Самодельная электросистема на велосипеде

Опубликовано: 2010-02-14 16:14:00

Введение

Эту статью я пишу в помощь тем, у кого есть время и желание самостоятельно сделать свет на байке, но нет практического опыта. От желающих повторить конструкцию или сделать свою потребуется минимальный навык работы с электрикой, и несколько больший — слесарных работ. Теорию вопроса также можно посмотреть на www.realbiker.ru и zid.nm.ru (я нашел там немало полезного). Остальное — читайте ниже:)

Зачем все это было надо?

Сначала о том, откуда возникла сама идея самостоятельного изготовления осветительной системы на велосипед вместо банальной покупки в магазине фары, габаритов и установки их на байк.

Во-первых, имелись ограничения по деньгам, и затраты надо было минимизировать. Так что люди, у которых есть возможность безболезненно для кошелька купить за несколько тысяч рублей пару мощных фирменных галогенных велофонарей, никель-металгидридные батареи к ним, а также хорошее зарядное устройство, могут дальше не читать — отправляйтесь скорее в магазин, вас там уже ждут ;-).
Во-вторых, «Безопасность на дороге — прежде всего!», а у меня не было яркой велоодежды, и приобретения ее на велосезон-2006 не планировалось по тем же финансовым причинам. Соответственно, сделать меня заметным на дороге должны были фара и габарит. Про вечерне-ночные поездки все и так понятно — отсутствие нормального светового оборудования на ночном шоссе легко может стоить жизни.
В-третьих, хотелось иметь не просто фару и задний маячок, а модульную систему, позволяющую произвольно заменять отдельные ее компоненты, получая в зависимости от поставленной цели либо мощнейший свет на полчаса, либо слабый, но — на несколько суток.
В-четвертых, я люблю конструировать — так почему бы не заняться в межсезонье полезным делом?

Теория — к чему стремиться?

Перед тем, как взяться за напильник и обжимку для клемм, неплохо бы иметь представление о том, что хотим получить в итоге. Потому упомяну некоторые моменты, о которых стоит помнить при покупке деталей и сборке системы (нетерпеливые могут сразу перейти к практической части).

Основная цель

При минимуме затрат денег, времени и труда получить осветительную систему, которая была бы универсальна (не ориентироваться на конструкцию конкретного байка!), портативна и легка (без использования танковых аккумуляторов и прожекторов со стройки!), дешева в эксплуатации, обслуживании и ремонте, надежна, экономична и способна обеспечить мощное и/или долговременное освещение в пути.

Принципы построения системы

Финансовая целесообразность. Цена системы не должна превышать 1.000 руб. (без зарядника) или 1.500 руб. (с зарядником). Если выходит дороже — возникнет резонный вопрос «А не дешевле купить что-то готовое?»
Максимальная унификация. Не должны применяться редкие и нестандартные детали. В идеале все световые приборы (фара, габариты), клеммы, провода, лампы, цоколи, диоды и крепеж следует использовать отечественные автомобильные (на 12 Вольт). Нестандартные детали и устройства — только при невозможности избежать их применения.
Минимизация массы. Чем легче — тем лучше. (Особенно это относится к аккумуляторам, однако при этом они должны быть еще и дешевыми — надо искать компромисс.) Общая масса системы — не более 2 килограмм, и то — много.
Максимальная прочность. Никаких паяных соединений, хрупкой пластмассы и стекла! Байк в эксплуатации неизбежно получает удары, плюс вибрация, ветки по фаре хлещут, и прочие прелести. Соединения электрические — только клеммы, оборудование и его крепеж — металл или прочная пластмасса. Также следует избегать торчащих деталей и свисающих проводов — все, что торчит или висит, когда-нибудь будет сломано или оторвано.
Ремонтопригодность. Для примера — провода, оторванные от клеммы, можно запихнуть под нее и зажать — все будет работать. Сгоревшую лампу с автомобильным цоколем заменить на аналогичную новую стоит 5 рублей, и они продаются в любом автомагазине. Думаю, суть понятна.
Грязевлагоустойчивость. Лампы должны быть закрыты от грязи и воды с дороги. Вода в фарах не должна плескаться — могут лампы лопнуть, и возможна коррозия контактов. Все электрические соединения тоже должны быть защищены — иначе окислятся, а в сильный дождь и замкнуть может.
Экономичность. Где можно применить диоды вместо ламп — применяем. Правда, яркость света существенно уменьшается — но тут уж надо определяться, что важнее — мощность или время работы.
Модульность конструкции. Желательно, чтобы световой элемент и источник питания были не моноблоком — появится возможность не брать в дневные покатушки тяжелый аккумулятор и не демонтировать при этом фару.

