Folge 19: Lexion – Sound & Beleuchtung

Im Beitrag Lexion Basisfunktionen habe ich euch schon den Lexion vorgestellt. Mit den Basisfunktionen ist fahren und rangieren möglich. Ohne Licht und Sound “lebt” ein Modell aber noch nicht richtig. Im Video gibt’s daher die Geräusch- und Lichtfunktionen zu sehen:

Die Geräuschfunktionen

Für die Geräuschfunktionen sind zwei Antriebe im Einsatz: Ein normaler Lüfter und eine Unwucht-Schwungmasse. In Kombination und mit entsprechender Ansteuerung lassen sich verblüffende Effekte erzielen.

Lüfter

Ein handelsüblicher 50mm-Lüfter ist im Heck des Lexion eingebaut. Er dient aber nicht zur Kühlung, sondern zur reinen Geräuscherzeugung. Daher kommt es gar nicht auf einen freien Luftstrom an, im Gegenteil. Ein etwas “zugebauter” Luftweg sorgt für ein intensives Geräusch. Der Luftzug erzeugt dann einen Ton wie im echten Drescher. Da wird ebenfalls →mit einem Gebläse gearbeitet, um leichtere Anteile vom schwereren Erntegut zu trennen.

Der Lüfter ist flach eingebaut und wirkt gegen das Gehäuse:

Lüfter im Heck des Lexion

Üblicherweise sind zum Beispiel PC-Lüfter mit einer Elektronik ausgestattet. Diese Ansteuerung ist für die nominale Betriebsspannung optimiert, meistens 5 oder 12V. Viele Lüfter können aber auch mit geringen Spannungen betrieben werden. Für den Anlauf (Start mit stehendem Lüfterrad) muss in der Regel eine höhere Spannung für eine gewisse Zeit anliegen. Mit einem Mikrocontroller lässt sich eine solche Ansteuerung relativ leicht realisieren. So steht ein großes Drehzahlspektrum zur Verfügung.

Lüfter-Betrieb

Der Lüfter wird über eine einfache →PWM-Ansteuerung getrieben. Dabei sind folgende Modi möglich:

  • Starkes, etwas schwankendes Geräusch für die Simulation eines Motorstarts
  • konstantes, leises Geräusch für Leerlauf
  • lautes, konstantes Geräusch für die Simulation beim Ernten (Gebläse)
  • mit der Fahrgeschwindigkeit variierendes Geräusch (Motorgeräusch)

Beim Motorstart sind zwei Varianten möglich: Kaltstart und Warmstart. Mehr dazu im Abschnitt “Der virtuelle Motor”.

Unwucht

Wer schon einmal einen Mähdrescher bei der Ernte oder auch nur beim Rangieren auf dem Hof beobachtet hat, der kennt die beeindruckende Geräuschkulisse. Ein kräftiger Dieselmotor verteilt seine Kraft über eine Vielzahl an Riementrieben in der gesamten Maschine; alles rotiert und bewegt sich. Wie bei jedem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor entstehen hier Vibrationen, welche die Kraft spürbar werden lassen. Ich habe versucht, das am Lexion mit einer Schwungmasse nachzuempfinden:

Unwucht mit Bleistücken

Ähnlich wie der Vibrationsalarm beim Smartphone funktioniert auch dieser Antrieb: Eine Schwungmasse, deren Schwerpunkt neben der Drehachse liegt, wird in Drehung versetzt und überträgt die Schwingungskräfte über die Lager an das Gehäuse. Für die Lager kommen hochwertige Kugellager zum Einsatz. Wie im ersten Beitrag zu sehen, ist der Lexion federnd aufgehängt. So kann er sich auch tatsächlich hin- und herbewegen. Das ergibt einen tollen Effekt gerade auch wenn der Lexion steht.
Die Schwungmasse besteht aus ein paar Brocken Blei (ca. 30g), welche einseitig auf ein Zahnrad geschraubt sind. Ein Motor mit Ritzel treibt das Zahnrad an. Der Einsatz des Getriebes gewährleistet, dass auch langsame Schwungmassen-Drehzahlen bei mittlerer Motordrehzahl möglich sind. Wären die Massen direkt auf der Motorwelle, wäre die Drehzahl nur schlecht zu regulieren und die Motorlager könnten Schaden nehmen.

