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eSkateboard mit VESC-Speedcontroller

Hintergrund
Ein blaues Skateboard mit Elektroantrieb

Mit dem Hochstromregler VESC verpassen wir einem Skateboard mit Elektromotor eine feinfühlige Steuerung mit 3D-gedrucktem Gehäuse. Außerdem bauen wir einen Nunchuck mit zwei Arduino Nanos und Funkmodulen zur passenden Fernbedienung um.

"Kraft ist nichts ohne Kontrolle", hieß es einst in einer Pirelli-Werbung mit Leichtathlet Carl Lewis und es stimmt. Dies trifft auch auf das motorisierte Skateboard zu, das wir in Ausgabe 4/17 [1] der Make gebaut haben. Es hat an den Hinterrädern Brushless-Motoren mit Speedcontrollern und eine Fernbedienung. Die Leistung des Boards ist gewaltig, ebenso die Beschleunigung. Das Fahren macht es daher besonders für Anfänger schwierig. Abhilfe schafft ein spezieller Speedcontroller für eSkateboards den wir neu einbauen und dabei auch die Fernbedienung durch einen arduino-basierten Eigenbau in einem Nunchuk ersetzen. Den Empfänger und Controller schützen wir schließlich mit einem Gehäuse aus dem 3D-Drucker.

Zwei VESC-Boards

Zwei VESC-Boards parallel geschaltet und mit den Motoren verbunden

E-Skateboard bauen

Wie aus einem Skateboard ein E-Skateboard mit zwei Motoren und Fernbedienung wird, haben wir in Make 4/17 erklärt.

Der „Vedder Electronic Speed Controller“ (VESC) von Benjamin Vedder [4] ist quasi der „Goldstandard“ für die Regelung von Antriebsmotoren elektrischer Longboards und ähnlicher „Fahrzeuge“. Das Open-Source-Projekt umfasst neben dem Controller die Software BLDC-Tool, das auf Windows, OS X und Ubuntu läuft. Dank einer recht intuitiven Benutzeroberfläche und umfangreichen Einstellungsmöglichkeiten ist der VESC optimal geeignet, um unser Board zu zähmen.

Bei den wartungsarmen Brushless-Motoren erfolgt die Kommutierung des magnetischen Feldes nicht mechanisch durch Kohlebürsten, sondern elektronisch durch spezielle Motorregler. Sie werden auch Fahrtenregler oder Electronic Speed Controller (ESC) genannt.

In den Reglern steuert meist ein Mikroprozessor oder spezieller Chip leistungsstarke Feldeffekttransistoren (FETs), die synchron zum gewünschten magnetischen Drehfeld des Motors durchgeschaltet werden und Strom durch die jeweiligen Spulen des Motors schicken.

Im Gegensatz zu klassischen bipolaren Transistoren sind FETs spannungsgesteuert und können bei niedrigen Frequenzen praktisch leistungslos angesteuert werden. Es wird lediglich eine Steuerspannung benötigt. Für den Einsatz in Motorreglern sind sie somit prädestiniert.

Den VESC hat Benjamin Vedder speziell für die Verwendung in der Elektromobilität entwickelt und optimiert, womit er auch für andere Projekte im Modellbau oder Robotik geeignet ist. Der Betriebsspannungsbereich ist mit 8 bis 60 Volt für einen ESC in dieser Baugröße (ca. 40 mm × 60 mm) recht hoch und lässt einen sicheren Betrieb mit bis zu 12-zelligen LiPo-Akkus zu.

Die kontinuierliche Strombelastbarkeit liegt bei 50 Ampere, kurzzeitig sind bis zu 240 A möglich. Da der Regler mit bis zu 60 Volt arbeiten kann, lassen sich prinzipiell Motoren dauerhaft mit 3 kWatt ansteuern – das sollte ebenfalls für die meisten Projekte reichen. Ungewöhnlich für einen Regler mit derartig hohem Eingangsspannungsbereich ist die Integration eines BECs (Battery Eliminator Circuit) mit 5 Volt. Er liefert Strom von bis zu 1 A und kann so ziemlich jede zusätzliche Elektronik versorgen.