Можно, наверное, еще несколько принципов упомянуть, но эти — основные, и общая концепция из них достаточно понятна. Переходим к практике.

Выбираем и закупаем оборудование

Световые элементы

Используем либо автомобильные-мотоциклетные (передняя фара от советских легких мотоциклов, мелкие круглые тюнинговые галогеновые противотуманки для ВАЗ-2110 и т.п.), либо велосипедные под автолампы, либо что-то сами изготавливаем.

Я купил в «Туристе» осенью 2005 г. набор фара — задний габарит — динамка (украинского производства, 180 руб.). Все оборудование выполнено целиком из оцинкованного/хромированного железа, в фаре центральный цоколь — стандартный автомобильный, боковой — под советскую резьбовую лампочку. На фаре есть переключатель режимов типа «ближний свет — дальний свет — ближний и дальний свет». Задний габарит также под советскую резьбовую лампочку. Крепеж проводов — пружинные зажимы. Крепеж фары и габарита на велосипед — хомутами уродского вида на рулевую трубу и подседельник. В комплекте шли провода и лампы: 2 дальнего света (12 вольт) под автомобильный цоколь, 2 резьбовых (12 вольт) — ближний свет, 1 резьбовая (2,5 вольта) — задний габарит.

В дополнение были куплены 2 светодиода в автомобильных цоколях: белый (50 рублей) и красный (20 рублей). Если ориентироваться на мощность, а не на тусклый свет в течение нескольких дней — их покупать не надо. Разные варианты ламп и диодов, которые можно использовать, представлены на фото.

Источник тока

Вот тут — самое интересное. Если остановиться на напряжении 12 вольт (а иначе и нельзя — прощай широкий выбор, дешевизна и доступность автомобильных ламп и диодов), то выбор в принципе таков: генератор-динамка, мотоциклетная свинцовая батарея, герметичная свинцовая батарея от блока бесперебойного питания, блок никель-кадмиевых (никель-металгидридных) батарей (10 штук Х 1,2 вольта = 12 вольт).

Вариант с 10 никелевыми батареями отпадает сразу — цена получается запредельная. Для примера, NH-аккумулятор форм-фактора АА (брать ААА и меньше — смысла нет) на 2,8 ампер-часа стоит около 100 рублей. 10 штук — 1000 руб. Плюс — рублей 500-800 на хорошую зарядку (а плохая — быстро угробит аккумуляторы, они весьма чувствительны к режиму заряда). Выходит слишком дорого, да еще и неудобно — батареи придется заряжать в 2-3 захода.

Генератор-динамку на 12 вольт (см. фото) я применить пытался — уж очень соблазнительна его автономность (благо, покупать не пришлось — шел в комплекте с фарой). И даже выехал с ним на «Салюте» в октябре 2005 года на ходовые испытания. А как вернулся — снял его с велосипеда навсегда. Недостатки — дополнительные затраты сил на педалирование, шум, вес, отсутствие света при остановках на светофоре — перевесили его единственное преимущество, ту самую автономность.

Единственный вариант, при котором применение генератора оправдано — автономный велопоход в глушь недели на две. В этом случае есть смысл создавать на байке мощную электросистему, сравнимую с мотоциклетной — динамка включена непрерывно и заряжает бортовой аккумулятор через диодную сборку (выпрямляем ток), лампу (ограничиваем силу тока) и регулятор напряжения (ограничиваем напряжение), а уже с аккумулятора энергия расходуется потребителями. Система сложная, тяжелая и в обычных условиях эксплуатации — совершенно не нужная. Так что про динамку забываем.

