ブレーキローター赤熱システム？

 

出典：https://ganref.jp/m/dabanandesu/portfolios/photo_detail/3194138

ナイトレースを見ているとこういうシーンありますよね

(実は自分はあまり好きじゃない光景…運動エネルギーをめっちゃ捨てている感じが好みじゃない)

ただこれをラジコンで再現できれば！

なんて話が昨日のZENのレースで話題になっていました

日中ふと思いついて何となくモデル化してみました

緑色の円盤は基板，赤色はLED，黒は抵抗

基板にこんな感じでLEDを配置すれば再現できるのでは？と

ハブキャリアには3Dプリンターでブラケットを作り，そのブラケットに対してネジとか両面テープでこの基板を取り付ければホイールの中に収められそう

ブレーキ操作に連動させるためにプロポ操作はこの記事のプログラムを応用できそう

光った後にジワッと消えるみたいな制御もプログラムで実装可能です

LEDは仮に3216Mサイズを18個並べてみた

色はオレンジ‐レッドが色調近しいかも

消費電力は計算できていないけどLEDドライバICも必要かな～

誰か必要！となったら基板設計してみようと思います

ドリフト向けデジタル舵角ゲージの開発

 

デジタルアライメントゲージのスピンオフ作品

４月のZENレースにてチーヨコの某氏から”ドリ車の舵角は大きいのでツーリングカー用のアライメントゲージで測れない！測れるツールを作って！”と言われたのが開発のきっかけでした．

上の写真のものは最終形態なんですがこの形状に行きつくまでは紆余曲折ありました

早速作ったバージョン①ができたのは５月連休中の頃

深夜の春日部レジャランで動作確認

バージョン①はただのフラットな面にタイヤを載せて

そこで据え切りさせることで舵角が測れるはずでした

ただ動画にもあるようにステアリングを左右に切るとタイヤの位置がズレて正確な角度が測れない状態でした

これはドリ車特有な大きなキャンバーやキングピンアングル，スクラブ半径等が関連しあって接地面がどんどん変わっていくことが原因と考えられます．

上記の理由からタイヤの設置点で角度を測ることが困難なので別な方法を考えました

案出しは深夜のレジャランで悪い大人数人とという感じでしたがｗ

形にしたのはこんな感じ

動作はこんな感じ

キングピン軸に直接六角レンチを刺して角度を測ることで舵角測定を可能にしました

六角レンチの先端がボールポイント形状になっていることが重要な点です．

測定で切るようになったことで角度は約80度近くまで切れていることが判明

またドリフトで重要なパラメーターである左右の舵角差も正確に数値化できることで

セッティングもより高精度に進められるようになるか？という感じですね

現状はまだプロトタイプで改修が必要な点がいくつかあります．具体的には

• ベアリング1点支持のため回転のガタが大きい．2点支持化が必要
• 測定原点が分かるように台座の形状変更が必要
• 表示はM5Stackを使っているがオーバースペック．M5StickC2に変更しコストダウン
• 舵角測定に特化したプログラムに修正

基本コンセプトができたのであとは細かい改修のみ

今知りたいのはこの舵角測定がどれだけのニーズがあるのか？

モニターで使ってみたい人いる？

という点です．

市場で使ってみてもらってデバッグののちよさそうなら量産できないかな～と思います．

デジタルアライメントゲージの開発

また 電子工作ネタです

コードを書いて上手く動いた瞬間って結構自分的に中毒性があり，苦労した時間や気持ちが多い程，動いた時の達成感が半端ないです

今回のデジタルアライメントゲージはまさにそれで何回か思い通りに動かない壁にブチ当たり，その度に熟考したりchatGPTに聞きながら乗り越えてきました．

お陰でプログラミングのスキルを少し向上できました．

前後左右キャンバー、トー角の複数角度情報の通信の統合化が技術的なこのゲージの難しいポイントでした．付きっ切りではないですが半年ほど時間が経ってしまいました…

動作はこんな感じ

ハードウェア的な構成要素としては

3Dプリンターで取り付け台座を製作

3Dプリンターを購入して一番最初に造形したものがこれでした

各種センサー取り付け用の部品

扇形の部品は現状3DプリンターですがアルミやCFRPで製作したいと思っています

この部品にトレッド調整用のリニアガイド，トレッド測定用のスライドボリュームを取り付け(現状未実装 アナログ量を測定するだけなのですぐに実装できそう)

