Allrad E-Bobby-Car

Aktualisiert: 2019-06-10

Inspiriert durch Fisch habe ich ein Allrad getriebenes Elektro-Bobby-Car gebaut.

Die ursprüngliche Firmware wurde von Rene, Nico und Niklas auf Basis von STMBL programmiert (hoverboard-firmware-hack). Ich habe Fahrtmodi und sanftes anfahren und bremsen ergänzt: hoverboard-firmware-hack-bbcar

Gesteuert wird es über 2 Potis am Lenkrad (das rote auf der GPN 18 und 19). Wenn man beide los lässt bremst es. Gegenschub verstärkt das Bremsen.
Rechts = vorwärts
Links = bremsen oder rückwärts

Fahrtmodi

Es gibt 4 Modi die man beim einschalten wählen kann (km/h bezogen auf volle, gute 12s):

  • Modus 1 – Kinder: linker Poti, max Speed ~3 km/h, sehr langsamer Rückwärtsgang, ohne Turbo
  • Modus 2 – STVO: einfach nur einschalten, max Speed ~<6 km/h (kontrollieren!), etwas langsamerer Rückwärtsgang, ohne Turbo
  • Modus 3 – Fun: rechter Poti, max Speed ~12 km/h, ohne Turbo
  • Modus 4 – Power: beide Potis, max Speed ~22 km/h, mit Turbo ~29 km/h

Beim einschalten wird nach dem düdelit der Modus gepiept. Je mehr Piepse, desto schneller. Der default Modus ist der STVO-konforme Modus 2. Die anderen wählt man indem man Potis beim einschalten gedrückt hält.

Turbo

Feldschwächung wird nur aktiviert wenn man schon sehr schnell und in Modus 4 ist. So gehts: Rechts voll drücken und warten bis man schnell ist, dann zusätzlich links schnell voll drücken. Achtung, das ist schon gefährlich schnell. Ich rate zu Schutzkleidung. Lenken sollte man im Turbo besser garnicht.

Technischer Hintergrund

Die Poti-Eingaben werden stark bedämpft, dadurch entsteht eine Art Anfahr- und Bremsrampe. Bei jedem Durchlauf der Main-Schleife in main.c wird der Ausgangswert neu berechnet:
PWM_Ausgang = PWM_Ausgang * 0.99 // bremst wenn man keinen Poti drückt
PWM_Ausgang -= Rückwärts_Poti * R_Faktor
PWM_Ausgang += Vorwärts_Poti * V_Faktor
PWM_Ausgang geht von -1000 bis 1000.
Wenn PWM_Ausgang >800 kann Feldschwächung (Turbo) dazugeschaltet werden. Mehr als 400 habe ich nicht getestet, man sollte hier vorsichtig sein. Der Modus verheizt viel Energie und sollte nicht dauerhaft genutzt werden. Ich hatte aber bisher keine Hitzeprobleme.

Leistung und so

Die Batteriestrombegrenzung steht auf insgesamt 60A (config.h: DC_CUR_LIMIT 15). Bei 12s macht das rechnerisch 3,8V*12s*15A*4Motoren = 2736W. Gemessen wurden 1800W Spitze beim beschleunigen. Ein 8Ah Akku ist nach ca. 1-4h rumfahren ca. halb leer. 6,5 km schnelles fahren mit gelegentlichem Turbo verbraucht ca. 1/3- 1/4 des Akkus. Auch mit geschlossener Bodenklappe (Plexiglasscheibe) ist die Kühlung des Innenlebens und der Motoren ausreichend. Möglicherweise lässt sich die Turbo-Geschwindigkeit durch eine Erhöhung der Strombegrenzung weiter steigern.

Ladeanschluss

Bautipps

Radaufhängung vorne

Eine gedruckte Vorderradaufhängung ist eine gute Zwischenlösung bis man sie aus Metall baut. Früher oder später wird sie aber brechen. Die Teile müssen vor dem Zusammenbau so gefeilt werden, dass die Vorspannung nicht so groß und nicht zu klein ist. Das Rad muss wackelfrei geklemmt sein. Bei zu viel Vorspannung bricht es aber schnell.

Druckeinstellungen

PETG, evtl. mal ABS testen? Perimeter, Top, Bottom: ~7mm; Infill: 30% Full Honeycomb; Multiplier und Temperatur so einstellen, dass es wenig Lücken und einen guten Layerhalt gibt. Das große Teil sollte etwa 190g wiegen. Es wird durch Schrauben verstärkt, s. BOM.ods. Hier mit 0,8mm Nozzle:

Lenkstab

10mm Baumarkt-Stahl ist robust genug, 10mm Gewindestange nicht. Biegen mit stabilem Schraubstock und Rohr als Hebel. Am Lenkrad habe ich einen 5mm Spannstift benutzt. Das ist deutlich besser als eine Schraube, aber auch nicht optimal. Das Loch erweitert sich mit der Zeit und der Stift rutscht hin und her. Besser wäre hier eine Passfeder. Um das Spiel zu minimieren evtl. das Lenkradplastik irgendwie verstärken. Da wo die Stange oben aus dem Chassis raus kommt ist das Loch nicht stabil genug. Dort von innen eine Verstärkung anbringen.

Radaufhängung hinten

20*10*1 cm Aluplatte, Nuten fräsen. Im inneren ~4*5 cm Holzbalken von der Aluplatte bis in die Höcker oben stecken. Die Form ist recht komplex, ist aber machbar. Oben rund feilen unten anschrägen. Idealerweise das Plastik hinten bis auf Höhe der org Achse abschneiden und seitlich an den Balken schrauben. Alternativ nicht aufschneiden und die Aluplatte durchs Plastik in den Balken spaxen. Dann ist es hinten aber recht hoch was den Fahrkompfort stark mindert weil man die Beine höher halten muss.