В итоге остаются кислотно-свинцовые аккумуляторы. Дешевые и некритичные к режиму заряда, хотя и тяжелые. Мотоциклетный лучше не использовать — он чувствительный к переворачиванию (может электролит потечь), а ставить байк на седло и руль мы все любим! Значит, покупаем герметичную батарею от блока бесперебойного питания. Я купил весной 2006 г. в «ЧИПиДИПе» (ул. Советской Армии в районе Экономической академии) за 300 руб. (примерно) на 12 вольт, 2,3 ампер-часа и весом в 1.5 килограмма. Клеммы — автомобильные, типа «папа».

Провода и изоляция

Провода покупаем обычные, медные, сечением 0,5-0,75 мм, гибкие, в черной (или — под цвет вашей рамы) изоляции. Достаточно 2-3 метров, стоить это будет рублей 10-20. Купить можно в автомагазине или на Птичьем рынке.

Я провода не покупал — году этак в 1999 сдернул я с заброшенной полевой телефонной линии в Сокском карьероуправлении метров 20 черного провода — отличная штука оказалась (6 медных жил, а по центру — стальная, порвать в принципе невозможно, вот только жестковаты они). Их и использовал.

Надо еще за 25 рублей прикупить катушку черной (или — под цвет вашей рамы) импортной изоленты — проводку изолировать и провода к раме прикручивать. Отечественную не берите — она чаще отклеивается и слишком толстая.

Электротехнические изделия

Понадобиться устройство, способное включать/отключать фары. Я использовал железный тумблер (стоит 25 рублей, я брал в «Туристе»), выдерживает ток до 30 ампер. Подключил его по схеме выключателя массы (т.е. он обесточивает все цепи сразу), так как для управления передним светом на фаре предусмотрен переключатель. Можно поискать мотоциклетные переключатели на руль, но — появятся лишние провода.

Нелишним является установка предохранителя. Оптимальным является одноразовый ножевой автомобильный предохранитель (см. фото) на 5 ампер в специальном гнезде (гнездо стоит около 25 руб., можно купить в «Автокрепеже» на пересечении ул. Ставропольской и ул. 22 Партсъезда). Такие предохранители стоят на «десятках», новых «Волгах», очень надежные и цена им — копейки на любом авторынке)

Соединительные элементы электрики

Без вариантов — стандартные автомобильные клеммы (см. фото). Цена в автомагазине — 50 коп. за штуку, надо штук 10 (они разные, по принципу «мама-папа», покупаете 5 одних, 5 других). Там же приобретаются силиконовые защитные колпачки на клеммы (1 руб. штука), но можно и без них обойтись — изолентой замотаете.

Прочее оборудование

Ну, аккумулятор нужно куда-то положить — соответственно, нужна подрамная сумка. Есть, правда, вариант, который я реализовал на «Салюте» — аккумулятор с выключателем массы крепится к наклонной трубе рамы парой хомутов. Однако этот вариант не лучший — эстетика нарушается, пыль, грязь и вода попадает и замыкание может случиться, а также заряжать аккумулятор придется, не снимая с велосипеда. В общем, лучше в сумку, т.е. готовьте рублей 200. Я сумку сделал сам из чехла от подарочного парфюмерного набора Fa — денежку сэкономил.

Потом, аккумулятор периодически заряжать надо. Хорошо тем, у кого есть компактный зарядник для автомобильного аккумулятора — можно использовать его, ограничив резистором зарядный ток и четко соблюдая время заряда. Я байк дома на балконе держу, а зарядник весом в 30 кг. у меня в гараже на стене висит — пришлось искать альтернативу.

Альтернативой стал старый китайский блок питания с регулируемым напряжением (см.фото). Из-за своего «качества» в режиме «12 вольт» он реально дает 13-15, что нам и надо (при токе в 0,1 ампера).

