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黒っ9(クロック)のブログ一覧

2015年05月14日 イイね!

デジタルスピードメーター(車速表示)を自作してみる

デジタルスピードメーター(車速表示)を自作してみるスピードメータについて問い合わせをいただきました.いままで単独でのスピードメータは作ったことがなかったので、せっかくなのでちょっと考察してみました.メモとして残しておきます.細かい計算には触れません.考え方と、その結果の紹介になります.

以前、多機能タコメータを作ったのでハードはこれを使います.



◆タコメータとスピードメータってほとんど同じじゃないの?
タコメータとスピードメータは一見似ていますが、プログラムの難易度としては後者がより高く、難しくなります.タコメータは基本的にパルスが入力され続けることが保証されていますが、車速パルスは車が停車するとパルスも止まります.高性能メータは基本的にカウンタをソフト的に内蔵していて、車速パルス1パルスの間に何回カウントできたかで車速を算出します.これを ”レシプロカル方式” と呼びます.

分解能”1km/h”とか唄っていても、例えば200km/hと201km/hで、カウント数の差が1しかないとか・・・ 理論的には速度差を分離できますが、まー使い物になりません.そこで、ネットでもそー見かけない方法でメータを作ってみることにしました.

※パルス計測方法としては”ゲート方式”があります.一定時間内に何個のパルスが来たかを・・・.市販品を始め、YouTubeやWebページで見られるように世の中に出回っている殆どのメータの計測方法です.どんくさいので技術的に魅力を感じません.

しかし、一方でレシプロカル方式は極めて低速なパルスが来ると内部カウンタはいつまでもカウントし続け、ついにはオーバーフローしてしまいます.普通はそうならないようカウンタの周波数を遅くして、しかし高い速度のパルス(高周波)でも速度に応じてわずかにカウント数に差ができるようにしているのが、レシプロカル方式で試している方の大部分を占めるやり方です。

◆パルス計測をちょっと工夫してみる
基準カウンタを1マイクロ秒で組み込んでみます.勘のよい方なら、”そんなの絶対無理!”と思われるかもしれません.それもそのはず、今回使った8bitマイコンの割り込みタイマは16bit(65535=2の16乗)までしか数えられないので、1マイクロ秒でカウントしたら65msec長のパルスまでしか測定できないことになってしまうからです.ネット検索で出てくる自作愛好家の極めて多くの方は基準カウンタ時間を長くして、65535回以下になるようにな苦しいプログラミングをしていることに気付きます.

しかし、65535を”オーバーフロー”した回数を別に用意した変数で数えておけば、最長で32bit(マイクロ秒)が測定できることになります(long=4byte=2の32乗).周期が数時間といった極低周波も検出できますし、それでいて200-201km/hのカウント差は、35カウントになりスレッシュホールドとして判定に余裕ができることになり、非力なマイコンでも高精度な計測が可能になります.

マイコン内蔵クロック:8MHz
プリスケーラ:2 (初期値=0xFFFF)
タイマ1の周期:1マイクロ秒=1MHz

これがエクセルで計算したカウント数と、PICシミュレータで内部変数(カウンタ値)をリアルタイムに表示したものです.この例では1km/h、つまり0.71Hzのパルスを観測しています.1マイクロ秒での理論カウント数は、141万回. 一方のシミュレータでは140.9万回でほぼ一致しています.カウンタのオーバーフロー回数は21回となっており、これも理論値と一致しています(^^


◆ノイズによるパルス計測誤差に関して
車速パルスは車速が大きくなるほど短く(高周波)なります.これにノイズが含まれると0-12V、あるいはその中間で変化してパルス周期があたかも変化したようになります.つまり、本来のカウント数よりも少ないカウント数になることは簡単に想像できます.逆にノイズによってパルスが長くなることはありません.この現象をうまく利用します.

具体的には、 時系列でカウントしたものを例えば5つの変数(箱)に入れ込みます.これを大きい順に並べ替えて一番最初の変数、つまりノイズを含んでいない確率の高い品質のモノをとってきて、現在の確からしいカウント値とする方法です.ローパス機能をもたせることができ、高周波パルス(高速域)に対して移動平均やメジアンフィルタを施すよりも強力なノイズ除去性能が期待できます.並べ替えは、バブルソートや挿入ソートなどが有名です.

