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が壊れていた時は
Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏに装換する予定です。
その３：エンジンエミュレータ作製〜
エンジンへの接続準備
２０２３年
８月２７日
前回失敗したイグナイタ基板は再作しました。
８月２７日
カム角センサの波形整形デバイスのパッケージを間違えて、ちょっとピンを切ってパッドがギリギリで実装してあるので、ＣＰＵボードは接続しないで、単体で動作確認します。コネクタを介して、アナログディスカバリのファンクションジェネレータで正弦波を入力し、デジタル出力をオシロで確認します。
振幅を変えて、正弦波（青）のカム角を入力して、整形後の５Ｖの矩形波（黄）が出力されることを確認します。動作良好です。
８月２８日
エンジンエミュレータをタッパーウェアに組込みます。アルドウィーノＵＮＯのカム角出力と各センサのボリューム／スイッチを取り付けました。２つのスイッチはニュートラルとサイドスタンドです。
８月３１日
Ａｌｉｅｘｐｒｅｓｓのイグナイタ用の保護ツェナが到着しました。４４０Ｖです。
９月１日
早速、赤枠の所に保護ツェナを取り付けて、ダミー抵抗で動作確認します。
アナログディスカバリから５Ｖのデューティ２０％の信号を入力して、ダミー抵抗を駆動します。動作良好です。
続いて、実際の点火コイルを駆動してみます。２本出ているハイテンションコードの先にプラグを２個接続します。動作良好です。
エンジンエミュレータにカム角パルスのアルドウィーノＵＮＯを入れて、ラベルテープを貼りました。
アルドウィーノＵＮＯで作っているカム角パルスは０−５Ｖです。ボード上のカム角パルス波形整形ＩＣは振幅がマイナス側も振っている必要があります。オペアンプを使ってマイナス側にオフセットします。ＬＴｓｐｉｃｅでシミュレーションを行いました。
手持ちの部品でオフセット回路を作製しました。電源はプラスマイナス５Ｖでアナログディスカバリから供給しています。入力に５Ｖのパルスを入力して、出力がマイナス側に振っていることを確認しました。エンジンエミュレータに組み込むには−５Ｖ電源が必要です。
秋月で購入のオフセット回路用のプラスマイナス５ＶのＤＣ−ＤＣ電源が到着しました。ついでに購入したのは２ＳＫ２６９８の予備とＷＥＢサーバの予備ラズパイ４です。
エンジンエミュレータの出力信号取り出し用のバナナチップ端子をアマゾンで購入しました。安くて良いのですが、バナナチップのオスは端子に刺してもグラグラです。コンタクトバネは端子に勘合するのですが、コンタクトバネと中心端子がグラグラです。テンションが掛かっていないと接触不良になります。ポモナの本物のバナナチップは１個５００円位しますが、これは４０個セットで１０００円ですから、しょうがないですね（笑）。
９月３日
エンジンエミュレータの出力側をバナナチップ端子とＬＥＤで追加しました。イグニッション以外のインジェクタやリレーは１２Ｖの吸い込み信号です。
９月６日
エンジンエミュレータの動作確認も兼ねて、クランキング中の燃料増しの設定をしました。ＵＮＯとレベルシフト回路の疑似クランク角パルスも正しく動作して、ボードとエンジンエミュレータのインジェクタ／イグニッションのＬＥＤインジケータも正常に点灯しています。写真だと点灯が分からないので動画にしました。シャッタスピードの関係でＬＥＤが変な順番で点灯しています。クリックすると約２Ｍバイトの動画をダウンロードします。
ＴｕｎｅｒＳｔｕｄｉｏでクランキング時のセッティングができます。４００ｒｐｍより低ければクランキング中として設定します。クランキング中はクーラント温度（テージは空冷なので、エンジン温度）により燃調を濃くします。グラフで増量を指定できます。
