openelab.de
openelab.com
Formula Student Driverless -ohjaustoimilaitteen mitoitus
Formula Student Driverless -auton ohjaustoimilaitteen valinta ei ole sama asia kuin moottorin valitseminen vääntömomenttitaulukosta. Tiimin on ymmärrettävä renkaan sivuttaishankaus, ohjausgeometria, mekanismin välityssuhde, CAN-ohjaus, kuljettajan haltuunotto, mekaaniset rajoittimet ja vikatilanteen jälkeinen turvallinen tila. CubeMars AK -toimilaitteet ovat houkuttelevia, koska ne yhdistävät moottorin, alennusvaihteiston, enkooderin ja ohjauselektroniikan yhteen kompaktiin kokonaisuuteen, mutta oikea malli riippuu silti mitatusta ajoneuvon kuormituksesta.
Asiaankuuluvat CubeMars AK -tuotteet
Tärkeimmät lähtöarvot
| Parametri | CubeMars AK10-9 V3.0 KV60 | CubeMars AK80-9 V3.0 KV100 | CubeMars AK70-10 KV100 |
|---|---|---|---|
| Jännite | 48 V | 48 V | 24/48 V |
| Nimellismomentti | 18 Nm | 9 Nm | 8,3 Nm |
| Huippumomentti | 53 Nm | 22 Nm | 24,8 Nm |
| Nimellisnopeus | 235 rpm | 390 rpm | 148/310 rpm |
| Kuormittamaton nopeus | 320 rpm | 570 rpm | 240/480 rpm |
| Alennussuhde | 9:1 | 9:1 | 10:1 |
| Paino | 940 g | 490 g | 521–621 g |
| Koko | 98 x 61.7 mm | 98 x 38.5 mm | 89 x 50.25 mm |
| Parhaiten sopiva käyttötarkoitus | Suuren vääntömomentin ohjaus ja raskaat mekanismit | Kevyt ohjaus, kompaktit jarrumekanismit, nopea vaste | Keskikokoinen 24/48 V:n ohjaus tai kompakti toimilaite |
Ohjauksen mitoitusprosessi
| Vaihe | Mitä mitataan | Miksi sillä on merkitystä |
|---|---|---|
| 1. Ohjausmomentti | Pyörän, ohjauspylvään tai ohjausvaihteen vääntömomentti todellisessa autossa | Arvattu vääntömomenttitavoite johtaa yleensä joko ylipainoiseen toimilaitteeseen tai alimitoitettuun järjestelmään. |
| 2. Mekanismin välityssuhde | Hihnan, hammaspyörän, kampi- tai hammastankomekanismin välityssuhde sekä hyötysuhde | Toimilaitteeseen kohdistuu eri vääntömomentti ja nopeus kuin ohjausvaihteeseen. |
| 3. Nopeustavoite | Skidpad-, autocross- ja trackdrive-ajoon vaadittava ohjauskulman muutosnopeus | Suuren vääntömomentin toimilaite voi silti tuntua hitaalta, jos välityssuhde on väärä. |
| 4. Lämpötilan toistettavuus | Virta ja lämpötila toistuvien hitaiden jaksojen aikana | Kuljettajattomissa testeissä ohjausliikkeitä toistetaan usein kuumissa varikko-olosuhteissa. |
| 5. Turvallisuustila | CAN-aikakatkaisu, hätäpysäytys, antureiden ristiriita ja manuaalisen palautuksen toiminta | Ohjaus on turvallisuuskriittinen alijärjestelmä, ei tavallinen robottinivel. |
Aloita ajoneuvon vääntömomentista, älä moottorin vääntömomentista
Ensimmäinen mitoitusvirhe on aloittaa toimilaiteluettelosta. Formula Student -ohjausjärjestelmän tulee lähteä autosta: caster-kulmasta, jättövarresta, rengasseoksesta, rengaspaineesta, ohjausvaihteen kitkasta ja ohjauspylvään rakenteesta. Tahmeilla renkailla paikallaan ohjaaminen voi olla paljon raskaampaa kuin tasainen, kevyesti kuormitettu pyöritys testipenkissä, joten tietojen on oltava peräisin todellisesta ajoneuvosta tai sitä läheisesti vastaavasta mekaanisesta testilaitteistosta.
Mittaa useita tilanteita: pyörät ilmassa, pyörät maassa, hidas vierintä, lähellä ohjauksen ääriasentoa sekä huonoin pinta, jonka tiimi odottaa testien aikana kohtaavansa. Kun mitattu vääntömomentti tunnetaan, muunna se suunnitellun välityssuhteen kautta. Jos toimilaite käyttää ohjauspylvästä hihnan välityksellä, huomioi hihnan hyötysuhde, hihnapyörän jäykkyys, välys sekä hihnan kireyden vaikutus laakereihin.
Vääntömomentti ja nopeus on tasapainotettava
AK10-9 tarjoaa huomattavasti suuremman vääntömomentin ylärajan kuin AK80-9, mikä on hyödyllistä kuljettajattoman kehityksen alkuvaiheessa, kun tiimi ei ehkä vielä tunne todellista ohjauskuormaa. Haittapuolina ovat massa ja tilantarve. Pienessä keulakartiossa tai etulaipion alueella muutama ylimääräinen sata grammaa ja syvempi toimilaitteen runko voivat vaikeuttaa huoltoon pääsyä.
AK80-9:n vääntömomentti on pienempi, mutta ilmoitettu nopeus suurempi ja massa pienempi. Se voi sopia paremmin viimeisteltyyn ohjausmekanismiin, jossa on suotuisa välityssuhde. AK70-10 on hyödyllinen, kun projektiin halutaan keskikokoinen kokonaisuus ja joustavuus 24/48 voltin käytössä. Selkeää päätöstä ei tehdä vahvimman ja heikoimman välillä, vaan mitattujen vääntömomenttien, ohjausnopeuden, lämpötilan toistettavuuden ja ajoneuvon tilankäytön perusteella.
