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Grundlagen und Informationen

Hier finden Sie in loser Folge technische Grundlagen, Hilfen und Informationen zum Open Car System. Meist aus konkreten Problemen im Forum abgeleitet, zum schnellen auffinden nun archiviert.


Modulaufbau

OpenCar wie auch OpenDCC mit seinen BiDiB Komponenten ist zu großen Teilen als Kostengünstiges Selbstbau System konzipiert. Das macht nicht mit allen Baugruppen mehr Sinn, teils weil die Baugrößen so klein sind das Sie es nicht mehr selbst aufbauen möchten, teils weil es inzwischen so viele Nutzer gibt das eine industrielle Bestückung (bzw. Vorbestückung) nicht teuer ist als wenn Sie sich die Bauteile alle einzeln beschaffen und sie dann noch selber bestücken müssen. Wenn Sie aber Module selbst aufbauen, sollten Sie nicht wild einher bestücken, sondern sich eine Sinnvolle Reihenfolge angewöhnen und das Zwischenergebnis immer überprüfen. In den Anleitungen haben die Entwickler meist versucht so eine Reihenfolge deutlich zu beschreiben und auch alle notwendigen Tests anzugeben. Bitte bauen Sie bei negativen Zwischentest nicht weiter! Es macht keinen Sinn einen Mikrocontroller zu bestücken, wenn der Netzteilbereich noch nicht funktioniert! Der Controller geht sofort kaputt und der Aufwand bis zur funktionierenden Baugruppe steigt dann deutlich an (Controller wieder ablöten ohne Beschädigung der Platine…..). Wenn Sie Ihre Baugruppen selbst aufbauen und in Betrieb nehmen, sollten Sie sich nach Möglichkeit ein geregeltes, Strombegrenztes! Labornetzteil anschaffen. Einfache preiswerte Geräte wie z.B. das PeakTech® 6085 sind hier auch völlig ausreichend. Dabei wird die Strombegrenzung zur Baugruppeninbetriebnahme auf einen Wert unter 100 mA eingestellt. Wenn Sie sich wirklich überhaupt kein Labornetzteil anschaffen möchten (oder können) sollten Sie Ihre Baugruppen mit einem externen Schutzwiderstand in Betrieb nehmen. Dieser Schutzwiderstand muss sinnvoll bemessen sein. Bei 12V Baugruppen könnte das ein 100 Ohm Widerstand sein. Damit ist der Strom, der durch die Baugruppe fließen kann, dann auch auf einen ungefährlichen Maximalwert begrenzt. Unsere Baugruppen benötigen alle im inaktiven Erstinbetriebnahme Zustand Betriebsströme im zweistelligen Milliampere Bereich, was mit solch einer Kombination gegeben ist. Eine Lötbrücke o.ä. zieht dann aber nicht gleich verehrende Folgen nach sich.


Carsystem, wie fange ich an?

Schritt für Schritt! Auf keinen Fall alles mit einem Mal! Beginnen Sie mit einem fertigen Faller© Fahrzeug, bauen Sie eine Teststraße dafür und lassen Sie das Fahrzeug dort fahren. Testen Sie verschiedene Straßentypen, Kreuzungen, Abzweigungen und Stoppstellen. Finden Sie dabei Ihren persönlichen Favoriten beim Straßenbau, alles andere baut darauf auf. Wenn diese Voraussetzungen vorhanden sind, dann fangen Sie an sich Schritt für Schritt in Ihr persönliches Carsystem einzuarbeiten. Da ist auf der einen Seite das Fahrzeug und auf der anderen Seite die Steuerung. Für beides gibt es verschiedene Lösungen in Aufbau und Konstruktion. Für ein OpenCar gesteuertes Fahrzeug benötigen Sie mindestens:

  • ein Fahrzeug, das erste Vorzugsweise ein großes (LKW) original Faller© Carsystem Fahrzeug
  • einen Fahrzeugdecoder zur Ansteuerung im Fahrzeug (Vergleichbar mit einem Lokdecoder in einer Lokomotive)
  • eine DCC Digitalsteuerung zum erzeugen der Steuerbefehle mit angeschlossenem IR Sender

in einem zweitem Schritt folgt dann später noch:

