Ein neuer Motorcontroller

Ich habe mal mit dem Gedanken gespielt, den alten Gleichstrommotor in meinem Kewet gegen etwas moderneres auszutauschen. Der Twizy ist weit verbreitet und hat eine aktive Community. Also habe ich mir mal dessen Motor und Steuerung angesehen. Der Twizy hat als Motor Controller den Sevcon Gen4 verbaut. Also habe ich mir den mal etwas genauer angesehen.

Die verfügbaren GEN4 Varianten sind hier aufgelistet:

Testaufbau

Hier ist der gesamte Testaufbau zu sehen: Der Sevcon Gen4, ein 36V Netzteil, der IXXAT USB to CAN Adapter und etwas Kabel.

Wenn du einen gebrauchten GEN4 gekauft hast, solltest du die MOSFETS prüfen. Ich hatte einen, bei dem diese defekt waren.
Bei angelegter Spannung die Spannung zwischen B- und Motor Terminals prüfen. Diese sollte dann etwa 8-13V betragen. Ein anderer Wert weist auf einen Defekt hin. Der Motor darf nicht angeschlossen sein.

Nachdem der GEN4 angeschlossen ist, sollte die grüne LED dauerhaft leuchten. Meistens dürfte diese aber blinken. Mehrmaliges Blinken ist ein Fehlercode, der dann im Manual nachgeschlagen werden kann.

Doch der Reihe nach. Bis es soweit war, das es funktioniert hat, habe ich einige Monate gebraucht! In diversen Foren finden sich unzählige Posts, in der frustrierte Anwender nach Rat fragen, weil sie nicht mehr weiter kommen.

Ich habe diese Fehler auch alle gemacht, und es nicht einfach sie zu vermeiden. Es kostet eine Menge Geld und viel Zeit. Ein Forenteilnehmer hat mal geschrieben: „Der Gen4 ist absolut nichts für Anfänger“ und ich kann ihm da nur beipflichten, die Frustrationskurve geht steil nach oben und Fehler sind einfach vorprogrammiert.

Die Probleme mit dem Gen4 sind hauptsächlich:

• An die programmer Software zu kommen und sie richtig einzurichten
• Den richtigen Programmieradapter zu finden und einzurichten
• Das alles zum laufen zu bekommen
• Die mangelhafte Dokumentation
• Fehler bei der Softwarebedienung

Der Programmieradapter IXXAT USB to CAN compact

Was wir außerdem brauchen ist ein CAN Adapter. Der einzige der mit der Programmierumgebung von Sevcon, dem DVT customer kompatibel ist, ist der IXXAT USB to CAN V1 in der Version 1.4/1.5/1.6. Ich habe den Fehler gemacht, mir einen IXXAT USB to CAN V2 zu kaufen und habe mich Monate damit herumgeschlagen. Der Adapter ist definitiv nicht kompatibel mit der noch frei erhältlichen DVT Software. Leider ist der IXXAT USB to CAN V1 nicht mehr neu erhältlich, bei Ebay kann man ihn noch bekommen, allerdings sehr teuer. Ich habe ihn dann leider auch nach kurzer Zeit kaputtgespielt, wohl durch abziehen und anstecken unter Strom. Also bitte nie unter Strom vom CAN Port abziehen oder anstecken!
Hier eine Reparaturanleitung, falls euch das doch passiert.

Neue DVT Versionen (keine Ahnung ab wann) sind mir IXXAT USB to CAN V2 kompatibel!

