Softwarearchitektur des Fahrzeugs

Autor:

M.Anas Habbaba (Diskussion) 18:42, 28. April. 2020 (CET)

Lihui Liu (Diskussion) 18:42, 28. April. 2020 (CET)

Einleitung

In diesem Artikel "Softwarearchitektur des Fahrzeugs" geht es um Beschreibung der Softwarearchitektur des Fahrzeugs CaroloCup. Im Kapitel Parameterdateien wird auf die Parameter eingegangen, die gebraucht werden, um Simulinkmodell einzuführen. Im nächsten Hauptkapitel werden beide Modi des Fahrzeugs beschrieben. Die Modi sind Offline-Modus und Online-Modus. Um die Simulation durchzuführen, muss zuerst die Datei "start.m" gestartet werden. Die Datei beinhaltet einige Parameter, die das Verhalten des Fahrzeugs und der Simulation festlegen. Sie werden unter: Parameter beschrieben. Die Abbildung 1 zeigt den allgemeinen Datenfluss von dem autonomen Fahrzeug.

Abbildung 1: Allgemeine Übersicht des Datenflusses vom Fahrzeug

Dieser Datenfluss zeigt die Architektur, die aus Wahrnehumg, Spurplanung, Fahren und Einparken besteht. Die Wahrnehmung ist dafür verantwortlich, die von den Sensoren und LiDAR erfassten Daten zu verwenden, um den Zustand des Fahrzeugs abzuschätzen. Die Spurerkennung entscheidet, wohin zu fahren ist, indem die Spur und Objekt erkannt und tracking werden. Beim Fahren sind die Längsreglung und Querreglung verantwortlich. Die Längsregelung des Fahrzeugs erfordert eine exakte Bestimmung der Sollgeschwindigkeit. Für die Querregelung wird verglichen, welche Bahn das Auto fahren würde (Istgröße) und welche Bahn das Auto fahren soll (Sollgröße). Um das Fahrzeug autonomen einzuparken, muss die benötigte Platzt berechnet wird, damit es eine vernünftige Parkenlücke findet.Anschließend muss den Einparkmodus ausgewählt wird, denn es bestehen die Möglichkeiten, nach der Lückenfindung direkt einzuparken (Simulinkmodus = 3) oder stehen zu bleiben (Simulinkmodus = 2).

Übersicht der Online-und Offline Modus

Nachdem "start.m" gestart wurde, kann jetzt der Simulationstyp (Offline oder Online) gewählt werden. Es wird dadurch gewählt, den Parameter "Schalter_offline" mit 0 (Online-Modell) oder mit 1 (Offline-Modell) festzulegen. Detaillierte Beschreibung ist unter: Parameter beschrieben.
Das Online-Modus ist jenes Modus, welches für Verarbeitung sämtlicher Daten während der Laufzeit des Fahrzeuges (also beim Fahren auf der Strecke) verantwortlich ist. Das Modus ist nach dem EVA-Prinzip aufgebaut und verarbeitet die eingehenden Sensorikdaten durch eine Logik, welche anschließend wieder in Aktorikbefehle gewandelt werden. Nach der Festlegung des Parameters mit 0, ist "Run" zu drücken. Dann erscheint die Abbildung 1.1

Abbildung 1.1: Simulation des Fahrzeugs im Online-Modus

Hier sind die Module gezeigt, die im Online-Modus durchgeführt werden.
Folgendes ist die Abbildung 1.2 ein Datenfluss für Online-Modell.

Abbildung 1.2: Datenfluss im Online-Modell

Das Online-Modell dient verantwortlich während der Laufzeit des Fahrzeugs. Aus diesem Datenfluss ist zu ersehen, dass nach der Wahrnemung von den Sensoren die Signale aufbereitet werden. Danach gibt 4 Modi: OSE, BSF,AEP, FAMO. Anschließend die Aktoren wandelt die eingehenden Sensorikdaten.
Das Offline-Modus ist jenes Modus, welches ein realistisches Abbild des Online-Modus an jedem PC bereit stellt. Hiermit können neue Software-Stände im Modultest getestet werden und bei erfolgreichem Arbeiten auf das Online-Modus übertragen werden. Das Modus ist nach dem EVA-Prinzip aufgebaut und verarbeitet die eingehenden Sensorikdaten durch eine Logik, welche anschließend wieder in Aktorikbefehle gewandelt werden. Nach der Festlegung des Parameters mit 0, ist "Run" zu drücken. Dann erscheint die Abbildung 1.3

Abbildung 1.3: Simulation des Fahrzeugs im Offline-Modell

Mit dem Bild sind die Simulinkmodule im Offline-Modus zu sehen.
Folgende Abbildung zeigt den Datenfluss vom Offline-Modell.