Unwucht-Betrieb

Analog zum Betrieb des Lüfters sind bei entsprechender Ansteuerung die verschiedenen Modi auch bei der Unwucht umsetzbar. Bei voller Spannung (ca. 12V) rotiert die Schwungmasse mit cirka 600 Upm, also zehn Umdrehungen pro Sekunde. Das führt zu starken Vibrationen wie beim Anlassen des Motors. Ein toller Effekt, der →im Video gut zu sehen ist.
Zusätzlich zur Vibration entsteht auch ein Getriebegeräusch. Durch das Messingzahnrad (war in der Bastelkiste) mit etwas abgenutzten Zähnen ergibt sich zusammen mit dem Ton des Lüfters eine ziemlich realistische Geräuschkulisse.

Der virtuelle Motor

Ein virtueller Motor entsteht durch das Anlassen, Mitlaufenlassen und Abstellen der Geräuschantriebe Lüfter und Unwucht. So ensteht ganz ohne digitales Soundmodul ein recht gelungenes Geräusch. Per Mikrocontroller könnte man nun die tatsächliche Fahrfunktion sperren, wenn der virtuelle Motor nicht läuft. Das habe ich aber aus praktischen Gründen nicht umgesetzt.

Kaltstart

Wie bereits erwähnt, ermöglicht der Mikrocontroller (AVR) eine Kalt- und eine Warmstart-Simulation. Beim Kaltstart wird mit wenig Lüfter und Unwucht zunächst die Zündung und das Vorglühen simuliert. Dann erfolgt ein langes “Anlassen” mit viel Unwucht und Lüfter. Schließlich fallen beide Antriebe ab auf das Leerlaufniveau.

Warmstart

Wurde der virtuelle Motor bereits angelassen und wieder abgestellt, so sind alle nachfolgenden “Motorstarts” ein Warmstart. Ein Warmstart simuliert den bereits warmen Motorblock, so dass das Anlassen mit schneller und mit etwas weniger Vibrationen erfolgt.

Betrieb

  • Im Leerlauf dreht die Schwungmasse nur mit langsamer Drehzahl. Dadurch ist pro Umdrehung auch noch ein “schwankender” Ton zu hören. Gerade dieses “Atmen” im Stand wirkt sehr gut.
  • Für den Erntebetrieb werden die Unwucht mittelstark und der Lüfter voll angesteuert. Das simuliert die Dreschmechanik und das Gebläse. Das typische “Heulen” eines Mähdreschers auf dem Feld tritt in den Vordergrund.
  • Bei der Strassenfahrt werden beide Geräuschantriebe maßvoll analog zu Fahrgeschwindigkeit angesteuert. D.h. im Stand laufen die Antriebe im Leerlauf; bei höherer Fahrgeschwindigkeit werden die Spannungen etwas angehoben. So simuliere ich das Dröhnen, wenn der Mähdrescher mit relativ hoher Geschwindigkeit fährt.

Die Lichtfunktionen

Verschiedene Lichter können im Lexion geschaltet werden:

  • Bremslicht
  • Blinker (Links, Rechts, Warn-)
  • Scheinwerfer
  • Arbeitslicht
  • Rundumlichter

Bremslicht

Das Bremslicht leuchtet, wenn der Fahrmodus gewählt ist und der Lexion steht. Dafür sind zwei hellrote SMD-LEDs verbaut. Gibt man Gas (bzw. tritt nicht die Bremse), so erlischt das Bremslicht. Ebenfalls leuchtet das Bremslicht, wenn man stark bremst bzw. Gas wegnimmt. Das wird alles über den Mikrocontroller realisiert, so dass für die Ansteuerung nur ein Portpin des Controllers erforderlich ist.

Blinker (Links, Rechts, Warn-)

Vier gelbe SMD-LEDs ermöglichen sowohl Warnblinken (alle vier) als auch verkehrtaugliches Abbiege-Blinken. Es sind dabei immer zwei LEDs in Serie zusammengeschaltet, so dass mit zwei Ports alle Blinkfunktionen abgedeckt sind. Also links ‘vorne und hinten’ und rechts ‘vorne und hinten’.

