Детский электромобиль своими руками газ

Самодельный электромобиль — всё не так, как думаешь

Всем привет. Учась в университете я собрал маленький электромобильчик, ну или карт. Его фишкой было то, что всё управление электроприводом, включая тормоза было отдано самодельному контроллеру. И именно о том, как я делал этот маленький автомобильчик, и с какими подводными камнями столкнулся при постройке — хотелось бы рассказать в данном материале. Материал не претендует на уникальность, но для меня это был большой и интересный опыт.

Тема рассказа стоит на стыке аппаратного и программного аспектов. И в прошивке для контроллера я имел дело не с какими-то абстрактными понятиями или данными, а со вполне реальными «физическими» устройствами: реле, электродвигателем, транзисторами итп. Так что приведу кратенькую характеристику технической части, тот состав который был на момент всех танцев с бубном.

Основные узлы

Тяговый двигатель — коллекторный универсальный. Может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Рабочее напряжение 220 вольт.

Аккумуляторная батарея — 25 свинцово-кислотных ячеек по 6 вольт фирмы Casil, соединённых последовательно, по итогу получаем батарею 150-160 вольт. Она установлена сзади и перемотана синей изолентой, всё как положено 🙂

Двигатель приводил колёса в движение через червячный редуктор с передаточным числом i=10. На фото видно, что двигатель сочленен с редуктором с помощью небольшого валика, он был выточен специально.

Системы торможения, то есть тормозного диска с суппортом не было в принципе. Поставить физический тормоз на тот момент не получалось. Поэтому торможение двигателем оставалось единственным реальным вариантом, так что управление торможением машины тоже пришлось брать на себя контроллеру.

Контроллер для блока управления

В принципе простой контроллер для электромобиля можно собрать и на «рассыпухе». Но хотелось бы, чтоб была возможность всё красиво настраивать с помощью программы, 21 век всё-таки. Путём долгих высоконаучных рассуждений за ужином я решил, что за основу контроллера стоит взять чип фирмы Microchip — pic16f877a, вот его краткие характеристики:

На тот момент я не очень шарил в электронике, и изначально хотел делать схему до безобразия тупой — двигатель включён или двигатель отключен, но вместо реле поставить транзисторный ключ, дабы ничего не щёлкало и не горело. Но решил, что риск оправдан, я ничего не терял да и просто хотелось сделать что-то стоящее. Так что остановился на связке микроконтроллер + силовой полевой транзистор в качестве ключа. Ручку газа и кнопку реверса вывел на руль.

Особенности схемы

При выборе транзистора я не скупился и выбрал IRFP4227PBF — N-канальный полевой транзистор (открывается положительным импульсом) на напряжение 200 вольт и максимальный ток 130 ампер. Корпус TO-247AC. Но, забегая вперед скажу — я смог сжечь и его.

PWM — что это такое и с чем её едят

Раз я использовал микроконтроллер в связке с полевым транзистором, то грех было не попробовать использование pwm/шим в схеме. Что такое шим? Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения прибора. — спасибо Википедии.

Достоинство такого способа управления транзистором: он во время работы находится в двух состояниях — либо полностью закрыт, тока нет и ничего не греется, либо он полностью открыт и сопротивление его составляет несколько милиом, соответственно в тепло на самом транзисторе рассеиваются какие-то доли ватта тепла, ну или единицы ватт, схема едва тёплая при таком режиме работы. И такой процесс — отрыть/закрыть происходит тысячи раз в секунду. Это называется частотой шим. Так же есть такая вещь, которая называется «скважность». Переводя на человеческий язык — эта цифра показывает какую долю времени открыт транзистор. Если чуть углубиться — допустим у нас частота ШИМ-синала 1000 герц. Значит транзистор открывается и закрывается 1000 раз за секунду, и процесс переключения между включено и выключено 1/1000 доля секунды. Величина 1/1000 — это период частоты. А с помощью скважности мы показываем какую часть времени от периода транзистор открыт и через него течет ток. Для примера: в программе скважность 255 — это максимальная мощность, 127 — 50%, 0 — транзистор закрыт.

Для генерации такой частоты применялся встроенный в чип «физический» контроллер, хотя есть возможность программной реализации, но в этом случае контроллер только и будет делать, что генерировать на выводе частоту с заданным периодом и скважностью. А с использованием контрллера из переферии МК можно было и генерировать сигнал, и чтоб программа делала что-то ещё.