◆高性能ビデオカメラに対応したディスプレイ
表示器は7セグ.ダイナミック点灯方式で4個の7セグを1こずつ横にずらしながら高速で切り替えて点灯させています.これは配線数を減らすために用いる一般的な手法ですが、切り替えを早くしないと目線を通過させたときに点灯の切り替えが見えてしまい煩わしくなります. さらに、車載動画などで60fpsで撮影したときに切り替えが遅いとちらついてよく分からなくなります.市販のドライビングモニターはちらつきが激しくてよく分からない動画をよく目にします.こうならないために、十分高速に表示を切り替えることにします.



一番左の7セグを表示させてから、隣の7セグに移るのに100マイクロ秒.つまり4桁表示するのに400マイクロ秒(2500Hz)の超高速切り替えとしています.これだけ切り替えが高速だと、目線を左右に動かしても一切ちらつきが見えず連続点灯に見えます.これは一般的な表示器の50~100倍の早さになります.車載メータとしては重要なこだわりポイントでもありますね.

◆ユーザビリティとプログラマビリティ
プログラム変更せずに各種設定ができるようメニューを埋め込んで、ユーザが自由に呼び出して実行できるようにしています.ここで悩ましいのがメニューの表示方法.というのも、7セグで表現するには限度があります.当然、表記は数字・アルファベットに限定されますが後者は全て表現できるわけではありません.限られた記号を使ってなるべく分かりやすく、それでいてプログラムのしやすさにも配慮してみました.

プログラムの中ではbitの1/0で各セグメントを操作します.例えば7セグに”b”と表示する場合、内部では ”0b11110100 (0xF4)”と表します(配線の仕方によって表記は異なります).1文字ならこの表記で事足りますが、”Abcd”とか別の表示をしたい場合は都度めんどくさい・・・.イチイチ表現を考えていては効率が悪いので、JISの文字コード表(ASCIIコード)をメモリー内に持たせました.ただし、bit表記とアスキー文字の対応表は最初の1回だけ自分で作らなければなりませんが、エクセルを使えば一瞬で作ることができます.

エクセルに各セグメント7つを配置し、光らせたいセグメントに”1”を入れると黄色く反転して自動でプログラムコードをはき出すようにしました.あとは、プログラムソースに貼り付けるだけでOK.アスキーコードを参照する関数を書いておけば、 SetChar7seg("Abcd"); と記述するだけでよいので、プログラムがはかどります.※この自作関数は文字列リテラルの先頭アドレスをポインタで受け取り、ポインタ変数をインクリメントすることで4文字処理する関数.

 

今回使ったマイコンのメモリー使用量です.

◆スマートシリーズ(SmartDigitalTachometer)
メニュー設定の雰囲気はこんな感じ(以前作ったスマートタコメータ)
サイズも get in shape♪


TOP画像左下のは車輌パルス発生機として昔自作したパルスジェネレータ.
(アジア圏の基板メーカに製作依頼したモノ.カラー基板でも安い)

あまりメジャーじゃない方法でやるってのが好き.真似だとつまらん.普通に考えると下記の項目は欲しいと思われる機能なのに、これらを盛り込んだものを作ってる人っていない.なぜだろう??

【MCU】
PIC16F88(4KWORDメモリ内蔵)

【配線】
only 4 wires!
1)12V(10 to 14V)
2)GND
3)車速信号(pulse)
4)イルミ信号

【仕 様】
 設定はメニューを呼び出して変更可能
   ※停車中・走行中でも変更可能
1) 車速パルス:
  1, 2, 3, 4, 6, 10 [パルス/回転]
  ※プログラムにより種類を増やすことも可
2) 表示分解能:
   1, 2, 5, 10, 20[km/h]
3) HUD(ヘッドアップディスプレイ):
   ON / OFF
4) 夜間減光(イルミ信号より判定):
   輝度→10,20,30,40,50,60,70,80,90,100 %
5) ゼロサプレス::
   ON / OFF  例:"0825" → " 825"




以前、LCDタイプのモノも作りました.
大きな画面で動画再生する(YouTube)

4万回以上再生されているので、結構興味を引くようです.
コントラストや輝度、パルス設定はメニューから呼び出して変更できるようにしました.