白い基板は角度センサーです

今回の要の部品である複数の角度センサーの情報を統合する基板です

搭載しているデバイスに少し癖がありましたがプログラムの工夫で何とか形になった感じです．

残タスクとしては

・角度情報をROM領域に保管して電源を切ってもある程度校正の頻度を減らすこと

・校正用の治具の作成(校正治具のイメージはこんな感じ)

今のシステムは少量量産できるかもですが，本命はすべて無線化したら量産し販売かなと考えています．

ひとまず時間ができたらこのデバイスの勉強とスマホアプリ製作の勉強だな～

LEDテレメトリーシステムの開発

 

ウィンドウに何かデバイスがついていますね…！

正解はプロポのスロットル、ブレーキ、ステアリングに連動してLEDが点灯するシステムです

Xでちょっと反響があったのでこっちのブログに製作の背景含めて記録しておきます

着想となったのはこのボディ

ZEN様ブログより転載

 http://chiba-zencircuit.blog.jp/archives/92549431.html

ZENのお客さんのTTにAピラーのところにLEDテープが仕込まれている方がいました

先日のBOTTは私はこのボディに投票しております！

フルカラーLEDで遊ぶの楽しそうだなーと思い探してみると

マイコン搭載しているLEDが市販されている模様

https://www.akiba-led.jp/product/959

結構いい値段しますが，アキバの買い物ついでに勢い余って購入してみました

帰りの電車で何作ろうかな～と考えていると

https://f1newsjp.com/F1%E3%82%B5%E3%82%A6%E3%82%B8%E3%82%A2%E3%83%A9%E3%83%93%E3%82%A2GP/33241257.html

これだ！

F1のオンボード映像でよくスロットルとブレーキがグラフィカルに表現されてます．

これをラジコンでもできれば面白いよなーっと

更に欲を言うとスロットルとブレーキ、そしてステアリングのインジケーターを作ればエキスパートドライバーがどういう操作をしているのか？というのが明らかになるのではと

例えば活用シーンとしては

1. エキスパートドライバーがどこで握っているのか？どこでブレーキしているのかを誰もが分かって真似することができる
2. 例えばZENで実施されているような講習会の時に車両に搭載してエキスパートドライバーから操作のフィードバックをもらう

特に"2"みたいな使い方ができないかなと思いました

データロガーの波形を見るのは少し訓練が必要だけど，ブレーキングポイントでLEDの色が変わればデータロガーの見方が分からなくても直感的に操作に落とし込めるのではないかなと

実車で言う同乗走行みたいなことができないかなと思っています．

それで開発したのが上で掲載した動画のものになります

これを作るためだけに3Dプリンターの白いフィラメント買いました（白フィラメントはそのうち家の小物作るのに活躍してもらいましょう）

実は3Dプリンターも冬のボーナスで導入してたので自宅ものづくりも強力に進むようになりましたｗ

プログラムについては子供がお昼寝しているときの監視時間にコードを書いたので実質２時間程度で完成

コードとしても便利なライブラリが公開されていたのでプロポの読み取り～LED点灯で130行程度で動いています

取り急ぎNEOPIXELと友達になれたので今後の開発の方向性はちゃんと回路を作る方向性かと考えています．システム構成は下記みたいな感じ

今はArduinoの5V出力でだましだまし光らせてますが，BEC電圧をDCDCコンバーターを介して5Vに降圧して供給したい

あとはESCとSTサーボの信号の分岐も必要なので極力手間がない＆小フットプリントの回路を作る方向性です．

プログラム的な残項目は各社プロポのエンドポイントを検知する必要があるのでボタンを押して設定できるようにする＆そのデータをEEPROMに書き込んで電源切ってもデータが消えないようにする

さらに欲をかくと，センサーケーブルの信号を読み取って車速に換算してこんな感じのインジケーターにして速度表示もできないかな～と

モーター回転数だとギア比で変わっちゃうので車速にしたい！ギア比をどうやって簡単に入力するか…Bluetooth対応にしてスマホからか、、、！とか

ひとまず昼間にどれだけ視認性があるか含めて本格的に作る前に実験からやってみようと思います．

2023年末のご挨拶と今後の活動について

 実はこのブログで年末のご挨拶は初めてです

ちょっと報告もあり更新してみます

今年もいろいろありましたが

一番大きいのは第一子が生まれたことですね

いろんな人から言われてはいましたが本当に自分の時間が減ることを実感します

もちろん子供の成長を感じるのはそれ以上に楽しいことですが

これから全日本とかに今までと同じ時間と情熱をかけて参加できるかというと難しいところもあり今までサポートしていただいた京商様との契約を2023年末で更新しない方向となりました

