hbgn

アルドウィーノを使った
オープンソース、オープンハードの
ローコストＥＣＵ

テージのＥＣＵが壊れているみたいなので
Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏ（ＳＴＭ３２）に装換しました。

その１７：
クラッチ交換、燃調マップ調整
クランキング時のノイズ解析


２０２４年
１１月２７日
ｅｂａｙでクラッチ一式注文しました。念のため非スリッパクラッチセットにしました。Ｄｕｃ ｏｒ Ｄｉｅという聞いたことないメーカです。メーカのＷＥＢページは見つかっていません。見た目の作りはイタリアのｋｂｉｋｅに似てます。一応ドイツのｓｔｅｉｎ−ｄｉｎｓｅでも扱っているので大丈夫と思います。ドイツから発送で１週間くらいで届くみたいです。


１１月２９日
クラッチは１２／５日に到着予定です。大分先なので、ＳｐｅｅｄｕｉｎｏＥＣＵを取り 外して、ＵＳＢからファームウェア更新ができるように、Ｂｏｏｔ０スイッチをケースの外に出します。タブレットにＳＴＭ３２ＣｕｂｅＰｒｏｇｒａｍｍｅｒを入れ れば、タブレットからもファームウェア更新ができるようになると思います。外すにはフロントカウルを外す必要あり、これが結構大変です。また、ＵＳＢケーブルがタンク下でタイラップで固定されてたので、タンクも外しました。


取り外し完了です。ついでにチェック用の基本信号も出す予定です。プライマリ、セカンダリパルス、点火信号ｘ２、噴射信号ｘ２、Ｂｏｏｔスイッチと３Ｖ、ＧＮＤを合わせて、配線は９本必要です。



１１月３０日
クラッチはドイツのベルリン、ケルン、ベルギー、フランスに移動しました。


赤枠はブルートゥースモジュール用のケーブルの代わりにＢｏｏｔ０と基本信号の取り出しケーブルに交換しました。


ケーブルの先端にＤＳＵＢの９ピンコネクタを付けて、Ｂｏｏｔ０にプッシュスイッチを付けます。スイッチを押しながら電源を投入すると内蔵されたフラッシュ書き込みモードになります。


その後、ＳＴＭ３２ＣｕｂｅＰｒｏｇｒａｍｍｅｒ内でＵＳＢでコネクトし、赤枠のターゲット情報が表示されればファームウェアの更新ができます。



１２月１日
エンジン始動時にケッチン状態でクランクが戻される時があるので、クランキング時の点火時期を遅らせていくと、点火信号が不調になります。下の赤枠はクランキングの点火設定ダイアログで、最大で−１０度まで遅らせられます。


ＥＣＵに基本信号取り出しケーブルを取り付けたので、簡単にアナログディスカバリに接続できます。


早速、波形を取ってみます。−１０度の設定では赤枠の垂直気筒の点火が出なくなっています。代わりに、垂直気筒側に赤✕に余分な信号が出ています。


０度の設定では正常です。クランキング時の点火時期をマイナスに指定すると、不調になるようです。


１２月２日
エンジンエミュレータでは−１０度の時でも正常です。違いはセカンダリパルスのパルス幅でしょうか？エッジで処理しているなら幅は関係無いと思いますが。


クラッチの追跡の続きです。ドバイ、中国の広州、日本まで来ました。到着予定が１日早まって、４日になりました。



１２月３日
クラッチが１日早く、３日に到着しました。関税は取られませんでした。良かった。緑枠は回り止めツールです。素材はアルミです。


付属しているクラッチはＮＥＷＦＲＥＮというイタリアのメーカです。これの梱包箱はクタクタでした。予定としてはバスケットとクラッチディスクのみ交換し、スリッパの状態で様子をみます。バスケットはクリアランスを確保するために、裏側を少し削る必要があるかもしれません。



１２月５日
とりあえず、バスケットとディスクのみ交換してみます。右は取り外したバスケットです。クリアランス確保のため、裏側が少し削ってあります。


新しい方も同様にロータリテーブルを使って０．８ｍｍ削りました。


付属していた回り止めツールを使って、バスケットを固定します。トルクは３５Ｎｍです。固定ネジの内側はクランクケースなので、ネジロック剤を多めに使ってシールします。


新しいディスクを組みつけて、完了です。ドリブンディスクが１枚余りました。ネジロック剤が硬化するのに時間がかかるので試走はお預けです。



１２月６日
新しいクラッチで試走しました。ジャダーは出ていないです。ただ、今までもクラッチディスクの組み替えると、短距離ならジャダーが収まり、次の日に乗るとダメだったりしするので、もう少し距離を走らないと分からないです。新品ディスクで合計の厚みが増えたため、暖まるとクラッチの切れが悪くなりました。ドリブンディスクを１枚だけ２ｍｍから１．５ｍｍの薄いものに交換して、改善されました。基本信号取り出しケーブルにノイズが混入しているのか、回転数が偶に上に振れることがあります。これは対策が必要です。