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Posted at 2015/05/14 01:15:52 | コメント(1) | トラックバック(0) | PIC+電子工作 | 日記
2015年05月05日 イイね!

エボXで初サーキット(本庄)♪

エボXで初サーキット(本庄)♪GWも終盤!ということで会社の同僚(GRBインプ)に誘われて行ってきました、本庄サーキット!

エボ10で一度もサ走行してないだけでなく、もう2年以上サーキット行ってないので初心者バリにドキドキでした.そんなさなかお友達のてるてる~さんにばったりお会いして声をかけていただきました(^^ どうしてばれたのだろう・・・(笑)

てるてる~さんはシェイクダウンと言われていましたが、次元の違うゴイス~な走りでした.当の黒っ9はというと、挙動を見てみようかなと意気込んでましたがとんでもない、素人丸出しな走りで45秒台すら入りませんでした・・・ いや、1本目は計測できなかったけど入ってたはず!(笑) エボ9の時はギリ43秒台だったのに.

お昼はGW(こどもの日)の地元懇親会のイベントでドリフト走行同乗会が催されていて、その影響でか午後の走行ではタイヤカスがタイヤにくっついてまともにグリップしてくれませんでした.

エボ9の時とは状況が違いすぎて課題山積ですが、何はともあれエボX初本庄はぶじに走行を終えました♪

----------------
追記:
サ走行用のパッドでずっと街乗りだったので、せっかく付けた皮膜も綺麗に取れてしまっていて、強いブレーキングでは左右の摩擦具合の違いで+Zθモーションが発生.ストレートのブレーキでもカウンタをあてる感じでした.もしかして、先月のDラ車検のパッド清掃であべこべに装着されて当たりが悪かったのかしら???

しばらくすると状況は徐々に改善しつつ、今度は強烈な減加速度が顔をのぞかせてきました.エボ9の時では味わったことのない減速感.そのため、減速しすぎてコーナに届かずリリースして再度ブレーキ踏む状態でした.でも、ブレーキを遅らそうと意気込むとー、踏むの遅すぎて・・・.

キャリパ温度を同僚のエンドレスキャリパと比較すると、190度に対して120度.重量級のエボ10でもまだまだブレーキには余裕があるようで、今日の重要な収穫の一つでした.そして終始変わらないブレーキタッチはさすが社外品といった印象です.

ディスク表面の皮膜も左右綺麗に着いていました.
Posted at 2015/05/05 20:01:17 | コメント(1) | トラックバック(0) | サーキット関連---> | クルマ
2014年12月06日 イイね!

バッグの中で散らかっていた車載工具の整理♪

バッグの中で散らかっていた車載工具の整理♪車載工具って皆さんどうしてます?
黒っ9は工具バッグに放り込んでジャラジャラ状態・・・.
いろんな工具が一色単に詰め込まれた状態で 使いにくいな~と思いつつも、そのままでした.





先日車高調組んだときも、17mmの1/2ディープソケットがあったはずなんだけどなぁ~、って思いつつジャラジャラと工具バッグをかき回す・・・. 他にも、3/8→1/2変換があったはずなんだけど見あたらない・・・とか.ソケットなんかは毎回バッグの中をかき混ぜては、同じものを取り出す始末.『これさっき見たじゃん』 (^^;;
挙げ句の果てには、買ったはずのものも見あたらず・・・(他の工具に隠れてました).

作業効率も悪いし、バッグの中も散らかって汚いので整理することにしました!
とりあえずAP(アスロトプロダクツ)にレッツゴー!

ソケット類の整理はサイズ別に色分けされたホルダ数本で解決.レンチやラチェット、ドライバなどはポケットにさしてクルクルッと巻けるもの(MとSサイズ)を購入しました.ホルダは抜群に使いやすいですね.欲しいモノがすぐに探せる!はじめから整理しておけば良かった(^^;

そうそう、エボ10のF/Rの足回り交換で役に立つのが、1/2のエクステンション(写真中央下あたり).これがあるとラチェットハンドルで簡単にナットを緩められるし、トルクレンチでトルク管理もできます.

