にぱにま～ゆ

開発したヘッドライトディマーをウラルに実装しました！
約ひと月ほど電子工作ブログになってしまいましたね・・・

作成した基板は、SDカードとほぼ同じサイズです。
タカチのケースに入れてシリコンでコーキングしました。

最初の構想ではメーターカウルの中に基板を収める予定でしたが、思いのほか小さく作れたのでセミシールドのライトユニットの中に組み込めてしまいました。

ライトユニットの中のポジション球は日本ではほぼ意味をなさないため廃止します。(車検には必要)
その配線をディマーユニットの電源にすることで、ライトユニットからの配線はエンジン稼働検出とニュートラル検出の2線だけで済む上、タイコの4極コネクターもそのまま使えるので実に都合が良いです。
しかも全面が金属で覆われているため、電磁ノイズの遮蔽もバッチリなはず。
心配なのはH4バルブの熱でライトユニットの温度が上がりマイコンが暴走する可能性があることでしょうか？

と、いうことでライトユニットへ組み込んだ状態で動作テストをします。

メカニカルリレーをマイコンで制御してテストパターンを実行しました。
数時間の動作でライトユニットの内部温度は50～60℃ぐらいになるものの、ディマーユニットはエラーを起こすこと無く動作を続けています。
実車では走行風による冷却と接合部からの熱伝導があるはずですから、そこまで温度が上がることは無いだろうと楽観。
これで準備は整いました！

それでは実車に実装します。

ライトユニットに基板を組み込めたので接続はとてもシンプルです。
まずはエンジン稼働検出線をオルタネータのL端子に繋がる配線に接続します。
チャージランプの緑線(2013モデルの場合)から分岐させるのが簡単です。
次にニュートラルの検出線をニュートラルランプの灰線に接続します。
最後にタイコの4極コネクターを普通に接続して、ライトユニットを車体に取りつけたら完成！

後は机上の理論通り動作する事を願うだけ。
無事想定通りの動作をしました。
あとは機器の安全性が担保できるまでしばらく様子を見ます。

車検時など、減光すると困る場合が考えられるため、ギアポジションをニュートラル以外に入れた状態でメインキーをオンにすると常時点灯モードになるギミックも仕込んであります。

少しずつ進めているアレの開発もいよいよ大詰めです。

まずは出来上がったプログラムをマイコンに書き込んで、実際の部品と回路で正しく動作するか確認します。
↓ マイコンにプログラムを書き込む様子。

ブレッドボードに書き込み済みのマイコンと付随する回路を配置してスイッチオン！

一応、見た目上は正しく動いているようです。
しかし、マイコンは数メガヘルツで動作していますから、人間の目では捉えられない現象が起きている可能性があります、オシロスコープで観測して瞬間的なエラーも見逃さないようにします。
かなりの大電力を扱いますからここは慎重に！

PWMによる減光動作がしっかり観測できました。
電源投入時にほんの一瞬だけポートがオンになるバグを見つけたので修正。
これでプログラムに問題は無さそうです。

プログラムをSOPサイズのマイコンに書き込んで、基板に実装しました。

ペットボトルのフタとほぼ同じぐらいのサイズです。

ウラルに載せる前に完成した基板を使って耐久性チェックを行います。
実際と同じ負荷をかけて、6時間ぐらい問題なく動けば信頼性も担保できるかと？

最近、自動車のヘッドランプに純正採用されているハイパワーLEDとはどんなものか試してみます！

とは言っても予算の都合上中華製。
ヘッドライトに組み込むと車検が怪しい上に現在開発中のアレが使えなくなるので、側車に鎮座しているサーチライトの電球をハイパワーLEDに置き換えます。

用意したのはH1のリボンタイプ。

空冷ファンを搭載したLEDバルブよりもコンパクトに設置出来るのが売りの製品です。
LEDの位置はH1バルブの発光点と合わせてありますが、電球と違って面が光る仕組みですから、どのような配光になるか気になります。

H1のソケットにそのまま取り付けできました。
ヒートリボンをなるべく展開して放熱面積を稼ぐようにします。

↑ LEDのコントローラもサーチライトの中に組み込む事が出来ました。
既存の配線を利用して全くの無加工で装着完了です！

日が暮れるのを待って点灯実験をします。
55w H1 ハロゲン ↓

20w H1 LED ↓

どちらも同じ条件( F1.8　1/15s )で撮影。
LEDの方が少し明るいようです、上下方向にムラが出ているのが残念。
しかしながら、消費電流は他の光源より圧倒的に少ないです。
ハロゲン　→　4.6A
HID　→　最大8A　→　安定3.4A
LED　→　1.6A
ハロゲンの約1/3の電力で、より明るいということになります。