К «плюсовому» выводу присоединяем мощный германиевый диод (это гарантия, что при падении напряжения на заряднике ток не потечет в обратном направлении, т.е. от аккумулятора), затем светодиод (это — индикация заряда), затем лампа (она защищает светодиод, грубо ограничивая зарядный ток), затем резистор (нужен для точного ограничения тока до 0,02 ампера). Током в 0,02 ампера аккумулятор будет заряжаться очень долго (при емкости в 2,3 ампер-часа — 115 часов или 5 суток), зато его можно не выключать никогда — перезаряда не будет. Для быстрой зарядки сильно «посаженного» аккумулятора предусмотрено подключение к нему зарядки в обход цепи «диод-светодиод-лампа-резистор», но тут уж нужно следить за временем и в нужный момент перейти на обычный режим заряда. Ниже — схема.

Я все же рекомендовал бы купить самый дешевый автомобильный зарядник — это проще, чем делать самому, да и не у всех дома валяются диоды, резисторы и старые блоки питания. Рублей 500 это будет стоить, наверное. Я не потратил ни копейки, но это мне просто повезло — у меня нашлось все необходимое оборудование.

Сборка, монтаж и подключение

Инструменты

Приступая к сборке системы, надо бы иметь некоторые инструменты. Я перечислю то, чем пользовался сам. Если без каких-то можно обойтись — это будет указано. Если их можно чем-то заменить — будет указано чем (и чем это грозит).

Дрель со сверлами, ножовка по металлу или «болгарка», надфили, электроточило — понадобятся, когда будете делать самопальные кронштейны для фар/габаритов из металла. Если подыщите готовый крепеж, можно будет обойтись без них.
Зачищалка (см. фото, инструмент с зелеными ручками). Комбинированный инструмент, сочетающий хорошие кусачки (провода перекусывать) и калиброванные отверстия (для снятия изоляции с проводов). Для целей резки проводов может быть с успехом заменена кусачками, ножницами, ножом, топором — в общем, любым режущим инструментом. Для целей зачистки вполне применим нож, лезвие безопасной бритвы, ножницы (можно попробовать зубами, если их не жалко).
Обжимка (см. фото, инструмент с красными ручками). Специальный инструмент для обжатия автомобильных клемм. Достаточно дорогой (от 300 руб.) и редкий инструмент (спросите у знакомых автоэлектриков — может, дадут). Видел и дешевле в «Кастораме», но «левый» — вполне возможно, на раз-другой пойдет и такой. Я купил за 300 руб. самый дешевый нормальный, ибо замена панели приборов на УАЗе своими силами без него превратилась бы в акт мазохизма. Может быть заменен пассатижами, но качество обжима сильно снизится. В общем, думайте сами:)
Ножницы — резать изоленту. Наверняка есть у каждого, так что используйте. Рвать изоленту руками не советую — перед разрывом она растягивается, становится белесой — выглядит не эстетично.

Механические работы

Начинаем с монтажа фары. Я испытал два варианта крепления на «Салюте» и два — на «Мериде».

На «Салюте» первоначально фара крепилась на кронштейн для катафота (см.фото).

После трех покатушек кронштейн от вибрации лопнул прямо на ходу, и фара повисла на проводах. Затем (см. фото) фара была установлена на родной кронштейн, где успешно и пребывала до замены «Салюта» на «Мериду».

На байк стандартный кронштейн фары просто не встал. Пришлось извратиться и поставить на вынос пластиковый хомут (от заднего штатного катафота «Мериды»), а на него, поверх руля — фару (см. фото).

Конструкция не очень удачная — стало невозможно перевернуть и поставить байк на руль и седло, фара потеряла электрический контакт с корпусом (пришлось протянуть дополнительный провод), от вибрации фара периодически наклонялась вперед.

Когда это безобразие мне надоело, я взял полосу нержавейки толщиной 1 мм., согнул из нее хомут на верхнюю трубу рулевой колонки, просверлил отверстия для болтов и подвесил фару к получившемуся кронштейну (см.фото).

Крепеж очень надежный, хотя и не слишком эстетичный. Да, фару пришлось перевернуть «вверх ногами», но, благо, она круглая, и на распределение света это не повлияло.