一見すると多そうな工具もこんな感じでツールバッグに綺麗に収まります♪
散らかってた中身もスッキリして気分もイイですネ!
これだけの工具がぐちゃっと入ってたんだからそりゃ使いにくいよね.
今日は午前中に車高調のマシ締めやったけど、作業効率は格段にアップしました!
というか、これが普通か(^^;

写真には写ってませんが、ラチェットハンドルの柄の長い3/8と、1/4ハンドルもAPで購入しておきました♪ヘッドが薄いのが特徴.
Posted at 2014/12/07 00:01:03 | コメント(1) | トラックバック(0) | 気になるアイテム---> | 日記
2014年11月29日 イイね!

雨降ったけど・・・車高調とりつけ大会♪

雨降ったけど・・・車高調とりつけ大会♪O/H車高調を早速取りつけてみました.

工具さえあれば何とかなるので、もちろんDIY.
今回は、車高調がへたってきた同僚のGRB号も新品に交換するというので、車高調取とりつけ大会やりました(笑)



土曜は雨の予報.でも日曜にDIYすると月曜は筋肉痛で仕事したくない子ちゃんになっちゃうので、今日実施!事前に雨の降る時間をチェック.11~12時30分は雨の予定だったので朝9時から作業しました.

お互い今の車輌での車高調交換は初めて.タイヤ外して眺めるところから開始!
11時前にフロントを交換し終わったところで、予定通りに”雨”登場!! 正確すぎる(ー_ー;
その間早めのお昼とってだべってると12時30に雨が止む・・・ 正確すぎる(@o@;

エボ10はF/Rとも特に難しいところはなし.セッティングした車高調をそのまま組み込むだけ.
GRBはリアのナックル?部のボルト外しにちょっと苦労したくらいで、無事終了しました/
不足する工具はお互いで補完しあうことができたので、作業もスムーズでした.
こういう作業って、工具があるかないかで作業できる/できないが決まっちゃいますからね.

明日はちょいと走らせて、なじませてから車高チェックとマシ締めかな(^ー^o
セッティングが決まったらアライメント!

作業中の写真、撮るの忘れた・・・
Posted at 2014/11/29 21:48:42 | コメント(1) | トラックバック(0) | サーキット関連---> | 日記
2014年11月23日 イイね!

車高調のO/H完了ぉ~♪そして、スラストベアリング装着

車高調のO/H完了ぉ~♪そして、スラストベアリング装着YR-Advanceさんで買った中古の車高調.せっかくなのでO/Hして付けることにしました(^^ 負荷のかかるフロントのみO/Hする予定でしたが、せっかくなのでリアもお願いしちゃいました.
O/H思いの外安いです(@0@!



にしても、黒っ9が抱えるタスクの一つが終盤を迎えていてなかなかいじりに集中できませんでした.
黒っ9のおしごとはグローバル的に見ても特殊な開発をやっていて、新技術や新材料、理論を駆使して方針に従ったお題を具現化するメカ設計をやってます.1年かかった1おく弱のプロジェクトも無事に完了しそうです♪ 1人にこういう規模が任されちゃうこともあるので、設計好きにはおもしろい部署です.日本屈指のいや世界屈指の制御屋さんがこれを動かします.イイ特性がとれることを期待.ちなみにアメリカの研究所ではちらほら見かけたんだけど、今は同じチームメンバの一人でヘビーな車マニアがいます.同じ部署の人とは思えない(笑)黒っ9は節約家です.

てなことで、ちょいとパーツいじりに専念♪
HIPERMAX3 Sport のレビューを見ると固くて乗ってられないというレビューも見るし、逆にそういう感想を持たない方もいて不思議に感じていました.が、今回のO/Hで納得.この車高調には製造時期によって2タイプあり、07Specと09Specが存在するようです.07の減衰力は09のそれに比べて2.5~3倍大きな値を持ちます.つまり、同じスピードで足を縮めたときの抵抗力がそれだけ違うことになります.なるほど.レビューで書かれている感想は間違っていないようで、そういった事情があったのですね.

と言うことは、07Specは国際サーキットの様な高速走行でその性格を発揮しやすく、ミニサーキットでは懐の深い09Specという棲み分けのようです.しかし、07Specは一般ウケが良くなく・・・.より広いユーザに好まれる味付け、つまり減衰力を落とした09Specに進化したようです.