2017年からサポートしていただきオンロードのエンジンカーや電動カーのサポートをしていただいていました

全日本での最高位は4位と本意な結果を残すことができなかったことが悔いが残るところですが，活動の内容としては毎年いい思い出で満ちています

中でも思い出に残っているのはOS8耐に京商チームで出たことでしょうか

頑張って準備して報われたのはとてもいい思い出です．

この場を借りて今まで多大なるご支援を賜りましたことお礼申し上げます

さて今後についてはラジコンをやめる訳ではなく時間を作ってラジコンを走らせるつもりです

ZENワンデーレースとかレース活動も引き続きできる範囲で進めようと思っています

今までのラジコンのスタンスが変わったのは子供の誕生ともう一つあり

電子工作の趣味に目覚めたこともあります

2022年に出た全日本が自由に時間を使えるラジコンの最後だろうなと感じていて23年に入ったぐらいから以前から考えていたESC自作の話が動いて来たのもこのころの時期でした．

ESCを作ろうにも元々モーターの回転原理は知っていたものの，電気回路やパワエレの知識，マイコンへのプログラミングの知識は皆無でした．

そこでESC自作の中で新しくできた友人やChatGPTの力お陰で徐々に知識の蓄積をしていっています

最近の過ごし方ですが

7:00 起床 子供の面倒と離乳食を食べさせつつyoutubeでパワエレの勉強

8:30 ~ 19:00 出社

19:00~20:00 子供風呂

21:00~23:00 在宅勤務 

23:00 ~ 24:00 ランニング・シャワー

24:00~27:00 ESCプログラミングの勉強

27:00~7:00 就寝

みたいな生活をしています

睡眠は6時間以上取りたいですが色んなことを並行に進めるには睡眠を犠牲にしてしまっている…

ずっとこの生活をすると体を壊すと思うので回路設計が終わるぐらいには普通に24時ぐらいに寝る生活に戻したいですね

ただだいぶ知識は蓄積してきていてESC以外にもいろんな作りたいものが渋滞している状況ですw

番号が優先度とすると

1.ベクトル制御ESC ( 既に実走テストは実施済み ロジックの開発と回路設計要)

2.デジタルキャンバー・トーゲージ 投稿したポスト (1chは完了 7ch同時測定と筐体の製作が残項目)

3.デジタル車高ゲージver2 以前開発したやつ (計測の分解能上げたい)
4.ギア比チェッカーver2 以前開発したやつ (測り方を変えて車検段取りを減らすシステム)
5.ニードル調整システム(プロポからニードルを操作したい ステッピングモーターでイケそう)
6.アクティブデフ（磁性流体を入れてモーターのローターレベルの外部磁界があればデフ特性が変わること確認済み）

アイデアと達成手法は何となく頭にあるものの時間が圧倒的に足りない！他にも色んな人と立ち話した中であればいいな～っていうデバイスもいくつかある状況

こういった電気と機械が融合したものをラジコン向けに作ってるメーカーってあまりないのでゆくゆくは自分のブランドとして立ち上げられないかな…？なんて考えてたりもしていますがこれはまだまだ先の話

