Många av oss har en relation till radiostyrda (RC) bilar från barndomen, eller vuxenlivet. Ofta som den första upplevelsen av att själv styra ett fordon. Inom RC finns det allt från enklare leksaker för några hundralappar, till mycket avancerade RC bilar med en prislapp på över 10 000 kr och en toppfart på över 160 km/h [1]. För RC bilar har elektrifiering varit mer norm än undantag, där pris, användarvänlighet och prestanda har varit viktiga faktorer. En del teknik har också testats på den elektrifierade RC plattformen. Teknik som med uppskalning kan användas i andra typer av fordon. Mängder av fordonstyper är idag radiostyrda (bilar, båtar, flygplan, motorcyklar, helikoptrar och drönare). Dagens nyhetsbrev är dock fokuserat på RC bilar och dess elektrifierade utveckling.
Modulära plattformar och olika drivlinor
RC bilar är med några få undantag en modulär plattform, där användare själv kan uppgradera drivlina, hjulupphängningar, elektronik och andra komponenter. Denna uppgradering kan ske direkt vid köp eller på eftermarknaden. Det finns därför ett stort antal komponenttillverkare som konkurrerar genom ständiga förbättringar.
För RC bilar finns det i huvudsak tre drivlinor:
- El: Antingen borstade eller borstlösa motorer
- Nitro: En förbränningsmotor som drivs av en blandning av Nitrometanol och olja
- Bensin: Vanligen en blandning av blyfri bensin och tvåtaktsolja
Av dessa tre är el och Nitro vanligast då bensinmotorerna endast återfinns i större och dyrare modeller. Det har även gjorts kommersiella försök (ej framgångsrika) med små RC anpassade bränsleceller, där tillverkaren lovade upp till fyra gånger så lång körtid jämfört med batteridrift [2].
RC bilar var tidigt drivna av el
Den första RC bilen byggdes 1966 av det italienska företaget Elettronica Giocattoli, driven av en Nitromotor [3]. Fram till mitten av 1970-talet var Nitromotorer dominerande. Den första eldrivna RC bilen lanserades av Japanaska Tamiya år 1976. Från början var RC bilarna endast av racingmodell dvs avsedda för slät asfalt. Under slutet av 1970-talet introducerades mer ”off-road” betonade bilar med avancerad stötdämpning och texturerade gummidäck [3]. Under den stora ”RC boomen” under 1980-talet skedde snabb teknisk utveckling, t ex lyckades en eldriven RC bil år 1989 hålla en snitthastighet av 92 km/timmen på en ovalbana [4].
Eldrivna RC bilar har sedan sin introduktion dominerat leksakssegmentet, bland annat på grund av dess enkelhet och låga kostnad. I de mer avancerade hobbysegmenten hade Nitrodrivna RC bilar sin storhet under 1990-talet [3]. Idag är eldrivna RC bilar mer populära även i de mer avancerade segmenten men många entusiaster fördrar Nitro på grund av dess motorljud, samt för de mekaniska modifieringsmöjligheterna [5]. De flesta RC tillverkare är privatägda vilket innebär en begränsad tillgången av försäljningsstatistik. De största marknaderna för RC bilar har dock uppskattats vara USA (50 %), Japan (25 %) och EU + övriga världen (25 %) [6].
Batterier och elmotorer
Dagens elektriska RC bilar är långt mer avancerade än de första bilarna som kom på 1970-talet. På batterisidan har flera skiften skett där den första var från Nickel-Kadmium (NiCd) till Nickel-Metallhydridbatteri (NiMH) i slutet av 1990-talet.