１２月７日
ノイズ対策のためにハイテンションコードのシールドを考察します。現在テージに付いているケーブルは抵抗無し、ストレートのジョイント部に１ＫΩの抵抗が入っています。プラグは抵抗入りタイプで約４．５ＫΩでした。


廃品で作ったプラグテスタにケーブルを繋げて、シールドの効果を比較してみます。アルミテープでシールドした時はノロジー効果で火花が強くなると期待しましたが変化無しでした。オシロスコープのプローブをループ状にして、周辺の漏れ電圧を確認すと、シールドがある所は漏れが少なくなることを確認しました。


シールドの材料を発注しました。ヤフーショッピングの銅箔テープです。ハイテンションコードとカム角パルスセンサのケーブルのシールドに使います。


こちらのアマゾンの編線です。ハイテンションコードのシールドに使う予定です。いずれも１２月１０日くらいの到着予定です。



１２月９日
アマゾンの編線が到着しました。１ｍが２本です。


網線にハイテンションコードを通してシールド効果を確認したところ、網線のみでも効果がありました。銅テープを巻くと柔軟性が無くなるので、今夏は網線のみで作成します。両端を熱収縮チューブで処理をして１本作りました。網線は３〜８ｍｍの外径に対応ですが、７ｍｍのハイテンションコードを通すと、その分長さが短くなります。４本分作成するには２ｍでは足りなかったです。ちょっと失敗です。もう１本追加発注しておきました。１２月１２日の到着予定です。



１２月１３日
追加のシールド線が来たので４本ともシールド処理をして取り付けました。外側は熱収縮チューブを巻いておきました。下は垂直気筒右側です。

こちらは垂直気筒左側です。銅箔テープがまだ届いていないです。ガレージ内の気温は曇っていると５〜６℃なので、春まで冬眠した方が良さそうです。




１２月１５日
銅箔テープがやっと到着しました。


点火系ノイズが混入していると思われるので原因を探ります。まず、基本的な確認をして行きます。下はスマートコイルを非動作状態にして、プラグを外してクランキングした時の基本信号の波形です。圧縮が無いので一番下のセカンダリパルスが均等に出ています。プライマリの１波は７２０／３６＝２０度で、垂直気筒の点火（ＩＧＮ１）は基準から約６．５パルス分手前です。設定の通り６．５＊２０＝１３０度手前で動作良好です。進角が０なので、ここが上死点です。
Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏの設定は以下です。
・トリガアングル：１３０度
・進角：０度
・トリガエッジ：立ち上がりエッジ
・セカンダリエッジ：立ち下がりエッジ


続いて、上と同様にスマートコイルを非動作状態のまま、プラグを戻してクランキングした時です。プラグが付いているので圧縮があり、セカンダリパルスの幅が不均等になっています。２倍以上変化しているので、以前のミッシングトゥースだと正しく検出ができない可能性があいます。ここでも、１３０度手前で動作良好です。ここまでは点火系ノイズが無いので、正しく動作しています。今後の流れとしてはスマートコイルを動作状態にして確認を行い、パルスセンサにノイズが乗るのか？それ以外なのか？を調べて行きます。ＳＤログも取れるので、何か分かるかもしれません。



１２月１６日
ノイズ対策の続きです。机上で２番ＥＣＵとエンジンエミュレータのノイズが無い環境でクランキング時のＳＤログを取ります。ＳＤログはブートから２０秒間記録する設定にしました。ＳＤログをビューア表示します。途中の緑マーカの位置でクランキングを開始しています。上から回転数、噴射マップ値、ｓｅｃｌ連番カウンタ、ログＴｉｍｅ（１０サンプル／秒）です。エミュレータ環境なのでノイズが無くキレイです。


ＳＤログのＣＳＶファイルをオープンオフィスのＣＡＬＣで読み込んで、数値で確認します。左が項目先頭部、左は項目の後ろです。時間軸は単調増加して、項目の後もデータがキッチリ終わっています。


続いて、実車のスマートコイルを非動作状態で、プラグを外してクランキングした時のＳＤログをビューア表示します。途中の緑マーカの位置でセルモータを回してクランキングを開始しています。明らかにエミュレータ環境と異なり、クランキング前から、時間軸は単調増加していません。また、セルモータを回してクランキングを開始すると、ズルズルに脱調しています。