１２００ｒｐｍでアイドリング中は噴射時間が約５．８ｍＳｅｃです。下の”Ｒｕｎｎｉｎｇ”インジケータが緑に変わります。
クランキング中でエンジン温度を可変すると、温度に対応して噴射時間が増えることを確認しました。約１１ｍＳｅｃになっています。下の”Ｃｒａｎｋｉｎｇ”インジケータが緑に変わります。
９月８日
Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏにはデフォルトでタコ出力があります。エンジンエミュレータにタコ端子付けました。また、カム角パルスは４８歯の１歯抜けでオシロで同期が取りにくいので、テストデバッグ用の基準
に１歯抜けと同じタイミングで出力するＳＹＮＣ信号も出力しました。
タコ出力はＴｕｎｅｒＳｔｕｄｉｏのダイアログで設定できます。タイミングをハーフの３ｍＳｅｃ幅に設定しました。
タコ出力はカム角と同じ周期で３ｍＳｅｃ幅で出力されることを確認しました。オリジナル
のタコメータの仕様は不明ですが、このハーフの設定では４ストロークのシングルと一致します。市販の汎用タコメータはエンジン種別を設定できるのでこの設定で問題ないと思われます。
９月９日
デフォルトで入っている燃調マップを表示させてみます。初めに、必要燃料計算のダイアログで排気量と気筒数、インジェクタの吐出量、理想空燃比を入力します。
その後、計算させると、規定の１００％の噴射時間が表示されます。１１．２ｍＳｅｃです。
４０００ｒｐｍでスロットル４０％開いた状態です。インジェクタの駆動信号はゲージに表示されているパルス幅６．６ｍＳｅｃ、デューティ２２．３％はオシロでも確認できます。ゲージとオシロの値は合っています。
Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏの燃調マップは何％開いているかの開弁率を表示／設定します。２次元マップを表示させると、リアルタイムで採用されている値が楕円で表示されます。ＸＹ軸とも１６段階ですが、中間値の補完された値が使われます。
３次元マップは設定値（開弁率）を高さ方向に表示した図です。これもリアルタイムで表示されます。現在値は６０％です。これは最大噴射量１１．２ｍＳｅｃを１００％とした時の６０％という事だと思います。左と下のスライダを調整すると３Ｄマップがグリグリ動きます。昔作った、ケントのＥＣＵ化では開弁時間（マイコン内蔵のタイマの設定する値）を使っていました。開弁時間マップの方が直観的で分かり易いと思います。
９月１１日
エンジンエミュレータの疑似カム角パルスはＵＮＯでボリュームの電圧をＡＤ変換して、この値をループ内のタイマに設定し周波数を可変していますが、回転数が上がると結構ブレてます。これはＡＤ変換値が変動してるからで、試に５〜１０回平均してみましが、いまいち安定しないです。下はブレているゲージのキャプチャ動画です。クリックすると約３．６Ｍバイトの動画をダウンロードします。
そこで、ＡＤ変換するのをやめて、外部クロックから４８歯の１歯抜けのカム角パルスを作ることにします。３００〜１８ＫＨｚのパルスを５５５で作ってＵＮＯに入力すれば、うまく動くはずです。プログラムは単純で、入力クロックの立ち上がり、下がりを待って、出力を交番させるだけです。クロックは２倍の周波数が必要です。
アナログディスカバリのパルスを入力して４８歯の１歯抜けの動作確認をおこないました。上が疑似カム角パルス、下がオシロ同期用のシンク信号です。良いようです。
５５５でカム角パルスの源クロック発振器を作製します。スマホにＥｌｅｃｔｒｏｄｏｃという５５５計算機があり、必要な周波数のコンデンサと抵抗が直ぐに分かります。
