Arduino Elektromobil

Als bei einer Hausrenovierung eine Reihe von Holzlatten übrig blieb, kam mir die Idee daraus das Chassis für ein Fahrzeug zu bauen.

Zuerst schraubte ich mehrere der Latten (4x5cm) zu einem 1,80m langen Grundgerüst zusammen. Dieses läuft nach vorne von 80cm auf 50cm Breite zu.

Für die Hinterachse kam ein 20mm Stahlrohr aus dem Baumarkt und zwei Kugellager zum Einsatz.

An die Achse wurde mit Hilfe von zwei Stellringen ein Ritzel geschweißt. Als Räder verwendete ich Schubkarrenräder.

Der Antrieb erfolgt über einen 500W Elektromotor, welcher neben dem Ritzel am Gerüst verschraubt ist.

Das Vorderrad kann durch ein Kugellager frei gedreht werden. Durch zwei Stahlseile und einen Servomotor, der hinten unter dem Fahrzeug sitzt, wird das Rad so präzise elektrisch gedreht.

Die Stromversorgung wird durch zwei in Reihe geschaltete 12V Bleiakkus und eine 40W Solarzelle gesichert. Der maximale Stromverbrauch des Fahrzeugs liegt bei 30A. Bei einem höheren Stromfluss wird die Stromversorgung von einer Sicherung unterbrochen. Durch zwei Spannungswandler wird die Ursprungsspannung von 24V (für den Antrieb und Lenkung) auf 12V (für die Scheinwerfer, Blinker, Hupe, etc.) und 5V (für den Arduino, das Display und Anzeigen) reguliert.

Das Herz des Fahrzeugs stellt ein Arduino Mega dar. Dieser verarbeitet alle Eingaben und ist komplett für das Fahrverhalten zuständig.

Die Steuerung erfolgt über einen Joystick. Dieser kann zum Lenken nach rechts und links geneigt werden und zum Beschleunigen nach vorne oder hinten. Außerdem kann man den Kopf des Joysticks drehen, um so den Blinker nach rechts oder links zu aktivieren. Der Joystick liefert für alle drei Achsen analoge Werte, die von dem Arduino ausgelesen werden.

Den Antriebsmotor kontrolliert der Arduino durch einen DC-Motorcontroller. Dieser ist standardmäßig mit einem Potentiometer für die Geschwindigkeit und einem Wechselschalter für die Richtung ausgestattet. Den Wechselschalter habe ich durch ein Relais ersetzt und das Potentiometer durch ein digitales 10kOhm Potentiometer, dessen Wert durch den Arduino geregelt wird.

Der Servomotor für die Lenkung wird ganz normal über ein 5V PWM Signal gesteuert, hat allerdings eine externe 24V Stromversorgung.

Neben der Steuerung des Antriebs und der Lenkung steuert der Arduino auch alle zusätzlichen Features des Fahrzeugs. Dazu zählen:


- Eine 12V Autohupe, die über ein Relais geschaltet wird

- Ein Linearmotor, der die Position der Lehne verändert

- Ein GPS-Modul für Messung der Geschwindigkeit und Fahrtverlauf

- Ein 433MHZ Funkmodul zur Fernsteuerung

- Zwei 12V LED Frontscheinwerfer

- Vier Motorradblinker


Die Kontrolle dieser Funktionen erfolgt über ein 4,3 Zoll Touchdisplay von Nextion, welches über eine Serielle Verbindung mit dem Arduino kommuniziert. Dieses ist direkt vor dem Fahrer angebracht. Hier sieht man standardmäßig die Geschwindigkeit, die Ausrichtung des Fahrzeugs und den Zustand des Blinkers. Außerdem kann man hier Einstellungen wie zum Beispiel eine Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit oder eine Korrektur der Fahrspur vornehmen.

Zur Sicherheit gegen einen Ausfall der Technik ist auf der gegenüberliegenden Seite des Joysticks eine mechanische Bremse angebracht, welche das linke Hinterrad bremst.

Auf der Front des Fahrzeugs ist außerdem eine Solarzelle montiert. Diese unterstützt im Betrieb die Stromversorgung der Akkus oder lädt diese im ausgeschalteten Zustand auf. Dafür habe ich einen Spannungsstabilisator verbaut, der normalerweise für die Stabilisierung der Spannung in Autos zuständig ist.

Ein optionales Feature ist das kabellose Lenkrad. Dieses besteht aus einem einfachen Lenkrad das mit einem 9V Akku, einem Arduino Uno, einem 433mHz Funkmodul und einem Gyrosensor. Wenn das Lenkrad angeschaltet ist, überträgt es 10 mal pro Sekunde den aktuellen Neigungswinkel an das Fahrzeug, wo dann die Lenkung entsprechend gesteuert wird. Durch ein Linearpotentiometer am Lenkrad ist es möglich das Gas zu kontrollieren. Die Reichweite beträgt ca. 1km. Das Lenkrad kann zum Beispiel zum kontrollierten Einparken benutzt werden oder in ein dafür vorgesehenes Kugellager vor dem Fahrer am Fahrzeug gesteckt werden und so statt des Joysticks zum Fahren benutzt werden.

Das Fahrzeug erreicht auf gerader Strecke eine Höchstgeschwindigkeit von ca. 35km/h und hat eine Reichweite von ca. 10-15km.

Frontalansicht


Display mit angestecktem Lenkrad


Sitz und mechanische Bremse