レンズに刻まれているГАЛОГЕН（ハロゲン）の文字列をСИД（LED）に書き換えたい感じですね。

ヘッドライトコントロールモジュール(仮)の開発を少しずつ進めています。
設計した回路を実装基板にするためには、使用する部品を選定しておく必要があります。
部品によってサイズが違ったり配線を変えなくてはいけない場合もあるので、カタログスペックを見て適当な部品をチョイスし、実際の使用に耐えられるかテストして選定します。

↑ スイッチングの要、パワーMOS-FETの実験中
55/60wのH4バルブを放熱器無しで駆動できる目処が立ちました。

前回の基板設計を少し手直ししてマスクパターンを作成したら感光基板に焼き付けます。

なにぶん2005年に使用期限が切れた10年物の感光基板を使ったため歩留まりが悪く、15面割り付けたうち満足に使用できそうなのは3面だけでした。
むしろ使える物が作れただけ奇跡かもしれません。

あとはエッチングして不要な銅箔を剥がしたら基板は完成です。

↑ 完成した基板と使用したマスク

あとは部品を載せるだけ。
ピンセットで部品をつまみながら少しずつ部品をハンダ付けしていきます。

この後、マイコンの物理的な動作試験を行ってから基板に実装して試作1号機を完成させます。
実車に取りつけるまでにはもう少し掛かりそうです。

最近アクセスが増えたなぁと思ったら、ウラルジャパンの公式Facebookで紹介されたみたいですね。
更新頻度の低いブログなのに大変光栄です。

しばらく電子工作ネタが続きますからウラルの情報を求めてリンクを辿って来た人にはなんじゃこりゃ感が否めません、でも当分このネタで引っ張りますのでご容赦下さいw

さて、前回のアイデアを基に回路図を引きました。
自分が使うものですから、フェイルセーフは全く考慮せず、最低限の部品で構成します。

主要な部品はリニアレギュレータとマイコン、FETぐらい。
あとはいくつかの抵抗とコンデンサーです。

回路図をもとにして基板も設計していきます。

今回は面実装部品で構成します。
サイズが小さく出来るというのもありますが、アキシャル・ラジアル部品に比べて振動に強いというメリットもあります。
デメリットは部品が小さく組み立てが面倒くさい事でしょうか？
想定しているチップ部品の中には1.6x0.8mmといった米粒より小さなものがあり、加齢で弱り始めた視力では半田付けが辛くなってきました。

この後もしばらく煮詰めて、タカチのSW-40(30x20x40)に収められるサイズにする予定です。

マイコンを制御するソフトウェアもほぼ完成し、デバッガー上では良好な動作をしております。

速度が要求される器機ではないので、お手軽にBasicでプログラムして最終的にマシン語にコンパイルします。

今のところ順調ですが、机上の理論通りに動かないことが間々ありますから油断は出来ません。
テスト回路を使った机上での実験→試作品作成&実験→実車での実験としばらく掛かりそうです。

前回の実験はヘッドライトのインテリジェント化（大げさ）を想定した物です。

ウラルはメインキーOnで常時点灯になるので、スターターに回すべき電力が減少してしまいます。
そのためエンジンが動作していないときはヘッドライトを切ってしまおうという考えです。
ついでに信号待ちなどの停車時に電力の消費を少なくするため、ギアがNの時にじんわりと減光する仕組みを付加します。

これぐらいの仕組みならディスクリートで組めなくもないのですが、部品点数が増えるのでマイコン制御で検討します。

また、減光モードが邪魔になるケースが考えられるため、常時点灯モードも付加して車検などに備えます。
この辺りの自由度の高さはマイコンならではですね。

以下、アイデア＆覚え書き

・センシング
ニュートラル・エンジン稼働 検出　
お手軽に分圧回路か？
14v時 1.8kΩ + 1kΩ で 5mA流しロジックレベルを得る。
前回の計測結果を見るとフォトカプラ等でアイソレートする必要もあるまい。

減光時の輝度設定
VRの値をGP4端子(AN3)で読み取り、PWMのデューティを決定、ADC使用。

・スイッチング
Nチャネル パワーMOS FETを使用してマイナスコントロール
5v駆動可能でon抵抗が低い製品を選定。
IRLB3034PBFが候補、40v 195Aとにわかに信じがたいスペック。
ヘッドライトの制御ぐらいじゃ放熱器いらなさそう。