ユニバーサル基板に手持ちの５５５で発振器を作りました。周波数の範囲からボリュームは５００ＫΩを使います。
９月１２日
５５５基板を小さくして、エンジンエミュレータに組込みました。
回転数のブレが少なくなりました。クリックすると約４．２Ｍバイトの動画をダウンロードします。動画はその時にＰＣで流していたネットラジオのＢＧＭが音声として取り込まれてます（笑）。
９月１４日
点火時期を確認してみます。デフォルトで入っている点火時期マップを３Ｄ表示してみました。燃調と同様に２Ｄ／３Ｄで表示設定できます。
進角の確認を行います。初めにドゥエル時間（スイッチがＯＮしている時間。短いと火花のエネルギが小さくなり、大きいと電気の無駄使いになります）を４ｍＳｅｃに設定します。
進角設定にテストモードがあり、進角を固定できます。初めに０度に設定します。ドゥエル時間は約３．７ｍＳｅｃで、上で設定した４ｍＳｅｃより少し短いです。信号がＬＯＷになった時に、逆起電力で点火します。１歯抜けの後の初めの立ち上がりが上死点になっいるようです。
次に１５度に設定します。カム角１回転で７２０度なので４８歯の１歯は１５度です。カム角パルスと同じ幅で、上死点の前約１５度になっています。正しく進角していることを確認しました。ＥＣＵでは点火時期の制御が一番シビアですが、ブレも少なく良いようです。
９月１５日
少し前にテージと同じエンジンを積むムルチストラーダ１１００の中古ハーネスがヤフオクで売ってました。誰も入札せず１２００円で買えました。
実際にＳｐｅｅｄｕｉｎｏのハーネスを作ることになったら、センサなどテージと共通のコネクタも多いので流用できそうです。分解して勉強中です。
四輪よりもはるかに少ないですが、二輪でもリレーを使っています。下のムルチストラーダ
の配線図です。セルモータリレーにサージ吸収用のダイオードが入っています。ミッレ、Ｆ１、８５１、１１９８ＳＰの配線図見てきましたが、ダイ
オードが入っているのは初めてです。
セルモータリレー以外のリレーもダイ
オードを入れた方が良いいと思ったのですが、ＩＳＯマイクロリレーを使えば内蔵されてました。
ただ、ＲＣ−５００３の方
は見慣れない回路記号です。バリスタ、サプレッサの類でしょうか？
９月１６日
ＴｕｎｅｒＳｔｕｄｉｏにはミニターミナルがあり、シリアル経由でＳｐｅｅｄｕｉｎｏと通信できます。メニューからミニターミナルを開きます。
ミニターミナルでファームに組み込まれたＣＵＩコマンドが使えるようになります。’？’でコマンドリストが表示されます。
ＷＥＢサイトにデータのプロトコル説明があり、例えば現在の内部の状態をダンプするには’Ａ’コマンドを使います。３バイト目はエンジンステータスです。
ＰＣからＡを送信するとＳｐｅｅｄｕｉｎｏから１２０バイトが送信されて表示されます。下は１６進で表示した時です。
３バイト目のエンジンステータスはソースのインクルードファイルにビット定義があり、例えば、クランキング中なのか、エンジンがかかっているのかが判定でます。このエンジンステータスはプログラム可能なＧＰＩＯ設定の条件にも使えます。
９月２１日
配線図をＫｉｃａｄで入力中です。オリジナルはメンテナンスマニュアルにありますが、実体と合ってない所もあります。部品の配置はオリジナルに似せています。画像ではなく、回路図で入れれば、ネットリストが生成できるので、信号線を追うのが楽になると思います。まだ、アノテーションしていないので、ロケーションが？のままです。上の赤枠はハンドルスイッチ、下がイグニッションとインジェクタです。
ハンドルスイッチの拡大です。
イグニッション、インジェクタの拡大です。Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏはスマートコイルしか駆動出来ないので、四角枠のイグナイタが必要です。
