Arduino DriveControl - Realistisches Fahrverhalten mit einfachen Fahrtreglern inkl. Tempomat

[gismow]

Moin, moin...

Nach langer Bastelei ist meine erste Version der "DriveControl" Platine fertig. Der Grundgedanke war eine möglichst realistische Fahrweise für den Truck zu entwickeln. Als Ziel hatte ich einem Tamiya TEU 101BK Manieren beizubringen. Der Regler hat eine Bremsfunktion, d. h. aus der Gasrichtung kann man nicht sofort in den Rückwärtsgang. Man muss erst einmal nach hinten, wieder in die Mitte und erst dann fährt der Regler auch rückwärts. Das schont die Getriebe von schnellen Flitzern in den Händen von Spielkindern.

Wenn man an den meisten Fahrtreglern den Gashebel direkt nach vorne legt oder abrupt loslässt jagt das Modell los bzw. bleibt abrupt stehen. Weiterhin ist die Lenkung gerade bei höheren Geschwindigkeiten nicht sehr realistisch da zu schnell. Heraus gekommen ist ein Modul mit folgenden Features:

- Verzögertes Beschleunigen bzw. Abbremsen (Motorbremse) - Aus dem Stand in Vollgas dauert ca. 5 Sekunden mit gleichmäßiger Beschleunigung. Gleiches beim Bremsen
- Zusätzliche Bremsfunktion um die Verzögerung zu beschleunigen (Bremse treten)
- Notbremsfunktion falls notwendig um das Modell sofort zum Stehen zu bringen
- "Heavy Load" Modus - Das Beschleunigung und dauert länger und der Bremsweg verlängert sich um eine schwere Ladung zu simulieren. Diese Funktion kann über die Funke oder über einen Schalter auf Masse aktiviert werden.
- Geschwindigkeitsabhängige Lenkung. Je schneller man fährt desto träger wird die Lenkung.
- 2 FahrModi
- "Standard" : Enspricht dem normalen Handling, Vorwärts = Gas, Rückwärts = Rückwärts fahren - Die Bremsfunktion des Reglers wird still bedient, d. h. man kan mit der Steuerung direkt regeln.
- "Schaltung" : Über einen zusätzlichen Kanal (3-Positionen Schalter) schaltet "Vorwärts", "Neutral" und "Rückwärts". Schaltet man in Neutral bremst das Fahrzeug automatisch bis in den Stand ab. In "Neutral" kann man mit dem Gas spielen während das Fahrzeug stehen bleibt. In diesem Modus gibt man nach Gas in die gewählte Richtung und nach hinten bremst man bis in den Stand.
- Tempomat : Diesen Tempomat habe ich dem Verhalten unseres Opels nachempfunden. Während man fährt aktiviert man ihn und die Geschwindigkeit wird gehalten. Über 2 Funktionen kann man die Geschwindigkeit des Tempomaten schrittweise anheben oder absenken. Abgeschaltet wird der Tempomat entweder über eine Funktion oder wenn gebremst oder geschaltet wird. Betätigt man die "Schrittweise absenken" Funktion bei deaktiviertem Tempomat, wird der Tempomat automatisch wieder mit der zuletzt gesetzten Geschwindigkeit aktiviert und das Fahrzeug wird dieser Geschwindigkeit angepasst. Ist der Tempomat aktiv, kann man kurzfristig Gas geben und wenn man den Knüppel wieder los lässt fällt das Fahrzeug wieder auf die Tempomatgeschwindigkeit zurück.
- Ansteuerung von bis zu 4 Servos. Hierbei wird die Lenkung an alle 4 Servos geschickt. Für jeden Servo kann man eine prozentuale Reduzierung definieren und ob sie sich entgegen gesetzt bewegen sollen. So kann man rein theoretisch einen Autokran mit 4 Lenkachsen simultan über einen einzigen Lenkkanal steuern.

Die Konfiguration der Servos soll später über ein Computerprogramm einstellbar sein, auch die Trägheit der Beschleunigung/Bremsung soll einstellbar sein.

Hier mein Versuchsaufbau (recht chaotisch)



Die Platine mehr im Detail



Aktuell ist im Wohnzimmer noch Fernsehzeit für Junior. Später werde ich dann man ein Video drehen um die Funktionen zu verdeutlichen.