Turvallisuustarkistukset ennen ensimmäistä ajoneuvotestiä
Kuljettajattoman ajoneuvon ohjaustoimilaitteeseen ei pidä luottaa yksinään. Vertaa toimilaitteen asentoa erilliseen ohjauskulma-anturiin, valvo virtaa, seuraa komennon ikää ja määritä toiminta CAN-viestien lakatessa. Mekaanisten päätevasteiden tulee sijaita toimilaitteen ulkopuolella, jotta moottori ei ole ohjauksen viimeinen pääterajoitin.
Ennen kuin auto liikkuu, suorita testipenkillä vianinjektio: irrota CAN, pudota syöttöjännitettä, anna mahdoton ohjauskulmakomento, simuloi toimilaitteen ja ohjausanturin välistä ristiriitaa ja paina hätäseis-painiketta liikkeen aikana. Hyvä ohjausjärjestelmä on ennakoitava, kun kaikki toimii, ja vielä ennakoitavampi silloin, kun jokin vikaantuu.
Tarkistuslista
- Mittaa ohjausmomentti oikeassa autossa ohjauspyörältä, ohjauspylväästä tai hammastangolta ennen toimilaitteen valintaa.
- Kirjaa paikallaan tapahtuva ohjaus, hidas ohjaus, renkaan sivuttaisluisto, ohjauksen pääteasennot ja käytännössä pahimmat pintaolosuhteet.
- Muunna ohjauskuormitus todellisen hihna-, vaihde-, kampi- tai hammastankovälityksen kautta ja huomioi hyötysuhteen aiheuttama häviö.
- Tarkista autonomisen reitinseurannan edellyttämä ohjausnopeus, älä ainoastaan moottorin enimmäiskierroslukua.
- Määritä ohjauskulmalle erillinen palautetieto ja vertaa sitä toimilaitteen asentoon.
- Aseta virtarajat, liikerajat, mekaaniset päätevasteet ja CAN-aikakatkaisun toiminta ennen ajoneuvotestejä.
- Kirjaa virta, jännite, asento, komennon ikä, lämpötila ja vikatila toistuvien kuljettajattomien jaksojen aikana.
- Pidä manuaalisen ajon, tarkastuksen, käytöstäpoiston ja nollauksen edellyttämät käyttömahdollisuudet näkyvillä CAD-suunnittelussa alusta alkaen.
Suositus
Jos tiimi on kuljettajattoman ajoneuvon rakentamisen alkuvaiheessa ja ohjauksen kuormitus on vielä epävarma, aloita noin mallista CubeMars AK10-9 V3.0 KV60 ja suunnittele mekanismi niin, että virtaa, liikerataa ja turvallisuustilaa voidaan hallita. Jos testit osoittavat ohjauskuormituksen pieneksi, vertaa sitä kevyemmän järjestelmän vuoksi malliin CubeMars AK80-9 V3.0 KV100. Käytä mallia CubeMars AK70-10 KV100, kun jännitearkkitehtuuri ja paketointi tekevät siitä paremman välimallin.
UKK
Mikä CubeMars AK -toimilaite sopii parhaiten Formula Student Driverless -ohjaukseen?
AK10-9 on yleensä turvallisempi ensimmäinen vaihtoehto, kun ohjausmomenttia ei tunneta tai se on suuri. AK80-9 tai AK70-10 voi toimia, kun mekanismissa on riittävä alennusvaihde ja todellinen mitattu ohjauskuorma on pienempi.
Kuinka suuri momenttimarginaali ohjaustoimilaitteella pitäisi olla?
Yhtä yleispätevää lukua ei ole. Tiimien tulee mitata ohjausmomentti, huomioida ohjausmekaniston tehokkuus ja lämpötilan toistettavuus sekä lisätä riittävä marginaali renkaan sivuttaishankaukselle, pinnan vaihteluille ja toistuville kuljettajattomille ajojaksoille.
Riittääkö huippumomentti ohjauksen mitoitukseen?
Ei. Huippumomentista on hyötyä lyhyissä tapahtumissa, mutta ohjauksessa on tarkistettava myös jatkuva virta ja lämpötila toistuvan hitaan autonomisen käytön aikana.
Pitäisikö ohjaustoimilaitteen nopeus maksimoida?
Ei automaattisesti. Nopeudesta on hyötyä vain, kun mekanismi on vakaa, välys on hallittu ja ohjain pystyy seuraamaan ohjauskulmaa ilman värähtelyä.
Korvaako toimilaitteen enkooderi ohjauskulma-anturin?
Ei. Käytä erillistä ohjauskulma-anturia, kun ohjauksen tila on tärkeä turvallisuuden ja validoinnin kannalta.
Voidaanko AK80-9:ää käyttää kuljettajattomaan ohjaukseen?
Kyllä, jos mitattu ohjausmomentti ja mekanismin välityssuhde jättävät riittävästi virta- ja lämpövaraa.
Miksi Formula Student -säännöt pitäisi ottaa huomioon toimilaitteen mitoituksessa?
Koska ohjaus on turvallisuuden kannalta kriittinen. Säännöt ja katsastusvaatimukset vaikuttavat manuaalitilaan, sammutuskäyttäytymiseen, huoltopääsyyn ja turvallisen toiminnan todentamiseen.
Mistä tiimit voivat hankkia toimilaitteet?
Käytä CubeMars AK10-9 V3.0 KV60-, CubeMars AK80-9 V3.0 KV100- ja CubeMars AK70-10 KV100 -tuotesivuja.
