Black Box für Kubota B6000
Erweiterung: 02.05.2013 Umbau von Sollwertpoti auf Incrementalgeber
Erweiterung: 29.01.2014 Einbau der Funktion "GasHold".
Status: Projekt im Praxistest
Die kleinen Kubota, Iseki usw. mit Handgasstsuerung haben offensichtlich alle das gleiche Problem:
Die Gasregelung, das Standgas und das Drehzahlverhalten ist etwas unglücklich gelöst. Mein Kubota B6000, ein gebrauchter Traktor, importiert aus Japan hat irgendwann den Weg zu uns gefunden. Ausgestattet mit einem 2-Zylinder Diesel der rund 12-14 PS leistet, Allrad, Differentialsperre, Gruppenschaltung, Anhängerkupplung, hydraulische Ladeschaufel, 3-Punktaufnahme, Heckmähwerk und Transportmulde.
Klein, kompakt und robust:
Der kleine Träkker beim Schneeräumen im Einsatz. Der Sitz war für Zwerge gebaut. Ich habe ihn ca. 15 cm nach oben und hinten versetzt.
Der Verbrauch ist sehr gering, mit einem vollen Tank (12 Liter) komme ich beim täglichen Einsatz rund 2 Wochen aus.
Problematisch ist aber ein Lastwechsel und das Standgasverhalten.
Z.B. bei der Bedienung der Ladeschaufel fällt die Drehzahl zurück. Man muss zum Handgas greifen. Wird die Ladeschaufel nicht bewegt, geht die Drehzahl wieder unnötig hoch.
Gleiches bei der Heckmulde oder auf beim Einsatz der Mähwerkes.
Auch das Anfahren am Berg erfordert sehr viel Fingerspitzengefühl. Dann auf gerader Strecke wird er einfach wieder zu schnell.
Ein Anruft bei Kubota Deutschland lies mir den Atem stocken:
Die Dame am Telefon teilte mir mit, daß sogenannte "Grauimporte" nicht den Vorschriften des deutschen Markt entsprechen und deshalb keine Informationen herausgegeben, und auch keine technische Daten oder Ersatzteile dafür verkauft werden....... (Laber, Rhabarber, Grünkohl)
Kubota Deutschland hat diesem Thema sogar eine eigene Seite "Grauimporte" gewidmet. Aus Protest verzichte ich auf einen Link.
Meine Antwort darauf ist der Lötkolben !
Und mittlerweile gibt es schon jede Menge "Kleintraktorenbesitzer" die sich mit dem gleichen Problem rumschlagen!
Mir schwebte eine Steuerung vor, die folgende Funktionen haben sollte:
- lastabhängige Drehzahlregelung
- Temperaturmessung des Motors
- temperaturabhängige Vorglühautomatik (sonst wird der Arm irgendwann lahm)
- Betriebsstundenzähler (zur besseren Kontrolle der Oelwechsel-Intervalle)
- Ladespannungsmessung der Batterie
haben die BlackBox mittlerweile zu einer recht komfortablen Steuerung werden lassen. Die Software arbeitet sehr stabil
Die gute Nachricht: Es gibt trotz der Erweiterungen kaum Hardwareänderungen!
Erweiterung:
- Das Poti für die Sollwertvorgabe (Gasstellung) wurde durch einen Incrementalgeber (Rotary-Encoder oder Drehgeber) ersetzt.
- Die Auflösung bzw. Verstärkung des Incrementalgeber ist frei einstellbar.
- Das Regelverhalten für "Gasgeben" und "Gaswegnehmen" ist nun frei einstellbar.
- Einer neue Funktion "GasHold" wurde eingebaut. (Dazu gleich mehr)
Die Umrüstung vom Sollwertpoti (Gasstellung) auf einen Incrementalgeber hat viele Vorteile gebracht.
Ein Incrementalgeber ist eine Art endloser Impulsgeber mit Drehrichtungserkennung. Es gibt keinen Anschlag, Nullstellung oder Endstellung. Es werden die Impulse bei jeder Bewegung gezählt. Vor und zurück oder linkls/rechts lässt sich leicht auswerten. Die feine Rastung des Geber ermöglicht eine präzise Einstellung der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl.
Die Funktion "GasHold EIN/AUS" lässt sich ideal mit dem Drehgeber kombinieren. Und das funktioniert so:
Wird nach einer Fahrt die Kupplung betätigt, regelt die Box automatisch auf Leerlaufdrehzahl runter. Ist "GasHold" ausgeschaltet und die Kupplung wird wieder losgelassen muss per Hand am Drehgeber erneut die gewünschte Drehzahl eingestellt werden. Absaufen kann der Motor aber nicht, da die Box versucht die Leerlaufdrehzahl zu halten.
Ist "GasHold" eingeschaltet, wird nach Loslassen der Kupplung wieder auf die vorherige Solldrehzahl hochgeregelt. Wie schnell das geht lässt sich natürlich im Setup einstellen.
Der Drehgeber lässt sich auch leicht zu einem Gashebel umbauen. Dieses ist damm dem Gashebel eines Motorbootes sehr ähnlich. Ob Drehgeber oder Gashebel sich in der Praxis bewähren wird sich im Laufe der Zeit zeigen.....
Der Schaltplan:
Den Schaltplan der BlackBox als PDF gibt es hier.