ひとまずこれからラジコンの関わり方は変わっていくと思いますが

来年からもサーキット等で見かけたら是非よろしくお願いします

ではよいお年をお迎えください

モーターESC自作の道①

今回から新シリーズです！

今年の6月に掲載した記事からずっとESCを自作する試みは進めていました．

その途中で車高ゲージを作ったり，レシオチェッカーを作ったり寄り道はしていましたがこれもスキルアップに役立ってました

ESC自作に向けて回路図の書き方と基板CADを習得しつつありESCの形になってきたので新シリーズ化してみっました

開発のドナーになってくれる車両はこちら

TRGHPより

スーパーラジコン秋葉原の某店長氏からお借りしたTRG製のFP2となります

i塚さんご協力大変ありがとうございます！

FP2に至った経緯としては

・シャシー構成がシンプルで床面積が広い → いろんな基板を載せたりするのに好都合

・駆動アクスルがリジット → タイヤを外回しして動作確認するときにデフがないと楽

といったいろんな都合で選択しました

さて今までの開発環境をそのままFP2に移植してみたのがこちら

かなりごちゃついてます これで走行は難しそう…

大電流を流す基板と制御用の基板が分かれているので通信用のハーネスが盛り上がってます

この状態でモーターが回転することは確認済みなので電気的な接続はOK

ZEN製 Z0022 レジェンドCカーボディ MCLタイプ

このボディであればキャビン部分が大きくて基板自体は干渉せずに搭載できました

ただハーネスは収まらないのでやはり通線用の基板を自作する必要がありそう

自作ESCを作る上で基板作成スキルは避けて通れないのでこの際覚えることにしました

使用したCADはフリーソフトであるKiCADです．

今回の回路図

回路図を描くスキルも初心者なので全く洗練されてなくて将来悶絶すること間違いなし
ひとまず必要な接続は記載しているのでできることは

1. 制御基板であるNucleo-G474RE基板とパワー基板のDRV8302を接続するパターン
2. モーターのホールセンサー、レシーバーからの信号をNucleoボードに入力するパターン
3. 将来の拡張を見据えてSmartLoggerとの拡張ポートの予約設計

この時点でIOピンに対してネットを入力するのでここを間違えなければ電気的な接続は間違えることがない

よってユニバーサル基板等で実装するよりミスを大幅に削減できます

ネットリストを元にパターンを作成

表裏の２層基板に対して電源線は1mm，信号線は0.75mmとしました

今回の基板には大電流が流れる部分がないのと，高周波数な信号線や差動信号もないのでかなり簡単な基板です．

GNDのベタパターンを追加してひとまず基板検討は完了

今回はピンヘッダとピンソケットとホールセンサー入力用のJSTのZHコネクタのみの実装

基板手配はPCBGOGOにお願いしてみました
初回手配は送料込みで$1という破格の値段

設計をミスしてしまって2回の手配しましたがそれでも５枚頼んで$44程度でした

ミスった模様はこんな感じ

コンデンサと切り欠き位置を間違って思いっきり干渉してます…

ちなみにこの段階ではSmartLoggerの拡張設計もしてなかったので再手配のついでに実施

再手配したものはバッチリ　レジストの色も緑にしてみた

やっぱり緑のほうがパターン見やすいし一般的に使われている理由がよくわかりますね

車載状態はこんな感じ

Nucleo基板をオフセットさせたのでボディと干渉するのでカットが必要そう

動作もひとまず問題なくモーターが回転してくれてます

ハードウェア的にはひとまずこれで完了で

これで断線の心配なく安心して実走テストに進めます

ソフトウェア

今回はmtabeさんからのご紹介で新たに名古屋のお友達ができて

その方に多大なるご協力をいただいてモーターのベクトル制御コードを作成しています

現状では自分で書いたコードはプロポの信号を読み取ってモーターに回転指令を与えるところだけです

このあたりでレシーバーの信号を読み取ってる

僅か数十行のコードですが紆余曲折あり、たどり着くまでに数か月勉強が必要でした…

プロポメーカーが変わったときの補正や、デッドバンドの実装はもうひと工夫必要ですが根幹の部分を学べたのであとは小変更でイケそう

現在のモーター制御コードはPLL制御という制御も実装しており

モーターのケースに装着されているホール素子の位置ズレを補正する機能も実装しています

いわゆる”あたり”モーターが関係ないものになるのである意味イコールコンディションにもなるのかなと

モーターチェッカーのTiming測定のこの画面の数値のズレのことです

今後の実走テストのタイミングで

弱め界磁制御や二相変調制御によるモーター動作域の拡大

回生ブレーキによるバッテリーエネルギーマネジメント

を実装していこうとしています

特にブレーキの難しいDD車なので制御を頑張ることでドラビリを確保できるブレーキを見出すことができればいいなと思います

ギア比チェッカーの開発

 