So, das war es erst einmal

 

[kreuzberg]

Hallo,
Ich habe keine Ahnung wie du das gemacht hast, aber es liest sich wie ein Krimi.
Bin auf das Video gespannt.

Grüße

Andreas

 

[brummbaer_balou]

Na, da hat sich aber einer was tolles einfallen lassen. Bin auch schon aufs Video gespannt. Weiter so.

 

[TOVO]

Wow, Peter, das ist ja mal ein Werk! Da ich auch so langsam anfange zu programmieren (allerdings nicht auf Arduino-Basis), kann ich ungefähr abschätzen, was da für ein Aufwand dahinter steckt... Unglaublich, bin gespannt auf das Video!

 

[gismow]

Moin, moin...

Hier das versprochene Video. Die Behandlung der Bremsfunktion muss nochmal geprüft werden. Der Tempomat sprang nicht sofort an, da es recht schwierig ist mit einer Hand 2 Knüppel zu bedienen ?wegl

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[Moppy82]

Hut ab!

Wahnsinn!

10

 

[casch]

Hallo, super Idee!
Ich finde nichts schlimmer als "unrealistische" Fahrmanöver

Hut ab, da hast Du was wirklich tolles auf die Beine gestellt!

 

[gismow]

Moin, moin...

Ich habe gerade den Grund gefunden warum im Video die Behandlung der Bremsfunktion nicht funktionierte. Ich habe eine Steckverbindung über die man dem Programm sagt ob die Bremsfunktion an oder aus ist. Dieser Verbindung fehlt leider noch eine Masseleitung. Somit wurde trotz gesteckter Verbindung die Berücksichtigung der Bremsfunktion nicht aktiviert.

Morgen wird das behoben und dann funktioniert es wie gewünscht.

 

[Flori]

Das sieht sehr gut aus. Da steckt viel Arbeit drin.

Die Trägheit und das Verhalten unter Last sind sehr interessant.

Planst du den Sketch zu zeigen oder bleibt der Code bei dir?

Sound ist auch über den Adruino gelöst oder ist da noch was anderes im rennen?

 

[DO1XXY]

Moin Peter,

genial gemacht. Selber bin ich auch ein Anhänger des realen fahrverhaltens (Anfahren, Bremsen und verzögertes lenken. Bisher gab es keinen Baustein der das Fahrverhalten inkl. der Lenkverzögerung beinhaltete. Bisher habe ich immer das Fechtner Servodelay, Fahrregler von Conrad (Carbon Serie) oder von Servonaut verbauen müssen. Wenn Dein Fahrregler "auf den Markt kommt" lässt sich auf jeden fall schon einmal raum sparen.

ich wünsche Dir weiterhin viel Erfolg bei der Erfüllung des Pflichtenheftes.

Gruß
Armin de DO1XXY

 

[Phil_ch]

Cool gemacht. gefällt mir sehr.

Wäre eine ideale Umbaulösung für bestehende normale Fahrtregler.

Dass es dass aber noch nicht gibt stimmt so nicht ganz...
Der K40 von Servonaut bietet das meiste aber schon so an.(Tempomat, begrenzte Beschleunigung, Lenkung abhängig von Geschwindigkeit, jedoch nicht die Möglichkeit 4 verschiedenen Servos)

 

[nikolaus10]

Hallo

Zitat:"......Der Regler hat eine Bremsfunktion, d. h. aus der Gasrichtung kann man nicht sofort in den Rückwärtsgang. Man muss erst einmal nach hinten, wieder in die Mitte und erst dann fährt der Regler auch rückwärts. Das schont die Getriebe von schnellen Flitzern in den Händen von Spielkindern....." Zitatende

Das ist die Funktion die mich bei den meisten Fahrtreglern wirklich stoert (besonders im Gelaende, beim Rangieren oder Crawlen).
Ich will mein Modell steuern und nicht "mein Fahrtregler meint mein Modell besser zu kennen und macht was ER will "

Trucks sind keine "schnellen Flitzer", so ein Fahrverhalten stellt man am besten in der Fernsteuerung ein.