・制御
使い慣れたPICマイコンで上記の部品を制御。
ADCとPWMを使用するため、それらの機能を備えた12F683を使用する。

pin	function	I/O	application
1	VDD+	5v
2	GP5/T1CKI/OSC1/CLKIN	OUT	N/C
3	GP4/AN3/T1G/OSC2/CLK	IN	PWM duty set
4	GP3/MCLR/VPP (input only)	IN	N/C
5	GP2/AN2/T0CKI/INT/COUT/CCP1	OUT	FET CTRL
6	GP1/AN1/CIN-/VREF/ICSPCLK	IN	Detect Running
7	GP0/AN0/CIN+/ICSPDAT/ULPWU	IN	Detect N
8	VSS-	GND

ピンアサインはこんな感じか？

大まかなロジック

初期化
↓
GP2 ヘッドライトオフ
if GP0 Hi（ギアN以外）→ 常時点灯モードへ
↓
if GP1 Hi (エンジン始動) → GP2 ヘッドライトオン
↓
if GP0 Lo (ギアN) → 減光モード
GP0/GP1 監視しつつ 5000ms ウェイト（N検出5秒後から減光開始）
↓
PWM スタート
AN3で得たデューティ比になるまでループしながらデクリメント
減光中もGP0/GP1を監視、検出したら即PWMを停止してGP2を制御（N以外GP2オン エンジン停止 GP2オフ）

この仕様を元に回路図を引き、PCBの設計とプログラミングを行う予定。

ウラルの電装に付加機能を付けるべく調査中です。

エンジンの稼働状態を検出するのは何処が良いか？
幸いウラルには近代的なデンソー製のICオルタネーターが搭載されているため、オルタネーターのL端子がそのまま使えそうです。
とりあえずチャージランプの電圧を監視すれば良いのかな？

どうやらキルスイッチとL端子は回路がつながっている様子。
単純に Eg停止→0v Eg稼働→12v にはならず、キルスイッチOFFかつエンジン停止状態ではなぜか6vが印可されている。
ICレギュレータ内の残圧だろうか？そもそも電圧の計測場所が間違っているのか？
謎。

↑ 電圧の計測はチャージランプの緑-GND間。
キルスイッチをOFFにしてエンジンの停止を確認したら、すぐにRUNのポジションに戻せば良いので特に問題は無いか...

つづいてニュートラルの検出は何処が良いか？
これもニュートラルランプで検出するのが簡単かと。

こちらは予想通りの動作でした。
ニュートラル点灯で1v以下、消灯で12v以上。

↑ 計測ポイントはニュートラルランプの灰-GND間。

コネクターの種類も調査。

ヘッドライトに接続する4ピンのコネクターはTE Connectivity社製みたい。
確信は持てないが、fastin-faston 250 シリーズの180901と180900じゃないかと。
入手が困難であればコネクターハウジングを使わず、250サイズの平端子を直接繋いでも良いかも。

調査中であるゆえ、記事中の事象や考察は間違っている可能性があるので注意されたし、あくまでも覚え書きです。

一旦取りつけたファーストエイドボックスですが、色の違いが少し気になっていたため、MGマウント塗装のついでに塗り直しを行いました。

ツールボックスの塗装で余った塗料を使用して銃架と一緒にスプレーガンで塗装します。

ついでに取りつけボルトをあらかじめ用意しておいたステンレスボタンキャップボルトに交換。
トランクリッドのステーに共締めするため板厚が増し、元々付いているネジではロックナットのナイロン部分にネジが掛からないのでした。
いずれ緩んで外れてしまいそうなので、元々付いていた16mmから少しだけ長い20mmのボタンキャップボルトに交換です。

この手の特殊なボルトはホームセンターなどではまず在庫していません。
ひと昔前なら入手に大変苦労したところですが、今ではネジ専門のネットショップが無数にありますから簡単に手に入れることが出来ます。
良い時代になったものですね。

そして装着！

後付け感は無くなり、遠目には標準装備のようです。

ファーストエイドボックスに何を入れるか？
これを考えるのも悩みどころです。

ファーストエイドボックスを本来の目的で使用する確率はとても低いですから救急用品にこだわる必要も特にありません。
海外のショップではシャレでウォッカの小瓶とオイルサーディンの缶詰を詰め合わせて販売しているところもあるようです。
フタを開けたらマトリョーシカが並んでいるとか、ネタに走るのも良いかなぁと考えましたが、とりあえずは普通に救急セットで打線を組むことにしました。