Вариантов монтажа заднего габарита было два — оба достаточно удачные. На «Салюте» задний габарит крепился в отверстие, просверленное в заднем прутке багажника (см. фото).

Вариант весьма надежный, и когда багажник был переставлен на байк, габарит отправился вместе с ним. Но на байке, в отличие от «Салюта», не было дорожных крыльев, и габарит постоянно забрызгивало грязью. Поэтому после установки на «Мериду» крыльев и демонтажа багажника габарит был переставлен на подседельный штырь — «как у всех» (см. фото).

Поскольку хомут был использован пластиковый — пришлось бросить дополнительный «минусовой» провод от ближайшего винта на раме к корпусу габарита.

Аккумулятор изначально был сблокирован с тумблером-выключателем массы и установлен через резиновую прокладку на наклонной трубе рамы «Салюта» с помощью хомутов (см. фото).

Собственно, сама форма аккумулятора этому весьма способствовала. Однако о недостатках такого варианта крепления было уже сказано ранее. Поэтому на «Мериде» аккумулятор уже размещался в подрамной сумке, а выключатель массы и предохранитель — болтались в той же сумке рядом с аккумулятором на проводах. Схема эта оказалась достаточно удачной и претензий не вызывала.

Электромонтажные работы

Моя схема проводки приведена на рисунке, и состоит из четырех участков (не считая двух проводов «массы», соединяющих корпуса фары и габарита с рамой), которые пронумерованы:

Минусовая клемма аккумулятора — Выключатель массы — Рама велосипеда
Плюсовая клемма аккумулятора — Гнездо предохранителя — Распределительная клемма
Распределительная клемма — Задний габаритный фонарь
Распределительная клемма — Передняя фара

В принципе, эта схема — необходимый минимум, и она может быть безболезненно изменена для подключения дополнительных потребителей. Главное — не подключать ничего в обход выключателя массы и предохранителя.

Определившись со схемой, прикидываем размещение фары, габарита и аккумулятора на раме, и отрезаем соответствующей длины провода. Отрезав нужные куски проводов, заводим контакты в фару и габарит — в зависимости от их конструкции, понадобиться зачистить концы и либо поместить их под пружинный зажим, либо зажать винтом, либо обжать соответствующую клемму и одеть ее на ответную часть в фаре/габарите.

Затем с помощью автомобильных клемм и обжимки формируем остальные ветки проводки.

Последний этап — аккуратно протягиваем провода из подседельной сумки по раме к фаре и габариту так, чтобы они не мешались и были незаметны, и прихватываем их изолентой в два-три оборота. Соединяем все контактные пары (не перепутайте полярность — диоды угробить при обратном включении можно запросто), где нужно — изолируем.

Затем проверяем работу: включаем-выключаем свет, переключаем режимы. Проверяем также надежность крепления всех элементов и проводов. Можно просто руками подергать, но лучше — съездить в тестовую покатушку (днем, разумеется), при этом желательно фару и габарит не выключать всю дорогу, а маршрут выбирать по самым ухабистым грунтовкам. По возвращении замеченные недостатки нужно будет устранить.

Опыт эксплуатации, возникшие проблемы и перспективы модернизации

Эксплуатация

Система эксплуатировалась весь сезон 2006 года — с апреля по сентябрь. При движении по трассе фара и габарит были включены независимо от времени суток (кроме дней с ярким солнцем) — с целью стать заметным для автомобилистов и не быть сбитым машиной. Полноценная ночная покатушка была одна. В темноте свет фары достаточно яркий, желтоватого оттенка (поскольку лампы обычные — не криптонки/галогенки), равномерное овальное пятно, вытянутое вперед.

Первоначально в фаре использовалось сочетание «дальний свет — диод, ближний свет — лампа», причем диод днем почти бесполезен и потому обычно не включался. Яркость света можно оценить по фотографии.

Затем я перешел на штатные лампы в обоих цоколях. Прирост яркости при использовании в цоколе дальнего света лампы и одновременном включении ближнего и дальнего весьма значителен, на фото это видно.