Nur meine bescheidene Meinung.

 

[gismow]

Hallo

Zitat:"......Der Regler hat eine Bremsfunktion, d. h. aus der Gasrichtung kann man nicht sofort in den Rückwärtsgang. Man muss erst einmal nach hinten, wieder in die Mitte und erst dann fährt der Regler auch rückwärts. Das schont die Getriebe von schnellen Flitzern in den Händen von Spielkindern....." Zitatende

Das ist die Funktion die mich bei den meisten Fahrtreglern wirklich stoert (besonders im Gelaende, beim Rangieren oder Crawlen).
Ich will mein Modell steuern und nicht "mein Fahrtregler meint mein Modell besser zu kennen und macht was ER will "

Trucks sind keine "schnellen Flitzer", so ein Fahrverhalten stellt man am besten in der Fernsteuerung ein.

Nur meine bescheidene Meinung.

Moin Klaus,

Die Idee entstand weil ich noch einen TEU 101BK hier liegen hatte und ein K40 trotz all seiner genialen Features preislich überhaupt nicht in Frage kam.

Da der TEU seitens Tamiya in kleine Rennwagen verbaut kam ich auf die Bezeichnung "kleine" Flitzer. Damit war kein Truck gemeint.

Die Bremsfunktion habe ich implementiert da dieser Regler sie eben hatte. Später habe ich gelesen dass man sie am Regler auch abschalten kann. Nu ist es drin und stört auch nicht.

Grundidee für die Entwicklung war es einen solch preiswerten und teilweise doch recht ruppigen TEU Regler ein sanftes Fahrverhalten zu verpassen. So kann man mit geringen finanziellen Mitteln einem Truck halbwegs realistisches Verhalten verpassen.

Beispiel: TEU Regler zusammen mit der Platine deckt 80% der Features eines K40 ab. Die Gangschaltung des K40 brauche ich eh nicht (Unterflurmotor) und das Licht kommt von Beier. Schon habe ich über 350€ gespart. Das ist ein kompletter Bausatz für einen 2-Achser mit Kugellagersatz und Servo.

Bitte nicht falsch verstehen, der TEU kommt mit seinen Leistungen nicht ansatzweise an z. B. Servonaut oder Modellbau-Regler.de heran, aber mit der Platine mache ich ihn nutzbar für Trucks. Das war das Ziel. Nicht Konkurrenz, sondern die Schaffung einer preiswerten Alternative.

 

[gismow]

Die Platine bzw. das Programm haben mittlerweile ein Update erfahren.

Im oberen Bereich der Platine sind einige Widerstände und Transistoren hinzu gekommen sowie eine Klemmleiste. Diese Zusätze erweitern die Platine um folgende Ausgänge:
- Bremslicht
- Rückfahrscheinwerfer
- Anschluss eines Kabels zu einem Eingang am Beier Modul.

Warum die ganze Arbeit...

Die Platine verändert ja die Art und Weise wie der Truck gesteuert wird. Es gibt 3 Arten der Bremse.
1. Motorbremse: Der Truck wird langsam abgebremst, die Bremslichter sollen aus bleiben
2. Bremsung: Das Bremslicht soll an gehen und so lange brennen wie der Fahrer die Bremse betätigt.
3. Notbremsung: Das Bremslicht flackert/blitzt im schnellen Rhythmus

Die Brems-LED kann zusätzlich noch über ein Poti gedimmt werden. Dies war notwendig da ich die gleichen LEDs für Nebellicht und Bremslicht nehmen musste. Sie sollen ja unterschiedlich aussehen.

Der Rückfahrscheinwerfer sowie der Rückfahrton darf nicht aus dem Soundsignal ermittelt werden, da die Platine eine Gangart "Neutral" hat. Der Scheinwerfer und der Sound dürfen erst aktiviert werden wenn explizit in den Rückwärtsgang geschaltet wird. Wird wieder in Neutral oder Vorwärts geschaltet muss beides sofort deaktiviert werden.

Daher habe ich die Platine um 3 Ausgänge erweitert.
1. Ein Anschluss für Bremslichter
2. Ein Anschluss für den Rückfahrscheinwerfer
3. Ein Anschluss für ein Verbindungskabel zu einem Eingang am Beier Modul.

