VESC: De open-source controller voor elektrische racevoertuigen, eenvoudig uitgelegd

Zodra je interesse hebt in elektrische race-scooters, elektrische skates of zelfgemaakte machines, komt er één naam steeds terug: VESC. Je hoort termen als "omzetten naar VESC", "de VESC afstellen" en "VESC Tool". Bijna alle documentatie is in het Engels en verspreid over verschillende forums.

Deze handleiding legt in het Nederlands, en zonder voorkennis, uit wat een VESC is, wat het verandert ten opzichte van een traditionele controller, wat de beperkingen zijn, en de stappen voor een eerste opstartprocedure.

Waar komt de VESC vandaan?

VESC staat voor "Vedder Electronic Speed Controller" en is vernoemd naar de Zweedse ingenieur Benjamin Vedder, de bedenker ervan. Hij lanceerde het begin van de jaren 2010 voor elektrische skateboards en publiceerde openlijk de werking van zijn controller. Het project is uitgegroeid tot een grote gemeenschap en is uitgebreid naar scooters, fietsen, hydrofoilplanken, robots en karts.

Het project omvat drie elementen:

• de firmware, dat wil zeggen het programma dat draait in de controller. Het wordt uitgebracht onder de open source licentie GPL v3;
• VESC Tool, de gratis software voor het configureren, is beschikbaar voor Windows, macOS, Linux, Android en iOS;
• De benodigde hardware: Dit omvat de elektronische printplaten die in staat zijn om deze firmware te draaien, en die door verschillende merken worden geproduceerd.

VESC is een geregistreerd handelsmerk. Daarom zijn er ook controllers verkrijgbaar die worden gepresenteerd als "gebaseerd op VESC" of "compatibel met VESC Tool": deze gebruiken dezelfde open-source firmware, maar met hardware die specifiek is voor elke fabrikant.

Wat de VESC anders maakt dan een traditionele controller:

De originele controller van een commerciële scooter is een gesloten systeem: sommige instellingen zijn toegankelijk via het display, maar de rest is vastgelegd door de fabrikant. Een VESC-controller opent alle mogelijkheden.

Vectorbesturing (FOC)

Een VESC-controller laat borstelloze motoren draaien met behulp van vectorbesturing, ook wel FOC genoemd. De stroom varieert continu in de drie fasen van de motor, in plaats van in stappen. Het resultaat is een stillere motor, een soepeler vertrek en een preciezere gashendel. Onze handleiding over controllers legt dit verschil in meer detail uit.

De motortest

Om een motor goed aan te sturen, moet de controller de elektrische eigenschappen ervan kennen: de weerstand, de inductie en de spanning die de motor produceert tijdens het draaien. Met een VESC hoeft men deze waarden niet op te zoeken in een technische specificatie: de VESC Tool meet ze. De motor geeft eerst een fluitend geluid tijdens de eerste meting, en draait vervolgens enkele seconden zelfstandig voor de tweede meting. Daarom wordt deze detectie uitgevoerd met het achterwiel omhoog.

De detectiefunctie identificeert ook de motoren, inclusief de sensoren (Hall-sensoren, encoder), indien aanwezig. Zonder sensoren kan de VESC de positie van de motor afleiden op basis van de spanning die deze produceert tijdens het draaien.

De stroomlimieten

Een VESC kent verschillende limieten, die allemaal moeten worden ingesteld: de maximale stroom in de motor, de maximale stroom die uit de batterij wordt getrokken, de remstroom en de stroom die tijdens het remmen terug naar de batterij wordt gestuurd. Daarnaast zijn er de spanningsdrempels (waaronder de batterij wordt beschermd) en de temperatuurdrempels (waarboven het vermogen afneemt). Dit zijn de instellingen die het verschil maken tussen een snel en betrouwbaar apparaat en een apparaat dat kapot gaat.

De gegevens en de diagnose

De VESC Tool toont live de stroomwaarden, de batterijspanning, de temperaturen van de controller en de motor, en houdt een logboek bij van de meest recente fouten. U kunt een volledige log opnemen en deze later opnieuw bekijken. Om te begrijpen waarom een machine stopt, zijn deze logbestanden waardevoller dan alle aannames.

Meerdere controllers die met elkaar communiceren

Op een elektrische scooter met twee motoren kunnen twee VESC-controllers met elkaar verbonden worden via een communicatiekabel. Eén controller ontvangt het gaspedaal signaal en geeft de instructies door aan de andere, en de VESC Tool kan beide controllers configureren via een enkele verbinding.

De beperkingen van de VESC

• Het is belangrijk om dit correct in te stellen. Een te hoge stroomwaarde is niet direct zichtbaar: het verslijt de batterij, zorgt ervoor dat de motor oververhit raakt en kan uiteindelijk leiden tot een defect.
• De materialen verschillen per fabrikant. De firmware is hetzelfde, maar de kwaliteit van de componenten, de koeling en de lasnaden verschillen. Net als bij elke controller, moet de aangegeven stroom met voorzichtigheid worden geïnterpreteerd: is het een piek van enkele seconden of een constante stroom?
• Het originele display en de bediening zijn niet altijd compatibel. De displays van de scooters die in de winkel worden verkocht, gebruiken de taal van hun oorspronkelijke controller; er is een compatibel display of een adapter nodig.
• `De fabrieksgarantie van de scooter vervalt doorgaans na het vervangen van de controller.`

Beginnen met een VESC: de stappen

Hier is de volgorde voor een eerste opstartprocedure. Elke stap verdient een eigen handleiding; dit geeft een overzicht.

1. Controleer de hardware. De controller moet de maximale batterijspanning aankunnen met een veilige marge, en de stromen moeten overeenkomen met wat de batterij en de motor aankunnen.
2. Installeer VESC Tool op een computer of telefoon, en sluit de controller aan via USB of Bluetooth (met een geschikte module).
3. `Firmware bijwerken indien de VESC Tool dit aanbiedt, voordat u verdere instellingen aanpast.`
4. `Motor detectie starten`, wiel omhoog, waarbij niets de wiel mag raken.
5. `Instellingen aanpassen:` stroomsterkte van de motor en de batterij, uitschakelsspanningen, temperaturen.
6. `De gashendel en de rem instellen met de assistent in de VESC Tool, die de bewegingsuitslag leert.`
7. `Maak eerst een proefrit met de voorwielophanging, en daarna bij lage snelheid op een vlakke ondergrond, terwijl je de temperaturen in de gaten houdt.`