AF: Gierrate (SenGier, SabGier)

Autoren: Benjamin Dilly & Kevin Mudczinski

Abbildung 1: Gierratensensor LPR510AL

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SDE Praktikum
SDE-Team 2023/24
Lernzielkontrolle 1

Primärsensor

Sensor LPR510AL. Zu finden unter: https://a.pololu-files.com/product/1271

Messkette

Ein Schaubild für die Messkette ist zu finden unter: https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Messkette_Gierratensensor

Aufbau

Ein Schaubild für den internen Aufbau ist zu finden unter: https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Messkette_Gierratensensor

Systementwurf

Beschreiben Sie den technischen Systementwurf.

Einbauposition

EINBAUPOSITION (vgl. Abb. 2).

Sensoranschlussplan (vgl. Abb. 3)

SENSORANSCHLUSS PLAN(vgl. Abb. 2).

Tabelle 2: Pinbelegung/Anschlussplan

NR	Pin	Typ	Funktion
1	VIN	INPUT	Spannungsversorgung 3,3V oder 5V
2	GND	INPUT	Spannungsversorgung
3	3.3V	OUTPUT
4	X	OUTPUT	Rotation um X-Achse (pitch axis = Nickachse (nach vorne/hinten))
5	4X	OUTPUT	Rotation um X-Achse verstärkt (pitch axis = Nickachse (nach vorne/hinten))
6	Vref	OUTPUT
7	4Z	OUTPUT	Rotation um Z-Achse verstärkt (yaw axis = Gierrate (nach links/rechts))
8	Z	OUTPUT	Rotation um Z-Achse (yaw axis = Gierrate (nach links/rechts))
9	PD
10	ST

Schnittstelle zur DS1104

• Pinbelegung/Anschlussplan
• ADU

Tabelle 2: Pinbelegung/Anschlussplan

Sensor Pin	Belegung	DS1104 ADC	Sensorposition	Signal
1	Ausgang			SenGier_pisp_roh_K_f64

Sensorblock - SEN - Sensoren - online

Abbildung 2:
PFAD: CCF_online > SEN - Sensoren - online
Darstellung relevanter Block für den Eingang des Gierraten-Sensors

Abbildung 3:
PFAD: CCF_online > SEN - Sensoren - online > SenGier - Gierrate
Umwandlung des Gierraten Eingangs in Rohwert

SenGier - Gierrate

Eingang / Ausgang

Block: SenGier - Gierrate (Abbildung 2, 3)
Eingang: ADC_eing
Ausgang: SenGier_psip_roh_K_f64

Funktion

1. Einlesen des Drehwinkels, als normalisierte Gleitkommazahl in Gradmaß von BLOCK DS1104MUX_ADC
2. Umwandlung in Rohwert BLOCK SenGier - Gierrate
   1. Umwandlung ADC-Eingang in Degree BLOCK ADC_2_deg (Abbildung 3)
      Multiplikation mit 1000 (Bsp. 0.1203 * 1000 = 120.3°)
   2. Umwandlung Grad- in Bogenmaß BLOCK D2R (Abbildung 3)

Sensorblock - SAB - Signalaufbereitung

Abbildung 4:
PFAD: CCF_online > SAB - Signalaufbereitung
Darstellung der Signalaufbereitungsblocks

Abbildung 5:
PFAD: CCF_online > SAB - Signalaufbereitung - SabGier - Gierrate
Darstellung der Signalaufbereitung der Gierrate

SabGier - Gierrate

Eingang / Ausgang

Block: SabGier - Gierrate
Eingang: SenGier_psip_roh_K_64, SenTast_AEP_bit, SenGier_psi_reset_bit, SenTast_BSF_Grundk_bit, SenTast_BSF_GrundkHindernis_bit
Ausgang: SenGier_psi_filt_K_f64, SenGier_psip_filt_K_f64, SenGier_psi_unfilt_K_f64, SenGier_psip_unfilt_K_f64, SabGier_Reset_bit

Funktion Offsetberechnung & Offsetkompensation

Berechnet einmalig den Offset des Sensors. Hierfür werden beim Start des Systems oder nach einer Rücksetzung einmalig 1000 Werte gemessen und gemittelt, um den Offset zu berechnen.
Dies dient der Elimination von Rauschen oder fehlerhaftem Einbau des Sensors (bspw. schiefes Einbauen), um einen Nullwert zu ermitteln.
Die Offsetkompensation zieht dann den Offset von dem ungefilterten Rohwert ab (vgl. Abb. 5).

1. Eingang SenGier_psip_roh_K_64
2. Ausgang SabGier_Offset

Funktion PT_1_Eing_f

Glätten den offsetkompensierten Messwert.

Funktion Integrator

Addiert die aktuelle Winkelgeschwindigkeit auf (Merkt den letzten Wert), bzw. den aktuell zurückgelegten Winkel.

Signalanalyse

Beschreibung

In der folgenden Plots wurde der Gierraten Sensor gemessen. Hierbei wurde das Fahrzeug auf dem Tisch hochgebockt auf einem Karton immer um 90° pro 3s bewegt und dazwischen für einen kurzen Moment gestoppt.

Messwertanalyse

Block 1: Rohwertberechnung

Subplot 1
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: ADC
Subplot 2
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_roh_K_64

• 

  Abbildung 6: Plott des ADC-Eingangs zum SenGier_psip_roh_k_f64 Ausgang in SEN

Block 2: Offsetkompession

Subplot 1
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_roh_K_64, Offset
Subplot 2
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_unfilt_K_f64, Offset

• 

  Abbildung 7: Plott der Offsetkompression

Block 3: Rohwert nach Offsetkompression & Integrierter Rohwert nach Offsetkompression

Subplot 1
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_unfilt_K_f64
Subplot 2
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psi_unfilt_K_f64

• 

  Abbildung 8: Plott der ungefilterten offsetkomprimierten Integration.

Block 4: Tiefpassfilterung nach Offsetkompression

Subplot 1
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_unfilt_K_f64
Subplot 2
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_filt_K_f64

• 

  Abbildung 9: Plott der PT1 gefilterten Offsetkompression.

Block 5: Integrierte Tiefpassfilterung

Subplot 1
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psip_filt_K_f64
Subplot 2
- X-Achse: Zeit
- Y-Achse: SenGier_psi_filt_K_f64
Integrierte Tiefpassfilterkurve FALSCH

• 

  Abbildung 10: Plott der PT1 gefilterten integrierten Offsetkompression.

Liste offener Punkte (LOP)

Tabelle 3: Liste offener Punkte (LOP)

#	Problem	Analyse	Maßnahme	Freigabe	Wirksamkeit	Dokumentation
1	SenGier_psi_filt_K_f64 gibt falschen Wert aus

Legende

• Problem: Was genau ist das Problem? Wo tritt das Problem auf? Wie zeigt sich das Problem? Wann tritt das Problem auf? Warum ist es ein Problem?
• Analyse: Was ist die Ursache des Problems?
• Maßnahme: Maßnahme zur Beseitigung der identifizierten Ursache
• Freigabe: Abstimmung der Maßnahme mit Prof. Schneider
• Wirksamkeit: Beschreibung Nachweis Wirksamkeit (Dummy-Prüfung, Versuche, Kurzzeitfähigkeit, Kennzahlen, Audit, etc.)
• Dokumentation: Doku der Lösung im HSHL-Wiki

Zusammenfassung

Alle Sensoren sind funktionsfähig.

Dokumentation in SVN

• Link zu Messdaten
• Link zur MATLAB^®-Auswertung

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