Dank niederohmiger, schneller FETs kann der VESC je nach Einsatzzweck weitgehend ohne Kühlung betrieben werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber Modellbau-Reglern ist, dass der Fahrer mit dem VESC regenerativ bremsen kann. Die kinetische Energie von Board und Fahrer wird beim Bremsen durch Nutzung der Motoren als Generatoren wieder in elektrische Energie umgewandelt.

Besonderes Augenmerk wurde auf ein möglichst großes Anfahrmoment, also gute Performance bei niedrigen Geschwindigkeiten gelegt – auch bei der Verwendung von Motoren ohne Positionssensor. Positionssensoren (meist die berührungslosen Hall-Sensoren) erfassen die Position des Rotors, sodass der Motorregler bereits im Stand das Feld kommutieren kann. Ohne Sensor „fliegt“ der Regler sonst „blind“ [5].

Die Rotorposition bestimmt der VESC durch Messung der Spannung, die durch die elektromagnetische Gegenkraft, auf Englisch back EMF (back electromotive force) entsteht. Diese wiederum entsteht durch die Drehung des Rotors und wirkt der angelegten Spannung entgegen. Sie kann durch einen AD-Wandler vom Mikrocontroller erfasst werden. Wenn der Motor sich dreht, ohne angetrieben zu werden, wird die generierte Spannung an allen Phasen kontinuierlich gemessen, sodass der Regler zu jeder Zeit weiß, wo sich der Rotor befindet und wie schnell er sich bewegt. Dies ermöglicht einen besonders sanften Übergang vom Rollen zum angetriebenen Fahren.

Der VESC hat ein so genanntes ERPM (Electrical RPM Limit), also ein Limit für die maximale Schaltgeschwindigkeit von 100.000 Umdrehungen pro Minute. Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass es eher bei etwa 60.000 liegt. Da wir einen 8S-Akku verwenden und unsere Motoren eine kV-Faktor von 260 haben, kommen wir auf eine Drehzahl von etwa 7700 UpM bei Nennspannung.

Für reibungsloses Arbeiten hat die Konfigurationssoftware schließlich eine automatische Motorenerkennung über USB. Einstellungen wie Strombegrenzung, maximale Beschleunigung, Bremsverhalten und mehr können bequem eingestellt und auf den VESC geschrieben werden, ebenso wie Firmwareupdates.

Für den Umbau des Skateboards brauchen wir zwei VESCs – für jeden Motor einen. Sie sind inzwischen bei vielen Händlern im In- und Ausland zu Preisen zwischen 100 und 200 Euro erhältlich. Leider schwanken die Verarbeitungsqualität und der Support stark. Für guten Support bei guten Preisen ist DIY Electric Skateboard [23] in Eigenbau-Foren bekannt und hat auch uns überzeugt. Dort gibt es die VESCs für ca. 100 US-Dollar. Da der Shop in den USA sitzt, kommen Versand und Zoll hinzu. Trotzdem ist es eine günstige Option.

Damit die beiden VESCs die Motoren synchron mit gleicher Drehzahl ansteuern, werden sie mit einem 2-poligen Kabel vom selben Anbieter [24] über den CAN-Bus verbunden. Wer Schwierigkeiten beim Anschließen hat, findet Hilfe in der Community [25]. Genau wie ESCs werden auch die VESCs parallel an die in Serie geschalteten Akkus angeschlossen, damit beide mit der vollen 8S-Spannung versorgt werden.

Zum Einschalten des Boards könnte ein Schalter genutzt werden, aufgrund der zu erwartenden Ströme ist dies jedoch keine optimale Lösung, sodass wir später einen Zündschlüssel bauen. Bevor die Regler am Board montiert werden, sollte die Software korrekt eingestellt werden, da man nach der Montage schlecht an den USB-Anschluss des einen Reglers kommt. Zuerst werden die vormontierten Leitungen der VESCs abgelötet. Hier muss ein leistungsstarker Lötkolben zum Einsatz kommen.