モーター制御を履修し始めて約半年が経ちました

前作の車高ゲージの開発からプログラミングや電子工作のスキルが向上してきました

新しいスキルを習得するのは楽しいですね～

さてとある方からレシオを測定するツールを安く作れないか？という依頼がありお盆ごろから検討を進めていました

ベースになったツールはこれ

すごく立派なツールですがなかなかのお値段らしく一般化が難しいことが課題のようです

筐体もしっかりしてそうだし真面目に開発して販売台数からしたら妥当なものなのかも…

そこで既存品を活用してコストダウンを考えてみますが，結構ハマったポイントもあったのでブログで紹介します

当初の自分のコンセプトとしては

1. タイヤ回転数検知は非接触でメカニカルな部品を排してコストダウンする
2. マイコンはarduino、一般的なLCDに表示させる

１について

ホイールに黒いテープを貼ったり，何かカバーを被せて反射率を変えて検知できると思ってました

このセンサーは反射型フォトセンサーで市販されている回転数計にも似たようなセンサーが搭載されています

写真のセンサーは秋月で1個50円で売られているのでこれで検出できればコストも下がりそう

これでホイールの白と黒の部分の閾値を読み取って黒になった瞬間にカウントを1上げるといったロジックで計算できると思いきや…

確かに読み取りはできるが成功率がかなり低く，実際は500rpm程度で回っているはずが100rpm程度と表示されます

センサーの出力だけでは不安定なのか？とも思いLM358NというアンプICと可変抵抗をユニバーサル基板に搭載してみて反射センサーの信号を増幅してかつデジタル信号にしてみます

閾値は可変抵抗で変えられるといった構造です

これは検知するしないがめちゃくちゃシビアで可変抵抗の角度が少しでもずれると検知しなくなります

環境が安定している屋内でこれなら屋外ユースでは間違いなく成立しないと思い

反射型は断念しました

フォトセンサーを安定して検知できるのはやっぱりこの構成なのかな

結局Amazonで販売されている安いロータリーエンコーダー(2000円程度)で対応しました

ちゃんと筐体を検討して製造できればマウスエンコーダーが適用できて100円程度に圧縮できるがいったん保留

2について

当初は一般的に売ってるarduino + LCDを検討していましたが

いろいろ調べてみたらSwitchScienceが輸入しているM5Stackシリーズという便利なマイコンに出会いました

面倒な配線の実装が不要なだけでなくLCD専用のライブラリのインストールも不要で本当に便利な世の中というものを体現した商品

ということでM5Stackとロータリーエンコーダーを適用したレシオチェッカーという組み合わせでつくったのがこれ

LCDの表示がきれいにできるのでテンション上がりますね

エンコーダーについては不要なホイールレンチをぶった切ったものを市販のカップリングで繋いで接続してます

タイヤ回転数、モーター回転数、ギア比を同時に表示させてます

モーター回転数がどうしてもフラつくので左のボタンを押すと5秒間のレシオの平均値を測定して表示させています．レシオ5.806の車両に対して5.81と表示するのはかなり近いものかなと

ここで終わりにするつもりでしたが

上のM5StackBasicは実売で6000円程度します

車検風景の動画があったので見てみましたが流れ作業でレシオだけ確認していてタイヤの回転数情報とか不要では…？レシオだけ数値がデカデカと表示されればいいのでは？

ということでM5StackBasicから1枚目の写真のようにM5StickCpulsに変更しました

本家サイトが一番安くて3800円で購入できます

これでも6軸IMUとWifiモジュールが入ってます　すごい

もはやエンコーダーよりも同等か小さいサイズになったので3Dプリンタで筐体も作ってみました

いろいろ画面のレイアウトいじってみましたがレシオ以外にも表示できそう

本体の”M5”ボタンを押すとモーターの回転数とタイヤの回転数を切り替えて表示できます

動作はこんな感じ

撮影しながらでうまく保持できていないのでギア比がふらふらしちゃってますが

とりあえずちゃんと計測できてそうです

さてプログラム的にハマったところはBasicでもCpulsでもどちらもGPIOポートにモーターに張り付けるホールセンサー信号とロータリーエンコーダー信号を入力しています

最初はDigitalReadで読んでみましたが回転数が数千回転以上では精度よく計測できないことがわかりました

なので割り込み関数を使ってコード作成をしています

どちらも内部プルアップして検知できています

ちなみに使用したホールセンサーはこちら

SK1816MG ホールラッチIC

1個30円のICです

スルーホール部品でリード線をつけるためにピッチ変換基板に無理やりつけて

3Dプリンタで作ったモーター固定治具にグルーガンで封止した構造にしてみました

ここまで構築できたので次のレースでは車検係として運用してみて問題点を洗い出してみようと思います

またギア比縛りレースだけではなく図らずもタイヤ回転数制限のレースでも使えるものになったのでそちらでも様子見できればなと思います