S Ä H K Ö A U T O T - N Y T! Avoimen yhteisön voiman valjastaminen tuotekehityksen tueksi SÄHKÖAUTOT-NYT! TUOTEKEHITYS Henry Palonen / Sähköautot - Nyt! henry.palonen@gmail.com / 044 261 4150
Tuotekehitystä avoimin pelikortein Sähköautot - Nyt! - yhteisön voimalla tuotekehitystä Yhteisömme syntyi avoimen toimintaperiaatteen ympärille. Tämän avoimen toimintatavan luonnollinen hyödyntämismuoto on ollut nimenomaan yhteisön tekemä tuotekehitys. Tarkoituksenani on lyhyesti kertoa yhteisössä käynnissä olevista tuotekehityshankkeista - sekä ideatasolla että konkreettisesti esimerkein. Ensimmäistä sähköautoa rakennettaessa totesimme, että huippulaatuisen sähköauton tulee olla kokonaisuus. Kokonaisuuteen kuuluu sekä varsinainen liikkumiseen tarvittava moottori, ohjain ja akusto että kuljettajalle auton toiminnasta välitettävä tieto. Lisäksi hyvän kokonaisuuden tulisi olla modulaarinen - tulisi voida helposti vaihtaa yksittäisiä komponentteja kokonaisuuden siitä kuitenkaan kärsimättä. Tähän on pyritty jakamalla tuotekehityksen osa-alueet pieniin kokonaisuuksiin - puhumme yhteisön sisällä asiasta termillä ekomponentti - ecomponents. Kuluvan vuoden lopun lähestyessä voimme todeta, että tarjolla olevien ekomponenttien kirjo on kasvanut jatkuvasti. Vuoden 2009 loppuun mennessä olemme saanneet monia komponentteja osittaiseen testikäyttöön. Osa on vasta suunnittelupöydillä, osa lähes valmiita tuotteita. Alla muutamia tärkeimpiä. ekomponentit 12/2009 Mekaaninen kehikko, jossa samassa rakenteessa sekä moottori, alennusvaihde, moottorinohjain että akusto ja laturi. esystem Nopean muunnoksen sydän - vanha polttomoottori pois, esystem tilalle - valmis! eecu Toimii sähköauton järjestelmien yhteenliittäjänä. Lukee voimapoljinta ja välittää pyynnön CAN-väylällä moottorinohjaimelle. Tarjoaa muille komponenteille tietoa järjestelmän tilasta. Keskustelee mm. akustonhallinan ja käyttöliittymän kanssa. Tekninen toteutus Atmelin toimittama prototyyppilevy, ohjelmointi ja reppulevyt eecu:n päälle yhteisön toimesta. 1
Toimii kuljettajan informaationäyttönä. - Paljonko on ajomatkaa jäljellä? - Kuinka kauan aikaa kuluu ennenkuin egui akku on täynnä? Teknisenä toteutuksena Linux PC, josta yhteys kojelautaan kiinnitettyyn kosketusnäyttöön. Grafiikka vektorigrafiikkaa, skaalautuvuus erilaisille näytöille hyvä. Informaationäyttö pieniin muunnoksiin. Tarjoaa ajamisen kannalta oleellisen informaation kuljettajalle pienessä koossa, sopii esim. moottoripyöriin, egui mini mönkijöihin, veneisiin yms. ecagivassa Tekninen toteutus Atmelin toimittama prototyyppilevy, ohjelmointi ja grafiikat yhteisön toimesta. Akustonhallinta. Hoitaa akkujen ylä- ja alarajatarkkailun sekä jännitteen että lämpötilan osalta. Tarjoaa akuston tilatietoa muille komponenteille ja pyrkii maksimoimaan akuston odotettavissa olevan eliniän. ebms Tekninen toteutus on jaettu moduleihin. Kehitteillä Jokaisen akun päälle asennetaan ns. enode, jonka tehtävänä on hoitaa ylemmän tason järjestelmille mittaustietoa kustakin akusta. Ylempi järjestelmä, ebms CPU tekee päätöksiä kennoilta saamansa mittaustiedon perusteella ja ohjaa mm. kontaktoreita. Ajoneuvon infoäänet kuljettajalle. - Auto käynnissä! - Ajomatka on loppumassa! eaudio Laite on alunperin opastettuihin kiertokäynteihin tarkoitettu edullinen MP3-soitin. Ohjelmointi ja sähköinen muokkaus sähköautokäyttöön yhteisön toimesta. S ä h k ö a u t o t - N y t!! 2