Link: Physischer Aufbau eines CAN Bus, Probleme im Fahrzeug

CANopen

EDS, Electronic Data Sheet

DCF, Device Configuration File

Dateinamen

Um die Übersicht zu behalten, sollte bei DCF Dateien eine Namenskonvention eingehalten werden:

• „2021-04-20“: Das Datum in englischer Schreibweise
• „PMS100“: Der Motortyp
• „0705.0012PMSM“: Die Firmwareversion
• „72V-350A“: Controllerspannung, Ampere
• „48V“: Batteriespannung
• „Twizy“: Die Anwendung oder eine spezielle Bezeichnung
• „17h20“: Die Backupzeit
• „Sensorsetup“: Ein Kommentar

Also z.B.: 2021-04-12-ME1114-0705-0012PMSM-72V-350A-48V-boot-23h30-erster-Test.dcf

Firmware

Firmware Files haben die Endung „.dld“.

Die Firmware muß vor allemDie Firmware muß vor allem zum Motorpassen. Es gibt 2 verschiedene Versionen: ACIM und .
Es gibt verschiedene Firmware Versionen für „Drehstrom Asynchronmaschinen“ und „Permanentmagnet Synchronmotoren“. Es gibt eine „sevcon-app-note-pmac.pdf“ die das erklärt.

• ACIM (AC Induction motor)
• PMSM (Permanent Magnet motor)

Der Twizy Motor z.B. ist eine Drehstrom Asynchronmaschine, Motenergy Motoren sind Permanentmagnet Synchronmotoren.

Prinzipiell sind alle alten DVT Versionen auch mit der neuesten Firmware kompatibel.

Aufgrund diverser Nachfragen:
Man kann die Firmware nur aufspielen, NICHT VOM GEN4 AUSLESEN!

Die programmer Software Sevcon DVT

Der Sevcon Gen4 wird über CAN programmiert, oder parametriert, genauer gesagt CANopen. Damit das alles etwas einfacher geht, gibt es von Sevcon eine Software namens DVT und ein bisschen Kram drumrum.
Leider rückt Sevcon die Software nicht raus, allenfalls in Kombination mit einem neuen Gen4. In Netz kursieren hier und da ein paar Links zu DVT Paketen. Generell sind die neueren Versionen kopiergeschützt, nur die älteren sind ohne Kopierschutz zu betreiben. Ich benutze die „C9466 Shiroko Design Verification Test System“ in der Version 12.497, eine Version des DVT.

Ich kann hier nur schreiben, was ich getestet habe: Die Software läuft unter Windows 7 und auch auf einem MAC mit Parallels Desktop. Auf einen PC ohne serielle Schnittstelle wird die Fehlermeldung „COM1 could not be opened“ angezeigt, was die Funktion aber nicht beeinträchtigt.
Diese Angaben beziehen sich, wie auch die weiteren Ansichten des Programms weiter unten wie gesagt auf die Version 12.497
Update: Die Software läuft auch auf Windows 10 problemlos!

Update: Ich habe zwischenzeitlich die DVT Version „DVT Customer 2021.03“ getestet. Hier hat sich einiges geändert.

DVT Installieren

Um die DVT-Software zu installieren, starten Sie die „Sevcon Controller Programs-Setup.exe“ mit Administratorrechten.
Folgen Sie der Anleitung durch den Installationsprozess und sobald das erste zusätzliche Setup gestartet wird, folgen Sie
den folgenden Schritten, um sicherzustellen, dass alles korrekt installiert wird:

• ActiveTCL-Installationsprogramm: Akzeptieren Sie einfach die Standardeinstellungen für alles. ActiveTcl ist die Skript
  Interpretationsumgebung, in der das DVT ausgeführt wird. Das DVT selbst ist nur ein Haufen von Skriptdateien,
  kein eigentliches Programm.
• BLT-Installationsprogramm: (wird bei einigen Versionen automatisch installiert) Sie müssen BLT in dasselbe Verzeichnis wie ActiveTcl installieren, nämlich C:\Tcl.
  Verwenden Sie nicht den Standard-Installationspfad von C:\Program Files\Tcl
• Ixxat-Treiber: Installieren Sie die Ixxat-Treiber für das Ixxat USB-to-CAN. STARTEN SIE NICHT NEU, nachdem Ende der Einrichtung.
• DVT_Customer: Wenn der PC während des Setups heruntergefahren wird, starten Sie einfach das Installationsprogramm neu und befolgen Sie die obigen Schritte. Wenn Sie bereits eines der Programme installiert haben, können Sie die Schritte mit „Abbrechen“ überspringen.
  Sobald diese drei Komponenten installiert sind, wird das Setup DVT_Customer installieren und Sie auffordern, den Computer neu zu starten. Akzeptieren Sie diesmal den Neustart. Sobald der Computer neu gestartet ist, sollte alles einsatzbereit sein.
  