Чем дальше в лес, тем злее волки — от частоты ШИМ зависит и то, насколько будет эффективно работать электропривод. Я пробовал разные частоты, от 2 до 15 килогерц, каждый раз это менялось программно. Честно говоря особой разницы не успел заметить, но уверен что она есть. К сожалению данных по этому вопросу не удалось получить в достаточном количестве. Единственное, что заметил — с разной частотой пищала машина во время работы. Кстати, если кто-то замечал в метро, электробусах и поездах, что во время старта слышно гул, писк, завывание — это как-раз таки пищат обмотки двигателя из-за работы на частотах контроллера. Очень это заметно на поезде «Ласточка», который по МЦК ходит, во время старта.

Подводные камни в алгоритме работы

Следующая проблема была с реверсом двигателя. Двигатель коллекторный, у него две обмотки — неподвижная — статор, на корпусе, и вращающаяся — ротор. Для изменения направления вращения необходимо развернуть направление тока в одной из обмоток, не меня направления в другой. Для этого использовались два реле, срабатывали они одновременно, «перекидывая» схему на реверс при подаче на них питания. Но в первом варианте прошивки была ошибка — реле переключились под нагрузкой. Как итог теста под нагрузкой — два сгоревших реле, так как двигатель — индуктивная нагрузка и на контактах реле была нехилая такая дуга, контакты просто расплавились и сгорели во время переключения.

Выход из ситуации — вводим в программу условие, что перед переключением снимаем нагрузку выкручивая скважность PWM-сигнала на 0, перекидываем реле, и опять включаем мощность на заданный уровень. Именно так и работали тормоза на машине — реверсом. Только хардкор — никаких датчиков и энкодеров, ничего. А вот и фото релюшки, это вроде как реле стартера от жигулей. Если переключать их не под нагрузкой, то вполне работают и с высокими напряжениями, 160 вольт при 15 амперах держали, но допускаю, что контакты грелись ввиду малого сечения.

После я допилил прошивку и мощность поднималась плавно до заданного уровня. А это уже исключает удары в трансмиссии и нагрузку на узлы. Вот так одна строчка в программе может увеличить срок службы агрегата.

Соединяем контроллер с транзистором правильно

Оставалось только правильно сочленить транзистор с контроллером. Сделал я это несколько не правильно, через оптическую пару, напрямую. Но эта схема прокатывает при работе с низкими напряжениями, при высоких рабочих напряжениях постоянно сгорал затвор транзистора, да и для управления нужен двухтактный драйвер. Нормальная схема приведена ниже. Но тем не менее на один раз схемы с оптической парой хватило, каким-то чудом на тест драйве она работала, а выгорать начала сразу после него. Вот схема «правильного» драйвера, только в моём варианте ещё была развязка оптикой от контроллера. Картинка взята с Drive2:

Несколько интересных моментов

В конце концов получилось то, что на видео

Вообще мои опыты с электроприводом начались ещё в школе и я испробовал много разных конструкций, но это самая удачная схема на тот момент. Если материал понравится, то напишу отдельный пост про всю эпопею.

UPD: Изменил ошибки в статье, спасибо всем, кто откликнулся

Источник

Детский электромобиль своими руками – стоит ли овчинка выделки

Редкий малыш не мечтает ездить на собственной машинке с моторчиком, участвовать в настоящих состязаниях с друзьями, выигрывать в гонках и получать восхищенные взгляды окружающих. И наверняка любой папа или дедушка задумывался над идеей сделать такое чудо самостоятельно, ведь купить электрокар в магазине стоит немалых денег. Но каких усилий и затрат стоит сделать детский электромобиль своими руками и стоит ли начинать? Попробуем разобраться на опыте многих удачных конструкций.

Что такое электромобиль для ребенка

Управление детским электрокаром не составляет труда с самого раннего возраста, ведь совсем не нужно прилагать каких-либо физических усилий, и даже наоборот – с детства приобретаются навыки уверенного вождения.

В отличие от бензинового, электрический привод не создает такой нагрузки на каркас машинки, работает тихо и практически не требует обслуживания, кроме регулярной зарядки аккумулятора. Отсутствие грохота и дыма позволяет ездить даже по дому.