HIPERMAX4 SP は最新の足ですが、倒立式のフロントはアルミ化されて耐腐食/軽量化されたくらいで、減衰力を生み出す構造は踏襲されてます(正立式はMシャフト化されて、低速での減衰力の立ち上がりが改善).

で、気になる今回の車高調は・・・ 07Specでした.ふぅ、そのまま付けなくて良かった~.
エボ9では6セットくらい車高調を試しましたが、総括すると09Specが好感触.とてもお気に入りだったので、迷わず09Specへ構造変更を依頼しました.

O/Hの依頼は初めてでしたが、とても良心的で発送してから2日で完成します.ステッカーも新しいモノに張り替えられ、ショップの帯ステッカーも貼られて帰ってきました.性能には関係ないけど、気分はイイですネ/
中古品なので当然外装も汚れてましたが、分解ついでに洗って綺麗にしました.

◆購入時の状態

・スプリングはSWIFTの13kg/mmに変更
・リアはEIBACHの10kg/mmに変更(色が綺麗だから(^^;)
・スラストベアリングを前後装着(防塵構造).
・ヘルパスプリングの内側の隙間には砂がたまりやすいので、ゴムシートで隙間を埋めてやりました.
  本当はヘルパを上に持って行きたかったのですが、そうするとダストブーツが装着できないのであきらめ.
・ダストブーツは水洗いしてそのまま流用.
・特注したステンレスシムは適所に挿入.
・減衰構造は09Specに変更
・減衰力オフセット変更(Fのみ)
 ※減衰試験データを依頼したのでMatlabで動解析に使ってみます.
・ピロアッパーマウント交換(Fのみ.Rは劣化が全くないのでそのまま使用)
・ブラケットの溶接部/内部は錆びやすいので、防錆コートを吹いて、クリア層を付けときました(ねじ部は除外).
・小さい金色のロックナットは前オーナが掛かり部分をなめていたので、2個交換.

で、できあがったオモチャがコレ(笑) まだ仮組みした状態なので、プリロードの調整はこれから.

今までつるしでしか使ったことありませんでしたが、好みの部品付けるのもおもしろいですね.

エボ9では付けたり外したり自分でやってましたが、エボ10は未経験.足回りの構造とかトランク内の作業性を確認して、来週あたりDIY取り付けしてみよ~かな~


◆スラストベアリングに関して◆
そうそう、スラストベアリングにゴミとか水が進入しないように、シムを特注(ワイヤ放電加工で切り出し)してその間に摺動用Oリングがパコッってはまるようにしてみました.バネが回転してもOリングはよじれることなく動いてくれます.ダストや水の進入を防止して内部の潤滑剤を綺麗に保ってくれるでしょう(画像は仮組みした状態).

↓専用ハウジング作ろうかと思ったけど図面書いて見積とったら結構高い・・・
  ので、できるだけ安く済むように作ってみました.

↓できあがりを確認するためのCG(フロントマウント部)
  さりげなく仕込んでみました♪

本当は、ダンパブラケットが軸回転してすぐにスラストベアリングでアイソレーションするのが自然なんだけど、砂や水が頻繁にかかるので環境が良くない.今回付けたところはブラケットの回転がバネを介してアッパーマウント部でアイソレーションされるので、物理的にはバネの回転軸を中心としたイナーシャがステアリング操作に加味されるので気分は良くない.が、イナーシャ量は”鼻くそ”程度なので環境を優先した設置で問題ありません.また、上側に付けると応答うんぬんに影響するんじゃ?いや、問題ナッシング.

※スプリングに関して
  許容外荷重を与えることはまず考えられないのでへたりに関して詮索する必要なし.
  例外的な入力が入ったらどのメーカ品もお釈迦なんだから.
 そして『リニア』の謳い文句に翻弄される必要なし.立ち上がり領域なんて使わないし.
  ハイパコは・・・・ HP見て冷めました.
Posted at 2014/11/23 23:06:48 | コメント(0) | トラックバック(0) | サーキット関連---> | 日記

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「倉庫から色々出てきたでござる http://cvw.jp/b/194408/41272537/
何シテル?   03/27 20:35
黒っ9(クロック)といいます。 黒のエボ9オーナーだったので クロック(笑) 休日は主にドライブです♪ 旅先の露天風呂なんか最高だね! 手作...
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