Zwei VESC-Boards mit jeweils fünf Kabeln

Die VESCs haben im Lieferzustand Stecker, die wir entfernen

Da wir schon ESCs an den Motoren haben, müssen sie abgelötet und vom Board abgeschraubt werden. Alle dazugehörigen Komponenten wie Fernsteuerempfänger und BEC werden ebenfalls entfernt. Damit für die folgenden Schritte die Motoren frei laufen, werden auch die Zahnriemen abgenommen.

Wichtig ist die Verwendung der zur Revision der Hardware passenden Version des BLDC-Tools. Die Hardware-Revision ist normalerweise auf der Platine des VESCs aufgedruckt. Bei unseren VESCs steht sie sogar auf der Verpackung. Hat man die richtige Version der Software ausgewählt und heruntergeladen [26], entpackt und auf seinem Rechner installiert (in unserem Fall die Windows Software für die 2.18 Firmware), steht der Konfiguration der VESCs nichts mehr im Weg.

VESC in Nahaufnahme mit markierter Revisionsnummer

Die Revisionsnummer auf dem VESC

Als erstes ist die Motorenerkennung durchzuführen, wofür der Motor am Motorausgang des VESCs angeschlossen sein und frei laufen können muss. Der VESC wird über einen freien USB-Port mit dem PC verbunden und muss zusätzlich mit Strom versorgt werden – am besten über ein geregeltes Netzteil mit Strombegrenzung. Die Spannung sollte bei circa 30 Volt liegen und die Strombegrenzung bei 5 bis 8 Ampere, da bei zu geringem Strom die Spannung während des Tests zusammenbrechen und die Ergebnisse verfälschen kann. Nun kann der PC den VESC als neues Device erkennen und automatisch die benötigten Treiber installieren.

Danach das BLDC Tool starten und den USB-Port in der Drop-Down Liste unter „Serial Connection“ auswählen. Mit „Connect“ wird die Verbindung zum VESC hergestellt, was dieser mit „Connected“ unten rechts auf dem Hauptbildschirm erwidert. Nun muss ein „Read configuration“ erfolgen. Um Probleme zu vermeiden, muss dies immer gemacht werden, bevor Daten auf den VESC geschrieben werden.

Screenshot der Motor-Konfiguration in BLDC Tool

Nach dem klicken auf Read Configuration werden die aktuell im VESC gespeicherten Settings angezeigt

Um die Motorerkennung zu starten wird im Reiter „Motor Configuration“ der Tab „BLDC“ ausgewählt, dort „Sensorless“ selektiert und auf „Start Detection“ geklickt. Der betreffende Motor läuft kurz an und die gemessenen Werte erscheinen; ein Klick auf „Apply“ übernimmt die Werte automatisch. Alle weiteren Werte können aus dem Screenshot unten übernommen werden. Sobald man diese eingetragen hat, werden die Einstellungen mit einem „Write configuration“ in den Speicher des VESCs geschrieben. Sollte der Motor in die falsche Richtung drehen und rückwärts fahren, sind beliebig zwei der drei Motorleitungen zu tauschen.

Screenshot der Messung der Motor-Konfiguration in BLDC Tool

Nach der Messung der Motorparameter können die weiteren Werte dem Screenshot entnommen werden.

Dieselben Schritte werden für die zweite VESC/Motor-Kombination durchgeführt. Damit beide VESCs synchron arbeiten, und auf die Fernsteuerung reagieren, muss man im Reiter „App Configuration“ im Tab „General“ die Settings gemäß Screenshot einstellen. Der VESC, an dem die Fernsteuerung angeschlossen werden soll, bekommt die „Controller ID“ 0 und der andere die ID 1. Danach muss das Board aus- und wieder eingeschaltet werden, um die Auswahl des UARTS zu übernehmen. Nachdem die VESCs vorbereitet sind, widmen wir uns dem Bau und der Programmierung der Fernsteuerung.