上のＣＳＶをＣＡＬＣで読み込んで、数値で確認します。左が項目の先頭部、左が項目の後ろです。セルモータを回す前から、異常があることが分かります。右の項目の後ろは赤枠で項目をはみ出てデータが並んでいます。改行が抜けているとこの状態になります。


赤枠はセルモータが回ってクランキングを開始した時のデータです。大きく脱調しています。実車でクランキンしても基本信号は正しく出ているので、ＳＤログだけの問題なのかもし知れませんが、正しく動くようにする必要があります。先ずは、ボード固有の問題で無いことを確認して次に進めることにします。



１２月１８日
ＳＤログの続きです。ＳＤログの不具合解析のため実車から１番のＳｐｅｅｄｕｉｎｏＥＣＵを外しました。


１番と２番に入っていたＳＤカードを入れ替えました。双方とも８ＧＢですが、脱調していた１番の動作が良好になりました。元々、ＳＰＩモードを使っているので書き込みは早くないですが、メーカやモデル、メモリ構成によってＳＰＩモードの書き込み速度に違いがあります。因みに、ログの記録速度を毎秒１回にすると、元のＳＤカードでも正しく記録できました。原因はＳＤカードの書き込み速度の可能性が高いです。下はＣＳＶをＣＡＬＣに読み込んで、項目の後ろを確認したところです。行末が正しく終了しています。


ログの確認は毎秒１０回、回転数を９５００ｒｐｍに上げて、ＴＰＳを手動で可変して取りました。ｓｅｃｌとＴｉｍｅが単調増加して良好です。回転数が振れているのは、９５００付近の小さい幅で変動しているからです。ノイズではないです。


１番ＥＣＵをエンジンエミュレータに接続したところ、インジェクタのＬＥＤ点灯に異常が発生しました。オシロで波形を確認したところ、左の赤枠の水平気筒のインジェクタのパルスがドライブ不足で下がっていませんでした。右は以前から机上で使っている２番ＥＣＵで、こちらは良好です。どの時点で壊れたのか不明ですが、コネクタで外に出した基本信号はコントローラのポート信号なので、今回の故障は分からないです。Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏの基板上に実装されているＬＥＤも外からは確認できません。


回路を確認します。インジェクタの駆動回路はＳＴマイクロのＶＮＬＤ５０９０でＳＯＰ８ピンのドライバ付のＮ−ｃｈのＦＥＴです。赤枠が水平気筒側のＩＮＪ１です。手持ちが１つあるので、交換したところ、復活しました。車載用で保護回路も入っているのに、頻繁に壊れるなら、困りものです。念のためマウザーに追加発注しておきました。ＳＤログが正しく取れるようになったので、ＥＣＵを戻して、実車でノイズの確認ができます。



１２月２２日
ＳＤカードによってＳＤログが正しく取れないので、ＰＣで書き込み速度を確認してみます。ＰＣはＳＰＩモードではないので、Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏと異なりますが、傾向は分かりそうです。下は動作良好のカードです。因みに、このカードはメーカ不明の無印で、中国製のドローンに付属していた８ＧＢです。


続いて、不具合の８ＧＢカードです。上に比べて書き込み速度が遅いです。


８ＧＢはＳＤＨＣ規格です。ＳＤＨＣの容量は４〜３２ＧＢなので、手持ちの３２ＧＢで確認すると、問題の無いカードと同じような速度が出ています。このカードをＳＤログに使うと、行末が正しく終わらず、不具合が発生しました。Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏの要求仕様としては４ＧＢ以上、２５６ＭＢ以上の空きがあること、フォーマットがＥｘＦＡＴとなってます。４ＧＢ以上ということはＳＤＨＣなので、今後のために４〜８ＧＢを数種類入手して動作確認するのが良さそうです。


ヤフーショッピングでＭＬＣの８ＧＢのＳＤカードを購入しました。


新しく購入した８ＧＢのＳＤログは動作良好です。１つ目に購入したものが動作良好で良かったです。速度は下のようになりました。


ノイズ対策の続きです。エンジンエミュレータとスマートコイルで机上で確認します。ハイテンションコードのシールドはシールド追加したゲーブルを使います。プラグキャップとコイルの出力部からも空間を伝わってノイズが出ています。アルミホイルでくるむと低減することを確認しました。スマートコイルの電源と信号線にコンデンサを追加してみましたが、効果は無いようです。


ノイズの影響を受けた時のプライマリパルスの波形を確認しておきます。赤枠はＩＧＮ１の点火パルスでノイズで異常動作しています。この時のプライマリパルスはノイズの影響を受けていないように見えます。


続いて、セカンダリパルスです。赤枠は同様にＩＧＮ１の点火パルスで異常動作しています。セカンダリパルスもノイズの影響を受けていないようです。ノイズがプライマリ／セカンダリパルスに混入して異常動作しているのでは無さそうです。