esystem mini Pieniin ajoneuvoihin sopiva akuston kiinnitysjärjestelmä. Tarjoaa akustolle sekä puristuksen, mekaanisen suojauksen että kiinnityksen samassa paketissa. ecagivassa Näiden olemassaolevien komponenttien lisäksi kehitteillä on erilaisia matkapuhelinliittymiä ajoneuvoon, jalankulkijoita sähköautosta varoittava laite (=äänisynteesesillä ajoneuvon äänet) sekä useita pienempiä yksittäisiä kehityskohtia eri ajoneuvoissa. Kaikille näille komponenteille on yhteisenä tekijänä suunnitelmien ja toteutuksen avoimuus. Seuraavassa kappaleessa käyn läpi asioita hieman käytännönläheisemmältä tasolta ja kerron, mitä olemme matkan varrella yhteisössä oppineet. 3
Käytännössä koettuja asioita Komponenttien kehitystyössä on toistaiseksi pyritty suosimaan valmiina kaupasta saatavia prototyyppikortteja. Tämän on sanellut käytäntö. Koska kehitetävää on paljon ja resurssit rajalliset, olemme keskittyneet oleelliseen - järjestelmien integrointiin ja eri osa-alueiden ongelmakohtien kartoittamiseen prototyypeillä. Ratkaisulla on saatu melko nopeasti näkyvää aikaikseksi, mutta kolikolla on myös kääntöpuolensa - suurilta osin nämä kaupalliset prototyyppilevyt eivät sovellu ajoneuvokäyttöön. Ongelmakohdiksi ovat toistuvasti nousseet: - Mekaaninen rakenne - kiinnitysreikiä ei ole ollenkaan tai ne ovat lähinnä kosmeettisia - Liittimet - liittimet on tarkoitettu kiinnitettäväksi työpöydällä hyvässä valaistukseen ja ajan kanssa - ei ajoneuvossa, toinen käsi kojelaudan sisällä juuri ja juuri kohteeseen ylettyen... - Jännitteen kesto - suuri osa protokorteista vaatii joko 3.3V tai 5V jännitteen -> aiheuttaa ylimääräistä työtä ja/tai savun karkaamisia... - Jännitteen syöttö - protokortit ovat joskus jopa paristokäyttöisiä - Häiriösuojaus - esim. eaudio kerää lähellä soivasta matkapuhelimesta pahasti häiriötä ja ilman kortin komponenttien vaihtoa läpi tuli melkoinen hurina. - Protokorttien luonne - protokorteilla yleensä opetetaan jotakin asiaa tai ne muutoin ovat demolaitteita jonkin ominaisuuden esittelyyn. Tästä johtuen esim. CAN-väylää ei halvimpiin protokortteihin ole saatavilla suoraan, vaan se pitää hankkia erillisellä adapterilla. Useimmiten adapteritkin ovat isoloimattomia, joten niiden käyttö sähköauton akustossa olevan suuren jännitteen kanssa ei ole suositeltavaa. Useita muitakin ominaisuuksia on joko liian vähän tai liian paljon. Jos taas kukin kortti olisi suunniteltu alusta pitäen tätä tarkoitusta varten, voitaisiin erilliset adapterit unohtaa ja kustakin kortista saataisiin paremmin tehtäväänsä sopiva. Tässä menee kuitenkin osittain yhteisön resurssien raja - uuden layoutin ja piirikaavion suunnittelu ei ole yhteisössäkään ihan jokapäiväistä asiaa. Toki niin on ecorolla-projektissakin joissakin tapauksissa tehty (eecu reppukortti, enode), mutta valmistus ja kokonaiskustannus saattaa helposti olla melkolailla suurempi kuin kaupasta saatavilla protokorteilla. Puhumattakaan kortin monistettavuudesta. Tällä hetkellä käytössä olevat protokortit ovat kuitenkin lähestulkoon kaikki referenssi desing - tyylisiä, eli niiden piirikaaviot on saatavilla käyttöömme. Niistä voimme jatkossa jalostaa omat kortit kutakin asiaa varten. - Protokorttien, mittalaitteiden ja testiyksilöiden hankinta. eecu:n tuotekehityksessä tuli korostuneesti esille se, että kehittäjillä tulisi olla käytössään vähintään yksi testikappale kutakin laitetta, jotta kehitystyötä voidaan tehdä. Tässä tapauksessa moottorinohjain (Azure Dynamics DMOC) sijaitsi Hikiällä, kehittäjät Tampereella. Matkaa taitettiin useaan otteeseen. Samoin on tilanne muidenkin komponenttien kesken. Jotta kommunikaatiota ja integraatiota voidaan tehdä komponenttien välillä, tarvitaan yksi laite kutakin. Ja koska taloudelliset