９月２２日
ＥＣＵとメータユニットの配線を追加しました。アノテーションして９５％ほど終了です。回路図はほぼ終了ですが、実際のハーネスを作製するのはＧＮＤ（アース）線の処置が難しいです。ムルチストラーダ１１００のハーネスがあるので、分解して調査中です。メータユニットはＫＯＳＯのＲＸ４を想定しています。
ＳｐｅｅｄｕｉｎｏのＥＣＵ周辺です。２４ピンコネクタと２ピンの電源が必要です。
メータユニットの周辺です。まだライブラリが無いです。
想定しているＫＯＳＯのＲＸ４、ＴＦＴマルチファンクションメータです。価格は結構高くて＄７００です。
メータユニットは汎用品なので、コネクタから配線が出て、ちょん切れているだけなので半田付けが必要です。Ｏ２センサは使用しません。
ＫＯＳＯは台湾のメーカです。下を見ると高速の’高’、発想の’想’で”高想”とのこと、発音は”コーソー”みたいです。
オリジナルのメータユニットもＫＯＳＯ製です。ＲＸ２Ｎをテージ専用にカスタムした物と思います。小さくＫＯＳＯのロゴが入っています。
下は汎用品のＲＸ２Ｎメータユニットです。アリエクスプレスなどで似たものが３０００円位で沢山売られてますが、これは外観を似せたパチ物で、機能やコネクタが別物で、本物の定価は＄４４０です。
９月２３日
メータユニットのライブラリを追加しました。使用したヒューズは７個、普通のリレーが３個、セルモータ用が１個です。赤ラインは全てＧＮＤ（アース）線です。一番電流が大きいのはセルモータですが、これは別格です。ヘッドライト、ホーン、ウインカ、燃料ポンプ、Ｏ２センサ、ＥＣＵの電流が大きいです。ただ、ヘッドライトとウインカはＬＥＤなのでハロゲンの１／３位に減っていると思います。カム角センサ、スピードセンサはパルスコイルなのでシールド線を使用した方が良さそうです。
回路図からネットリストを生成しました。信号線は明示的に名前を付けています。画像やＰＤＦでは配線を追いにくいですが、ネットリストがあれば簡単です。
バッテリのＧＮＤ部の拡大です。回路図でも実際にハーネス作製するイメージで、電流の多く流れるＧＮＤはバッテリの直近まで配線します。
ムルチストラーダのハーネスのバッテリのマイナス側です。多数のＧＮＤがマイナス端子まで配線されています。
ハーネスの途中でまとめている配線も多数あります。太い配線がまとめて細くなっていたりします。
１０月１５日
エンジンエミュレータにスロットルポジションとカム角の実センサを接続できるように
コネクタを追加します。スロットルポジションのコネクタはケーブルにコンタクトを圧接してから、前側から入れるんですね。初め分からなくて思考停止しました。色々なコネクタを作りましたが、前から入れるのは珍しいです。カム角の方は他で多用している３極コネクタです。
作製したコネクタはスイッチを介してエンジンエミュレータに接続しました。スイッチで外部の実センサかエンジンエミュレータ内の疑似センサか、切り替えられます。これで専用のハーネスを新規に作らなくてもＳｐｅｅｄｕｉｎｏの仮接続ができます。エンジンを回すだけなら、基本のスロットルポジションとカム角の入力、出力はイグニッションｘ２、インジェクタｘ２と燃料ポンプリレーだけで良いです。その他のセンサは補助的な補正に使われるので、無くてもエンジンは動きます。
１０月２１日
モノタロウからＩＳＯマイクロリレーを３個購入しました。サージ吸収ダイオード入りです。余分なタブが付いているので外して使います。カプラはアリエクスプレスで以前に購入してありました。リレーのコンタクトは真鍮で、残念ながら防水仕様ではありません。リレーは燃料ポンプ、ライト系、インジェク／イグニッションを３つを制御します。
１０月２９日
