Messkette Gierratensensor
Autor: Hendrik Steffen
Betreuer: Prof. Schneider
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Einleitung
In diesem Artikel wird die Messkette des Gierratensensors des Carolo Cup Fahrzeugs beschrieben. Dabei wird der Sensor anhand seiner Messkette vom Eingangssignal über den elektrischen Aufbau des Sensors bis hin zur Verarbeitung im Quellcode beschrieben.
Messkette
In der Folgenden Abbildung ist die gesamte Messkette des Gierratensensors dargestellt. Im ersten Teil ist die Funktionsweise vorgestellt, darauf folgt der Aufbau und die Funktion der internen Hardware und im dritten Teil wird die Messkette im Bezug auf das Malab Script und die Weiterverarbeitung dieser Daten genommen.
Funktionsweise Gyrosensor
Der Gyrosensor verwendet ein Sensorelement, dass mithilfe einer schwingenden Masse die Winkelgeschwindigkeiten des Fahrzeugs erfasst. Dabei wirkt die zugrunde liegende Corioliskraft. Die Masse wird in Schwingung versetzt. Die erforderlichen Kräfte, um die Massen zur Schwingung zu bringen und diese Schwingungsanregung konstant zu halten, hängen von der aktuellen Drehrate und der Amplitude der Schwingung ab. Wird letzteres konstant gehalten, kann die aktuelle Drehrate in X und Y Richtung bestimmt werden.
Aufbau Gyrosensor
Die schwingenden Massen, sind dann zuerst an einen Demodulator angeschlossen. In diesem wird ein Ladungsverstärker mit den Drehraten der schwingenden Massen zusammengeführt. Anschließend wird dieses Signal in einen Tiefpassfilter geschickt, um Rauschen und kleine Störungen herauszufiltern. Dieses Signal wird dann bereits ausgegeben oder nochmal Verstärkt. Dazu ist ein Verstärker mit dem Faktor 4 angeschlossen. Somit kommt als Output aus dem Gyrosensor je ein verstärktes Signal für X und Y Richtung und ein unverstärktes Signal für die X und Y Richtungen. In Ruhelage hat das Ausgangssignal eine Spannung von 1.23V.
Verarbeitung im Simulink Modell
Sensoreingang
Offline Modell
Im offline Modell werden die Daten der simulierten Gierrate direkt auf den Bus gelegt und dann in dem Funktionsblock Sensoraufbereitung weiterverarbeitet, in diesem finden dann dieselben Schritte wie im Online Modell statt, dass im Folgenden erläutert wird.
Online Modell
Die Spannungen werden zuerst mit dem AD Wandler der DSpace 1104 Karte eingelesen und digitalisiert. Anschließend werden die Daten im Sensor Block SENGier mit einem einstellbaren Parameter verstärkt und mithilfe eines weiteren Blocks werden die Messdaten von Grad in rad umgerechnet.
Anschließend wird das Signal in den Sensorbus gelegt, von dem aus es in die Sensoraufbereitung geht.
Sensoraufbereitung
In der Sensoraufbereitung gibt es einen Block Offsetberechnung, in den das Signal hereingeht. Zum Schluss werden die Signale noch einmal mit einem PT1 Filter geglättet und werden dann in die Funktionsblöcke zur Weiterverarbeitung und für die Ansteuerung der Aktoren verwendet.
Fehlerquellen
Der Sensor selbst kann falsche Messwerte liefern. Dies kann zum einen an der eingebauten Position am Fahrzeug liegen oder auch an der Messaufnahme oder Weiterverarbeitung.
Anschließend ist die nächste mögliche Fehlerquelle der Analog Digital Wandler, der wenn keine ausreichende Genauigkeit vorhanden ist zusätzliche Fehler macht.
Abschließend können in der Berechnung oder in der Filterung in dem Block der Signalaufbereitung Fehler auftreten.
Literatur
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