton микроконтроллер всё-таки сгорел. Лучше избежать проблем.

Перед прошивкой может потребоваться снять защиту от записи Flash-памяти микроконтроллера. На двух моих платах потребовалось выполнить данную процедуру.

Я это сделал с помощью программы STLINK Utility под Windows, но это можно также сделать на Linux и MacOS с помощью пакета OpenOCD
Подробно об этом рассказывается по данной ссылке: github.com/EmanuelFeru/hoverboard-firmware-hack-FOC/wiki/How-to-Unlock-MCU-flash (How to Unlock MCU Flash)

Представлю несколько скриншотов с процессом разблокировки MCU Flash:

После разблокировки опять возвращаемся в PlatformIO, подключаем наш кабель, зажимаем кнопку включения питания и нажимаем кнопку “PlatformIO: Upload” в программе. Зуммер радостно пропищит, окно Terminal выдаст информацию об успехе:

После первоначальной прошивки полезным будет откалибровать батарею, для того чтобы микроконтроллер правильно определял напряжение питания. Для этого используется USB-TTL адаптер.
Я приобрел самый простой адаптера на CP2102 по данной ссылке: CP2102 USB 2.0 to UART TTL 5PIN Connector Module Serial Converter

Для его работы в MacOS (и скорее всего и в Windows) необходимо установить специальный драйвер:
CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers

Устройство определилось в системе и стало доступно по адресу /dev/cu.usbserial-0001

Подключаем адаптер к плате по следующей схеме:

Запускаем окно чтения виртуального серийного порта командой в терминале:

screen /dev/cu.usbserial-0001 38400

В окне побежали следующие строки с данными:

Нам интересно значения в строке под цифрой 5 и 6. Значение под цифрой 5 – измеренное значение АЦП, а под цифрой 6 – пересчет в значение напряжение питания.
Значение под цифрой 5 необходимо записать.

Затем выключаем трицикл кнопкой выключения/выключения, подключаем опять наш USB-программатор ST-LINK V2, открываем опять файл “config.h” в PlatformIO, переходим в раздел “BATTERY”, и в строке

#define BAT_CALIB_REAL_VOLTAGE 3762

Вносим текущее значение напряжения батареи, измеренное мультиметром, в милливольтах, а в строке

#define BAT_CALIB_ADC 1585

указываем измеренное значение АЦП, которое мы получили под цифрой “5” шагом ранее, с серийного порта.

Снова компилируем нашу прошивку, и опять загружаем в микроконтроллер платы.

Теперь у нас прошивка правильно определяет напряжение нашей батареи, что можно проверить, опять подключив USB-TTL адаптер, и проверив полученное значение напряжения под цифрой “6”.

Теперь нам необходимо откалибровать нашу ручку акселератора и кнопку тормоза. Для этого автор прошивки предусмотрел режим автокалибровки. Необходимо выключить плату трицикла, и снова включить, зажав кнопку включения на 5-8 секунд. Зуммер на плате издаст дополнительный сигнал, сообщив, что мы вошли в режим калибровки. Теперь у нас есть 20 секунд, в течение которых нам нужно плавно покрутить пару раз ручку акселератора от минимума до максимума, и отпустить. Соответственно, несколько раз включить кнопку тормоза и отпустить. Порядок не важен. Через 20 секунд прошивка сама выйдет из режима калибровки и все параметры наших органов управления (минимальные и максимальные значения напряжения на ADC2 и ADC1) будут сохранены. Это необходимо делать после каждой загрузки новой прошивки, если мы делаем в ней изменения и заливаем новую.

Кстати, если во время режима автокалибровки подключиться к плате USB-TTL адаптером и вывести данные с серийного порта, то экран оповестит нас о начале режима автокалибровки, и покажет статус после завершения.

В принципе всё, можно ехать! На небольшом отрезке неровной грунтовой дороги я разогнался до 32 км/ч, на асфальте думаю шустрее поедет. У детей динамика внушительней.

UPD: Задний ход включается двойным нажатием кнопки тормоза, при полной остановке трицикла. Включается зуммер заднего хода, и можно двигаться назад. Затем опять двойным нажатием на тормоз выключаем режим заднего хода, и едем вперед.

Бюджет проекта и требуемые доработки:

Основные моменты которые необходимо учесть при доработке данной конструкции трицикла:

— Отбойник нижнего подрамника. После сборки и полной загрузке пассажирами, выяснилось, что профиль заднего сидения встречается с подрамником на большом ходе амортизатора — слишком мягкий амортизатор. После некоторых раздумий, я обнаружил, что амортизатор можно настроить, закручивая нижнюю резьбовую чашку по оси вверх, на сжатие пружины. Жесткость увеличилась, и сидение перестало бить по крышке подрамника. По началу у меня была идея поставить сразу резиновый отбойник, на всякий случай, от задней подвески Нивы. Но проехавшись по местным магазинам автозапчастей, такой не нашел, и я про это вскоре забыл.
Забыл зря, так как на хороших кочках дети всё-таки смогли найти слабые места конструкции:

На скорую руку мною был придуман следующий отбойник/ограничитель ходя заднего подрамника, из болта, гаек и старого подшипника:

Работает хорошо, но постукивает, надо думать над другой реализацией.

