Schaltautomat Motorrad / Proof of Concept

Ziel des Projekts soll ein funktionierender Schaltautomat für ein Rennmotorrad sein.

Hierbei soll ein hochschalten der Gänge ohne Gaswegnahme und Kuppeln möglich sein was auch gängige Praxis ist und so in kommerziell vertriebenen Schaltautomaten funktioniert. Um dies zu ermöglichen muss ein Sensor am Fußschalthebel (z.b.Reedkontakt) erkennen wann der fahrer wünscht einen Gang höher zu schalten. Die Steuerung unterbricht anschließend durch ein Relais (oder ähnliche Trennung) die Masseleitung zu den Zündspulen und verhindert das zünden des Gemischs in den Zylindern. Treibstoff wird dennoch eingespritzt jedoch somit nur in den Abgaskrümmer ausgestoßen und verpufft durch hohe Krümmer Temperaturen oder der folgenden gezündeten Gasfront. (Gut zu hören bei 1000ccm BMW´s vor Euro4). Eventuelle beschädigungen des Kat´s sind ausgeschlossen weil nicht vorhanden.

Durch das verhindern der Zündung für eine relativ kurze Zeit (ca. im Bereich 25ms, jedoch Einstellungssache von Bike zu Bike unterschiedlich) wird der Antriebsstrang quasi Lastfrei und ein Gangwechsel kann bei sequentiellen Motorradgetrieben erfolgen. Getriebeverschleiß durch falsch eingestellte Unterbrecherzeiten sind durchaus möglich. Jedoch bei korrekt eingestellter Unterbrecherzeit zu vernachlässigen (Weil Rennmotorrad). Gangwechsel ohne Kupplungsbetätigung auch im normalbetrieb durch Gaswegnahme beim Fahren möglich und gängige Praxis.

Features:

-Schaltautomat Aus/An per Lenkerschalter

-Unterbrecherzeit Einstellbar (Im Einrichtbetrieb)(Durch Lenkerschalter)

-Anfahren im ersten Gang möglich (Signalabhnahme Kupplungshebel Sensor) à Kupplung gezogen, kein Schaltautomatbetrieb.

Fragestellungen:

-Kann das 12V Signal vom Kupplungssensor durch Widerstände im Spannungsteiler Prinzip problemlos auf Arduino Nano Spannung angepasst werden zur Signalverarbeitung? Signal müsste wie beim Seitenständer funktionieren. Theoretisch also 12V/0V ohne Störeinflüsse?

-Reedkontakt als Sensor am Fußschalthebel erscheint mir erstmal am Sinnvollsten. Jemand Vorschläge welcher Sensor haltbar und bereits witterungsbeständig vergossen ist? Oder ob es bessere Alternativen gibt?

-Auf den ersten Blick würde ich ein herkömmliches Relais verwenden. Und die Schaltzeit mit in die Unterbrecherzeit einrechnen. Gibt es alternativen das evtl. besser Funktionieren würden? Habe in dem Kontext mal was von Mosfet gehört. Kennt sich jemand aus ?

Die Programmentwicklung mit Schaltern, Funktion und Display bekomme ich mit etwas tüfteln schon hin. Gefragt ist ob die Hardware so funktioniert, und vor allem ob es bessere Alternativen bei den gennannten Fragestellungen gibt. Kosten spielen erstmal keine Rolle. 3D Drucker und CAD Software vorhanden. Feedback, Kritik und Anregungen sehr gerne erwünscht.

Vielen Dank für Rückmeldung !!!

Hallo
Du hast eine sehr interessantes Projekt mit extrem rauhen Umweltbedingungen.
Hier meine Antworten:

-Kann das 12V Signal vom Kupplungssensor durch Widerstände im Spannungsteiler Prinzip problemlos auf Arduino Nano Spannung angepasst werden zur Signalverarbeitung? Signal müsste wie beim Seitenständer funktionieren. Theoretisch also 12V/0V ohne Störeinflüsse?