Screenshot der App-Konfiguration in BLDC Tool

Diese Einstellungen müssen gemacht werden, damit die VESCs synchron arbeiten.

Da die Modellauto-Fernsteuerung etwas unhandlich ist, sollte auch hier eine andere Lösung gefunden werden. Einfach geht es mit dem Analog-Joystick und dem Gehäuse eines alten, defekten Wii Kama Controllers, wobei prinzipiell jeder Nunchuk als Teilespender geeignet sein sollte. Darüberhinaus gibt es die perfekte Software für unsere Fernsteuerung auf GitHub [27].

Die neue Fernsteuerung basiert auf dem Mikrocontroller Arduino Nano. Er wertet die Signale des Steuerkreuzes und der Taster aus und gibt sie über den Funk-Chip NRF24L01+ an einen Empfänger weiter, der ebenfalls auf Nano und NRF24L01+ basiert. Da die Funktransmitter etwas anfällig sind, kriegen sie einen Linearregler und einen Elko für stabile Spannungsversorgung.

Die Software (hier als ZIP-Datei zum Herunterladen) ist für unser Board angepasst, so dass nur die Libraries aus dem Download-Ordner installiert werden und die Datei ArduBoardControler_Tx.ino kompliert und auf den Arduino Nano geschrieben werden muss. Online gibt es zahlreiche Hilfe beim Einrichten der Arduino-Entwicklungsumgebung [28] und Installieren von Libraries [29]. Die notwendigen Header-Dateien (erkennbar an der Dateiendung .h) sind ebenfalls im Download enthalten.

Grüne Platine auf rotem Hintergrund

Am Joystick des Nunchuk müssen diese Verbindungen hergestellt werden.

Zu Beginn wird im Gehäuse des Nunchuk alles bis auf den Joystick und die Taster entfernt und die Platine mit einem Seitenschneider passend gekürzt.

Um die Signale des Steuerkreuzes auszuwerten werden Masse und 5 V der X- und Y-Achse wie auf der Abbildung parallel geschaltet, und die Signale für die Achsen werden über den grünen Draht (X-Achse) bzw. gelben Draht (Y-Achse) an einen Arduino angeschlossen: X an Pin A0 und Y an Pin A1. Die Taster werden an Pin 2 (Taster C) und Pin 3 (Taster Z) angeschlossen.

Schwarzes Plastikgehäuse mit drei Kabeln

Die LEDs werden nach dem Verkabeln mit Heisskleber befestigt.

Als Feedback für den Fahrer kommen drei 8 mm WS2812 RGB-LEDs zum Einsatz. Zur Montage werden diese, wie auf der Abbildung des Controllers zu erkennen, einfach in 8,5-mm-Bohrungen im Gehäuse gesteckt und von unten mit Heißkleber fixiert. Das ist nicht sehr elegant, aber schnell gemacht.

Weiße LED mit vier Beinen

Pinout der LEDs

Die erste LED wird mit dem Daten-Eingang (Din) an Pin 4 des Arduinos angeschlossen. Die LEDs zwei und drei jeweils mit ihrem Eingang an den Daten-Ausgang (Dout) der vorhergehenden. GND und Betriebsspannung (Vdd) werden parallel an alle LEDs angeschlossen.

Generell sieht die RollingGecko Software den Einsatz von vier LEDs vor. Da jedoch nur die ersten drei verständliche Informationen liefern, wurde auf die vierte verzichtet. Es ist möglich vom Pin A3 des Arduinos einen kleinen Vibrationsmotor anzusteuern, um ein haptisches Feedback zu erhalten. Dafür ist aber zusätzlicher Transistor oder MOSFET zur Ansteuerung nötig. Aus Platzgründen haben wir darauf verzichtet.

