Design and implementation of a high-performance pedal assisted e-bike using open source VESC technology with a custom Arduino-based Front-End

Abstract

Aquest projecte se centra a investigar i redissenyar una bicicleta elèctrica per millorar-ne el rendiment, tant en potència bruta com en versatilitat. Per fer-ho, reciclo una bicicleta elèctrica que he estat utilitzant personalment: la NCM C5, fabricada per una marca alemanya que distribueix els seus productes a nivell internacional.

La part electrònica com el controlador del motor i la pantalla es reemplaça gairebé del tot. En canvi, es reutilitzen components com el motor, els sensors i els llums davanters. Les bicicletes elèctriques, en general, estan construïdes amb una estructura més robusta que les mecàniques tradicionals gràcies al sistema d'assistència al pedaleig fent que el pes no sigui un problema i que el xassís estigui més ben preparat per resistir impactes. El nou sistema de control combina una placa Arduino Nano amb el conegut microprocessador ATmega328P, programat en C++ a Arduino IDE, amb un controlador VESC 75100 v2. Aquest VESC es pot configurar a través de VESC Tool, un programari de codi obert creat per Benjamin Vedder, disponible tant per a Android com per a ordinadors amb Windows 10 o 11. La bateria serà millorada des de 36V a 48V.

Hi ha una comunitat enorme al voltant del VESC, amb fòrums, tutorials i entusiastes portant el maquinari al límit. Per tant, aquest projecte no sols busca millorar el rendiment de la bicicleta, sinó també servir com una guia pràctica per als qui tinguin una mica de base en electrònica i vulguin adaptar la seva pròpia bicicleta elèctrica, integrant sensors i accessoris originals en una configuració personalitzada.

Este proyecto se centra en investigar y rediseñar una bicicleta eléctrica para mejorar su rendimiento, tanto en potencia bruta como en versatilidad. Para ello, reciclo una bicicleta eléctrica que he estado utilizando personalmente: la NCM C5, fabricada por una marca alemana que distribuye sus productos a nivel internacional.

La parte electrónica como el controlador del motor y la pantalla se reemplaza casi por completo. En cambio, se reutilizan componentes como el motor, los sensores y las luces delanteras. Las bicicletas eléctricas, en general, están construidas con una estructura más robusta que las mecánicas tradicionales gracias al sistema de asistencia al pedaleo haciendo que el peso no sea un problema y que el chasis esté mejor preparado para resistir impactos. El nuevo sistema de control combina una placa Arduino Nano con el conocido microprocesador ATmega328P, programado en C++ en Arduino IDE, con un controlador VESC 75100 v2. Este VESC puede configurarse a través de VESC Tool, un software de código abierto creado por Benjamin Vedder, disponible tanto para Android como para ordenadores con Windows 10 u 11. La batería será mejorada desde 36V a 48V.

Hay una comunidad enorme en torno al VESC, con foros, tutoriales y entusiastas llevando el hardware al límite. Por lo tanto, este proyecto no solo busca mejorar el rendimiento de la bicicleta, sino también servir como una guía práctica para quienes tengan algo de base en electrónica y quieran adaptar su propia bicicleta eléctrica, integrando sensores y accesorios originales en una configuración personalizada.

This project aims for the research and design of an upgraded electric bicycle making it perform better in terms of raw power and versatility. It involves an e-bike I personally have been using which goes by the name NCM C5. NCM is a German company that sells their products internationally. The electronics such as the motor controller and the display are essentially overhauled.

As e-bikes are generally built much more robust than normal mechanical ones thanks to the pedal assist, weight is of no issue, hence the structure is much stronger and much more capable of handling impacts. The motors, sensors and the front lights are reused. The controller would be the union of an Arduino Nano that incorporates the mostly known microprocessor ATMEGA328P programmable in Arduino IDE C++ language and a VESC controller, version 75100 v2 that is programmable through an open-source software named VESC Tool available in an Android smartphone or in a computer(W10-W11) made by the author himself, Benjamin Vedder. The battery will be upgraded from 36V to 48V.

There’s a huge community around the VESC: tons of forums, guides, and people pushing the hardware to its limits. This project is meant to be part upgrade, part guide something that can help anyone with a bit of electronics knowledge get started with VESCs and learn how to hook up all the sensors and accessories from a stock e-bike into a custom setup.