ケースに電源とＵＳＢケーブルを通して密閉する準備をします。ケースはコネクタが２個付く仕様ですが、今回は１個なので、使わないコネクタの切り欠きが残ります。ここから電源とＵＳＢケーブルを外に通します。赤枠のＵＳＢコネクタは標準のＢタイプで大きく、ケーブルの取り出しに邪魔なので外してピンヘッダに交換します。
ＵＳＢケーブルは途中で切ってピンヘッダ用のコンタクトを圧接しました。右はアマゾンで購入の２．５４ピッチのコンタクト／ハウジングセットです。
１０月３０日
ＵＮＯのＵＳＢコネクタを取り外しました。多ピンコネクタでもコネクタを壊して良い場合は簡単に取り外しできます
裏面にＬ字のピンヘッダを実装しました。
ＰＣに接続して動作確認しました。動作良好です。
モノタロウで購入のベント弁です。気圧センサは基板に実装されているので、これを使えばケースを密閉しても水分は通さず、気圧は外と同じにできます。これはゴアテックスを使って水分は通さず、空気は通過させてケースと外の気圧差を無くします。
下はＷｉｓｈで購入の防水ケーブルグランドです。電源とＵＳＢケーブルを通します。
１１月１日
ケースの下側にベンドを取り付けました。取り付けネジは６ｍｍのＰ０．７５の細目です。
電源とＵＳＢの取り出しパネルは使わないコネクタのピンを取って代用します。パネルを樹脂板から新規に作るとＯリングの溝の角のＲ加工が面倒なので、使わないコネクタを使います。コネクタのピンを全て取り除いて板状に加工しました。ピン穴はのアクリル板を接着して、ケーブルグランドを２個付けられるようにします。
ピン穴を塞ぐアクリルパネルを作製します。ＱＣＡＤで図面を作成して、ＨｅｅｋｓＣＮＣでＧコードを生成しました。ガレージのレーザ加工機で切り出す予定でしたがレーザ加工機が不調です。症状はここをクリックしてください。
１１月１０日
Ｓｐｅｅｄｕｉｎｏでエンジンを回すための点火のトリガタイミングを調べます。エンジンエミュレータで回している場合は４８歯の１歯抜けの所が仮のＴＤＣになっています。実際のエンジンでは１歯抜けが何処なのかを調べる必要があります。はじめに、カム角センサを取り外します。
プラグを外して、ギアを入れてリアホイールを回し水平シリンダをＴＤＣの緑枠の位置に合わせます。ジェネレータカバーの窓に赤枠のＴＤＣ確認ラインが出ます。
タイミングギアのポンチの打ってある１歯抜け（緑枠）が出てくるまで、リアホイールをゆっくり回します。
１歯抜けが出てきた時に、カムは約９０度進んでいるようです。
水平シリンダのＴＤＣからカム角で９０度進んだ所で１歯抜けが出てきたので、水平シリンダのＴＤＣからクランク角で１８０度進んだ所に１歯抜けがあることになります。トリガ設定でトリガ角度を−１８０度に設定して、テストモードで進角を０度に設定します。
１歯抜けを基準にして、カム角の１８０度にマーカを付けておきます。１歯で１５度なので、１２＊１５＝１８０度です。
カム角の代わりに水平シリンダのイグニッションの波形を測定します。マーカの所に立下りが一致しています。カム角センサを分岐してエンジンをかけ、実際のタイミングを測定する必要があります。ただし、進角を０にすることは出来ないので要注意です。
１１月１５日
レーザが出なくなっていたレーザ加工機はチューブ交換して復活しました。ケーブルグランドの取り付パネルを５ｍｍ厚のアクリルから切り出しました。ケーブルグランドの丸穴は１０ｍｍです。
ケーブルグランドのネジを１２ｍｍの細目タップで切って、ピンを外したコネクタ板にセメダインのスーパＸで接着しました。外してあったＯリングを戻して、ケースに組込みました。２つのケーブルグランドの１つはＵＳＢケーブルと電源で、ＵＳＢケーブルはピンヘッダ仕様にしてあるため、ケーブルグランドに通すことができます。残りの１つはブルートゥースモジュール用の予備です。