В чем сложность создания детского электромобиля с нуля

Главная конструкционная цель при создании детского электромобиля – обеспечить надежность изделия при оптимальных габаритах и весе. Тяжелый аппарат солидных размеров будет неподъемным для ребенка и его мамы, ещё и доставит немало хлопот с транспортировкой в лифте и хранением. Также для громоздкого кузова нужен движок помощнее и батарея побольше, а это опять-таки влечёт за собой утяжеление и требует упрочнения рамы и ходовой.

Конструирование кузова или рамы, на которых держатся все узлы и механизмы, – дело инженеров. И поэтому, собирая самодельный детский электромобиль, можно существенно упростить себе задачу, использовав готовую конструкцию детской машинки с педалями или обычного толокара.

При таком варианте сборки вид готовой машинки мы будем знать заранее и можем выбрать наиболее привлекательные для ребенка дизайн и модель. Выглядеть такое решение будет более эстетично, и, что немаловажно, можно выиграть несколько килограммов веса.

Если все же поиск легких путей не для нас или планируется получить мощную основу с возможностью в дальнейшем переделки в подростковый карт или багги, на просторах интернета встречаются самые разные чертежи, по которым можно изготовить детский электромобиль.

Но лучшим вариантом будет составить собственный с учетом выбранных компонентов и материалов. Имея базовые навыки конструирования, можно создать оптимальную модель по всем характеристикам, да еще и оформить по заказу юного водителя.

Последовательность изготовления

Для начала определимся с дизайном, ведь для детей внешний вид очень важен. Тут ограничений никаких, и если корпус изготавливаем сами, можно скопировать его с любой детской или взрослой машины. Кроме того, можно разработать конструкцию в виде самолета, корабля, ракеты или какого-нибудь животного.

Продумаем тип управления, рулевой и тормозной механизм, выбираем комплектующие из имеющихся в хозяйстве или доступных в продаже.

Далее собираем все комплектующие вместе, для крепления используем необходимые винты, уголки, хомуты, можно прибегнуть к сварке или пайке швов.

Раму желательно сделать покомпактнее, учитывая размеры всех узлов, с надежной стыковкой элементов. Таким образом авто будет прочнее, маневреннее и легче, это позволит обойтись мотором и аккумулятором попроще.

Из чего выполнить кузов

Для создания формы подойдут пенопласт, пластик, листовой метал и даже плюшевые игрушки.

Традиционно рама для детских автомобилей веками делалась папами из стали или дерева. Но ведь сейчас доступны материалы посовременнее, ничем не уступающие в конструировании металлу. Например, из ПВХ-труб можно с легкостью вырезать и спаять прочное основание, выдерживающее солидный вес, вибрации и удары: резка и пайка данного материала не составляет особого труда, углы получатся гладкие, травмобезопасные, и шума при езде конструкция издавать не будет.

Подбираем электромотор

Двигатель для электромобиля можно выбирать из любой техники, питающейся напряжением 12-24 вольт, например, автомобильные моторчики.

Для самых маленьких деток – на толокары – подойдет моторедуктор стеклоочистителя, развивающий приличное тяговое усилие на скорости 1-2 км/ч при мощности всего 7-20 Вт.

Для быстрой езды уже потребуются движки от 100 Вт, например, с вентилятора системы охлаждения. Также прекрасно подойдет моторчик из шуруповерта, использовать который можно совместно с «родными» редуктором и регулятором оборотов.

Выбор аккумуляторной батареи

Источник питания можно использовать готовый, номиналом 12-24 вольт, для этой цели подойдут:

• автомобильный или мотоциклетный (свинцовый);
• с компьютерного бесперебойника (гелевый или AGM);
• от шуруповерта (никель-кадмиевый или литиевый).

Можно также собрать батарею из доступных ячеек, например, телефонных аккумуляторов или элементов 18650, используемых в тех же шуруповертах и ноутбуках, спаяв их последовательно и уложив в подходящий корпус (или смотав изолентой).

Организация электропитания двигателя

Для запитки достаточно подключить провода от АКБ к электромотору через кнопку выключателя, но на мощных двигателях это приведет к рывкам при езде. И если скорость машинки с шуруповертным моторчиком может превышать 10 км/ч, то набрать ее аппарат попытается уже с места, норовя буксануть или даже встать на дыбы.

Отличным вариантом будет подключение двухступенчатой кнопки или педали акселератора с первым положением через резистор, а вторым – напрямую. Пусковой ток будет значительно ниже, что продлит время езды до полного разряда.

Но лучше всего использовать ШИМ-регулятор, можно от того же шуруповерта, или собранный самостятельно. С широтно-импульсной регулировкой скорость варьируется очень плавно, причем без потери крутящего момента.