Beginnen Sie mit dem Decodereinbau in das Fahrzeug. Dazu finden Sie gesonderte Tipps und Hinweise im Forum und im Handbuch. Mindestens notwendig zum Betrieb des Fahrzeugdecoder sind zwei Fototransistoren in der Fahrzeugfront. Diese werden später auch für eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen bzw. zur Abstandsregelung benötigt. Zu Bauteiltypen und Montageart und Ort am Fahrzeug gibt es Informationen im Handbuch und weiter unten im Kapitel Abstandsregelung. Der Fahrzeugmotor wird auch in diesem ersten Schritt an den Fahrzeugdecoder angeschlossen (irgendwas wollen Sie ja steuern 8-) ). Auch dazu finden Sie im Handbuch oder im Kapitel Fahrzeugmotor weitere Informationen. Auf der Fahrzeugseite ist erst einmal nicht mehr notwendig. Zum Ansteuern dieses ersten Aufbau ist ein normales DCC Gleissignal nötig, welches mit Infrarot Licht an das Fahrzeug übertragen wird. Dies kann man z.B. mit diesem Aufbau machen:

Die Fahrzeuge lassen sich darüber mit einem 28 Fahrstufen DCC Signal (ab Cardecoder Firmware V0.3.x auch mit 128 Fahrstufen DCC Signal) steuern und am Programmiergleis programmieren. Mehr ist zu einem ersten Test nicht nötig.

Im zweiten Schritt können Sie Ihr Fahrzeug auf Funksignalsteuerung erweitern. Dazu wird am Fahrzeugdecoder ein Funkmodul angeschlossen. Für die Ansteuerung kann an das vorhandene DCC Gleis eine Funkbasis angeschlossen werden. Es kann aber auch eine Autonome Funkbasis oder eine BiDiB Funkbasis verwendet werden. Über den Funkweg ist eine erheblich stabilere und höhere Reichweite als mit dem IR Signal möglich.

Für diesen zweiten Schritt müssen Sie sich eine Funkbasis aufbauen, alternativ dazu steht im Fichtelbahn Shop eine SMD vorbestückte Variante zur Verfügung. Weitere Informationen dazu finden sie im Kapitel -> Funk Basen.

Wenn dies alles stabil arbeitet, fangen Sie an Ihr Fahrzeug mit LEDs zur Beleuchtung und IR Dioden zur Abstandsregelung auszurüsten. Näheres finden Sie wieder im Handbuch oder hier unter „LEDs“ und „Abstandsregelung“.

Zum Schluss machen Sie sich noch Gedanken, über die Fahrzeug Akkus, Anschlussbuchsen und integrierte Stoppstellentechnik die Sie in Ihrem Car System verwenden wollen.


Abstandsregelung ASR

…einer der Gründe für ein Carsystem, wenn nicht sogar „die Aufgabe“ des Carsystem für ein realistisch wirkenden Straßenverkehr auf der Moba. Blockstellen Betrieb auf der Straße? Ultraschall Positionsbestimmung mit „Riesigen“ Empfängern welche maximal in große H0 Fahrzeuge passen? Alles möglich, aber nicht optimal. Entweder sieht es nicht realistisch aus, oder ist sehr teuer und nur für größere Fahrzeuge geeignet. Es muss also eine einfache, kleine Lösung gefunden werden ein realistisches Verhalten der Fahrzeuge untereinander nach zu bilden.

Das Open Car System (wie auch andere Carsysteme) nutzt dafür Infrarot Licht. Ein Open Car System Fahrzeug sendet an seinem Heck zyklisch zwei verschiedene Infrarot Signale aus. Die Intensität dieser Signale ist unterschiedlich, so das sie von einem nachfolgendem Fahrzeug in unterschiedlicher Entfernung wahrgenommen werden können. Mit dieser Methode lassen sich unterschiedliche Abstände der Fahrzeuge zueinander je nach Geschwindigkeit und Verkehrssituation erzielen.