Als hilfreiche Zusatzfunktion fängt der Warnblinker in zwei Stufen schnell an zu blinken, wenn die Akkuspannung sinkt. So bleibt man nicht “liegen”, sondern kann immer rechtzeitig zur nächsten freien Stelle fahren, um den Akku zu wechseln. Das erfolgt übrigens seitlich unter den aufklappbaren Seitenteilen des Lexions.

Scheinwerfer

Ziemlich schnörkellos daher kommen die Scheinwerfer und die dazugehörigen roten Rücklichter (siehe Video). Die Rücklichter sind wie die Bremslichter rote LEDs, aber bewusst relativ dunkel gehalten. Damit heben sie sich gut von den Bremslichtern ab. Die Lichter sind mit einer Funktion frei schaltbar.

Arbeitslicht

Das nicht straßentaugliche Arbeitslicht besteht aus vier hellweißen SMD-LEDs. Zwei sind vorne und zwei hinten am Lexion angebracht. Eine eigene Schaltfunktion steuert diese.

Rundumlichter

Zwei orangene Rundumlichter (im Video sieht die Farbe nicht so gut aus) warnen andere Verkehrsteilnehmer. Sie bestehen jeweils aus vier SMD-LEDs mit einem eigenen Mikrocontroller. Hierfür steht ebenfalls eine eigene Schaltfunktion zur Verfügung. Beide Rundumlichter werden immer zusammen ein- oder ausgeschaltet.

Lichter am Lexion

Bedienung der Funktionen am Sender

Verschiedene logische Gruppen dienen dazu, die Knüppelfunktionen des RC-Senders mehrfach belegen zu können (Multiplexing). Ein Beispiel: In der Standardgruppe “Straßenfahrt” ist auf dem rechten Knüppel, Richtung links/rechts die das Lenkservo aufgelegt. So kann normal gelenkt werden. Nun ist per Schalter die Gruppe “Lichter schalten” aktiviert. Auf der Funktion rechter Knüppel links/rechts liegt jetzt nicht mehr das Lenkservo. Dies bleibt in der Position, welche es beim Verlassen der “Straßenfahrt” hatte. Die aktuelle Knüppelfunktion ist:

  • rechter Knüppel: Ausschlag nach rechts: Togglen des Scheinwerferlichts
  • rechter Knüppel: Ausschlag nach links: Togglen des Arbeitslichtes
    Nachdem die Lichter aktiviert sind, kann wieder in die Gruppe “Straßenfahrt” gewechselt werden.

Das Einschalten des virtuellen Motors am Sender erfolgt durch zwei Schritte:

  • die Anwahl der Gruppe (Schalterposition) und
  • das Schalten des Motors per Knüppel.

Das Ausschalten erfolgt analog; die Funktion wird getoggled. Diese Prinzip gilt für alle hier beschriebenen Schaltfunktionen. So stehen bei zwei Kreuzknüppeln und entsprechend vielen Gruppen viele Schaltfunktionen zur Verfügung.

Blinker setzen und zurücksetzen

Eine schöne automatische Funktion ist bei den Blinkern umgesetzt: In der “Straßenfahrt” steuert man mit dem linken Knüppel “hoch/runter” das Gas. Auf “links/rechts” lassen sich die Blinker aktivieren => rechts entspricht Blinker rechts, links entspricht Blinker links. Nun hat man entweder die Möglichkeit, die Blinker mit einer “Gegenbewegung” wieder auszustellen. Als besonderes Bonbon stellt sich nun der Blinker automatisch ab, wenn eine Kurve gefahren wurde und die Lenkstellung (rechter Knüppel “links/rechts”) wieder auf neutral steht. Wieder hat hier das Vorbild Modell gestanden (man kennt es aus jedem Auto): Wenn man aus der Kurve kommt, stellt sich der Blinkerhebel wieder auf neutral. Das ist beim Fahren sehr komfortabel.

Fazit

Ein Geräusch und realistische Vibrationen: Die vorgestellte Lösung zeigt, wie mit wenig Geld (ohne digitales Geräuschmodul) ein schönes Modellgeräusch erzeugt werden kann. Eine Besonderheit ist die Unwucht: Damit “startet” der Motor sehr eindrucksvoll und zeugt von einem starken Triebwerk.

Es macht Riesenspaß, auf den Straßen umherzufahren und insbesondere bei Nacht die Lichter am Lexion zu genießen!



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