Задний габарит эксплуатировался в вариантах с диодом и лампой. Яркость лампы — отличная, диода — так себе (в темноте, впрочем, вполне сойдет). По фото можно оценить яркость с лампой — снято дождливым днем.

Лампы ни в фаре, ни в габарите не перегорали — видимо, это заслуга стабильного напряжения, выдаваемого аккумулятором.

Разрядить аккумулятор «в ноль» мне на покатушках не удалось ни разу. В среднем время работы фары на максимальном режиме было час-полтора (типа 45 минут по трассе с фарой до Управы, там по лесу без фары, и еще 45 минут с фарой — обратно). Запас энергии в аккумуляторе я бы оценил на полтора-два часа при максимальной мощности света.

Проблемы

Большинство возникших при эксплуатации проблем были связаны с несовершенством технических решений, примененных при сборке системы. А проще говоря, периодически всплывали некоторые «косяки», которые устранялись в процессе эксплуатации.

Основные сложности были связаны с невысоким качеством изготовления фары. Подпружиненные контакты ламп иногда ослаблялись (и лампы гасли). Из-за слабой защелки, удерживающей стекло фары, оно пару раз открывалось на ходу. Переключатель режимов изначально работал нечетко.

Проблемы решались периодической переборкой фары. Контакты поджимались пассатижами, защелка была заменена на пластину с болтами и гайками, в переключателе режимов была заменена изолирующая прокладка. После этого фара стала работать более-менее надежно.

Единственная не побежденная до конца беда — иногда пропадает «масса» на фаре. Лечится ударом по корпусу. Помогает сразу и до конца поездки.

Были также пара случаев обрыва проводов в местах обжатия клемм (из-за резких рывков при ударе по сумке) — устранялось тут же засовыванием оборванного конца под зажим клеммы.

Короткое замыкание было одно — сам виноват, замкнул отверткой плюсовой контакт фары на корпус, когда крепеж подтягивал. Предохранитель защитил провода, но сам, разумеется, сгорел — пришлось поменять, благо это быстро и недорого.

Модернизация

На момент написания статьи в целом я системой доволен. Однако «лучшее — враг хорошего», поэтому перечислю ряд усовершенствований и доработок, которые можно (или даже нужно) осуществить.

Имеется возможность установки вместо лампы заднего габарита и основной лампы фары диодов в автомобильных цоколях. Они есть в продаже по 15 и 50 руб. соответственно. Диоды лучше брать матовые. Энергии при таком раскладе хватит на 2,5 дня непрерывной работы (проверено на практике стендовыми испытаниями). К сожалению, при использовании диодов существенно падает яркость света. Возможное использование — медленно пробираться ночью по лесным тропинкам в течение многих часов.
Можно существенно увеличить мощность света. Для этого покупаем в хозтоварах светильник для подсветки прилавков, представляющий из себя патрон (под галогенку) в металлической гильзе и со струбцинкой, и комплектуем его галогенкой с рефлектором на 12 Вольт (20 Ватт, 30 рублей, ближайший магазин). Крепим все это хозяйство на руль. При подключении к системе одной или двух таких галогенных ламп с отражателем вполне реально получить свет, сравнимый с автомобильным по мощности. Главный недостаток при этом — время работы не более получаса. Возможное применение — быстро промчаться в темноте по короткому участку маршрута.
Поскольку имеющаяся у меня фара — далеко не лучшего качества, полезно присмотреть ей более приличную замену. В качестве варианта — фонарь заднего хода от УАЗа, показанный на рисунке.
Из разряда извращений — установка автомобильного звукового сигнала (вибрационный, от «Жигулей» — на раму плюс кнопка для его включения — на руль), а также поворотников. Установка поворотников потребует купить: реле поворотов (самое примитивное автомобильное), переключатели на руль (от мотоцикла), сами корпуса поворотников с цоколями и лампами (от мопеда), провода. Эффективность от этих усовершенствований весьма сомнительна, зато трудоемкость их осуществления весьма велика. Тем не менее, электросистема позволяет иметь и то, и другое — было бы время и желание ;-)

24.03.2007