— Подножки водителя и пассажира. После нескольких дней разъездов на новом транспортном средстве, краска с подножек начала стираться. Соответственно, нужно было это исправить. Не нашел ничего проще и быстрее, чем обтянуть их двойным слоем плотной термоусадки:

— Батарея. Это, на данный момент, самый критичный момент в данном проекте, так как родная батарея уже немного устала, и её хватает лишь на 5-7 км, что совсем грустно.
Разобрал мертвую батарею от купленного БУ гироскутера, достал из него плату BMS, купил новых аккумуляторов, соберу новую батарею. Их оставшихся банок двух старых штатных батарей соберу еще одну батарею и поставлю как вторую в подрамник, с возможностью переключения ранее приобретенной клавишей:

• переднюю фару и задние фонари;
• небольшую сетку-багажник на спинку заднего сидения;
• крылья на задние колеса (пока не знаю какой конструкции и формы);

Бюджет проекта:

№	Наименование	Цена (руб.)
1	Гироскутер	2’000 р.
2	Метал. профиль	700 р.
3	Штанга	430 р.
4	Поролон/клей/экокожа	800 р.
5	Крепеж	500 р.
6	Шины/камера	800 р.
7	Ручка/кнопка/клеммники	950 р.
8	Амортизатор	650 р.
9	Велосипед	1’500 р.
10	Краска/грунт/лак	960 р.
11	Программаторы	250 р.
—	ИТОГО:	9’540 р.

На этом всё! Если есть вопросы, постараюсь ответить. Если есть предложения по доработке и улучшению — давайте вместе обсудим, тем более, что это уже второй обзор на данную тему.

Добавить в избранное Понравилось +293 +429

• 11 сентября 2020, 22:15
• автор: Gdenich
• просмотры: 74616

Электросамокат из гироскутера или «каша из топора»