Am Beier Modul musste der Rückwärtssound vom angestammten Platz entfernt werden, er soll ja nicht mehr vom Beier gesteuert bei Rückwärtsfahrt gespielt werden. Er wurde auf einen Zusatzsound gelegt und dieser einem Eingang zugeordnet. Wenn der Rückwärtsgang eingelegt wird, schaltet die Platine die entsprechenden LEDs ein und zieht über den dritten Ausgang die Leitung zum Beier Eingang auf Masse. Somit beginnt das Beier Modul den Sound zu spielen.

Weiterhin hat die Lenkung ein Update erfahren. Wenn der Truck steht lenkt die Lenkung stark verzögert. Im wahren Leben kann man eine Lenkung auch nicht im 50ms von Anschlag zu Anschlag bringen. Sobald der Truck fährt ist diese Funktion abgeschaltet, denn dann reagiert sie ja geschwindigkeitsabhängig.

 

[gismow]

Es gibt eine neue, erweiterte Version

Moin, moin...

In den Weihnachtsfeiertagen bin ich endlich mal wieder zu etwas gekommen. Vielen Dank dafür an meine Familie...

Die Fahrplatine hat einige Umbauarbeiten erhalten und besteht nun aus 5 einzelnen Komponenten
- Die zentrale Platine
- Der Empfänger
- Die Steuerplatine für die Servos
- Eine Anschlussplatine für die Servos
- Eine Kontrollplatine mit Status LEDs für verschiedene Funktionen





Stolz bin ich auf meine erste Löterei mit SMD Bausteinen. Es hat tatsächlich funktioniert, der Baustein ist nicht verbrannt...



Nun möchte ich euch die Platinen im einzelnen vorstellen.

Die zentrale Platine.



Oben quer liegt der ATMega328, mittig darunter sein Quarz (silberner, länglicher Kasten). Links hochkant die Spannungsregelung zur Erzeugung von 5V. Sie versorgt diese und alle an sie angeschlossenen Platinen mit 5V. Links neben dem Quarz 6 Transistoren zur Schaltung von Licht (RKLs, Brems- und Rückfahrlicht) und Masseausgängen für die Eingänge des Beier Moduls (Geräusch bei Aufsattelung, Rückfahrsound, Hupe). Rechts neben dem Quarz eine Kontroll LED und ein Reset Taster. Ganz rechts befinden sich Steckkontakte, in welche der Empfänger eingesteckt wird. Unten von links:
- Strom +/-
- Lichtanschlüsse Masse (RKL, Brems- und Rückfahrlicht)
- Ausgänge für Beier Eingänge (Hupe, Ankuppeln, Rückfahrt)
- Doppelreihe Pinleiste zum Anschluss der Programmierplatine (oben), wenn eine neue Version aufgespielt wird (später soll darüber auch die Platine per Programm konfiguriert werden können) und der anderen Platinen (unten).
- Anschlüsse für einen Sattelplattenschalter