Elektronik

Rein kommen 2 Hoverboardplatinen. Die Potis werden direkt an beide Platien angeschlossen. R1, R2, R3, R4 ziehen die ADCs auf GND falls sich ein Kabel löst. Das Bobby Car bremst dann. C1, C2, C3, C4 sollen Störungen wegfiltern. Da per Software aber schon sehr stark gefiltert wird, kann man die evtl. auch weg lassen. Die Rs und Cs sollten direkt auf die Platine gelötet werden. Die Cs, weil sie weiter weg nichts bringen und die Rs, weil es gefährlich ist wenn die ab reissen. Damit das funktioniert muss GND der Platinen mit einem kurzen dicken Kabel verbunden werden.

Gut geeignet sind die Schultertasten vom xbox 360 Gamepad. Die org Microsoft Dinger haben sehr gute Potis. Es ist ziehmlich fummelig die ins Lenkrad zu bekommen, man muss etwas dran rumschnitzen damit sich nichts verkeilt. Dann vorsichtig mit Heißkleber fixieren und eine gedruckte Schutzhaube drüberkleben.

Den Einschalter direkt an beide Platinen anschließen. Beim flashen (sonst nicht) kommt es manchmal dazu, dass eine Platine an und eine aus ist. Ist nicht schlimm, die aus-Platine zieht den ADC komplett runter, es fährt dann nicht. Zur Behebung ziehe den Akku ab.

Akku

12s sind schon recht sportlich, 10s machen auch eine Menge Spass. Die Platinen können bis 13s ohne Modifikation. Die Abschaltspannungen müssen in config.h passend eingestellt werden. Wenn man Modellbau-LiPos nimmt, muss ein Protection-Board vor den Akku. Im Hoverboardakku ist das bereits eingebaut. Das sorgt für Überlade-, Tiefentlade-, Überstromschutz und Balancing der Zellen. Es gibt einfache wie das unten abgebildete und auch bessere (aliexpress: „Smart BMS“) mit Bluetooth und App. Wenn man ein Smart BMS nimmt, MUSS man es vor dem Einsatz richtig konfigurieren! Dazu sollte man wissen was man tut! Zum laden von Hoverboardakkus kann ein Hoverboardladegerät genommen werden.

Smart BMS
Simple BMS
Simple BMS
Simple BMS
Simple BMS

Ladegerät

Ich nutze ein Servernetzteil mit Strom- und Spannungsgeregeltem Step-Up dahinter. Er ist auf 50,4V und 5A eingestellt. Bei aliexpress gibt es schöne 12s 6A Ladegeräte.

Anhänger

Wenn man die Räder mittig setzt, hebts das Bobby Car hoch, wenn sich hinten jmd drauf setzt. Also weiter hinten montieren. Wenn wir kompatibel bleiben wollen zwecks dasy chaining der Anhänger sollten wir M8 Schrauben als Kupplung nutzen.

Tauch-Akkutank V2

Da die erste Version zu wenig Kapazität hat hatte hier das ganze in etwas größer. Transparentes PVC-Rohr in der Größe ist leider sau teuer, also ist es grau geworden.

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Die Kabeldurchführung ist eine potentielle Schwachstelle, da PVC Kabel nicht Formstabil ist. Gummikabel kann man auf der anderen Seite schlecht kleben. Es war nicht leicht ein Steckersystem mit folgenden Anforderungen zu finden:

  • robust und Seewasserfest
  • Dicht unter Druck in gestecktem Zustand
  • verriegelbar, aber im Notfall auch leicht lösbar
  • in ungestecktem Zustand dicht (da gibts nur sehr wenige Stecker am Markt)
  • bezahlbar

Verwendet wurden Souriau UTS710E6P Buchse und Souriau UTS6JC10E6S Stecker. Dicht sind sie, aber etwas robuster dürfte es noch sein. Bisher gab es aber keine Schäden und alles war dicht. Der Balancer-Ladedeanschluss ist auch herausgeführt. Ich kann den Tank nun laden ohne ihn aufschrauben zu müssen.

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Damit sich beim aufschrauben die Kabel nicht verdrehen, ist das ganze Innenleben am Deckel befestigt.

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Die 18650 Lithium Akkus werden von gefrästen Scheiben aus IKEA Küchenbrett zusammen gehalten. In die Löcher habe ich Gewinde geschnitten, damit die Scheiben nicht verrutschen. Die Akkus wurden punktgeschweist. Mit 4s6p, also 4 Zellen in Reihe und 6 parallel komme ich auf 16V bei 15Ah = 240Wh. Damit hält man schon einen ausgedehnten Tauchgang mit Heizweste durch.

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Der Tank ist nun leider ziehmlich sperrig geworden. Trotz der großen Lufteinschlüsse geht er unter.

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Tauch-Akkutank V1

Ich bin eine Frostbeule beim tauchen und habe keinen Trockie. Über Wasser Regen, Wind, 15°C, nichts zum unter stellen. Unter Wasser 5-10°C, kein Wind. Akkutanks für Heizwesten kosten einige 100 EUR. Diese Version besteht aus verklebtem PVC-Druckwasserrohr. Das Rohr ist bis 20 Bar Innendruck zugelassen. Den Drucktest in 50m Tiefe im Kreidesee Hemmoor hat der Tank ohne Probleme überstanden. Das Steckersystem ist leider nicht sonderlich dicht und zum laden muss man den Tank öffnen um den Balancer-Stecker anschließen zu können.

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Leider ist die Kapazität recht knapp. 3s4p mit gebrauchten Zellen macht ca. 12V bei 8Ah = 96Wh. Das reicht nicht für einen kompletten Tauchgang mit Heizweste.

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