Geöffneter Nunchuk mit Arduino nano

Der Verkabelungsaufwand ist überschaubar

Spannungsteiler

Spannungsteiler

Die erste LED (LED_TX 0 //TX-Voltage) zeigt den Ladezustand des Akkus des Fernsteuersenders an. Ist die LED grün, ist die Fernsteuerung einsatzbereit und bei rotem Licht der Akku leer. Um den Ladezustand zu erfassen, wird die Akkuspannung über einen Spannungsteiler an den Analogeingang A2 des Arduinos angeschlossen. Da dessen A/D-Wandler bis zu 5 Volt misst, verwenden wir für einen 2S-Akku mit maximal 8,4 Volt einen Spannungsteiler mit den Widerständen R1 = 10 kΩ und R2 = 13 kΩ.

Die zweite (LED_TRANS 1 //Transmission) zeigt durch rotes und grünes Blinken die Kommunikation mit dem Empfänger an. Die dritte LED (LED_VOLTAGE 2) signalisiert, wie voll der 8S-Akku auf dem Board ist. Bei einem Ladezustand von mehr als 80 Prozent leuchtet sie grün, im Bereich von 80 bis 60 Prozent gelbgrün, von 60 bis 30 Prozent orange und darunter rot. Um die Akkus zu schonen sollte Fahren im roten Bereich vermieden werden.

Ohne zusätzlichen Schalter wird die Fernbedienung an- bzw. ausgeschaltet, indem im Batteriefach der Akku an- bzw. abgesteckt wird. Genauso kommt man an den Balancer-Anschluss, um den Akku laden. Wer einen Nunchuck ohne Batteriefach verwendet, kann natürlich Schalter und Ladebuchse montieren.

Pinout der verwendeten NRF24 Module

Pinout der verwendeten NRF24 Module

Als letztes muss das NRF24-Board an den Arduino angeschlossen und über den 3,3-V-Linearegler mit Strom versorgt werden.

Arduino Nano NRF25L01+
GND GND
9 CE
10 CSN
11 MOSI
12 MISO
13 SCK
IRQ bleibt frei
3,3 V Ausgang des Stabis und Plus des Elkos
GND Ausgang des Stabis und Masse des Elkos
Nunchuck
5 V +5V
GND GND
A0 Joystick X Ausgang
A1 Joystick Y Ausgang
2 C Knopf
3 Z Knopf
Sonstiges
A2 Ausgang Spannungsteiler
4 Dateneingang der ersten LED
(A3) (Vibrationsmotor)
GND Masse des 2S LiPos
Vin 8,4 V des LiPos
Kleine Platine mit Kondensator und Kabeln

Je ein kleiner Elko wird nach dem Anlöten direkt unter den NRF-Modulen mit Heisskleber befestigt und stabilisiert die Versorgungsspannung.

Am NRF-Board wird direkt auf der Unterseite ein kleiner Elko (etwa 10 bis 22 µF) an die Kontakte der Spannungsversorgung angelötet und mit Heisskleber fixiert.

Nachdem alle Verbindungen hergestellt wurden, sollten die Komponenten in Schrumpfschlauch eingeschrumpft werden, um Kurzschlüssen vorzubeugen.

Ein geöffneter Nunchuk-Controller mit Arduino Nano

Nur der Stabi muss noch eingeschrumpft werden, um Kurzschlüssen vorzubeugen.

Lässt man die Leitungen nicht zu lang und arbeitet sorgfältig, passt später alles inklusive des kleinen 2S 450mAh LiPos des Senders in ein Gehäuse. Wird der Sender nun mit Strom versorgt, sollten die LEDs farbig aufleuchten und grün strahlen.

Ein schwarzer Nunchuck mit grünem Licht

Wenn die Fernsteuerung korrekt funktioniert leuchten nach dem Einschalten alle LEDs grün.

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Strecke erfassen

Da wir kein OLED-Display nutzen, braucht die Software nicht auf korrekte Erfassung der Wegstrecke eingestellt zu werden. Der Absatz //Calculation Parameter in der Datei Config.h ist angepasst, kann aber auch ignoriert werden.