Die Fahrplatine hat folgende Aufgaben:
- Schaffung eines realistischen Fahrbildes. Dies besteht aus einer verzögerten, gleichmäßigen Beschleunigung sowie einer Motorbremse.
- Eine von der Geschwindigkeit abhängige Lenkung. Je schneller der Truck wird, desto träger wird sie. Im Stand ist sie sehr träge.
- Steuerung der zweiten Lenkung in Abhängigkeit zur Hauptlenkung
- Eine Gangschaltung mit "Vorwärts", "Neutral" und "Rückwärts". Schaltet man aus der Fahrt in Neutral oder den anderen Fahrgang, bremst der Truck automatisch bis in den Stand ab und schaltet dann in den gewünschten Gang.
- Die Gangschaltung verändert auch die Handhabung. Zum Gas geben drückt man das Gas nach vorne. Der Truck wird beschleunigt und die Geschwindigkeit nähert sich schrittweise der Hebelstellung an. Lässt man den Hebel los oder verringert man die Geschwindigkeit bremst der Truck langsam ab wie mit einer Motorbremse. Möchte man stärker bremsen, zieht man den Hebel leicht nach hinten. Je stärker man zieht desto stärker bremst er. Es gibt auch eine Notbremsfunktion. Zieht man den Gashebel komplett nach hinten wird das Gas sofort auf "0" gestellt. Der Truck steht abrupt. Gleichzeitig blinken die Bremslichter in schneller Folge.
- Ist ein Auflieger aufgesattelt, geht die Platine in den "HeavyLoad" Modus. Nun ist die Beschleunigung und das Bremsverhalten noch träger, wie bei einer sehr schweren Last. Gleichzeitig werden auch die RKLs aktiviert. Wird wieder abgesattelt, gehen die RKLs automatisch aus.
- Steuerung der Sattelplatte. Sie wird über die Fernbedienung geöffnet. Je nach Konfiguration wird die Sattelplatte nach einer definierten Anzahl Sekunden wieder geschlossen, der Fahrer muss sich darum also nicht kümmern
- Tempomat: Der Tempomat arbeitet wie in unserem Fahrzeug. Bei einer Geschwindigkeit wird er aktiviert und hält diese dann. Wird beschleunigt und das Gas wieder losgelassen fällt der Truck wieder auf diese Geschwindigkeit zurück. Die Geschwindigkeit kann über halbes Tasten um kleine Schritte gesenkt und angehoben werden. Sobald gebremst oder geschaltet wird deaktiviert der Tempomat sich automatisch. Bei freier Fahrt kann die alte Tempomatgeschwindigkeit wieder durch einen halben Taster reaktiviert werden. Dies geht aber nicht aus dem Stand.

Die Fahrplatine benötigt zur Steuerung 4 Kanäle an der Funke:
- Gas
- Lenkung
- einen 3-Positionen Schalter (rastend) für die Gangschaltung
- Multiswitch für Sonderfunktionen (Tempomat, Hupe, Sattelplatte, manuelle "HeavyLoad" Funktion)

Der Multiswitch arbeitet analog zu den Beier Proportionalkanälen. Folgende Funktionen sind aktuell eingestellt:
- 1x hoch :Tempomat an
- 1x halb hoch: Geschwindigkeit um einen kleinen Schritt erhöhen oder Aktivierung der vorherigen Tempomatgeschwindigkeit
- 1x halb runter: Geschwindigkeit um einen kleinen Schritt verringern
- 1x runter: Tempomat aus
- 2x hoch: Heavyload an/aus
- 2x halb runter: Hupe
- 2x runter: Sattelplatte auf/zu

Diese Art des Multiswitch bietet unendliche Möglichkeiten auf einem Kanal, man muss nur zählen und tasten...

Kommen wir nun zu meiner SMD Platine.

Anhang anzeigen 84237

Unter dem Breakout befinden sich noch notwendige Widerstände. Rechts unten befindet sich eine doppelreihige Pinleiste. Hier wird das Verbindungskabel zur Fahrplatine angeschlossen und ggf. die Kontrollplatine. An der Leiste oben rechts kann ich bis zu 8 Servoausgänge anschließen.

Diese Platine trägt einen IC zur Steuerung von bis zu 16 PWM Kanälen. Es ist ein PCA9685. Mit seiner Hilfe kann ich bis zu 16 Servos steuern und der Prozessort auf der Fahrplatine wird durch deren Steuerung nicht unnötig belastet. Der Chip kann zwar 16, aber die Platine ist auf 8 ausgelegt, das reicht für mein Projekt.

Aktuell werden über diese Platine folgende Servosignale erzeugt:
- für den Fahrtenregler
- für die Soundkarte (Spielen mit dem Gas im Stand
- Hauptlenkung
- Lenkung Vorlaufachse
- Sattelplatte

Die Kontrollplatine bietet 8 LEDs. Sie zeigen an
- Welcher Gang aktuell eingelegt ist (einen LED pro Gang)
- Sattelplatte auf/zu
- HeavyLoad an/aus
- Tempomat an/aus
- 2 sind noch frei

Die Kontrollplatine kann zugeschaltet werden, muss aber nicht. Sie kann bei Bedarf zu Kontrollzwecken aufgesteckt werden.