resurssit ovat olleet erittäin rajallisia, on kukin kehittäjä hankkinut henkilökohtaista varoistaan sitä tekniikkaa mihin kulloinkin on ollut varaa... Fortumin rahoituksesta rahoitettiin itse ecorollan komponetteja, mutta ei niinkään tuotekehitystä ja siinä tarvittavaa infrastruktuuria. Sama tilanne on esimerkiksi ebms:n node-kehityksessä - komponenttien hankinta näyttää olevan erittäin hankalaa pienissä erissä ostettuna - esim. enoden mikrokontrollerin Atmel ATMega32M1 myyntierät näyttävät tällä hetkellä liikkuvan tuhansissa kappaleissa. - Tilat - fyysistä tilaa tarvitaan paljon, jotta tuotekehityseen saadaan riittävän käytännönläheinen ote. Tampereelle perusteilla oleva sähköajoneuvokeskus tarjoaa akuuttiin tila-ongelmaamme apua. Saman katon alle voimme kerätä prototyyppipajaan mahdollisimman kattavan valikoiman erilaisia komponentteja ja mittalaitteita. Tarkoitus on, että näissä tiloissa mahdollistuisi myös kehitys ja tutkimustyö jota muutoin ei voida koti- tai harrastehalleissa tehdä. Esimerkiksi akkujen ja akuston hallinnan testaus vaatii erillisen paloturvallisen tilan sekä mahdollisuuden tehdä useita 4
kymmeniä lataus-purku-syklejä per kehitettävä tai tutkittava laite. Hallin pihassa on merikontin puolikas, joka on tarkoitus valjastaa akuston ja akustonhallinnan testipisteeksi. Protopajasta on suora yhteys muunnoshalliin, joten tuotekehitykseen saadaan toivottavasti vahva käytännönläheinen leima. - Akuston hallinta. Akuston hallinta nousee useimmissa muunnoksissa isoksi ongelmakohdaksi. Yhteisöllä on meneillään useita akuston hallinnan kehitysprojekteja, lippulaivana niistä ebms. Se kykenee siirtämään tehoa koko akustosta yksittäiseen akkuun ja tukemaan näin heikompia kennoja. Tarkoitus on, että Tampereen sähköautokeskuksen toimitiloihin saadaan pystyyn testipiste, jossa voidaan lähteä kehittämään ohjelmistoja enode ja ebms CPU:lle. Osat ensimmäiseen 10 kappaleeseen enode protosarjaa on olemassa, kokoonpano ja piirilevyt puuttuvat. Visiomme Tampereelle rakennetaan huippuluokan infrastruktuuri sähköautojen avoimelle tuotekehitykselle. Visiossa tuotekehitystä tehdään yhteistyössä alan yritysten kanssa avoimesti. Yhteisö tarjoaa aivokapasiteettia ja yhteisöllistä voimaa, yritykset resursseja ja toiminnan puitteita. Kehitystyötä tehdään monella eri rintamalla samanaikaisesti. Kansainvälinen toiminta on arkipäivää ja samoja avoimia rajapintoja ja komponentteja käytetään ympäri maailman. Vision toteuttaminen tulee vaatimaan sekä materiaali- että laitteistohankintoja. Osittain tätäkin silmälläpitäen vireillä on ns. Sähköautosäätiö, jonka yhtenä tehtävänä olisi nimenomaan tukea ekomponenttien ja uusien eautojen kehitystyötä. Tämän kehitys- ja tutkimustyön hedelmät olisivat kaikkien alan yritysten käytettävissä, veloituksetta. Tätä toimintaa varten on perusteilla varainkeruuyhdistys, joka riittävät varat saatuaan perustaa yo. Sähköautosäätiön. Säätiö hakee alkuun 200 000-2M euron rahoitusta voidakseen palkata 1-3 ihmistä muutaman vuoden aikajänteelle. Tuotekehityksen näkökulmasta tulevaisuus tuo tullessaan varmasti erilaisia automerkkejä ja -malleja. Samojen komponenttien tulisi soveltua käytettäväksi mahdollisimman monessa eri automerkissä, mahdollisimman pienin muutoksin. Toivottavasti tulevaisuudessa saamme mukaan yhä enemmän ja enemmän teollisia toimijoita joilla on sekä resursseja että tahtotilaa tehdä yhteistyötä avoimen Sähköautot-Nyt! yhteisön kanssa. Tulevaisuutemme näyttää sähköiseltä! Henry Palonen, Sähköautot-Nyt! yhteisön tuotekehityksen puolesta Tampereella protohallissa 10.12.2009 5