ElecTrailer

Regie & Schnitt: Zahit Kiziltepe

Das Problem

Kontext für das Projekt war der häufige Transport von Gütern zwischen unseren zwei Schulgebäuden und dem örtlichen Baumarkt. Wir wollten hierfür dem PKW eine umweltfreundlichere Alternative entgegensetzen. In der Kleinstadt und auf kurzen Strecken sind Fahrräder bereits eine gute Option für den Personentransport. Auch der Lastentransport wir effektiv durch elektrische Lastenfahrräder gelöst. Diese sind jedoch aufgrund mangelnder Flexibilität, ihres hohen Platzbedarfs, hoher Anschaffungskosten und des überraschend komplexen onboarding Prozesses eher ein Nischenprodukt.

Die Lösung

Unser Anhänger kann durch eine Achskupplung einfach an jedes herkömmliche Fahrrad an- und abgehängt werden. Jedes Rad wird separat von einem Elektromotor angetrieben. Die Deichsel ist mit einem Sensor versehen und lässt sich leicht strecken und stauchen. So kann der Anhänger minimalen Zug erkennen und durch die Motoren das Gewicht der Fracht kompensieren. Um am Zielort die Fracht direkt an ihren Aufbewahrungsort zu bringen kann der Anhänger ohne Weiteres abgehängt und von Hand gezogen werden. Im ausklappbaren Griff ist ein weiterer Sensor verbaut um auch in engen Kurven ideale Unterstützung zu bieten. Nach Erarbeiten des Konzepts hat sich unsere Team, bestehend aus zwei Produktgestaltern und vier IoT-Studenten, auf verschiedene Bereiche aufgeteilt. Ich habe mich auf die Programmierung des Microcontrollers und auf Sensorik-Lösungen für den Handbetrieb konzentriert.

Griff Konzeption & Prototyping

Wird der Anhänger von einem Fahrrad gezogen können Kurven aufgrund des großen Wendekreises ignoriert werden. Da es beim Ziehen von Hand jedoch häufig zu Punktwendungen kommt ist hier eine differenzierte Steuerung der Motoren sinnvoll. Die simpelste Lösung hierfür schien mir direkt im Griff zu messen ob er zur Seite gezogen wird und so den Zug in zwei Dimensionen zu messen. Responsive image
Das Außenrohr kann sich frei entlang des Innenrohrs bewegen Das Potentiometer ist im Innenrohr angebracht und über einen Sockel mit dem Außenrohr verbunden. So kann die Verschiebung des Griffs durch das Potentiometer gemessen werden. Federn sind auf beiden Seiten des Sockels angebracht um das Außenrohr zurück in seine neutrale Position zu bewegen. Mit der Unterstützung eines Produktgestalters habe ich dieses Konzept in einen Funktionsprototypen umgesetzt.

Umwandlung der Sensorwerte in Motor-Aktionen

Der Einfachheit halber habe ich die Messdaten beider Potentiometer in eine Skala von -1 bis 1 übertragen. 0 entspricht hierbei dem neutralen Zustand der erreicht wird wenn kein Zug einwirkt. Im einfachen Fall, wenn der Anhänger von einem Fahrrad gezogen wird, wird der Messwert linear in das Drehmoment der Motoren übertragen. Ein Messwert von 1 (voller Zug nach vorne) führt zu maximalem Drehmoment. Ein Wert von 0 (kein Zug) führt zu Stillstand der Motoren. Negative Werte können zum Rückwärtsfahren verwendet werden.
Wird der Anhänger von Hand gezogen behandle ich die Kombination der beiden Messwerte als 2D Vector. Aus diesem und einem weiteren fixen Referenzvektor bilde ich das Skalarprodukt. Das Skalarprodukt ist eine Möglichkeit zwei Vektoren zu vergleichen. Zeigen sie in dieselbe Richtung erhält man 1, bei entgegengesetzter Richtung -1 und bei orthogonalen Richtungen 0. Diese Eigenschaft eignet sich wundervoll um die Sensordaten in eine asymmetrische Motorsteuerung zu übertragen.

Responsive image Zug nach vorne führt zu einem Skalarprodukt von 0 Die Geschwindigkeitsdifferenz der beiden Motoren muss in diesem Fall auch Null sein. Beide Räder drehen sich vorwärts.
Responsive image Zug nach links führt zu einem Skalarprodukt von 1. Die Geschwindigkeitsdifferenz der beiden Motoren muss in diesem Fall bei 200% liegen damit sich die Räder in entgegengesetzte Richtungen drehen.
Responsive image Zug nach rechts führt zu einem Skalarprodukt von -1. Auch hier sollte die Geschwindigkeitsdifferenz bei 200% liegen. Bei negativen Werten dreht sich jedoch das linke Rad vorwärts während es bei positiven das Rechte ist.