So, das war es im Großen und Ganzen erst einmal dazu. Ich hoffe in den nächsten Tagen die Platinen mal verbauen zu können. Di Fahr- und die Servoplatinen kommen in den Auspuff, die Servoanschlussplatine in den Rahmen.

 

[Bording]

Hallo Peter,

mit welcher Programmiersprache hast du das alles programmiert?

Gruss
Bert

 

[gismow]

Moin Bert,

ich arbeite hier mit C++. Zum Einsatz kommt Visual Studio 2015 mit dem Plugin "Visual Micro". Die Arduino Umgebung muss installiert sein. Diese Kombination bietet mir einen professionellen Editor für Arduino und das ganze für lau.

 

[Gast 202111011752]

Du "Kranke" Sau ok sehr geil! das schlimme daran? genau so etwas bin ich auch am überlegen mit Arduino zu machen... allerdings etwas anders...

Das Arduino soll die Geschwindigkeit begrenzen und erst durch ein Hochschalten erhöhen..

man könnte eine Drehzahl errechnen durch den gemessenen Stromwert der vom Empfänger kommt.

Heißt:

wenn man die Drehzahl hat und den Reifenumfang könnte man eine Geschwindigkeit errechnen.. außerdem könnte man doch durch das "Hochschalten" ein kurzes drehzahlabfallen Simulieren... Realistischer gehts doch schon gar nicht mehr oder?

Vlt. sollte sich BEIER Elektronik davon eine Scheibe abschneiden um dies in das Soundmodul einzubringen? sollte vlt. sogar durch die Firmware anpassbar sein??

 

[gismow]

Moin Marc,

das Hochschalten habe ich bereits realisiert. Der Fahrer gibt Gas und das Modul fährt hoch. Bei einer bestimmten Drehzahl nehme ich etwas Gas zurück um den Druck vom Getriebe zu nehmen, schalte den Schaltservo und setze mit der Drehzahl entsprechend der Übersetzung weiter unten neu an. So kann ich ein 3-Gang Getriebe bedienen.

Leider gibt es beim Schalten immer mal wieder ein Rucken im Getriebe, da ich den Motor nicht direkt in den Leerlauf schalten kann. Das kann leider nur der Fahrtregler.Ich versuche dies durch eine leichte Drehzahlregulierung zu erreichen um die Last vom Getriebe zu nehmen.

Man könnte es auch lösen indem man 2 Relais in die Motorleitungen schaltet und während des Schaltvorgangs die Relais zieht. Diese unterbrechen dann den Stromfluss und so hat man einen Leerlauf im Motor. Bisher bin ich leider noch nicht dazu gekommen es auszuprobieren.

Weiterhin muss man die Schaltpunkte beim Hochschalten weiter oben ansetzen als die Schaltpunkte beim Herunterschalten, um ein hektisches Hin- und Hergeschalte um den Schaltpunkt herum zu vermeiden.

Ich arbeite in der Regel nur mit den Servosignalen, da diese pro Empfänger immer gleich sind, unabhängig von der Spannung. Bedenke bitte dass das Messen der Spannung u. U. nicht sehr genau ist und zusätzlich der Ladezustand des Akkus eine Rolle spielen kann. Außerdem brauchst du eine Spannungserkennung (oder einen Schalter). Die Auswertung der Spannung halte ich für sehr schwierig.

 

[Gast 202111011752]

Ich habe mein Getriebe ja auf 2 Kürzen lassen wegen Allrad.. rein von der Theorie sollte ja der 1. Gang schon reichen um damit 5 Gänge zu simulieren.. ein LKW in der Realität ist ja auch grade mal bei 4 Km unserer seits schon bei 15 Km von daher sollte eig. genug endgeschwindigkeit da sein in dem kleinem Maßstab um mit den 1. Gang auf zb. 5 Gänge zu unterteilen. Ich glaube aber auch eher das es problematisch mit dem Motor werden könnte wenn er zu rupig ist.. meiner braucht zb. etwas bis er kommt und wenn er kommt ist es dann doch etwas schnell.. was dann die Gänge vlt. etwas unrealistisch wirken lässt. Aber mal schauen.. hast du eig. ein Video im Fahren? bis jetzt hatte ich nur das mit der Funke gesehen.