Under mitten av 2000-talet blev RC bilar en av de första applikationerna för Litium-Polymerbatterierna (Li-Po) vilket numera är de-facto standard för mer avancerade RC modeller och drönare [6]. Li-Po skiljer sig från Li-jon på så sätt att elektrolyten är i gelform istället för flytande [7]. Li-Pos har lägre vikt och är enklare att forma till önskat format [7]. Dock har Li-jon vanligen högre energidensitet och är signifikant billigare än Li-Po [7]. Inom bilindustrin har inte Li-Po batterier fått samma genomslag, undantag är Hyundai gruppen och Bolloré. Det finns flera tänkbara anledningar till att Li-Po-batterierna blev populära inom RC. T ex började entusiaster inom RC flyg tidigt att experimentera med Li-Po, då låg vikt är av stor betydelse för flygmaskiner. Därifrån spred sig Li-Po vidare till andra RC fordon [8]. En annan potentiell fördel med Li-Po var möjligheten att göra batteripacken med samma voltstyrka (7,2V) som de tidigare NiCd och NiMH-batteripacken. Vilket gör en eftermontering till Li-Po på befintliga RC fordon okomplicerat [8]. En nackdel med Li-Po jämfört med NiMH är dess kortare livslängd 150 – 200 laddcykler jämfört med ca 1000 laddcykler för NiMH [9].
På batterisidan har nu ytterligare en litiumbaserad kemi kommit till RC; litium-järnfosfat (LFP) batterier – dvs. ett Li-jonbatteri med LFP som katod. Detta är samma typ av batteri som finns i många hybrid- och elbussar, framför allt i Kina och även i många handhållna elverktyg. LFP-batterier anses säkrare och har en mer stabil urladdningskurva jämfört med Li-Po [10]. Nackdelar är lägre energitäthet och lägre spänning per cell [10], vilket är en anledning till att LFP främst används till drivning av mindre elmotorer som RC-bilars styrservo [8].
Ungefär samtidigt som övergången till Li-Po skedde även ett skifte av elmotorer. Från borstade till borstfria elmotorer [8]. Den borstade motorns har kortare livslängd, sämre energieffektivitet och mindre effekt jämfört med borstfria motorer [11]. En starkt bidragande orsak till detta är friktionen mellan borstar och kommutator i den borstade motorn. I den bortslösa motorkonstruktionen kan också kopparlindningarna vara större då de är placerade på utsidan, vilket möjliggör högre effekt [10]. I dess mest extrema variation i t ex Traxxas XO-1 utvecklar den bortslösa motorn 3,5 hk vilket ger XO-1 ett lägre vikt/effekt förhållande än Bugatti Veyron (1,72kg/hk jämfört med 2kg/hk) [12].
Både borstade elmotorer och NiMH batterier finns dock kvar i de billigare segmenten av RC bilar.
Egen kommentar
Marknaden för RC bilar har historisk varit väldigt dynamisk med frekventa teknikskiften. I min research slogs jag av hur stark Gör-Det-Själv andan är inom RC. Modulära plattformar som möjliggör uppgraderingar och byten av komponenter verkar vara praxis i RC branschen. På så sätt främjas experimentering av både användarna och komponenttillverkare. En ny batterikemi kan t ex enkelt testas på befintliga bilar så länge storleken och strömstyrkan är kompatibelt med rådande standard. I och med att komponenterna är små och relativt billiga kan även dyrare tekniker få genomslag.
Inom innovationsforskningen och inom produktutveckling är ”Open-Innovation” ett starkt framväxande begrepp. Något förenklat betyder det att fler intressenter än företagens utvecklingsavdelningar kan/bör vara involverade i produktutveckling. RC branschens öppna plattformar, aktiva komponentleverantörer och kreativa användare ser ut att vara ett bra exempel på hur ett öppet innovationsklimat kan se ut i praktiken.
Källor
[1] Traxxas XO-1. länk
[2] länk
[3] RC Roundup. länk
[4] RC Car Tips. länk
[5] RC Roundup. länk
[6] Intervju med Kaj Koivurant den 13 augusti, Ordförande för Radiostyrd Bilsport på Svenska Bilsportsförbundet
[7] Battery University. länk
[8] Intervju med Björn Lans den 13 augusti, Ägare till Björnes Garage (återförsäljare av RC fordon)
[9] Li-Po guide. Rogers Hobby Center. länk
[10] Rechargeable Lithium Batteries, Electropaedia, länk
[11] What’s so great about brushless motor power tools? Popular Mechanics, 12 jan 2018. länk
[12] Tesla P85D vs Traxxas XO-1. Top Speed, 1 juli 2015. länk