  Die EDF-Dateien müssen sich im Ordner“ C:\DVT_Customer\“befinden.

Die aktuelle DVT Version ist 13.8, die auch mit dem IXXAT usb to CAN V2.0 kompatibel ist, die aber wohl einen Hardwareschutz hat.

Arbeiten mit dem DVT

Man kann im DVT schnell etwas falsch machen, das sich nicht mehr korrigieren lässt. Deshalb bitte 3x überlegen und nachlesen, was man tun will. Das aufspielen einer neuen Firmware ist besonders kritisch, DVT nimmt auch Firmware Daten, die nicht kompatibel zum GEN4 sind!

Eine offizielle Reference zu DVT kannst du hier (DVT.Applications Reference Manual 177_52505.pdf) herunterladen. Bitte beachten, das sich das Dokument auf die aktuelle DVT Version bezieht, ältere Versionen sehen teilweise anders aus, auch was die Installation betrifft!!

DVT Helper Fenster

Hier werden alle wichtigen Einstellungen vorgenommen.
„Main – > Get Controller Information“ mal aufrufen, so sieht man, was auf dem GEN4 drauf ist.

Fehlermeldungen

Wie zu sehen ist, zeigt das Fehlerfenster 4 Fehler an!

Fehler 3 „Preop“ ist eigentlich kein Fehler, er besagt nur, das der GEN4 im Preop Mode ist.
Fehler 2 „Motor in thermal b/c“ besagt, das kein Temperaturfühler angeschlossen ist. (gelöst, Temperaturfühler angeschlossen).
Fehler 1…. „Internal fault“ Fehler unklar, ist aber verschwunden, nachdem ich „Control Mode“ geändert habe. Betrifft Konfigurationsfehler.
Fehler 0… „Param dyn range error“ Der Fehler hatte mit einem nicht angeschlossenem Gaspedalsensor zu tun, bzw. der Sensor ist nicht richtig konfiguriert. Der Fehler tritt generell auf, wenn Konfigurationswerte in Konflikt zueinander stehen. Im Helper unter Settings -> Find Range Error kann angezeigt werden, welcher Parameter den Konflikt auslöst.

Die obrigen Fehler treten eigentlich immer auf, wenn man den GEN4 parametriert. Aber es gibt auch üblere Fehler….

„0x4f53, App Manager SS Error“ Eine Fehlermeldung, die bei mir mit der neuen Firmware 0705.0012 aufgetreten ist.
Lösung: BDI parameters -> BDI Flags – Traction = ON / Cell count = 0 (GEN4 AUS/AN) -> BDI Flags – Traction = OFF.

Eine neue Firmware aufspielen

Das geschieht im „Helper Fenster“: Software -> Enter BootloaderMode; Software -> Enter Program Unit (File auswählen)

oder mit dieser Befehlssequenz im DVT Eingabefenster (darauf achten, das der GEN4 im Preop Mode ist.):

Boot Loader Mode = „bts 1“ -> Controller LED flickert und geht aus.
Firmware laden = „load_dld 1“
– .dld File laden – -> (Controller bestätigt mit “ ……… OK)
Boot Loader Mode verlassen = „bte 1“
Login in den Controller: „login 1“

Sonstige Befehle im DVT Eingabefenster

Generell gilt, programmieren des GEN4 immer im Preop Mode: Pre-operational setzt den Controller in einen Konfigurationszustand und erlaubt uns, die PDO-Maps in CANopen zu ändern. Hier einige Befehlsbeispiele:

Pre operational Mode: „fpo 1 PRE“
Operational Mode: „fpo 1 OP“
Register auslesen: „sdo_rnx 1 0x1018 0x02″         -> Befehl, GEN4 Adresse, Speicheradresse, Unteradresse
Register schreiben: „sdo_wnx 1 0x1018 0x02 0x1000″        -> Befehl, GEN4 Adresse, Speicheradresse, Unteradresse, Wert
Aktive Fehler auslesen: „flts“

Konfiguration an die GEN4 Version anpassen

Wird ein DCF File auf einen GEN4 mit anderen Leistungsdaten übertragen (also z.B. von 36V/550A auf 72V350A) muss das angepasst werden.
Das geht mit dem Befehl: „configure_voltage_items“.

Beispiel: configure_voltage_items 1 72 350 (Node 1, 72V, 350A)

Hierdurch werden alle relevanten Daten an den neuen GEN4 angepasst. Dabei müssen die Daten natürlich zur entsprechenden GEN4 Version passen. Ist das nicht der Fall, hagelt es Fehlermeldungen!

Die GEN4 Version ist „hard coded“ und kann nicht verändert werden! Man kann also icht aus einem 36V/550A einen 72V350A machen! (Das macht natürlich auch keinen Sinn, da hier andere Komponenten verbaut sind, ich wollte es aber mal machen, um ein Setup zu testen…)

Twizy-Cfg: Eine DVT Alternative

Es gibt eine Alternative zum IXXAT Programmieradapter und dem DVT: Twizy-Cfg!
Ein Arduino mit einem CAN Shield und entsprechender Firmware: Hier auf GITHUB.
Mit dieser Lösung können Befehle an den GEN4 gesendet werden und er damit progammiert werden.

Ein Arduino Uno und ein CAN Shield mit SPI Anschluss (wichtig!) tut seinen Dienst. Nebenbei, dieses Shield hat einen CAN Terminierungswiderstand aktiviert. Als CAN Library diese hier nehmen, die hat zumindes bei mir am besten funktioniert: https://github.com/Bascy/MCP_CAN_lib_Deprecated

Was nicht funktioniert: Eine neue Firmware aufspielen, Dateien schreiben und einlesen. Also muss schon ein funktionierendes System auf dem GEN4 vorhanden sein.
Ein Arduino Uno und ein CAN Shield mit SPI Anschluss (wichtig!) tut seinen Dienst. Nebenbei, dieses Shield hat einen CAN Terminierungswiderstand aktiviert.

Wozu diese Lösung noch zu gebrauchen ist: Man kann gut und billig eine Lösung integrieren, die dynamisch Parameter wie z.B. die Rekuperation im Fahrbetrieb ändert! (Wozu es eigentlich auch gedacht ist!)

Mein nächstes Projekt wäre dann, meinen eh schon vorhandenen Arduino, der zur Kommunikation mit meinem Android Autoradio dient und das selbe CAN Shield hat, hier mitzubenutzen.

Twizy-Cfg konfigurieren

Folgende Paremeter sollten eingestellt werden:

In TwizyCfg_config.h (Zeile 17) CS Pin auf 10 stellen:
// Set your CAN CS pin number here:
#define TWIZY_CAN_CS_PIN 10

In TwizyCfg (Zeile 880) die Kommunikationsgeschwindigkeit mit dem Terminal einstellen:
Serial.begin(57600);

In TwizyCfg (Zeile 893) die Kommunikationsgeschwindigkeit mit dem GEN4 einstellen:
while (CAN.begin(MCP_STDEXT, CAN_250KBPS, TWIZY_CAN_MCP_FREQ) != CAN_OK)

In CANopen (Zeile 300) die Firmwareversion des GEN4 richtig eintragen (Voreingestellt ist der original Twizy GEN4):
// if (twizy_sdo.data == 0x0712302d)
if (twizy_sdo.data == 0x0701302d || 0x0712302d) // Kenneth Firmware im Kewet oder Twizy 80.

