Das intelligente Fahrrad (2,33 MB)
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Landeswettbewerb jugend-forscht 2007 in Leverkusen:<br />
<strong>Das</strong> <strong>intelligente</strong> <strong>Fahrrad</strong><br />
Eine jugend-forscht-Arbeit von:<br />
Dmitry Mikhaylov<br />
Matthias Stratmann<br />
Marian Langenhorst
Inhaltsverzeichnis<br />
� Die Anfänge / Motivation<br />
� Sponsoren, Firmen und Ratgeber<br />
� Aufbau der Hardware<br />
� Einzelteile<br />
� Akkus<br />
� Mikrocontroller<br />
� Sensoren<br />
� Motorsteuerung<br />
� Motor<br />
� Programmkonzept<br />
� Anlass zur weiteren Forschung<br />
� Nächste Entwicklungsschritte<br />
� Probefahrt, Fragen etc.
Die Anfänge / Motivation<br />
� Wir wollten älteren und kranken Menschen den<br />
Fahrspaß erhalten<br />
� Wir haben beschlossen daraus eine Jugendforscht-Arbeit<br />
zu machen<br />
� Besuch des Mentorenprogramms
Sponsoren, Firmen und Ratgeber<br />
� Wir haben zusammengearbeitet mit:<br />
� DEW 21<br />
� Uni Dortmund<br />
� Masterflex<br />
� FH Dresden<br />
� VDI
Aufbau der Hardware<br />
Akku<br />
Akku
Aufbau der Hardware<br />
Akku<br />
Akku<br />
12V-Wandler<br />
Mikroprozessor
Aufbau der Hardware<br />
Akku<br />
Akku<br />
12V-Wandler<br />
Mikroprozessor<br />
Sensoren
Aufbau der Hardware<br />
Akku<br />
Akku<br />
12V-Wandler<br />
Mikroprozessor<br />
Sensoren<br />
24V<br />
Motorsteuerung /<br />
H-Brücke
Aufbau der Hardware<br />
Akku<br />
Akku<br />
12V-Wandler<br />
Mikroprozessor<br />
Sensoren<br />
24V<br />
Motorsteuerung /<br />
H-Brücke<br />
Motor
Aufbau der Hardware<br />
� Schaltplan
Einzelteile<br />
� Akkus<br />
� Zwei 12 Volt<br />
Motorradakkus<br />
� 24V für Motor
Einzelteile<br />
� Mikrocontroller<br />
� C-Control Station 2.0<br />
� Speisung: 12V mit max. 210mA<br />
� Taktfrequenz: 32Mhz<br />
� Programmiersprache:<br />
� C-Basic (Basic-Dialekt)
Einzelteile<br />
� Tretkraftsensor<br />
� Kraftmessung durch einen Drucksensor
CAD by Dmitry
CAD by Dmitry
Einzelteile<br />
� Geschwindigkeitssensor<br />
� Frequenzmessung<br />
durch eine<br />
Gabellichtschranke
Einzelteile<br />
� Tretfrequenzsensor<br />
� Frequenzmessung an<br />
einem mit der Kette<br />
mitlaufenden Zahnrad,<br />
durch eine<br />
Gabellichtschranke
Einzelteile<br />
� Bremssensor<br />
� Dauerkontakt,<br />
der sich beim Ziehen<br />
der Bremse löst
Einzelteile<br />
� Ein- / Ausschalter<br />
� Zum Starten und<br />
Beenden des<br />
Programms
Einzelteile<br />
� Motorsteuerung<br />
� Wandelt 0-5V Regelspannung in PWM Signale um<br />
� 4 Feldeffekttransistoren zur Leistungsverstärkung
Einzelteile<br />
� Motor<br />
� 24 Volt, 250 Watt Nabenmotor<br />
� Bei 170 U/min 15Nm Drehmoment
Programmkonzept<br />
� Grundbedingungen:<br />
� Pedalkraft > 0<br />
� Bremse in Ausgangsstellung<br />
� <strong>Das</strong> Programm ist in drei Teilbereiche<br />
unterteilt
Programmkonzept<br />
� 1. Teil – Anfahren<br />
0-5 km/h<br />
Wenn F>0<br />
� Motorleistung<br />
langsam erhöhen<br />
(Da F=0 wenn die Pedale<br />
senkrecht steht, verwendet<br />
das Programm den<br />
Mittelwert der letzten 0,2s)<br />
F = Pedalkraft<br />
v = Geschwindigkeit des <strong>Fahrrad</strong>s
Programmkonzept<br />
� 2. Teil – Normales Fahren<br />
5-15 km/h<br />
[ Mittelwert v einer halben Pedalumdrehung<br />
errechnen;<br />
Mittelwert F/v = X ]<br />
(Vorher haben wir in Testreihen ein „Ideal-X“<br />
bestimmt.<br />
Dieses nennen wir K)<br />
Differenz-Regler:<br />
X-K=D<br />
D * beliebigen Faktor = Änderung des Motors<br />
F = Pedalkraft<br />
v = Geschwindigkeit des <strong>Fahrrad</strong>s
Programmkonzept<br />
� 3. Teil – Schnelles Fahren<br />
15-... km/h<br />
Motor aus
Anlass zur weiteren Forschung<br />
� Die Instabilität des Fahrens auf<br />
Dreirädern aufgrund der fehlenden<br />
Kurvenneigung
Nächste Entwicklungsschritte<br />
Die Sicherheit des Fahrers gewährleisten<br />
� Eine aktive Bremse bei zu hoher Geschwindigkeit durch<br />
Generatorfunktion des Motors.<br />
� Elchtest ABS ESP<br />
für Fahrräder<br />
� elektronische Hilfen für die Stabilität des <strong>Fahrrad</strong>s
Nächste Entwicklungsschritte<br />
� Kurvenassistent: Gewicht des Fahrers /<br />
Geschwindigkeit / und Lenkwinkel werden<br />
gemessen und verrechnet. Wenn die Kurvengeschwindigkeit<br />
zu hoch wird aktiv gebremst<br />
� Umbau der schweren Bauteile möglichst weit<br />
zum Boden hin, um den Schwerpunkt möglichst<br />
tief zu setzten<br />
� weniger Gefahr umzukippen<br />
Ökonomische Aspekte<br />
- Energierückgewinnung durch Generatorfunktion des Motors<br />
- Miniaturisierung der Bauteile, um Platz und Gewicht zu sparen
Probefahrt, Fragen, etc.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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