Wo liegen die Grenzen der IR Abstandsregelung? Wie können Sie die ASR optimal aufbauen? Die IR Dioden im Fahrzeugheck senden Licht und dieses bereitet sich gerade aus! Aus diesem Grund ist es günstig, wenn alle Fotobauteile in der selben Höhe an den Fahrzeugen verbaut werden. Weiterhin verbessern vorn leicht nach außen gerichtete Fototransistoren dem Empfang bei Kurvenfahrt. Im Gegenverkehr kann es passieren, das die aneinander vorbei fahrenden Fahrzeuge sich gegenseitig „sehen“ und beide fälschlicherweise stark abbremsen. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, für beide Fahrtrichtungen unterschiedlich kodierte IR Signale zu verwenden. Was bleibt, sind durch Fremdlicht übersteuerte Fototransistoren an der Fahrzeugfront. Hier haben sich „schwarze“ auf den Empfang von IR Licht optimierte Fototransistoren an der Fahrzeugfront bewährt.

Aber auch diese können durch pulsierendes Licht oder extreme direkte Beleuchtung übersteuert und so für die IR Strahlung der voraus fahrenden Fahrzeuge unempfindlich sein. Dies muss bei der Anlagenkonzeption berücksichtigt werden. Direkte Sonneneinstrahlung oder PWM gedimmte Anlagenbeleuchtung in unmittelbarer Nähe zu den Fahrzeugen sollte möglichst vermieden werden. Dies ist auch der Grund warum darauf verzichtet wurde, die LED Beleuchtung der Fahrzeugdecoder elektronisch zu dimmen um deren Helligkeit gezielt verändern zu können. Bei der Bauteilauswahl sollten Sie möglichst immer identische Fotobauteile verwenden, um bei allen Fahrzeugen gleiche Regelungsabstände zu erzielen. Die Cardecoder haben einen ASR Testmode, mit deren Hilfe Sie die exakte Funktion der Fotobauteile am Fahrzeug überprüfen können.


ASR Anlagenbeleuchtung

Das Umgebungslicht beeinflusst die Funktion der ASR. Dies ist der größte Nachteil der optischen ASR. Baugröße, einfacher und platzsparender Aufbau sind wiederum die Vorteile der optischen Lösung. Im folgenden eine Übersicht über verschiedene Beleuchtungsverhältnisse und deren Auswirkung auf die ASR.

Lichtquelle Auswirkung Bemerkung
Glühlampe 60W stört massiv an 220V~ in 1m Entfernung
Halogen Baustrahler 150W ASR außer Funktion extrem hell für diesen Test muss mit F4 die Stoppstelle deaktiviert werden
Halogen Reflektorlampe 12V 20W stört massiv am AC Netzteil ist schlechter als mit Glühlampe, ASR Funktion nicht mehr brauchbar
Halogen Reflektorlampe 12V 20W wenig an 12V Gleichspannung, ist sehr hell, stört nur bei sehr naher (unter 20 cm) direkter Beleuchtung
LED Spot 12V 5W wenig gleiches Verhalten wie Halogenlampe an Gleichspannung, dabei ist die noch heller
Leuchtstoffröhre 120cm 36W keine stört überhaupt nicht, ASR läuft wie vorgesehen
LED Röhre 120cm 20W keine die ist erheblich heller als die alte Leuchstoffröhre, stört auch nicht
IWY WLAN LED Lampe 7,5W keine egal bei welcher Farbe und ob gedimmt oder nicht auch direkt über den Fahrzeugen, keine Beeinflussung
Energiesparlampe keine an 220V~ auch in unmittelbarer Nähe über den Fahrzeugen ist keine Beeinflussung zu erkennen
LED Taschenlampe kaltweiß 1W keine direkt in die Fototransistoren gehalten
ohne Beleuchtung minimal gefühlt sinkt der Abstand etwas
Sonne ASR außer Funktion je nach Einstrahlung wird die ASR komplett außer Betrieb gesetzt

ASR im Detail

Die ASR nutzt zwei eigene DCC codierte Telegramme, die mit Adressen aus dem für Erweiterungen reserviertem Bereich operieren. Diese beiden Telegramme werden mit unterschiedlich starker IR Leistung am Fahrzeug Heck abgestrahlt. Das schwächere (ASR low Signal) mit IR Strom von ca. 5mA, das starke (ASR high Signal) mit ca. 20mA. Die ASR ist damit ein Hauptenergieverbraucher im Fahrzeug! In die ASR Signale sind die wichtigsten Rückmelde- und Anhängerbeleuchtungs- Informationen integriert. Die beiden ASR Befehle haben (ab Firmware V0.3.0) folgenden Aufbau:

ASR DCC Signale
Adresskennung_ASR_low Datenbyte_1 Datenbyte_2 DCC_XOR_Prüfbyte
Adresskennung_ASR_high Datenbyte_1 Datenbyte_2 DCC_XOR_Prüfbyte

Die zeitliche Länge einer DCC kodierten Nachricht ist vom Inhalt abhängig, da Null und Eins Bits mit unterschiedlich langen Pulsen Kodiert sind. Um für die ASR eine konstante Anzahl von Nachrichten zu erhalten und auch etwas den Strombedarf der ASR zu optimieren, wird alle 25ms eine neue ASR Übertragung begonnen. Dabei werden beide ASR Signale abwechselnd übermittelt.

Die Beleuchtung eines Anhängers wird mit dem ASR low Signal übermittelt, so das ein Anhänger alle 50ms einen neuen Beleuchtungsstatus für die Anhängerbeleuchtung bekommt. Damit leuchten die Blinklichter im Anhänger noch ausreichend synchron zu denen im Zugfahrzeug.

Zum regeln des Abstandes wertet die ASR das Vorhandensein und deren Häufigkeit der beiden ASR Signale aus. Dabei wird auch die Anzahl der eintreffenden ASR Signale mit einbezogen, da die fehlerfreie Übertragung der Signale mit sinkendem Abstand zu nimmt. Dabei gibt es drei Eckpunkte für die Regelung:

  1. es wird überhaupt ein ASR high Signal erkannt
  2. es wird zusätzlich ein ASR low Signal erkannt
  3. es wird eine bestimmte Anzahl von ASR low Signalen erkannt

Die folgende Beschreibung ändert sich mit Cardecoder Firmware V0.3.x teilweise!

Erstens ist der Punkt auf den fahrende Fahrzeuge versuchen ihren Abstand zu halten. Ein folgendes Fahrzeug versucht seine Geschwindigkeit so anzupassen, das es immer um die Erkennungsgrenze des high Signal herum folgt. Im Fahrbetrieb ist Punkt zwei die „Notbremse“ bei der ein folgendes Fahrzeug schnell auf V-min abbremst. Wenn es dann noch näher auffährt und Punkt drei erreicht, bleibt es auch stehen. Dies kommt hauptsächlich bei unterschiedlichen V-min der Fahrzeuge vor, wenn ein Nachfolger nicht mehr langsamer fahren kann als der Vorausfahrende. Wird auf ein stehendes Fahrzeug aufgefahren, ändert sich das Verhalten des Auffahrenden in Abhängigkeit seiner Auffahrgeschwindigkeit. Ist er sehr schnell, wir sofort ohne Verzögerung (CV35 wird ignoriert) auf V-min abgebremst und dann bei Punkt drei angehalten. Fährt er mit einer mittleren Geschwindigkeit auf, wird verzögert (Wert aus CV35) auf V-min gebremst und dann wieder bei Punkt drei angehalten. Bei geringer Auffahrgeschwindigkeit, wird die Geschwindigkeit ab Punkt eins langsam bis Punkt zwei verringert und dann noch wieder bis Punkt drei mit V-min weitergefahren.

Nach einem Halt, fährt ein Fahrzeug erst wieder weiter, wenn kein ASR low Signal mehr erkannt wird. Es beschleunigt dann mit CV3 wieder hoch und fährt gegebenenfalls auch wieder hinter dem Vordermann in der ASR weiter.

Für eine „geschmeidig“ wirkende ASR, ist es wichtig bei allen Fahrzeugen eine ähnliche V-min und auch eine ähnliche V-max mit CV2 und CV5 einzustellen. Die Beschleunigung in CV3 sollte so hoch gewählt werden, das ein in der ASR folgendes Fahrzeug nicht „aufschaukelnd“ folgt. Beim wieder hoch Beschleunigen in der ASR wird der Wert in CV2 verdoppelt genutzt, um einem Aufschaukelnden Verhalten entgegen zu wirken. Zum Bremsen wird hier der Wert aus CV35 verwendet.


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ocs/tech_grundlagen.txt · Zuletzt geändert: 2016/12/12 22:09 von willi