Управление ходовой частью детского электромобиля

В статье описывается схема управления силовой частью детского электромобиля.

В настоящее время на рынке представлены различные детские электромобили, с разным соотношением цена/качество, с разными габаритными размерами и пр. Однако они весьма дороги и не всегда удовлетворяют всем требовани­ям покупателя. В этой статье будет рассказано о том, как можно доработать электропривод такого автомобиля.

Сформулируем основные требования к детскому элект­ромобилю:

• электромобиль предназначен для обучения правилам дорожного движения, а также получения начальных на­выков вождения с соблюдением правил дорожного дви­жения для детей 5-9 лет, на специально оборудованных площадках:
• скорость движения фиксированная – 10…15 км/ч:
• время непрерывной работы – 5 ч:
• возможность движения передним или задним ходом:
• возможность небольшого изменения скорости движения:
• безопасность:
• комфорт и удобство.

Автор обращает внимание только на схемотехнику и электронные компоненты и не будет останавливаться на кон­струкции, как составных частей электромобиля, так и на конструкции самого автомобиля.

Управление ходовой частью

Ходовая часть выполнена на базе комплектующих, кото­рые поставляет НПФ «Электропривод» (г. Санкт-Петербург). Это функционально законченный привод шагового двигателя, который включает в себя: шаговый двигатель с редуктором FL86STH65-2808AG и блок управления SMSD-4.2. В нем уже реализованы необходимые функции для ходовой части: вра­щение вала шагового двигателя с заданием направления вращения (реверс): изменение скорости вращения вала и пр. Причем шаговый двигатель может поставляться с разными редукторами, что значительно упрощает разработку ходовой части. В Tabelle 1 приведены технические характеристики ша­говых двигателей с редукторами серии FL86STH65-2808AG.

Tisch 1

Передаточное отношение	3	5	7,5	12,5	15	25	30	50	75 100	120	150
Anzahl von ступеней	2	2	2	2	2	3	3	4	4 4	4	4
Длинна, мм	45	45	45	60	60	60	60	60	60 60	60	60
Максимально допустимый момент, кг*см	45	65	65	65	65	90	90	250	250 250	250	250

Для увеличения крутящего момента можно применить два (три) подобных шаговых двигателя с необходимыми ре­дукторами. Рассмотрим ходовую часть на базе одного FL86STH65-2808AG. Принципиальная схема ходовой части показана на Figur 1.

Блок управления SMSD-4.2 предназначен для управления работой шаговых двигателей с максимальным током пита­ния каждой из фаз двигателя не более 4,2 А по заданной программе.

Основные функции SMSD-4.2:

• запись управляющей программы в блок с помощью ПК и выдача кодов управляющей программы в ПК;
• управление работой ШД в режиме контроллера по про­грамме, хранящейся в памяти блока, установка скорости, режима дробления шага, величины перемещения, направ­ления вращения вала ШД, получение ASCII команд от ПК и управление ШД по сложному алгоритму (програм­ма записывается в энергонезависимую память блока);
• работа в режиме драйвера с набором стандартных логи­ческих сигналов уровня ТТЛ «ШАГ», «НАПРАВЛЕНИЕ» или задание двухфазного квадратурного сигнала «ШАГ» – две фазы А и В, сдвинутые на 90° друг относительно друга;
• работа в ручном режиме – управление ШД с помощью потенциометра (задание скорости) и дополнительных сиг­налов «РЕВЕРС» и «АВАРИЯ»;
• синхронизация работы с другими блоками и устройствами:
• имеется три дополнительных входа для приема сигналов от внешних устройств (датчиков) и один дополнительный выход для подачи сигналов внешним устройствам;
• возможность синхронизации работы нескольких блоков управления ШД;
• программное управление внутренним реле;
• работа с компьютером или в автономном режиме;
• функция поиска нулевой точки по отдельному датчику, позволяющая вернуть исполнительный механизм в исход­ное положение.

Основные технические характеристики блока управле­ния SMSD-4.2 приведены в табл.2.

Таблица 2

Technische Eigenschaften	Option
Количество каналов управления шаговыми двигателями	1
Максимальный ток обмоток, А	4,2
Минимальный ток обмоток, А	0,2
Коэффициенты дробления (микрошзг)	1/2.1/4.1/16
Диапазон частот тактовых импульсов, Гц	1-10000
Напряжение питания, В (постоянный ток)	12-48
Габаритные размеры, мм не более	120x116x26

SMSD-4.2 может работать в трех режимах:

• драйвера;
• в ручном режиме;
• в режиме контроллера.

Блок SMSD-4.2 предусматривает подключение к 4-, 6- и 8-выводным гибридным 2- или 4-фазным шаговым двигате­лям. На Figur 1 показано подключение к 8-выводному, 4-фаз­ному двигателю, с последовательным соединением обмоток.

Для работы SMSD-4.2 в составе хо­довой части электромобиля, его не­обходимо перевести в ручной режим.

Питающее напряжение +12 В, с аккумуляторной батареи G1 поступа­ет на SMSD-4.2 через автомат защи­ты питающей сети QF1. Тумблер SA1 («Реверс») изменяет направления вращения вала шагового двигателя М1. Управление вращени­ем вала шагового двигателя осуществляется кнопкой S1 («Старт/Стоп»). SMSD-4.2 имеет встроенный переменный резистор «ν» для управления скоростью вращения шагово­го двигателя. Рядом с вышеуказанным резистором уста­новлена перемычка (джампер). Назовем ее условно П1. Для подключения внешнего резистора (R1 на Figur 1) необходи­мо установить резистором «ν» минимальную скорость вра­щения вала (один шаг в секунду). Потом следует отключить питающее напряжение, отключить перемычку П1 и к кон­тактам соединителя (которые коммутировала П1) подклю­чить резистор R1. Движок резистора R1 вращается при из­менении положения педали газа. Аккумуляторная батарея G1 типа 6CT-55. Более подробную информацию о блоке уп­равления SMSD-4.2 можно найти на сайте фирмы-изгото­вителя [1].

Von Foto в начале статьи показан шаговый двигатель с редуктором FL86STH65-2808AG и блок управления SMSD-4.2.

Fachliteratur

1. http://www.electroprivod.ru

Autor: Сергей Шишкин, г. Саров