Car System "MWL"

Présentation du "Car System" développé pour Miniworld Lyon.

Présentation

Le Car-System Techno-Innov "MWL" a été conçu pour le projet de parc de miniatures animées Mini World Lyon qui a ouvert ses portes le 30 Juin 2016 au Carré de Soie à Vaux en Velin, à l'Est de Lyon.

Ce système est inspiré de plusieurs systèmes existants, dont les éléments les plus intéressants ont été repris et améliorés pour permettre d'atteindre les objectifs de cet ambitieux projet d'animation de miniatures à l'échelle 1/87^ème (HO) tout en restant compatible avec les techniques et les produits existants.

Pensé avec les contraintes d'animations, de fiabilité, d'industrialisation, de modularité, et d'utilisation à grande échelle, ce système est unique et peut être utilisé conjointement avec certains systèmes existants, tout en apportant plusieurs fonctionnalités supplémentaires dans sa version actuelle, et en conservant une évolutivité qui permettra d'ajouter de nouvelles fonctionnalités comme la charge sans contact des véhicules.

Le système classique de suivi d'une bande magnétique (ou d'un fil métallique) par un aimant monté sur un frotteur a été conservé pour permettre la compatibilité avec les circuits existants. Le guidage des véhicules se fait donc "depuis la maquette", avec des aiguillages pilotés par des servo-moteurs ou des bobines magnétiques.

Pour rendre le système le plus réaliste possible une partie de l'intelligence est incluse dans le véhicule, le laissant gérer de façon autonome le système d'anti-collision et l'exécution d'une série d'ordres déclenchés par des balises statiques réparties sur le trajet du véhicule, lui permettant de se repérer sur son parcours et de déclencher des animations (ralentir pour un virage, allumer les clignotants, s'arrêter à un feu rouge, ...) au moment opportun.

Le reste de l'intelligence s'exécute sur le système de contrôle et est incluse dans un gestionnaire propre à chaque véhicule, simplifiant la modularité, la création de nouveaux comportements, et permettant de reproduire le comportement "réel" des conducteurs (un conducteur par véhicule) et d'obtenir un trafic routier fluide et réaliste.

Le système de charge a aussi été travaillé pour permettre une recharge avec ou sans contact tout en étant invisible sur le véhicule, même si cette amélioration n'a pour l'instant pas été mise en œuvre par Mini World Lyon.

Enfin, la miniaturisation et l'utilisation de technologies de pointe en électronique et en impression 3D résine (réalisées par l'entreprise Drim 3D) permet de créer des véhicules motorisés et fiables, contrôlables à distance, et disposant d'une autonomie et d'une durée de vie adaptées à l'utilisation sur un parc de miniatures.

Fonctionnalités - Partie maquette et véhicules :

Miniaturisation des véhicules au 1/87^ème, du bus ou camion jusqu'à la berline (véhicules plus petits en étude).
Architecture client-serveur avec une partie de l'intelligence déportée dans le véhicule
Gestion des phares du véhicule (avant, arrière, clignotants, gyrophare), variation de puissance phares/feux stop.
Gestion de la vitesse du véhicule, permettant des accélérations et freinages réalistes.
Adresse individuelle pour les véhicules
Système d'anti-collision autonome
Programmation individualisée et dynamique des véhicules, configuration via RF (radio-fréquences).
Mise en veille des véhicules sur timer ou en attente de communication RF.
Pilotage robuste avec guide magnétique dans la maquette, aiguillages par servo-moteurs, embranchements multiples possibles.
Suivi des véhicules simple par détection magnétique
Positionnement autonome des véhicules par balises statiques
Fluidité et réalisme du trafic routier
Système de gestion des feux tricolores
Gestion des priorités aux carrefours avec ou sans aiguillages
Véhicules avec scénarios dynamiques
Système de recharge automatisé et invisible
Gestion évolué des animations motorisées maquette
Gestion évolué des éclairages avec câblage limité, et de multiples effets pouvant être combinés à l'infini

Fonctionnalités - Partie serveur :

Gestion du trafic : configuration des intersections et des voies de circulation
Gestion des intersections
Suivi des véhicules
Gestion individualisée des véhicules, simplifiant l'implémentation de comportements spécifiques, chaque véhicule pouvant avoir un gestionnaire différent.
Gestion des éclairages et feux tricolores
Gestion de la charge des véhicules
Gestion des animations de la maquette
Supporte jusqu'à 16000 véhicules
Communication avec 100 véhicules par seconde par canal RF (868MHz). Multiples canaux RF disponibles.
Architecture logicielle modulaire

Hardware Véhicule :

Carte électronique principale :

Micro-contrôleur ARM + gestion alimentation + communication 868MHz + système de détection des balises statiques pour le positionnement.
Système électronique adaptable à de nombreux véhicules, miniaturisé et industrialisable.
Communication bi-directionnelle en 868MHz (pas d'interférences avec les bandes 2.4GHz du Wifi/Bluetooth), protocole spécifique, simple et robuste.
Communication PC via module USB ou système embarqué Linux avec connexion Ethernet.

