Tehopenkki sähkömoottoripyörälle opinnäytetyönä

Mekaaninen suunnittelu SolidWorksilla

Inertiadynamometrit perustuvat pyörimishitauden periaatteeseen, jossa vastus pyörimisnopeuden muutoksille on suoraan verrannollinen kuorman massaan ja sen säteeseen pyörimisakselista. Tämän periaatteen avulla ne voivat mitata tarkasti tehon ja simuloida dynaamisia ajo-olosuhteita.

Työssä käytettiin suunnittelutyökaluna SolidWorks-ohjelmaa, jolla tuotettiin laitteen rungon kasauskuvat ja kokoonpano. Laitteen runko piirrettiin ohjelmalla putkirunkotyyliseksi, ja materiaalina käytettiin suorakulmaisia teräsputkia. Rungon suunnittelun yhteydessä suunniteltiin myös dynamometrin vauhtipyörä, jota moottoripyörän takarengas ajojen aikana kiihdyttäisi. Vauhtipyörä suunniteltiin umpinaiseksi sylinteriksi, jonka molemmilla puolilla on akselit, joihin kytkettäisiin myöhemmin laakerit ja muut tarvittavat osat.

Sähköasennus ja ohjelmointi

Mekaanisen kokoonpanon jälkeen laite siirrettiin sähkö- ja automaatiopuolen labratiloihin ja aloitettiin sähkökokoonpano, joka koostuu laitteen perälle asennetusta ohjauskotelosta sisältöineen sekä optisesta anturista. Ohjauskoteloon asennettiin tarvittavat suojalaitteet, muuntaja, laitteen aivoina toimiva Raspberry Pi 5 ja mittauksia suorittava Arduino Mega 2560.

Laitteeseen asennettiin pistotulppa, jotta laite voidaan kytkeä verkkovirtaan. Koteloon myös asennettiin kanteen kääntökytkin, josta laite voidaan kytkeä päälle. Laitteen ohjelmointi aloitettiin samaan aikaan kuin rungon kasaus. Raspberry Pi:n ohjelmointiin käytettiin Node-Red-ohjelmaa, ja Arduinoon käytettiin sen omaa Arduino IDE -ohjelmaa.

Mittaustulokset ja visualisointi

Työ onnistui suunnitelmien mukaisesti, ja siitä tuli kuvien mukainen. Opinnäytetyön tuloksena saatiin opetuskäyttöön sopiva inertiadynamometri. Laitteen mittaukset näyttävät selkeiltä ja paikkansa pitäviltä. Kun moottoripyörällä aloitetaan kiihdytys, Arduino käyttää optista anturia ja laskee kierrostaajuuden ja pulssien välisen aikaeron, jotka se lähettää Raspberry Pi:lle sarjaväylää pitkin. Raspberry Pi käyttää Node-Red-ohjelmaa ja laskee moottoripyörän tehon, vääntömomentin, vauhtipyörän kierrosnopeuden, etenemisnopeuden ja moottoripyörän moottorin kierrosnopeuden. Näistä arvoista ohjelma piirtää kuvaajat, joista jokaista arvoa voi yksityiskohtaisesti tarkastella.

Viimeisillä testiajoilla moottoripyörän huippuarvoiksi saatiin 48 kilowattia tehoa ja 240 Newtonmetriä vääntömomenttia. Nämä arvot saatiin, kun moottoripyörää kiihdytettiin välillä 0–160 kilometriä tunnissa.