Ohjausteoria

[jooseha]

Itse haluaisin Fujinin näköisen pyörän, jossa on kääntymätön etupyörä ja etuveto, joka siis toimii normaalipituisella ketjulla, ja takaohjaus, joka pitää pyörän itsestään pystyssä jos ei pidä ohjaustangosta kiinni 20 km/h nopeudessa. Onnistuuko?

Kuulostaa melko epärealistiselta
Vakaustavoite on korkeammalla kuin suurimmalla osalla nojakkeja, mutta lähtökohdaksi valitaan takaohjaus, joka on epävakain tiedossa oleva. Ulkonäkötavoite estää vielä gyroskooppien käyttämisen vakauttamisessa. En sano ettei olisi mahdollista, mutta varmasti pirun haastavaa

Takaohjauksesta luopumalla saisi tehtyä juuri Fujinin näköisen voimalinjaa lukuunottamatta. Pythonina saisi ohjausnivelen piilotettua penkin etureunan alle eikä se erottuisi juurikaan tummaksimaalatusta pyörästä. Maasta ei löydy kuin kourallinen ihmisiä, jotka huomaisi eron

[ukram2]

Tuo Dennis Rennerin pyörän ohjaus on aika monimutkainen, vivuilla käännetty ohjaus, tai siis kun haluaa kääntyä oikealle, niin takapyörää pitää kääntää vasemmalle. Suora tanko-ohjaus voisi olla aika hankala käyttää?

[ukram2]

http://wannee.nl/hpv/abt/e-index.htm

Tuossa vielä lisää teoriaa, tai pohdiskelua takaohjauksesta.

Ehkä aktiivinen ohjaus olisi paras, varsinkin jos takahaarukan voisi laittaa pystysuoraan, jolloin ylös/alas liikettä ei olisi lainkaan ja tarvittava ohjausvoima olisi minimissään.

Aktiiviohjauksessa kiinnostaisi miten kannattaa tehdä sähköinen ohjausmekaniikka, mikä olisi hyvä ja halpa ratkaisu?

[ukram2]

Ruuvinväännin tuli mieleen, sillähän kai voi ohjata, tai siis kiertää jotain ruuvia, joka kääntää pyörää? Vääntöä ainakin riittää.

[ukram2]

Sekin on vielä varmistettava, että koska kaksipyöräisellä automaattiohjaus pitää pyörän pystyssä, pitää sitä kuitenkin kallistaa, jotta voi ohjata, siis tehdä kaarroksia. Ohjaaminen on melko outoa, kun automaatille pitää kertoa etukäteen, jotta kohta käännytään, että teepä nyt vastaohjaus, jotta pyörä kallistuu ja päästään varsinaiseen kurviin. Sellaisen voisin kuvitella välivaiheessa mahdolliseksi ja joltisenkin helposti toteutettavaksi, että pyörä ajaa haluttua suoraa omaehtoisesti, mutta kaarteessa sille annetaan ohjeet kuten ennenkin. Kaksipyöräisen vastaohjauksen ja etukäteen tehtävän kallistuksen tarve tekee ohjaamisesta vaikeampaa. Miksei siihen tietenkin tottuisikin, että kaarrekäsky annetaan sen sekunnin aiemmin, jotta pyörä ehtii tehdä vastaohjausmanööverinsä.

Voisin tuollaisen automaatin kyllä kuvitella mahdolliseksi, mutta en takaohjattuna. Kalpean aavistuksen takaohjatulla ajamisesta saa ajamalla nojapyörällä, jossa pää on takapyörän takapuolella. Kaksiraitesisessa kolmipyörässä kuskin pää on jonkin verran kiinteän kiekon takana. Aluksi tuntui kyllä melko epävarmalta kiemurtelultu, vaikka tuossa pää on vain akselivälin neljänneksen verran takana ja pyörä on sentään kolmipyöräinen, joten sitä ei tarvitse kallistaa kaarteeseen eikä tasapaino-ohjata.

Pyörän kallistuskulman säätäminen kai voisi olla olennaisin parametri, siis ohjaimesta vääntämällä kerrotaan että nyt halutaan kallistaa vasemmalle, eli kaartaa, ja automatiikka toteuttaa tämän kääntämällä takapyörää ensin väärään suuntaan sen verran että pyörä kallistuu, ja sen jälkeen alkaa ohjailla siten että kallistus pysyy vakiona, kunnes kuski muuttaa asetuksia.

Tästä seuraa samalla se että jos ei pidä itsestään keskittyvästä ohjaimesta kiinni niin pyörä menee suoraan ja pysyy pystyssä. Voisi olla hieno demo, laitetaan nojapyörä-kokematon kuski polkemaan pyörää joka menee suoraan ja pysyy pystyssä itsestään, tai ajaa loivasti kaartaen ympyrää.