Gestion des éclairages et système anti-collision :

Carte électronique feux et anti-collision avant.
Carte électronique feux et anti-collision arrière.
Distance de détection des véhicules de 1 à 15cm, angle de 60°.

Énergie :

Carte électronique de charge (adaptée au système de charge sélectionné).
Batterie LiPo, autonomie de 30 minutes (petits véhicules en déplacement continu) à plus de 16 heures (gros véhicules en déplacement continu).
Mise en veille sur timer ou en attente de communication RF.
Étude pour charge sans contact sur point de charge en cours.
Étude pour alimentation continue sans fil en cours.

Mécanique :

Moteur avec vis sans fin et pignon sur essieu.
Châssis en impression 3D en résine intégrant la direction avant et un système de montage simple pour l'ensemble des éléments.
Direction par frotteur et aimant, compatible Car-System classique.
Adaptable aux carrosseries des véhicules existants (Herpa, Norev, ...) au 1/87^ème (HO) grâce au châssis imprimé en 3D.
Possibilité de roulements à billes pour l'essieu arrière, mais à priori inutile avec une impression 3D en résine.

Possibilité d'intégrer une puce RFID pour l'identification rapide des véhicules sur des points clés de la maquette.
Possibilité d'extension par ajout de cartes électroniques esclaves (véhicules avec direction et marche avant et arrière, éclairage complexe, sonorisation, systèmes mécaniques complexes, ...).

Hardware Maquette :

Mécanique :

Système de guidage des véhicules classique par bande magnétique et aiguillages par servo-moteurs avec système de mise en place simple (adaptateur plastique imprimé en 3D).
Utilisation de balises statiques ne nécessitant pas d'alimentation (aimants), détectées par les véhicules.
Utilisation de détecteurs pour identifier et localiser les véhicules.

Électronique :

Carte embarquée (Cape pour BeagleBone Black) de gestion du CarSystem complet :

Fournit une interface sur réseau Ethernet/IP.
Peut être remplacée par un PC avec des interfaces USB vers RF et RS485.
Logiciel réalisant l'interface entre les liaisons RS485 / RF et le réseau (Ethernet/IP).
Système de logs incluant tous les événements.

Carte électronique de contrôle des aiguillages et de lecture des capteurs route.
Carte électronique de contrôle des animation lumineuses (5 et 12V) et animations motorisées.

Câblage simplifié des animations lumineuses en 5V DC.
Contrôle des feux tricolores.
Contrôle des animations motorisées en 5V DC, 12V DC et 16V à 48V AC.
Contrôle individuellement jusqu'à 182 leds, chaque led pouvant jouer une séquence (succession d'états (on/off) d'une durée de 1.5ms) pré-définie différente (jusqu'à 254 séquences différentes, de 12ms à 1.5s). En l'absence d'ordre de la supervision, les séquences sont jouées en boucle.

Carte électronique de contrôle des systèmes de recharge automatique.
Communication avec les cartes déportées via Bus RS485 Full-duplex.

Quelques images

Fonctionnalités

Données techniques

Mini World Lyon

Démonstration du système anti-collision autonome.

Chaque véhicule intègre un système anti-collision entièrement autonome, géré par le véhicule, permettant de faire circuler simultanément un grand nombre de véhicules sur une même section et de reproduire ainsi une circulation réaliste.
Une vidéo de démonstration est disponible sur Youtube.
Ce système utilise un couple émetteur / capteur infrarouge sur chaque véhicule, permettant une détection de la distance entre les deux véhicules et un ralentissement ou un freinage selon le besoin.

Aucune communication nécessaire avec le système de contrôle central.
Comportement des véhicules reproduisant une circulation réaliste.
Sensibilité paramétrable par véhicule.
Allumage automatique des feux stop avec une intensité variable pour un réalisme amélioré.

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