救急セットと救命ハサミ、とげ抜きピンセット

救急セットの中身は

　・サーマルブランケット
　・ウォータープルーフ絆創膏
　・ノンアルコールワイプ
　・ハイドロコロイド絆創膏
　・滅菌ガーゼ
　・包帯
　・防虫ワイプ
　・サージカルテープ
　・鏡
　・安全ピン
　・三角巾
　・綿棒
　・ラテックスグローブ
　・防水メモ帳
　・4色ボールペン

箱に収めるとこんな感じです。

まぁ、使うことは無いでしょうから自己満足なんですけどね。

先日購入したMGマウントの装着を実施しました。

船に大穴を開けることになるので失敗は許されず慎重に作業を進める必要がありますが、なにぶん情報が少なく国内外のWebをあさっても取り付けの事例はほとんど出てきませんでした。

とは言え位置決めさえ正確に出来れば難しい作業ではないのが救いです。
最も必要なのは船に大穴を開ける勇気かもしれません。

穴を開けてから「位置が違ってましたテヘペロ♪」というわけにはいかないので、マウントの当たり面を模したモックアップを作成して位置を割り出します。

↓作成したモックアップ

実物を計測してノミとヤスリで整形しました。
まさか銃架の取りつけで木工をするハメになるとは思いもしませんでしたが...

位置合わせをしてみると、予想通りフットレストとバンパーの取り付けボルトが下側のマウントと干渉することが判りました。
MGマウントを加工する方が簡単なので、マウントの干渉部分を切削することで船側の加工を最低限で済ませるようにします。

一旦バンパーの取り付けボルトを外し、モックアップを適切な位置に配置。

その状態で位置をマークして穴を開ける場所を割り出しました。

下穴を開けてから50mmのホールソーで一気に加工！

見事な大穴が開きました。

加工済みのMGマウントを仮付けして船にネジ穴を開けてから付属のボタンキャップボルトとロックナットで固定します。

MGマウント自体、製造時に出来たと思われる微妙なゆがみがあり、船の板金と完全にフィットする訳ではありません。
微妙な隙間が出来るため、あまり強くボルトを締めると船の板金が歪むので注意が必要です。
と、いうかそれに気付いたのは僅かに歪ませた後でしたが...ｗ
ロックナットですし、軽くテンションが掛かる程度に締め込めば十分です。

船の板金とMGマウントの接触部には液体ガスケットを塗り、雨水が入らないようにシーリングしました。

黒色のままでは少し違和感があるので近い色で塗装。

そしてとりあえず完成！

手探りの状態で作業したと考えれば及第点でしょうか？

1月は今日で終わりですが、とりあえずあけましておめでとうございます。
早いものでウラルに乗り始めてから三年目を迎え、今年は車検というイベントが待ち構えています。

さて、真冬の寒さに乗車が億劫になる今日この頃、ウラルをいじってお茶を濁すことにします。

ウラルジャパンからなじみのバイク店を通していくつかの部品を取り寄せました。

↑ファーストエイドボックスとMGスタンド

ファーストエイドボックスの赤十字マークはネジで固定する仕様です。
ところが付属の袋ナットでは、ネジが底付きして固定できないという罠。

いや、無理やりねじ込めば締結できるのかもしれませんが、ネジ部の溶接が折れてしまいかねないので、やむなく普通の4mmナットで固定したのでした。
むしろ、これぐらいのイベントが無いとロシア製品を買った気がしませんね。

さっそく側車に装着！
取り付けはトランクリッドのステーに共締めするだけなのでとても簡単です。

若干色があっていないので塗りなおしたいなぁ。
でもまた取り外すのも少々面倒くさい...。

知人の話によるとフタの防水性に難が有るため、あまり重要なものは入れないほうが良いとのこと。
結構厚いゴムパッキンがついてるんですけどね。

つづいて実用性皆無なMGスタンドの取り付けを検討します。

ウラルのWebサイトにある説明では、船の形状は昔から変わっていないためすべてのモデルに取り付けできると書いてあります。
しかし実際にはフットレストやバンパーの留めネジに思いっきり干渉するわけで、相当な加工を余儀なくされます。
部品名称こそкомплект установки турели（タレット取り付けキット）となっていますが、キタコや武川のような親切なキットをイメージしてはいけません。
バイクカスタムではおなじみの「付く」んじゃなくて「付ける」んです。

まずは何処をどのように加工すればよいか目安をつけるためモックを作ります。

試作１号は加工が簡単な木っ端でつくりました。

これを基になるべく船側は温存し、ステー側を加工する方向で考えたいと思います。

うまく装着できるかは今のところ未定です。
取り付けられた暁にはPKMの電動ガンでも買っちゃおうかなぁ♪