Abbildung 1.4: Datenfluss im Offline-Modell

Der vorliegende Datenfluss basiert auf Online-Modell, aber nach dem 4 Module wird LED aktiviert, das zur Fahrsignalanzeige(Blinkanzeiger, Bremslichtanzeiger, Rückfahrlichtanzeiger) ist. Schließlich werden die eingehenden Daten in den Aktoren zum Einspurmodell und Kinematikmodell wetergeleitet. Vorteilhaftig ist es in der Lage, die neue Software-Stände im Modultest getestet zu werden und bei erfolgreichem Arbeiten auf das Online-Modell übertragen zu werden.

Anforderungen

Die Abbildung 1.5 zeigt REQ10.3250 Modellierung der System- und Softwarearchitektur.

Abbildung 1.5: REQ10.3250

Für das Pflichtenheft wurden folgende Anforderung erstellt. Es ist in der Abbildung 1.6 zu sehen.

Abbildung 1.6: Pflichtenheft für REQ10.3250

Parameterdateien

Die Parameterdateien befinden sich in Ordner parameter . In den Parameterdateien handelt sich um die Parameter, die für Realisierung der Funktionen des Fahrzeugs benötigt sind. In diesem Kapital werden die Parameter in drei Unterkapitel eingeteilt. Parameter in Online-Modus, Offlinemodus und gemeinsame Parameter. In "start.m" gibt es drei wesentliche Parameter, die die Form der Simulation ändern.

Name des Parameters	Aufgabe des Parameters	Parameterwert	Funktion des Parameters beim Wert
Schalter_offline	Auswahl des Simulationstyps	0	Aktivieren von Simulink Online (Modell für die dSPACE-Karte)
Schalter_offline	Auswahl des Simulationstyps	1	Aktivieren von Simulink Online
PAR_Modi_Schalter_Fahrbahn_int	Laden verschiedener Fahrbahnformen	3	Rundkurs ohne Kreuzung mit Stopplinie
PAR_Modi_Schalter_Fahrbahn_int	Laden verschiedener Fahrbahnformen	2	Rundkurs mit Kreuzung, Start direkt vor S-Kurve
PAR_Modi_Schalter_Fahrbahn_int	Laden verschiedener Fahrbahnformen	1	Rundkurs mit Kreuzung
PAR_Modi_Schalter_Fahrbahn_int	Laden verschiedener Fahrbahnformen	0	Rundkurs ohne Kreuzung
Simulinkmodus	Auswahl des Simulinkmodus	4	BSF incl. Objekt auf der Fahrbahn
Simulinkmodus	Auswahl des Simulinkmodus	3	AEP (Lücke suchen, vermessen und einparken)
Simulinkmodus	Auswahl des Simulinkmodus	2	AEP (Lücke suchen, vermessen und anschließend anhalten)
Simulinkmodus	Auswahl des Simulinkmodus	1	BSF

Name des Parameters ist der Name des Parameters, der in start.m ist. Aufgabe des Parameters zeigt, wofür der Parameter eingesetzt wird. Parameterwert ist der Wert, mit dem der Parameter versehen wird, damit eine bestimmte Funktion oder Form durchgeführt wird. Die Funktion ist mit Funktion des Parameters beim Wert gekennzeichnet.

Parameter im Online-Modus

In dem Kapitel geht es um die Parameter, die nur im Online-Modus benötigt sind

param_AKT_online

param_AKT_online.m ist für AKT-Aktoren-Online. Die Parameterdatei stellt die Parameter zur Ansteuerung der Aktoren. Die Parameter führen zur Steuerung des Lenkwinkels, Gaspedals sowie zum Schutz des Fahrzeugs im Online-Modus.

param_SEN_online

Durch Hilfe von den Parametern in der Datei werden die aus den Sensoren (z.B. Infrarotsensor, Gierratensensor und Geschwindigkeitssensorik) gelieferten Spannungen im Online-Modus in notwendige Daten (Distanz, Geschwindigkeit) umgerechnet. Die Parameter befinden sich in der Datei : "param_SEN_online under" : "\Software\CaroloCupFahrzeug\parameter" in SVN. Die Datei hat viele Parameter, die in Simulink benötigt sind. Als Beispiel zeigt die Abbildung 2.1.2, wie und wo der Parameter "PAR_SenGier_UmrechFaktor_K_f64" eingesetzt werden.