Störeinflüsse wird es immer geben. Es ist eine Frage des Aufwandes wie die Störungen an der Störquelle und/oder Störsenke beseitigt werden.

-Reedkontakt als Sensor am Fußschalthebel erscheint mir erstmal am Sinnvollsten. Jemand Vorschläge welcher Sensor haltbar und bereits witterungsbeständig vergossen ist? Oder ob es bessere Alternativen gibt?

Alternativ bietet sich ein Magnet und ein Hallsensor an.

-Auf den ersten Blick würde ich ein herkömmliches Relais verwenden. Und die Schaltzeit mit in die Unterbrecherzeit einrechnen. Gibt es alternativen das evtl. besser Funktionieren würden? Habe in dem Kontext mal was von Mosfet gehört. Kennt sich jemand aus ?

Hier würde ich auf ein mechanisches Relais aufgrund der o.g. Umweltbedingungen verzichten und ein SSR empfehlen.

Viel Erfolg beim 3D-Design und Drucken und bei Fragen hier einfach nochmal reinrufen.

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Ich würde da Stück für Stück ran gehen. Also erstmal deine benötigten Signale erfassen. Ich denke am einfachsten ist es dafür gedachte Sensoren zu holen und zu montieren. Die Signale lässt du dir auf dem LCD anzeigen und fährst einige Zeit rum um zu sehen ob die Signale auch sauber sind.

Als Schaltunterbrecher würde ich schon auf ein Relais setzen wegen der galvanischen Trennung zur Zündanlage. Denn du willst die Zündspulen direkt schalten, bedeutet es können hohe Spannungen auch auf den Masseleitungen auftreten wenn du genau im Zündmoment diese unterbrichst. Vor allem sollte der Schaltabstand des Relais um ein vielfaches höher sein als der Kontaktabstand der Zündkerzen…Bei einer elektronischen Zündung wäre dies einfacher.

Die 12V Signale der Sensoren könntest du mit Spannungsteilern mit entsprechender Schutzbeschaltung auf den Arduino geben oder du benutzt Optokoppler um weitere Störungen durch Einstrahlungen zu vermeiden.

Sobald an der Zündanlage etwas verändert wird können durch verschlechterte Abschirmung und offene Leitungsenden (wie zum Beispiel deinem offenen Relaiskontakt) große Störsignale erzeugt werden die deinen Arduino stören oder sogar beschädigen können.

Gruß

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Das größte Problem dürften die Störungen werden. Da wirst Du viel Aufwand reinstecken müssen, damit das am Ende zuverlässig funktioniert. Arduino-Steuerung komplett in ein Metallgehäuse kapseln, alle Leitungen, die rein- oder rausgehen entstören. Auch die Versorgungsspannug. Die ist in so einem Umfeld alles andere als ‘sauber’.

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Cooles Projekt!
Die Fallstricke sehe ich größtenteils beim Sensor. Denn dieser ist auch bei den kaufbaren Quickshiftern die Achillesferse.
Wenn dieser nicht zu 100% funktioniert, wird es massive Probleme geben. Zündaussetzer, wo keine gewünscht sind, usw.

Zum einen gibt es starke Vibrationen am Motorrad. Zum anderen brauchst Du den Moment, wo Druck an der Schaltung anliegt, aber noch kaum “Weg” gemacht wurde.
Deshalb werden häufig Drucksensoren verwendet, die auf ein exaktes Gewicht eingestellt werden können.

Bzgl. 3D Druck solltest Du auf die Formstabilität bei Hitze achten. Übliches PLA ist vollkommen ungeeignet. ABS schon besser, aber nicht optimal!
Habe das GreenTEC Pro hier, welches zumindest bis 140° halten soll. Aber noch keine echte Erfahrung damit gesammelt.