Auch im Empfänger, der an den UART-Port eines VESCs angeschlossen wird, kommen ein Arduino Nano sowie ein NRF24-Transmitter zum Einsatz. Hier schreiben wir die Datei ArduBoardControler_Rx.ino auf den Nano.

VESC UART Anschlüsse

VESC UART Anschlüsse

Hier gibt es deutlich weniger Verbindungen. Nur der NRF24L01+ und der UART des VESCs mit der Controller ID 0 werden angeschlossen. Zum Anschluss an den UART habe ich einen alten LiPo-Balancer-Stecker umfunktioniert. Alternativ kann direkt eine Lötverbindung hergestellt werden.

Arduino Nano NRF25L01+
3,3 V 3,3 V zusätzlich an Plus des Elkos
GND GND zusätzlich an Masse des Elkos
9 CE
10 CSN
11 MOSI
12 MISO
13 SCK
IRQ bleibt frei
VESC UART
5 V 5 V
GND GND
RX TX
TX RX

Der Arduino und der NRF-Chip werden zum Schutz vor Kurzschlüssen einzeln eingeschrumpft.

Um die Fernsteuerung einzurichten und zu testen, versorgen wir das Deck mit Strom und verbinden es über USB mit dem PC. Wichtig ist die Einstellung der korrekten Baud-Rate von 115200.

Screenshot der UART-App-Konfiguration in BLDC Tool

Damit die Fernsteuerung funktioniert, muss die korrekte Baudrate eingestellt sein.

Zum Testen gehen wir im Reiter „App Configuration“ Reiter in den Tab „Nunchuck“ Tab. Hier sollten alle Einstellungen unter „Settings“ mit dem folgenden Screenshot übereinstimmen.

Screenshot der Nunchuk-App-Konfiguration in BLDC Tool

Diese Einstellungen müssen im Tab für den Nunchuk gemacht werden.

Nun klicken wir „Display“ an und schalten die Fernsteuerung ein. Jetzt sollte sich der grüne Balken mittels des Steuerkreuzes von ca. 0% (maximales Bremsen) auf 100% (Vollgas) bringen lassen. Lässt man den Joystick wieder los, sollte der Wert um die 50% (Stillstand) betragen. Achtung: die Motoren laufen hierbei an! Funktioniert dies, werden die restlichen Settings aus dem folgenden Screenshots übernommen. Wieder daran denken, immer erst „Read configuration“ durchzuführen, bevor man Werte ändert und mit „Write configuration“ in den internen Speicher des VESCs schreibt.

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Weitere Funktionen des BLDC Tools

Für Testzwecke ist es interessant, dass man im „Realtime Data“ Tab die Daten des VESCs in Echtzeit anzeigen lassen kann. Das Board muss dazu extern mit Strom versorgt werden und über USB mit der Software verbunden sein. Außerdem muss das Häkchen in „Activate Sampling“ aktiviert sein.

Ist alles eingestellt und die Motoren reagieren auf die Fernsteuerung, geht es an die Montage der Komponenten auf dem Deck.

Die Regler montieren wir mit Kunststoff-Abstandhaltern (Øa =7mm, Øi =5, h=10mm). Sie kommen unter die Montagebohrungen in den VESCs und werden durch diese mit Holzschrauben (Ø=4mm , l= 16mm) an das Deck geschraubt. Der Abstand zwischen den Reglern sollte 1,5 cm betragen und der Abstand von den Kondensatoren zu den Akkus etwa 1 cm damit später alles passt.

Ein Arduino Nano in Schrumpffolie

Ein kleiner Klecks Heisskleber verhindert ungewolltes Betätigen des Resettasters.