Штатная кнопка шуруповерта при повышенных нагрузках и длительной езде может перегреваться и выходить из строя. Так что лучше сразу доработать плавный ход, установив увеличенный радиатор на микросхему, и позаботиться об его хорошем обдуве.

Зарядное устройство

Зарядку стоит выбирать в зависимости от используемого аккумулятора. В продаже можно найти любые зарядные устройства, как для определенных батарей с конкретным номиналом, так и универсальные, с регулируемыми напряжением и током.

Варианты рулевого управления и системы торможения

При проектировании рамы первым делом нужно продумать, как управлять детским транспортом. Для этого потребуется настоящий рулевой механизм с хорошим запасом прочности, особенно для более «взрослых» моделей. Его можно выполнить по примеру толокаров, когда колеса закреплены на одной жесткой оси и крепятся к основанию втулкой под рулем.

Можно соорудить и автомобильную трапецию, которая хоть и посложнее, но имеет ряд преимуществ:

• меньший радиус разворота;
• высокая прочность;
• компактное исполнение;
• возможность крепления колес на пружинной подвеске.

Трущиеся соединения очень желательно выполнить на подшипниках: так, кроме износостойкости, мы получим тихую работу всех узлов.

Для торможения можно просто коротить контакты двигателя: опять же лучше использовать двухступенчатый контакт через сопротивление при плавном нажатии.

Подойдет и прижим тормозных колодок или резинок к задним колесам; такой способ может еще служить стояночным тормозом. Для скоростных моделей можно прибегнуть к дисковым тормозам от горного велосипеда, но это скорее для уличных соревнований, чем для ежедневных покатушек.

Электронная педаль газа

Обычная кнопка, установленная на руле или под ногой маленького водителя, не вызовет столько восторга, как настоящая педаль газа; так как готовых электропедалей не так много в продаже, да и цена на них не маленькая, встаёт вопрос, как сделать самому акселератор.

Изготовить педаль газа (как и тормоза) совсем не трудно. Здесь понадобится пластина из пластика, фанеры или металла, которую придется закрепить на оси под углом примерно 45°. Для возврата в исходное положение прикрепим пружину или даже резинку.

Сам регулятор тяги можно установить непосредственно под педалью, а для плавного регулирования скорости – через небольшой рычаг.

И раз уж всё по взрослому − без реверса не обойтись. Тут достаточно лишь подключить тумблер, меняющий полярность питания двигателя. Так как задний ход на полной скорости ребенка вряд ли устроит, последовательно с движком в цепь реверса подсоединяется сопротивление, например, лампочка 12 В (мощностью 20-50 Вт), которая может имитировать фонарь заднего хода настоящего автомобиля.

Выбор редуктора, трансмиссии и колес

Для передачи вращения на колеса необходим понижающий редуктор, и шестеренчатый от шуруповерта вполне подойдет. Правда, используемые в нем втулки придется заменить на подшипники аналогичного внутреннего диаметра, так как боковые нагрузки приведут к быстрому износу. Для других типов двигателей можно использовать ременную или цепную передачу с разным диаметром шкивов или звездочек.

Колеса лучше выбрать мягкие, даже надувные, от детского велосипеда или коляски. Также подойдут колеса от тележек, представленные в разных размерах в строительных магазинах.

Моторчик удобно разместить перед одним из задних колес, чтобы шкивы или звездочки совмещались. Шкив крепим к колесам болтами, предварительно центрируя.

Для лучшего прохождения поворотов задние колеса должны вращаться независимо. Привод в таком случае идет на одно колесо. При модернизации легко доставить дополнительный электромоторчик, запитанный параллельно первому.

Движущиеся части обязательно закрыть щитком в целях безопасности.

Подключение пульта к электромобилю

Для совсем маленького ребенка, не освоившего еще навыки вождения, можно организовать катание под управлением родителей – через пульт на небольшом проводе. Вопрос, как настроить пульт, для папы, собравшего электрокар, затруднений не составит: к контактам регулятора подключаемся от двух проводов, на конце которых присоединяем кнопку или пульт из нескольких.

Если вы не желаете бегать за машинкой по детской площадке, а хотите управлять ею на расстоянии, стоит задуматься, как установить дистанционное управление на электромобиль. Тут затруднений в наше время возникнуть не должно, ведь даже если у вас нет знаний в области электроники и радиотехники, можно приобрести готовый пульт с дистанционными контактами и даже с приводными механизмами, которые легко заставить поворачивать колеса.