壊れて追加購入したＳＴマイクロのインジェクタドライバのＶＮＬＤ５０９０が到着しました。念のため１０個購入しておきました。



１２月２７日
以前、スマートコイルが非動作状態で、プラグを付けてクランキングした時はノイズの影響が無いと書きましたが、どうも違うようです。下はプラグ無しの時で、この時はノイズは無く、動作良好です。


続いて、プラグを付けてクランキングした時です。一番下のプライマリパルスは圧縮の影響で不均等になっています。赤枠のＩＧＮ２、ＩＮＪ２パルスが複数出て異常です。高電圧の点火系は無いので、セルモータノイズの影響と思われます。


赤枠のプライマリパルスを拡大すると、パルス幅は最大で４倍くらい変化しています。デュアルホイールなので、不均等でも正しく動作するはずです。


ＳＤログでバッテリ電圧を確認します。最大は１２．５Ｖ、クランキング時に下がって、最低が９．９Ｖです。


アナログディスカバリのパターンジェネレータを使って、不均等なデュアルホイールをエミュレーションしてみます。パターンジェネレータはＣＳＶをインポートできるので、エディタで不均等なプライマリパルスを模したデータを作って、読み込ませます。


セカンダリパルスを追加して、デュアルホイールにして、発振させます。


エンジンエミュレータにプライマリとセカンダリパルスのジャックを追加して、ＵＮＯのプログラム出力の代わりにパターンジェネレータのパルスを入力できるように改造します。


パターンジェネレータの不均等パルスで駆動したＩＧＮ１ とＩＧＮ２です。机上では信号はキレイで、不均等なパルスでも動作良好です。やはり実車ではセルモータのノイズが回り込んでいると思われます。プラグを外した 時は抵抗無くクランキングできますが、プラグを付けると、圧縮で負荷がかかり、ノイズが増えるのが原因と思われます。


実車の動作不良の部分のパルスを拡大してみます。下はＩＧＮ２ですが、同じ幅のパルスが２回出ています。


ＩＮＪ２も同様に、同じ幅のパルスが２回出ています。


ソースコードを調べると、点火／噴射はＳＭＴ３２の汎用タイマのＴＩＭＥＲ２／３が使われています。


タイマは出力比較のトグルモードが使われています。


下は汎用タイマのブロック図です。ノイズでプログラムが脱調すると、もっとひどい動作になると思われるので、タイマのハードウェアにノイズが回り込んでいるのではないかと思います。どのように点火／噴射信号を出しているかプログラムの方も少し解析した方が良さそうです。



１２月２９日
クランキング時のノイズの続きです。下はクランキング時のバッテリの両端をＡＣカップリングで測った波形です。ノイズ成分の表示が分かりやすいように背景を白にしました。セルモータには大きな電流が流れるので、バッテリの内部抵抗で電圧が約１．５Ｖ降下しています。また、ブラシで発生するノイズが、薄黄色のノイズ成分に表示されていると思います。ちなみにセルモータは始動時のみの動作なので、ノイズ防止用のコンデンサなどは付いていないと思います。


下はクランキング時のＴＰＳコネクタから分岐した５Ｖ電源をＡＣカップリングで測った波形です。５Ｖ電源はイグニッションスイッチを通った１２ＶをＳｐｅｅｄｕｉｎｏボード上のシリーズレギュレータで５Ｖに降圧しています。５Ｖ電源はセンサやさらに３．３Ｖに降圧してＳＴＭ３２の電源に使われます。薄黄色のノイズ成分は４００ｍＶくらいです。これはケーブルの先端の５Ｖなので、元々電源に乗っているノイズなのか、ケーブルに回り込んだノイズかは判別できません。ＥＣＵから直接、５Ｖと３．３Ｖを引き出て測った方が良さそうです。


１２月３０日
ＥＣＵから直接、５Ｖと３．３Ｖを引き出てノイズを測ってみます。初めはＤＣカップリングです。上が３．３Ｖ、下が５Ｖです。


レンジを上げてＡＣカップリングで確認します。３．３Ｖは１３０ｍＶ、５Ｖは１５０ｍＶくらいノイズが乗っているようです。ＴＰＳコネクタで測ったより小さいですが、ノイズの波形は似ています。１２Ｖのノイズ波形とも似ています。


３．３ＶとＩＧＮ１のスマートコイルの駆動パルスを見てみます。赤✕は本来出力されないはずの異常パルスだと思われます、本来の点火時期よりも前にパルスが出ると、ケッチン状態になる可能性があります。因みに、アナログディスカバリのノイズ成分表示はサンプリングレート以上の成分を持っている信号／グリッジが表示されますが、薄色で塗りつぶされるだけでノイズ波形の詳細は分からないです。