Das sollte es gewesen sein….!

Die Firmwareversion kann mit r 1018 2 ausgelesen werden.

Twizy Motor

Nachdem der GEN4 nun soweit funktioniert, kam der nächste Schritt:

Ich habe einen gebrauchten Twizy Motor mit Getriebe gekauft, den ich an den GEN4 angeschlossen habe. Dazu habe ich dankenswerter weise ein „Device Configuration File“ (DCF) für den Motor bekommen.
Dem Motor habe ich einen eigenen Beitrag spendiert, in dem es sich um die Überholung und den Einbau in den Kewet dreht!

Außerdem ist ein Relais unbedingt notwendig, das den Akkustrom schalten kann. (Auf eine Freilaufdiode an der Spule achten!!)

Testanordnung mit Motor und Akku

In den Bildern ist der gesamte Aufbau mit GEN4, Motor, Relais, Akkuanschluss und Verkabelung zu sehen:

Probleme mit dem GEN4

Leider hat sich erst einmal garnichts bewegt. Es waren noch einige Stunden Anpassung und Versuche notwendig, bis der Motor dann endlich lief. Hier eine kurze Zusammenfassung der Notwendigen Schritte:

• Die Verkabelung des Motors mit den 3 Phasen und des Relais ist der GEN4 Dokumentation zu entnehmen und Standart.
• Zusätzlich hat der Motor einen Drehgeber und einen Temperatursensor, die verkabelt werden müssen.
• Im DVT sind noch einige Einstellungen zu verändern, damit der Motor läuft.

Gaspedalsensor

Eine größere Hürde ist die richtige Einstellung des Gaspedalsensors. Sowohl Potentiometer Sensoren können angeschlossen werden, wie auch elektronische Spannungssensoren, wie sie z.B. in moderen Autos verbaut werden. Ich habe, nach dem mein Kewet Potentiometersensor nur noch Probleme gemacht hat, ihn duch einen billiges Gaspedal von Aliexpress ersetzt. Nicht die beste Qualität, aber es funktioniert! Diese Gaspedale sind verschleißfrei und funktionieren zuverlässig im Gegensatz zu einem mechanischen Potentiometer. Ein neues Poti das ich für teuer Geld in England bestellt habe (40 EUR), hielt etwa einem Monat, dann war es wieder hin….. Chinaschrott??
Ich habe es sogar hinbekommen, eine „1 pedal drive“ Funktionialität zu programmieren, das heißt, das Auto kann nur mit dem Gaspedal gefahren werden:
2/3 des Gespedalhubs sind für die Beschleunigung, in unteren 1/3 wird abgebremst (und rekuperiert). Das ist tatsächlich ein ganz neues Fahrgefühl!! Die Bremse muss nur noch sehr selten betätigt werden.

Die analogen Eingänge1 und 2 (Gaspedal und Bremseingang) werden parallel auf die Spannung des Gaspedalsensors (0,9V – 5,2V Spannungsbereich) gelegt. Das entsprechende Setup sieht dann so aus:
Bremseingang: 0,9V – 2,5V (2,5V – 3,0V Leerlauf)
Gaspedaleingang: 3,0V – 5,2V

Demnächst mehr dazu…….

Kommunikation mit der Aussenwelt

Im Gegensatz zum EMUS BMS, das alle verfügbaren Daten alle Sekunde am den CAN Bus sendet, muss man dies im GEN4 extra einrichten.
Hierzu werden TPDOs benutzt die individuell konfiguriert werden können. Es ist der CAN Identifer und der Inhalt aus der Object Dictionary anzugeben.

Beitrag wird fortgesetzt…..      hier der nächste Beitrag zum Twizy Motor

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