Bei der Spannungsversorgung habe ich bislang keinerlei Probleme gehabt. Da ich irgenwann vom Arduino zur eigenen Platine gegangen bin, hat ein Kumpel mir ein einfaches Netzteil designed, welches die 12V runterpegelt. Mit Verpolungsschutz, usw.
Muss mal schauen ob ich da noch einen Schaltplan o.ä. habe.

Ansonsten schließe ich mich den Vorrednern eineingeschränkt an :slight_smile:

PS: Schau mal hier. Da hat jemand einen Schaltautomat mit Blipper für ein Pitbike realisiert.

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Hallo,
was den Senso betrifft schau Dir mal induktive Näherungsinitiatoren an. Die gibts mit vergossenen Kabel in PI65 . letztlich ist das eine Frage des Platzbedarfs. je kleiner die sind um so kleiner ist allerdings auch der Schaltabstand. Aber 1mm sollte mechanisch machbar sein. Ein Relais zu verwenden kannst Du machen, allerdings haben die Dinger auf Grund der Mechanik ja auch gewisse Schaltzeiten. Ich denke 20ms ist da sicher sportlich.
Eventuell überlegst Du auch mal eine reine Hardwarelösung, die Aufgabe ist ja ziemlich begrenzt.
MOSFET ja , allerdings die Zündspüle induziert auch auf der primärseite ganz schöne Spannungen. Allerdings gibt es da sicher eine technische Lösung, wird ja heute sowiso kontaktlos geschaltet. Ich kann mich noch erinnern der Hobbyelektoniker in den 70igern hat sein Auto auf Transistor Zündung umgebaut. Schaltpläne gabs in den einschlägigen Zeitschriften.
Noch eine Anmerkung zur Schutzbeschaltung der Zündspule. Früher wurden die Zündspulen ja mittels Unterbrecherkontakt geschaltete. paralell dazu war ein Kondensator (Zündkondensator ) Der hatte zusammen mit der Induktivität der Zündspule die Aufgabe das ein Schwingkreis entsteht der den Zünfunken lange stehen lässt. Das wird heute elektronisch gemacht. Ich möchte nur darauf hinweisen das man nicht beliebig an der Zündspule zusätzliche Entstörmaßnahmen machen kann. Zur Entstörung des Radioempfangs gab es einen zusätzlichen Kondensator (vermutlich RC Kombi) der allerdings an der Zundspule auf die Klemme15, das ist Plus , und Masse angeschlossen wurde.
Heinz

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Also der Umbau aus dem R4F-Forum sieht schon sehr elegant aus. Ich glaube mit Kraftmesssensor wird das die bessere Lösung sein. Muss jetzt mal recherchieren wo man die herbekommt. Bis hier schonmal danke für´s Feedback. Hilft immer sehr!

Du willst also erkennen wenn der Fahrer den Ganghebel betätigt und für die Zeit des Gangwechsel, sprich mechanisches ein und ausfahren der Zähne der beteiligten Zahnräder den Motor “aussachalten” indem Du den Zündfunken unterbrichst.
Bist Du sicher daß der Fahrer dies immer in der von Dir gedachten Zeit macht?

Grüße Uwe

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Natürlich!
Alleine schon, wegen den Rundenzeiten, muss sie das tun.
Die Fahrerin kann gar nicht anders.

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Die 12V würde ich mit Optokoppler trennen.
Sowohl Input als auch Output.
Vorteil: Zwischen dem PIN und dem OK ein Entstörglied müsste nur die Störungen auf der kurzen Strecke entfernen.

Zudem vielleicht mal bei microchip in die ApNotes und die Datasheets schauen. Es gibt spezielle Automotive-Chips und auch Hinweise zu deren Einsatz.
Testen und Grundlagen auf einem Arduino-Board und dann später auf entsprechende Eigenentwicklungen gehen.

Nur für mich als Nachfrage: Du sprichst nur vom HOCHschalten. Nun erwarte ich von einem Automat, das der das auch runter kann. Ist das geplant, angedacht, verworfen?