Tuo säätö muistuttaa jotain matlabin esimerkkiä, jossa ohjataan vaijerin varassa roikkuvaa taakkaa kiskoilla liikkuvalla kelkalla. Siinäkin joutuu ekana pistämään taakan liikkeeseen, ja sen jälkeen mennään vakionopeudella ja lopuksi pysähdytään tai siis jarrutetaan taakkaa ja toivottavasti pysähdytään paikalleen oikeaan kohtaan.

Jos säädön saa toimimaan optimaalisesti niin ainakin periaatteessa mitään mutkittelua ei tarvita vaan hyvinkin siististi pyörä vaan ohjautuu...

Kallistuskulman lisäksi pitäisi varmaankin ottaa pyörän nopeus huomioon, siis vähän epäselvää mitä oikeasti kannattaa säätää... Toisaalta eihän normaalipyörässäkään ohjaustangon toiminta muutu vauhdin kasvaessa.

[ukram2]

Voisiko auto-ohjauksen tehdä niin että kiihtyvyysanturilla mitataan kaatumiskiihtyvyyttä, ja ohjataan siten että pyörän alaosa lähtee hieman isommalla kiihtyvyydellä korjaamaan kaatumista?

Siis kiihtyvyydellä on kolme komponenttia, eteen/taakse suuntainen kiihdytys/jarrutus, kuopat pystysuunnassa ja kaatuminen sivusuunnassa. Näistä kaatuminen on se tärkein, ja ehkä myös nopeutta voisi arvioida ekasta suunnasta.

Kuoppien vaikutus tuntuisi kai lähinnä jos ajetaan kaarteessa jossa on nopeita pystysuuntaisia heittoja, voi olla ongelma ohjauksen suhteen...

Tässä joutuisi arvioimaan nopeutta kai siten että tarkkaillaan korjausliikkeiden vaikutusta ja tästä haetaan oikeaa korjausnopeutta, ts. algoritmi adaptoituu nopeuden muuttuessa. Siis mitä suurempi nopeus, sitä pienemmät korjausliikkeet tarvitaan.

Sinänsä hauskaa jos nopeudenkin saa laskettua pelkästään ajamalla pieniä ohjausliikkeitä takapyörään ja tarkkailemalla kiihtyvyysanturilla miten paljon pyörä heiluu sivusuunnassa.

[mhelander]

Eiköhän Segway-tyyppisten kulkineiden ohjaus ole tähän tapaan toteutettu. Samoin kuuminta hottia olevien drone-lennokkien. Puuhaa vaan tuossa kyllä piisaa ja ilman tietokoneita ei onnistu. Onko sitten fillari jonka ohjaus on täysin "fly by wire" -toteutus sitten sellainen mitä halutaan ?

[jviirret]

Onko sitten fillari jonka ohjaus on täysin "fly by wire" -toteutus sitten sellainen mitä halutaan ?

Niin, vaikka takaohjatulla etuvedolla saavutetaan tehokkaampi voimansiirto niin olisiko kuitenkin järkevämpi rakentaa perinteinen takaveto ja käyttää ohjauksen sähkö pyörän eteenpäin viemiseen?

Jukka

[ukram2]

Eiköhän Segway-tyyppisten kulkineiden ohjaus ole tähän tapaan toteutettu. Samoin kuuminta hottia olevien drone-lennokkien. Puuhaa vaan tuossa kyllä piisaa ja ilman tietokoneita ei onnistu. Onko sitten fillari jonka ohjaus on täysin "fly by wire" -toteutus sitten sellainen mitä halutaan ?

Siis ajatuksena olisi että pyörä on mekaaniselta rakenteeltaan mahdollisimman yksinkertainen, eli "kiinteä" etuvetopyörä ja pystylaakeroitu kääntyvä takapyörä. Koska tuon ohjaaminen on kuulemma vaikeaa, auto-ohjaus on yksi vaihtoehto. Ja kun harrastuneisuutta on mulla tuohon suuntaan niin ehkä saan tuommoisen väsättyä... Sitten kun laite on toimiva niin voisi jopa miettiä toteutusta ilman prosessoria. Jotenkin tuntuisi että ohjaus voisi toimia tyyliin aja täysillä suuntaan tai toiseen tai jos menee hyvin niin älä tee mitään.

[ukram2]

Käytännön kysymys voisi olla miten kauan kestää jos pyörä kuskeineen on kallistunut vaikka metrin korkeudelta 1 cm, siihen että kallistus on 2 cm? Tästä saisi arvon kiihtyvyydelle joka pitäisi pystyä mittaamaan. Jota tarvitaan kiihtyvyysanturin valinnassa.

Vastaan itse: Tuo varmaan on jotain 1% painovoimakiihtyvyydestä, joten kyllä tuo on mitattavissa, tosin ehkä hieman pitää kiinnittää huomiota tarkkuuteen kytkennässä.

