VESC: kontroler open-source dla elektrycznych pojazdów wyścigowych, wyjaśniony w prosty sposób

Kiedy zaczynamy interesować się elektrycznymi hulajnogami wyścigowymi, elektrycznymi deskami lub konstrukcjami własnej roboty, jedno imię pojawia się nieustannie: VESC. Mówimy o "przejściu na VESC", o "regulacji VESC", o "VESC Tool". Prawie cała dokumentacja jest w języku angielskim i rozproszona na forach.

Ten przewodnik, napisany po francusku i bez zakładania żadnej wiedzy wstępnej, wyjaśnia, czym jest VESC, jakie zmiany wprowadza w porównaniu do klasycznego kontrolera, jakie są jego ograniczenia oraz jakie są kroki niezbędne do pierwszego uruchomienia.

Skąd pochodzi VESC?

VESC, skrót od „Vedder Electronic Speed Controller”, pochodzi od nazwiska jego twórcy, szwedzkiego inżyniera, Benjamin Veddera. Uruchomił on ten projekt w połowie lat 2010. dla elektrycznych deskorolek, publikując otwarcie zasady działania swojego kontrolera. Projekt rozrósł się dzięki szerokiej społeczności i został rozszerzony na hulajnogi, rowery, deski do hydrofoil, roboty oraz gokarty.

Projekt obejmuje trzy elementy:

• Oprogramowanie (firmware), czyli program, który działa wewnątrz kontrolera. Jest ono udostępnione na licencji open source GPL v3;
• VESC Tool, darmowe oprogramowanie do konfiguracji, dostępne na systemy Windows, macOS, Linux, Android i iOS;
• Sprzęt: Karty elektroniczne, które mogą obsługiwać ten firmware, produkowane przez różne marki.

VESC jest marką zastrzeżoną. Dlatego można również znaleźć kontrolery, które są prezentowane jako "oparte na VESC" lub "kompatybilne z VESC Tool": wykorzystują one ten sam, otwarty oprogramowanie, ale z własnym sprzętem, charakterystycznym dla każdego producenta.

Co VESC zmienia w porównaniu do klasycznego kontrolera?

Sterownik oryginalny, zamontowany w hulajnodze dostępnej w sprzedaży, jest zamkniętym systemem: niektóre ustawienia są dostępne za pośrednictwem wyświetlacza, a reszta jest zablokowana przez producenta. Sterownik VESC otwiera dostęp do wszystkich możliwości.

Sterowanie wektorowe (FOC)

Kontroler VESC steruje silnikami bezszczotkowymi w trybie sterowania wektorowego, znanym jako FOC. Prąd w silniku zmienia się płynnie w trzech fazach, zamiast przechodzić przez skoki. W rezultacie silnik pracuje ciszej, zapewnia łagodniejsze ruszanie i bardziej precyzyjną kontrolę przyspieszenia. Nasz przewodnik dotyczący kontrolerów wyjaśnia tę różnicę bardziej szczegółowo.

Wykrywanie silnika

Aby prawidłowo sterować silnikiem, kontroler musi znać jego parametry elektryczne: jego rezystancję, indukcyjność oraz napięcie, które generuje podczas obrotu. W przypadku użycia VESC, te parametry nie są pobierane z karty katalogowej: program VESC Tool dokonuje ich pomiaru. Silnik najpierw wydaje dźwięk podczas pierwszego pomiaru, a następnie obraca się samodzielnie przez kilka sekund podczas drugiego. Dlatego właśnie wykonuje się ten proces kalibracji z podniesionym kołem.

Wykrywanie identyfikuje również czujniki silnika (czujniki Halla, enkoder), jeśli są obecne. W przypadku braku czujników, kontroler VESC potrafi określić położenie silnika na podstawie napięcia, które generuje podczas obrotu.

Ograniczenia prądowe

Kontroler VESC definiuje kilka kluczowych parametrów, które należy odpowiednio ustawić: maksymalny prąd silnika, maksymalny prąd pobierany z akumulatora, prąd hamowania oraz prąd oddawany do akumulatora podczas hamowania. Dodatkowo, istnieją progi napięcia (poniżej których akumulator jest chroniony) oraz temperatury (powyżej których moc jest ograniczana). To właśnie te ustawienia decydują o tym, czy urządzenie będzie szybkie i niezawodne, czy też ulegnie awarii.

Dane i diagnostyka

Program VESC Tool wyświetla w czasie rzeczywistym takie parametry jak natężenie prądu, napięcie baterii, temperatury sterownika i silnika, a także rejestruje ostatnie błędy. Można zapisać pełny zapis danych i później go odczytać. Aby zrozumieć, dlaczego urządzenie przestaje działać, takie zapisy są bardziej wartościowe niż jakiekolwiek domysły.

Kilka kontrolerów, które ze sobą komunikują się

W przypadku hulajnogi z dwoma silnikami, dwa kontrolery VESC mogą być połączone kablem komunikacyjnym. Jeden kontroler odbiera sygnał z pedału przyspieszenia i przekazuje polecenia do drugiego, a program VESC Tool umożliwia konfigurację obu kontrolerów za pośrednictwem jednego połączenia.

Ograniczenia systemu VESC

• Należy wiedzieć, jak to ustawić. Zbyt wysoka wartość prądu nie jest od razu widoczna: powoduje zużycie baterii, przegrzewanie się silnika i ostatecznie awarię.
• Wyposażenie różni się w zależności od producenta. Oprogramowanie jest takie samo, ale jakość komponentów, chłodzenia i połączeń może być różna. Podobnie jak w przypadku każdego kontrolera, podawane wartości prądu należy interpretować ostrożnie: czy to chwilowy skok trwający kilka sekund, czy stały prąd?
• Wyświetlacz i sterowanie oryginalne nie zawsze są kompatybilne. Wyświetlacze sprzedawane w sklepach często "rozmawiają" w języku oryginalnego kontrolera; potrzebny jest wyświetlacz kompatybilny lub adapter.
• Gwarancja producenta hulajnogi zazwyczaj przestaje obowiązywać po wymianie kontrolera.

Rozpoczęcie pracy z VESC: kroki

Oto instrukcja pierwszego uruchomienia. Każdy krok zasługuje na własny, szczegółowy przewodnik; ten przewodnik daje ogólny przegląd.

1. Sprawdź komponenty. Kontroler musi akceptować napięcie pełnego naładowania akumulatora z zapasem, a jego prądy muszą odpowiadać temu, co akumulator i silnik są w stanie wytrzymać.
2. Zainstaluj program VESC Tool na komputerze lub telefonie, a następnie podłącz kontroler za pomocą kabla USB lub przez Bluetooth (z odpowiednim modułem).
3. **Zaktualizuj oprogramowanie** (firmware), jeśli program VESC Tool oferuje taką możliwość, przed rozpoczęciem jakichkolwiek konfiguracji.
4. **Uruchomienie procedury wykrywania silnika:** koło musi być uniesione, a nic nie powinno dotykać koła.
5. **Ustawianie limitów:** prądy silnika i akumulatora, napięcia odcięcia, temperatury.
6. `Dostosowanie przepustnicy i hamulca za pomocą asystenta w programie VESC Tool, który uczy się zakresu ich działania.`
7. **Wykonaj najpierw próbę podnoszenia koła**, a następnie przejedź powoli po otwartej przestrzeni, monitorując temperatury.