Das Hexfile (Version 0.0.15c) vom 30.01.2014 für den PIC 18F2420 kann man hier downloaden.
Als CPU kommt ein PIC 18F2420 mit 12 Mhz Takt zum Einsatz.
Die Spannungsversorgung für die Box und Servor wird über die 5V bzw. 6 Volt-Regler. Der PIC benötigt 5 Volt, das Servo 6 Volt um seine volle Kraft entfalten zu können. Die Drehzahl wird von der Lichmaschine oder besser vom kleinen Wechselspannungsgenerator abgenommen. Über eine Diode werden die positiven Halbwellen zu Rechteckimpulsen geformt und damit die Drehzahl gemessen. Die Temperaturüberwachung, die auch gleichzeitig die Zeit des Vorglühen bestimmt, erfolgt mit einerm Dallas-Temperatursensor DS18B20.
Im Schaltplan ist z.Zt noch der Anschluß für ein Display vorgesehen. Es hat 4 Zeilen mit je 20 Zeichen. Ein Display mit orangen Ziffern hat bei Sonneneinstrahlung den besten Kontrast. Blau oder grün sind dagegen sehr schwer zu erkennen.
Der Piezo-Beeper singnalisiert das Ende der Vorglühzeit und bestätigt das Umschalten der Auflösung für die Gasvorgabe. Übertemperatur oder zu niedrige Batteriespannung signalisiert der Piezo ebenfalls mit einer Warnmeldung.
So ein Unterschied:
Hier mal der Vergleich zwischen einem Micro- und einem Jumbo-Servo.
Das Tower Pro 9805MG hat ein Metallgetriebe und eine digitale Elektronik. Ich kenne die Vor- und Nachteile eines digitalen Servo nicht
aber es "singt" und "pfeift" ein wenig. Spielt aber im Traktor keine Rolle, da hört man es sowieso nicht.
Das Servo wird, wie ich es auch kenne, mit Impulsbreiten von 1 bis 2 mS angesteuert. Aber es geht sogar etwas weiter.
800 uS minimal und 2200 uS maximal. So bleibt sogar noch Spielraum für einen evtl. Feinabgleich
Allerdings "kleckert" es nicht bei der Stromaufnahme. 2 Amperé können da schon mal unter großer Last kurzzeitig fließen.
Spielt aber keine Rolle, denn das liefert die Starterbatterie auf alle Fälle.
Es gibt Jumbo-Servos, die sind deutlich billiger. Haben dann aber kein Metallgetriebe und können lt. Datenblatt auch nicht die Kräfte aufbringen,
die dieses Servo schafft. Ob das überhaupt notwendig ist, wird der Praxistest zeigen.
Das Servo sollte einen geschützen Platz unter der Motorhaube bekommen. Mit einem Bowdenzug aus dem Modellbau kann man das Gasgestänge auch
"um die Ecke" ansteuern. Ein einfacher Kunststoffzug funktioniert bei mir bisher ohne Probleme.
Die kleinen Traktoren lassen nicht viel Spielraum um einen servicefreundlichen Einbauplatz zu finden. Hinter der Frontplatte ist kaum Platz. Auch das Display zu platzieren ist mal nicht so einfach. Den idealen Einbauort habe ich noch nicht gefunden.
Klein und günstig:
Der Sensor für die Kupplung. Dieser berührungslose (induktiver) Sensor schaltet, sobald Metall in die Nähe der Oberfläche kommt. Der Schaltabstand liegt bei ca. 8mm.
Er hat keine mechnischen Bauteile und ist super vor Wasser geschüzt. Auf dem deutschen Markt sind die Dinger recht teuer, einfach mal beim Chinamann nachsehen....
Die gleichen Sensoren habe ich schon seit geraumer Zeit an meiner Schneefräse verbaut um den Endanschlag für den Auswurfturm erfassen zu können.
Dort arbeiten sie selbst bei -10 Grad ohne Ausfall.
Der Dallas Temperatursensor sollte möglichst nahe und fest am Kühlwassersystem verbaut werden. Der Sensor bestimmt u.A. die Vorglühzeit, da diese von der Motortemperatur abhägig ist. Mit einer Schlauchschelle am Kühlwasserschlauch oder mit Silikon am Kühlwasseraustritt des Motorblock befestigt sollte der beste Platz sein.
Kein großer elektronischer Aufwand:
Die handverdrahtete Platine ist soweit fertig. Das kleine weiße Relais oben links dient nur zur Programmierung des PIC 18F2420 in der Schaltung.
Beim späteren Betrieb kann es entfallen. Alle Anschlüsse habe ich auf eine 25poligen Sub-D Steckverbinder geführt. So lässt sich die Elektronik einfacher
ein- und ausbauen, falls mal Änderungen erforderlich sind.
In de Mitte unten sind die Anschlüsse des Display zu sehen. Diese werden getrennt herausgeführt. Das schwarze Alublock dient zur Kühlung der beiden Spannungsregler.
Alles passt auf ein Platine von 99 x 65 mm
Hier noch ein Bild vom Display:
Aktuell wird der Glühvorgang angezeigt.
Natürlich kann in der Vorglühphase keine Drehzahl angezeigt werden, da der Motor sich noch nicht dreht. In diesem Falle kommen die
Signale aber nicht von der Lichtmaschine sondern aus einem Frequenzgenerator.