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Das kann er nicht!
(der Automat)

  1. Kein Servo am Gaskolben.
  2. Kein Servo zur Kupplungsbetätigung
  3. Unsynchronisiertes Synchrongetriebe.
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DANKE!

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Hatte ich mich auch erst gefragt aber er spricht ja auch nur vom Hochschalten, gehe mal von aus dass er Beschleunigungsrennen fährt.

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Muss gar nicht.

Der Trick ist: Schalten unter Vollgas, ohne die Kupplung zu betätigen.
Wenn man auch nur 1/100 sec bei jedem Schaltvorgang einspart, kann sich das am Ende der Runde zu fast(?) einer Sekunde aufsummieren.
Und bei, was weiß ich, 24 Runden…

Runter schalten ist da viel unkritischer, da das sowieso beim Bremsen nebenbei geschieht. Da kann man keine Zeit gewinnen.

Zudem ist das technisch wesentlich aufwändiger.
Gibt natürlich auch Schaltautomaten, die das können.
z.B. mit 2 Kupplungen, so dass man gleichzeitig 2 Gänge eingelegt haben kann.
Alleine schon vom Gewicht, ist das für die kleinen Klassen gar nicht “rentabel”.

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Da haste auch wieder Recht.
Dann wäre es aber gut wenn seine Sensoren wirklich sauber funktionieren. Nicht das er mit Zwischengas runterschalten will und dann wird die Zündung unterbrochen. Nicht das es noch zum berühmt-berüchtigtem “Money-Shift” kommt…

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Ja für das ungekuppelte runterschalten müsste man in meinem Fall ein Servomotor an den Gaszug montieren um das Gas kurz aufzureissen. Wäre theoretisch möglich. Aber im Moment nicht angedacht.

Grundlegend funktioniert das ganze so, das man den Fußschalthebel mit dem Fuß vorbelasten kann. Zu dem Zeitpunkt indem man den Gasgriff zurückdreht, lässt sich der nächste Gang einlegen. Die Mitnehmerzapfen zwischen den Zahnrädern sind hinterschnitten und ziehen sich sozusagen aneinander wenn der Motor das Getriebe treibt. Fällt der Vortrieb ab, rutschen die Mitnehmerzapfen durch den belasteten Fußschalthebel auseinander und der nächste Gang wird eingelegt. Man darf nicht vergessen das Motorradgetriebe viel weniger Trägheitsmoment vorzuweisen haben als KFZ Getriebe. Deshalb funktioniert das ganze so gut, und man kann schalten ohne zu Kuppeln. So gut wie mit jedem Bike. Ja die Getriebe sind unsynchronisiert, aber die Drehzahldifferenz wird durch Anlaufscheiben angeglichen was durch das geringe Trägheitsmoment unproblematisch ist.

Damit der Sensor von runter und hochschalten unterscheiden kann sollte er natürlich so angebracht sein das dieser erkennt in welche Richtung es geht. Da wären diese Lastzellen perfekt. Also Druckmesssensoren die Druck und Zugkräfte unterscheiden und in das Schaltgestänge zwischen Fußschalthebel und Schaltwelleneingang in den Motor zwischengeschaltet wird.
Im Internet finde ich im Moment jedoch nur ü500€ Sensoren. Es gibt aber definitiv günstigere, ich muss damit ja nicht auf die Dritte kommastelle erfassen, sondern nur grobe Messwerte auswerten. Falls jemand weis wo man sowas findet ?

Das Moped wird artgerecht im privaten hobby ringbetrieb bewegt =)

Solche kenne ich nicht.
Nur, dass es derbe knallt, wenn man sich vertut.

Ja!

Suche mal nach Dehnmessstreifen.

Auf Straße, ist es wohl untersagt die Zündung weg zu schalten, wg. dem Schaltknall.
Da muss es die Einspritzung sein, die Pause macht.

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Also was du als Anlaufscheiben bezeichnest klingt nach Synchronscheiben beim Autogetriebe, liege ich da richtig?

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Vermutlich ?!