Um die Kondensatoren gegen Vibrationen und Stöße zu wappnen, eignet sich ein großer Klecks Heisskleber hervorragend. Abschließend werden der Arduino und der NRF24 befestigt. Der NRF-Chip sollte dabei direkt auf dem Deck, unterhalb der anderen Elektronik, mit Doppelklebeband fixiert werden, um möglichst guten Empfang zu gewährleisten. Der Arduino kann mit einem Kabelbinder auf einem der VESCs festgezurrt werden. Damit der Arduino vor einem ungewollten Reset durch Berührungen geschützt ist, wird der Resettaster mit etwas Heißkleber gesichert.

Wo wir nun über eine neue Steuerung verfügen, wollen wir ihr neben sicherer Befestigung auch ein angemessenes „Zuhause“ bieten. Wie die Motorhaltung soll es aus dem 3D-Drucker stammen. Um die LiPos einfach und sicher zu laden, bekommt es eine Aussparung für einen 8S-Balancer-Anschluss sowie für einen XT60-Anschluss.

Ein transparentes Plastikgehäuse unter einem Skateboard

Die externen Anschlüsse machen die Nutzung des Decks sehr komfortabel.

Achtung: da die LiPos in Reihe geschaltet sind, muss die Verbindung von den 4S-Balancer-Anschlüssen zum externen 8S-Anschluss unbedingt gemäß der folgenden Abbildung gemacht werden, da man sonst die Akkus kurzschließt!

Stromlaufplan für den Akku-Anschluss

Stromlaufplan für den Akku-Anschluss

Zum Laden wird der Akku mit einer Male-Male Balancer-Verlängerung (selbst gebaut aus zwei 8S Balancer Verlängerungen) und einem 4mm auf XT60 Stecker-Kabel (XT60 Stecker) an ein 8S-LiPo-Ladegerät, wie zum Beispiel das empfohlene Accucell 8150 angeschlossen und mit einem LiPo-Ladeprogramm schonend und sicher geladen.

Ein Balancerkabel

Das male-to-male-Balancerkabel zum Laden des Boards wird einfach eins-zu-eins verbunden.

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Achtung: LiPo-Akku

Wie bei LiPos üblich, darf man die Akkus, beziehungsweise das Board, auf keinen Fall aus den Augen lassen, da sich LiPos sogar bei korrekter Behandlung selbst entzünden können. Prinzipiell ist es eine gute Idee, das Board draußen zu laden, sodass man im Fall der Fälle nicht sein Haus oder Auto in Brand setzt.

Nachdem die Akkus im Gehäuse verschwinden, sollte das Board endlich eine Möglichkeit zum komfortablen An- und Ausschalten bekommen – das An- und Abstöpseln der Akku-Leitungen ist doch sehr umständlich. Zu diesem Zweck bekommt das Gehäuse eine weitere Aussparung für eine XT90-Buchse. In die positive Leitung zwischen Akkus und VESCs geschaltet, versorgt sie das Board nur mit Strom, wenn man einen „Zündschlüssel“ einsteckt.

Ein gelber Stecker mit rotem Kabel

XT90S-Stecker als Zündschlüssel

Der ist ein XT90S mit eingebautem „Blitzschutz“, um den Einschaltstrom bei Einstecken zu verringern. Er hat an einem Steckerpol einen Widerstand, der zunächst den Strom begrenzt und so den Funken beim Laden der Kondensatoren unterdrückt. Erst wenn der Stecker komplett eingesteckt ist, wird die Verbindung zwischen den Kontakten hergestellt und der Widerstand überbrückt, so dass der Strom ungehindert fließen kann.

Das fertig konstruierte Gehäuse wird mit PLA-Filament und den gleichen Einstellungen wie das Motorgehäuse gedruckt. In die Aussparungen dann die Stecke pressen und gegebenenfalls mit etwa Sekundenkleber sichern. Da man gelegentlich an einem Kantstein oder Stein aufsetzt, wurde eine 2 mm starke Aluminiumplatte passend auf das Maß zwischen den Akkuhaltern (110 mm × 105 mm) zugesägt und mit einer Feile entgratet. Diese bietet, mit Doppelklebeband unter den Akkus montiert, einen einfachen Schutz vor mechanischen Schäden.