Abbildung 2.1.2: Der benutzte Parameter "PAR_SenGier_UmrechFaktor_K_f64" in Simulink

Parameter im Offline-Modus

Die Parameterdateien, die sich unter dem Kapitel "Parameter im Offline-Modus" befinden, werden nur im Offline-Modus verwendet.

param_SEN_offline

Das Ziel der Datei param_SEN_offline ist die Simulation der Sensoren. Indem zuerst die Fahrbahntype ausgewählt wird, danach werden die Positionen und Dimensionen der parkenden Fahrzeuge für das autonome Einparken und die Straßendimension für die Bahn- und Spurführung erstellt. Folgende ist ein Datenfluss, der eine Struktur des Sensoren im Offline zeigt.

Die Abbildung 2.2.1 zeigt den Parameter PAR_SenKam_Stoplinien_f64 aus der Datei param_ESM_offline in Simulink.

Abbildung 2.2.1: Der Parameter PAR_SenKam_Stoplinien_f64 aus der Datei param_ESM_offline in Simulink

param_ESM_offline

Die Parameter der Datei dienen zur Simulation des Moduls Einspurmodell im Offline-Modus. Diese Parameter bestimmen die Länge, Breite und die Masse des Fahrzeugs sowie Informationen über Reifen und Aktordynamik. Die Parameter haben Wirkungen auf die Geschwindigkeit und die Stabilität des Fahrzeugs. Mit den Daten kann der Schwerpunkt des Fahrzeugs berechnet werden. Unter [1] sind einige Parameter, die im Einspurmodell benutzt werden, zu sehen. Die Parameter kommen aus der Datei param_ESM_offline, die sich unter folgendem Pfad param_ESM_offline befinden.

param_VIS_offline

Die Datei ist für die Visualisierung der Offline-Simulation. Sie bestimmt, wie oft die Anzeige erneut geplottet wird. In dem Fall wird die gefahrene Bahn je 100 Schritte geplottet. Die Datei param_VIS_offline befindet sich unter: param_VIS_offline

param_AKT_offline

Die Datei param_AKT_offline beinhaltet keine Parameter und ist zurzeit leer. Die Datei befindet sich unter: param_AKT_offline

Gemeinsame Parameter

Die Parameterdateien, die sich unter dem Kapitel "Gemeinsame Parameter" befinden, werden sowohl im Online-Modus als auch im Offline-Modus verwendet.

param_CAR

Die Parameter der Datei sind für die Bestimmung der Dimensionen und der Masse vom Fahrzeug sowie Sensorpositionen im körperfesten Koordinatensystem. Hinweis: Einige Parameter, die hier festgelegt werden, werden in der Datei param_ESM_offline verwendet. Die Datei befindet sich unter: param_CAR

param_AEP

Diese Parameterdatei ist für die Funktion des automen Einparkens bereit gestellt. Hier werden zum Einen die zu fahrenden Geschwindigkeiten während des Einparkvorgangs, zum Anderen aber auch der maximal erlaubte Einparkwinkel definiert. Vorerst wird die maximal notwendige Größe der Parklücke vor Durchführung des Vorgangs berechnet. Es werden ein seitlicher Abstand zu den Hindernissen von 8cm angenommen und die Maße des Fahrzeug aus param_CAR verwendet. Die Datei befindet sich unter: param_AEP

param_BSF

Bei dieser Parameterdatei "param_BSF" handelt es sich um die Parameter für die Bahn- und Spurführung. Diese sind zum Beispiel die Anteile der Längs- und Querregelung, Lenkwinkelbegrenzung und eine Lookuptabelle für die Geschwindigkeit über den Lenkwinkel. Die Datei befindet sich unter: param_BSF

param_OSE

Die Datei ist leer und beinhaltet keine Daten und keine Parameter. Die Datei wurde trotzdem angelegt und befindet sich unter: param_OSE.

param_SAB

Bei der Signalaufbereitung werden die Parameter für die Gierratensensor (z.B. Zeitverzögerung für Gyrokalibrierung) eingesetzt. Die Parameter in der Datei sind auch dafür zuständig, Rauschen von dem Gierratensensor und der Kamera zu filtern. Die Datei befindet sich unter: param_SAB

Simulinkmodelle

In diesem Kapitel handelt sich um Simulinkmodelle, indem sowohl Online- als auch Offline-Betrieb mit mehrerer Bibliotheken verbinden, welche getrennt voneinander bearbeitet werden können, ohne andere Funktionen zu beeinträchtigen.

Online-Modus

SEN-Geschwindigkeit

Im diese Modell werden von DSpace-Karte liefernde Signale in Function Call Subsystem weiterleitet, indem Hall-Sensoren, Distanz und Geschwindigkeit verarbeitet.