Кстати, для поворота колес можно подключить автомобильный дверной электрозамок. И если поначалу он послужит родителям, то в старшем возрасте ребенок получит большую машинку на пульте, стоимость которой в магазине весьма серьезная.

Делаем удобное кресло

На жестком кресле долго не поездишь, от исполнения этой детали в основном и зависит комфорт малыша. Покупать готовое кресло не обязательно, так как особых затрат времени и средств на его изготовление не требуется. Достаточно вырезать из фанеры небольшое основание и спинку, прикрепить их к кузову и обшить поверхность любым материалом.

В качестве набивки можно остановиться на поролоне, взять кусок старого пальто или шубы. Но особенно для решения такой задачи ценен латексовый наполнитель автомобильных кресел, найти который нетрудно на разборках. Кроме невероятной мягкости, материал обеспечит вентиляцию сидения, что в жару очень пригодится.

Во сколько обойдется затея

Большой плюс самостоятельного изготовления в том, что использовать можно любые имеющиеся в хозяйстве детали. А всю конструкцию можно заранее запланировать под любой бюджет.

В случае с переделкой готовой машинки необходимо лишь установить моторчик и организовать цепную передачу. Износ мотора будет небольшой, так что можно остановится на бывшем в употреблении, цена которого начинается с 250 руб.

Звездочки подойдут велосипедные, вместе с цепом они найдутся на рынке и будут стоить от 200 руб. Для ременной передачи шкив можно изготовить самому, из пластика или дерева, закрепив на дрели для прокрутки и нарезав посадочную канавку напильником. Ремень берется готовый – от любой техники, или вырезается круглая полоса из автомобильной камеры.

Аккумуляторная батарея обойдется от 350 до 1000 рублей. Даже минимальной её ёмкости хватит на полчаса езды, а остановки для общения с друзьями растянут удовольствие на целых полдня.

Простая зарядка − ещё рублей 200.

Самостоятельное конструирование рамы потребует минимум 450 руб, колёса обойдутся еще в 300 руб. Плюс проводка с регулятором хода, подшипники и разная мелочёвка – это еще 350 руб.

Итого приобретение всего с нуля обойдется изобретателям автомобиля от 2100 рублей. Но это все относительно: затраты будут меняться в зависимости от комплектации и конструкции конкретно вашего детского электромобиля.

Модернизация и тюнинг детского электромобиля

Если электромашинка уже имеется и ребенок из неё начинает вырастать, актуальным тюнинг детского электромобиля. Можно сделать вид аппарата более взрослым и серьёзным, а еще улучшить его ездовые характеристики.

Сделать кузов более объемным или изготовить его самому достаточно удобно из монтажной пены, придать форму которой можно канцелярским ножом и наждачной бумагой. Далее идут стандартные процедуры шпаклевки и покраски.

Модернизация ходовой части может заключатся в добавлении в подвеску пружин или резиновых вставок для амортизации. В места трения устанавливаются шариковые подшипники.

Также есть возможность затюнинговать силовую часть, заменив мотор на более мощный или изменив передаточное число трансмиссии, например, заменой звездочки. Переделка регулятора газа в некоторых случаях может немного прибавить к скорости. Нарастить «максималку» также можно увеличением ведущих колес – заменой или, например, обмоткой по протектору резиной из камеры.

Всегда можно заменить батарею на более ёмкую или доставить ещё ячейки в свободные полости кузова.

Внутри некоторых пультов производители предусматривают регулировку мощности сигнала, и если вы задумывались над тем, как увеличить дальность пульта, попробуйте отыскать внутри небольшой регулятор под отвертку и слегка покрутите, с замером максимальной длинны срабатывания.

Отбросим сомнения

Десятки лет родители по всему свету дарят своим чадам собственноручно созданные машинки с моторчиком, и сегодня, когда магазины завалены предложением готовых деталей и доступных материалов, сделать такое чудо техники становится намного легче.

Все, что нужно для начала, – простая конструкция достаточной прочности с прицелом на будущий взрослый вариант. Далее, использовав опыт и рекомендации, которых полно на просторах интернета, собираем модель по заказу юного автолюбителя. Со временем будут приходить идеи, что и как улучшить.

Сам ребенок станет вам умелым помощником, набираясь заодно опыта конструирования, который в жизни будет нелишним.

Источник