Elektromobil mit Arduino-Steuerung und Solarzelle
Die moderne Seifenkiste fährt mit Elektromotor: Das Arduino-Elektromobil bringt vom Display bis zum kabellosen Lenkrad zahlreiche Features mit.
- David Traum
Als bei einer Hausrenovierung eine Reihe von Holzlatten übrig blieb, kam mir die Idee, daraus das Chassis für ein Fahrzeug zu bauen. Daraus entstand ein Elektromobil mit Arduino-Steuerung, Bleiakkus und Solarzelle. Gelenkt wird es mit einem kleinem Joystick oder einem kabellosen Lenkrad. Das Fahrzeug erreicht auf gerader Strecke eine Höchstgeschwindigkeit von ca. 35 Stundenkilometern und hat eine Reichweite von 10 bis 15 Kilometern.
Zuerst schraubte ich mehrere der Latten (4 × 5cm) zu einem 1,80m langen Grundgerüst zusammen. Dieses wird von hinten nach vorn schmaler, von 80cm auf 50cm. Für die Hinterachse kamen ein 20mm Stahlrohr aus dem Baumarkt und zwei Kugellager zum Einsatz. An die Achse habe ich mit Hilfe von zwei Stellringen ein Ritzel geschweißt. Als Räder verwendete ich Schubkarrenräder.
Elektrischer Antrieb
Der Antrieb erfolgt über einen 500-W-Elektromotor, der neben dem Ritzel des hinteren rechten Rads am Gerüst verschraubt ist. Das Vorderrad kann durch ein Kugellager frei gedreht werden. Durch zwei Stahlseile und einen Servo (F18140 SUPER200), der hinten unter dem Fahrzeug sitzt, wird das Rad so präzise elektrisch geschwenkt. Die Stromversorgung wird durch zwei in Reihe geschaltete 12-V-Bleiakkus und eine 40-W-Solarzelle gesichert. Letztere ist über einen 24-V-Laderegler an die Akuss angeschlossen. Der maximale Stromverbrauch des Fahrzeugs liegt bei 30 Ampere. 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. So werden die Akkus stets gleichmäßig entladen.
Arduino-Elektromobil (6 Bilder)
Arduino-Steuerung
Das Herz des Fahrzeugs ist ein Arduino Mega (ab 35,60 €). Dieser verarbeitet alle Eingaben und ist komplett für das Fahrverhalten zuständig. Die Steuerung erfolgt über einen Joystick, der rechts auf dem Rahmen angebracht ist. Dieser kann zum Lenken nach rechts und links geneigt werden bzw. zum Beschleunigen nach vorne oder hinten. Außerdem kann man den Kopf des Joysticks drehen, um 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 (EAN 0736691540432). 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 10-kOhm-Potentiometer, dessen Wert durch den Arduino geregelt wird. Der Servomotor für die Lenkung wird über ein 5-V-Pulsweitenmodulationssignal (PWM) gesteuert, die Spannungsversorgung erfolgt zusätzlich über 24 Volt.
Für den Fahrkomfort
Neben dem Antrieb und der Lenkung steuert der Arduino auch alle weiteren Features des Fahrzeugs. Dazu zählen:
- Eine 12-V-Autohupe, die über ein Relais geschaltet wird
- Ein Linearmotor, der die Position der Lehne verändert
- Ein GPS-Modul für Messung der Geschwindigkeit und Fahrtverlauf
- Zwei 12-V-LED-Frontscheinwerfer
- Vier Motorradblinker
- Optional: Ein 433-MHZ-Funkmodul zur Fernsteuerung
Die Kontrolle dieser Funktionen erfolgt über ein 4,3-Zoll-Touchdisplay von Nextion, das über eine serielle Verbindung mit dem Arduino kommuniziert. Es ist direkt vor dem Fahrer angebracht. Hier sieht man standardmäßig die Geschwindigkeit, die Ausrichtung des Fahrzeugs und den Zustand des Blinkers. Außerdem kann der Fahrer Einstellungen wie zum Beispiel eine Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit oder eine Korrektur der Fahrspur vornehmen.
Zur Absicherung gegen einen Technikausfall ist auf der linken Seite 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 auf, wenn das Auto steht. Dafür habe ich einen Spannungsstabilisator verbaut, der normalerweise für die Stabilisierung der Spannung in Autos zuständig ist.
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Kabellose Autosteuerung
Ein optionales Feature ist das kabellose Lenkrad. Das ist ein einfaches Lenkrad, das mit einem 9-V-Akku, einem Arduino Uno, dem 433-MHz-Funkmodul und einem Gyrosensor ausgestattet wird. Wenn das Lenkrad angeschaltet ist, überträgt es zehn Mal pro Sekunde den aktuellen Neigungswinkel an das Fahrzeug, das die Lenkung entsprechend anpasst. Durch ein Linearpotentiometer am Lenkrad ist es möglich, das Gas zu kontrollieren. Die Reichweite beträgt rund einen Kilometer.
Das Lenkrad kann zum Beispiel zum kontrollierten Einparken benutzt werden. Neben dem Display ist auch ein Kugellager verbaut, in das das Lenkrad gesteckt werden kann. So ist es eine alternative Steuerung zum Joystick. (hch)