[vaaka]

Tutkimusmielessä toki kannattaa passiiviohjauksen mahdollisen riittämättömyyden paikata aktiivisuudella. Mutta käytännössä massa ja monimutkaisuus kasvaa ja miten käy akun loppuessa ja eikö lisämassa kannata suunnata renkaiden pyörittämiseen? Jos ajaa pitkiä matkoja, kauppareissuissa tuskin tulee ongelmia.

[jori]

Käytännön kysymys voisi olla miten kauan kestää jos pyörä kuskeineen on kallistunut vaikka metrin korkeudelta 1 cm, siihen että kallistus on 2 cm? Tästä saisi arvon kiihtyvyydelle joka pitäisi pystyä mittaamaan. Jota tarvitaan kiihtyvyysanturin valinnassa.

Vastaan itse: Tuo varmaan on jotain 1% painovoimakiihtyvyydestä, joten kyllä tuo on mitattavissa, tosin ehkä hieman pitää kiinnittää huomiota tarkkuuteen kytkennässä.

Tässä aimo annos tietoa mittauskomponenteista, joita käyttäen tuo onnistuu. Ohessa muutakin noiden vehkeiden mittaustiedon käyttämisestä koneiden ohjaamiseen.

Tämä komponentti mittaa siis painovoiman kiihtyvyyden suuntaa, kuten luotilanka ja kertoo anturin kulman painovoiman suuntaan nähden. Samaan komponenttiin on yhdistetty myös gyroskooppianturi, joka mittaa rotaationopeuksia kaikkiin suuntiin.

MEMS-sensori on Muratan SCC1300-D02. Alla olevasta linkistä löytyy Jannen Honkakorven väitöskirja (MEMS-sensori esitelty väikkärin sivulla 36):
http://dspace.cc.tut.fi/dpub/handle/123456789/22321

Tässä vielä muuta julkaisu liittyen noihin MEMS-sensoreihin:
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleD ... earch=true
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleD ... earch=true
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleD ... earch=true
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleD ... earch=true
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleD ... earch=true

Onhan tämä liian monipuolinen anturi tuohon hommaan, johon riittäisi yhden suunnan gyrokin, kuten Arendin opiskelijan lelupyörässä videolla.

[jviirret]

"virtuaalirakentelijat" ehti ensin, löysin youtubesta yhden täysin toimivan mallin takaohjatusta kaksipyörisestä streamlineristä

Jukka

[ukram2]

https://en.wikipedia.org/wiki/Pendulum_(mathematics)

Tuo pendulum matematiikka varmaan on hyvä approksimaatio kallistumisesta, eli 1 asteen kulmalla kiihtyvyys = g * sin(1) = g * 0.0174

adxl335 on varmaan ihan hyvä piiri tähän, jos analoginen kelpaa, ja sen saa arduino-piirilevy versiona, jolloin ei tarvi yrittää tinata älyttömän pientä piiriä.

Tasaisessa kaarreajossa mitatusta kiihtyvyydestä voi laskea miten paljon kallistusta on, siis kulma = arcsin(1/(a/g)), eli jos a=g*1.41, niin kulma = 45 astetta. Pienillä kulmilla kuitenkin gravitaation vaihtelu maapallon eri osissa voi hämätä. (Päiväntasaajalla g on 9,7804 m/s² ja navoilla 9,8322 m/s²). Ja tietysti kuopat.

Ohjaavan renkaan suunta on myös syytä tietää, tai siis sen joutunee joko mittaamaan tai pitämään kirjaa ohjausliikkeistä.

Käsittääkseni säädin siis joutuu säätämään kahta asiaa, toisaalta renkaan haluttua kääntösuuntaa ja toisaalta pyörä pitää pitää pystyssä.

Jonkinlainen trail ohjaavassa pyörässä voisi olla hyvä jos halutaan tehdä trackstand . Siis pyörän nopeus jarrutetaan nollaan ja takapyörä jää heilahtelemaan siten että pyörä pysyy pystyssä. Tällä varmaan voittaisi hitaan ajon kisan...

[jviirret]

Käsittääkseni säädin siis joutuu säätämään kahta asiaa, toisaalta renkaan haluttua kääntösuuntaa ja toisaalta pyörä pitää pitää pystyssä.

Tai sitten kuski hoitaa ohjaamisen kallistamalla pyörää ja säädin ohjaa pyörän kallistumisen suuntaan kuskin alle? Tiukat mutkat tuskin näin onnistuisi.
hmm, vai takaohjatussa kuskin pitäisi tietenkin kallistaa pyörää päinvastaiseen suuntaan mihin haluaa kääntyä, koska kallistuksen suuntaan ohjaaminen kääntää pyörää vastakkaiseen suuntaan.

Jukka