Schließlich wird das Gehäuse an seine Position über den VESCs gebracht und die Stellen, wo die Befestigungsschrauben sitzen, werden mit einem 2,5 mm Bohrer circa 5 mm tief vorgebohrt, damit das Holz später beim Festschrauben nicht splittert. Nachdem wir alle Verbindungen zu den Anschlüssen im Gehäuse hergestellt und die Leitungen mit einigen Kabelbindern gesichert haben, kann das Gehäuse in seiner Position mit Holzschrauben mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von ca. 10 mm verschraubt werden.

Boards auf einem Skaterboard

Vor der Montage des Deckels wird alles gut mit Kabelbindern gesichert.

Die Reglung mit den VESCs ist unglaublich sanft und feinfühlig. Trotz des relativ geringen Wegs des Analog-Joysticks auf dem Nunchuck lässt sich mit sanftem Daumendruck von wenig Schub bis zu brachialer Gewalt so ziemlich jede Nuance einstellen. Obwohl das Board aus dem Stillstand heraus beschleunigen kann, macht man es dem VESC deutlich „leichter“, wenn man etwas antritt – ein leichter Schubs in die richtige Richtung reicht. Besonders in hügeligen Gegenden ist die Bremsfunktion mit Energierückgewinnung ein extremer Vorteil: statt Energie über schuhverschleißendes Bremsen mit dem Fuß zu vernichten, kann man sanft abbremsen, die gewünschte Geschwindigkeit halten und dabei die Akkus aufladen, was sich in der erreichbaren Reichweite niederschlägt.

3D-Druck

Der Sammelbegriff 3D-Druck steht heute für ein ganzes Bündel von Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren und sich jeweils nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Ihr gemeinsamer Nenner: Alle Verfahren bauen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen.

Dass beim „Real Life Test“ auch die eine oder andere Schwachstelle sichtbar wird, war zu erwarten; erfreulicherweise halten sich die Probleme in Grenzen. Einzig eines der kleinen Gegenstücke eines Motorhalters ist gebrochen. Generell ist PLA zwar robust, aber recht spröde und nicht besonders alterungsbeständig. Als einfache Lösung kann das Teil nochmals mit 100 Prozent Infill gedruckt werden. Eine alternative Lösung wäre, die Teile aus einem anderen Material wie PET-G oder HIPS zu drucken. Sie weisen größere Temperaturstabilität aus, was besonders von Vorteil ist, wenn man das Board im Sommer im Auto lassen will. Hier macht PLA schnell“ dicke Backen“ und verformt sich bis zur Unbrauchbarkeit.

Wem die Leistung immer noch nicht reicht, der kann mit den verwendeten Motoren und VESCs den Akku gegen insgesamt zehn in Reihe geschalteten LiPo-Zellen tauschen – sei es mit 2 × 5S oder 1 × 10S. Auch ein Upgrade auf Akkus mit mehr Kapazität ist denkbar um noch größere Reichweiten zu erzielen.


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[10] http://www.watterott.com/de/WS2812-8mm-LED
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[12] http://shop.pichler.de/XT-60-Stecker-VE3St
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[14] https://www.arduino.cc/en/Main/Software
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[16] https://github.com/nRF24/RF24
[17] https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel
[18] https://github.com/RollingGecko/VescUartControl
[19] https://www.heise.de/make/downloads/76/2/2/7/3/1/2/1/ArduBoardControler-Sketche.zip
[20] http://www.hellray.de/tutorials-bedinungsanleitung-d-e-f/
[21] https://github.com/vedderb/bldc-tool
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[25] http://www.electric-skateboard.builders/t/vesc-faq-connect-two-vesc-via-canbus-for-dual-motors/142
[26] http://www.hellray.de/tutorials-bedinungsanleitung-d-e-f/
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[31] http://www.heise.de/thema/3D_Drucker