В летние дни на пике востребованности городская мобильность. Особенно это касается подростков с большим количеством высвободившегося в каникулы времени. Свобода перемещения стирает расстояния между разлученными друзьями. Одним из решений является прокат самоката, но точки проката и требования по парковке часто делают использование метода нецелесообразным. В период своего очередного отпуска, устав от «безделья», было принято волевое решение потратить досуг на рост мобильности в семье. Последние пару лет валялся гироскутер, по заверению домочадцев «сломанный». Так сошлись звезды и показали направление. Первым делом был разобран гироскутер, и он оказался, как и большинство, 3-х платный:центральная — контроллер, две боковых — гироскопы. Центральная плата собрана на аналоге микроконтроллера STM32F103. Ранее я уже интересовался данными контроллерами и у меня завалялся программатор/отладчик ST-link (ни разу не использованный). Следом был проведен анализ готовых решений для перепрошивки платы, т.к. на всю задачу было отведено времени — неделя остатка отпуска. Был выбран зрелый проект Эмануэля Феру. Прошивка платы прошла успешно, имитаторы курков газа и тормоза также адекватно реагировали, так что пришла пора первых материальных вложений. На авито были куплены два курка по 450р. При переделке платы требовалось в разъеме курков на плате питание 15в отрезать, а завести питание 3,3 В. Отрезание прошло успешно. Накидывание перемычки припаиванием к питанию 3,3 В тоже, но при позиционировании проводка к контакту разъема он выскочил, распрямился и коснулся контакта силового конденсатора. Искра была настолько сочная, что я думал 220В замкнул. Поняв, что остаточный заряд в конденсаторе (предположительно 36 В) на плате, пролежавшей ночь без питания, попал в линии 3,3 В питания контроллера, я сразу же потерял интерес к затее, выключил свет за рабочим столом, пошел и лёг на диван смотреть видосики. Прошел час. Как правило, этого хватает, чтобы волна демотивации схлынула, я полез в свои закрома и нашел отладочную плату с STM. И чисто на волне и осознании, что везение меня не покинуло, пересадил контроллер. После перепрошивки ничего не завелось. Я полтора часа потратил на разглядывание, прозванивание и сличение контактов в двух даташитах GD32 и STM32. Проблем не нашел. Но выход есть. видосики. Еще час, и я вернулся к работе, и заметил, что проблема в 9-ом символе обозначения микросхемы. Это размер памяти контроллера и в новом он меньше. Поиск. В городе в радиомагазинах сегодня нужного контроллера нет. Готовые изделия под пересадку неадекватны цене донора. В итоге, авито 500р очень похожая плата и сегодня — судьба! Плата продавалась как не рабочая и было указано, что пищит. Для меня это означало, что контроллер жив. После сборки электроники и при тестировании на столе плата работала только с одним колесом, причем перестановка колес показывала, что не работает одно и тоже колесо. Сигнал бипера платы и коды ошибок прошивки расшифровывались, в том числе, и как Холлы в колесе. Прозвонка. да, один датчик не реагирует. Покупка датчика -150р. Заменил, вклеил. Все норм. Параллельно на купленной плате заменил пробитый входной мосфет. На столе все работает и вся электроника готова. И тут я вспомнил, как высмеивал свою жену когда, я ей объявляю о своих новых проектах, и она, проявляя участие, что-то спрашивает типа: Дорогая, я буду строить ракету! Дорогой, а корпус из чего? Да, корпус. Все увидят только его. Полдня я прикладывал алюминиевые профили к колесам. Поглядывал на имеющиеся подшипники для вилки. Поняв, что в наличии материала не хватает, а покупка алюминиевого профиля (уголка или швеллера) толщиной 5мм будет больше 1000р. было принято волевое решение. смалодушничать и купить готовую раму. Авито. 2000р аналог Kugo S4. Отлично! Ракету можно строить. Примерка к полости деки и. Ничего не подходит. Плата не влазит. Очень не хотелось менять товарный вид, но после полудневных размышлений: Пилите, Шура, пилите. Аккумулятор от гироскутера не лезет ни по одному габариту. Это не новость. После платы я уже осознавал, что аккум придется перебрать. Разбираем, пересобираем. Батарея лезет! А вот плата защиты — нет. И это сюрприз, потому как ее форм-фактор я не знал пока не снял термоусадку с аккумулятора. Поиск. Ожесточенные торги на Авито за 3300р аккум от самоката Trident. Примеряем. Не лезет! Освежёвываем аккум, заматываем его в каптоновый термоскотч. Влазит в притирку. Очередная мини победа. Далее нетривиальные работы с осью колеса гироскутера, т.к. ось у колеса выходит только с одной стороны. Протачиваю внешнюю глухую крышку, открывая доступ к оси, засверливаю ось, режу внутреннюю резьбу М8. С обратной стороны длинную ось (с проводом) обрезаю в размер, режу внешнюю резьбу М14. Точу дистанционные шайбы, примеряю. Мое колесо 10′ не влазит даже со спущенной резиной! Ну уже закаленный этим проектом, на этот раз без видосиков! Сверлим, режем, пилим напильником. Колесо установлено, и это первое состояние проекта, когда его можно испытать функционально в реальных условиях. С рамой мне досталось переднее родное колесо без мотора. Так что можно испытать самокат на одном колесе! Последний день отпуска. Уже на установленной плате в деку подключаем моторы.. и один разъем провода мотора пружинит на землю. искра и опять без подключенного аккумулятора. Гася негодование я дособираю безнадежный проект, включаю. Контроллер пикает запуск, но оба колеса не крутятся. Ну что ж, пропуская стадию с видосиками, измеряем силу на моторах. Шим на силовых проводах есть. Звоним управление на разъемах. Нет ни тормоза, ни газа, значит дело не в плате. Вспоминаю про сделанную мною переходную плату с одного разъема платы контроллера на два разъема курков, глухозамотанную в ХБ скотч. Да, просто выпал общий разъем! Всё подключаю, перевязываю нитками и глухо заматываю. Всё работает. Беру сына и на двух самокатах выезжаем на тест. Отъехали 200м. Сразу же, в гору не тянет. Разочарование. Следом открутилось заднее колесо и провернулось. Провода проложенные внутри оси выжили. Возвращаемся, самокат на себе в гору. Затягиваю заднее колесо по-богатырски, беру сына, едем 300м. Соскочило переднее родное колесо с подшипников и болтается на оси. Оказывается дистанционные втулки, распирающие колесо внутри вилки, продавец не додал. Точим сами, ставим. Сын отказывается третий раз с «развалюхой кататься». Еду сам. Динамика слабая. В гору на себе. Надо делать второе колесо. Процедуры подготовки второго колеса аналогичны заднему. В вилку оно ,конечно же, не влазит. Недолго думая и ощущая цейтнот в проекте, варим вилку из уголка 50х50х5 (был в наличии). Красим (краска 500р балончик). Провода переднего колеса заправляем в автомобильную гофру (100р метр). Вырезаем крышку к отсеку электроники. Испытания! На двух приводных колесах динамика отличная, старт с дрифтом, если не нагрузить. Под нагрузкой в гору 300м и аккум проседает, плата пикает разряд. Требуется диагностика аккума. Врезаю заблаговременно заказанный индикатор напряжения 400р. для диагностики на ходу. Длительный тест с контролем напряжения показывает, что аккум по факту не разряжен, а проседает напряжение под максимальной нагрузкой (в прошивке 15А на колесо и 17А общая), потом восстанавливается. Буду перебирать аккум, думаю, что пару банок в мусорку. Режим работы в прошивке выбран TRQ со свободным качением при отпускании газа. С сыном наконец-то покатались. Больше часа. А иначе зачем всё это делалось! На этом всё! Всем добра! Продолжение https://habr.com/ru/articles/758990/

• Программирование микроконтроллеров
• DIY или Сделай сам