Fahrzeugsoftware

Zur groben Übersicht ein eventueller Leitfaden!!!!

Allgemeines

Das Projekt "Autonom fahredes Fahrzeug für den Carolo Cup" ist ausschlißlich in MATLAB 2013a / Simulink (für AEP, BSF, Längs- und Querregelung) und Visual Studio (Spurtracking mit Kamera, Objekterkennung mit Laserscanner und Kamera) programmiert.

Zu beachten ist dabei, dass keine MATLAB 2012a und MATLAB 2013a Skripte gemischt werden dürfen. Es muss eine einheitliche Programmierung in der gleichen Version erfolgen! Sollte also eine neue Version MATLAB 2014a auf dem Markt erscheinen, muss darauf geachtet werden, alle einzelnen Skripte und Bibliotheken auf diese Version zu aktualisieren.

Es bestehen zwei Simulinkmodelle, die je nach Auswahl in der Hauptdatei "start.m" ausgeführt werden. Zum Einen gibt es den Offline-Betrieb, welcher zur Simulation der einzelnen Funktion zur Verfügung steht, um Fehler in der Programmierung schnellstmöglich beheben zu können. Zum Anderen existiert der Online-Betrieb, welcher mit den realen Rückgabewerten der am Fahrzeug verbauten Sensoren arbeitet und den Motor und die Servolenkung über PWM-Signale ansteuert.

- Aufruf unter SVN/.../start.m mit MATLAB 2013a (32 bit)

Das Hauptprogramm, worin alle Bibliotheken und Parameter geladen werden, ist die Datei "start.m".

Matlabskripte

Hauptdatei start.m

Die Datei "start.m" ist diejenige Datei, in der zu Beginn entschieden wird, in welchen Modi das Simulink geöffnet werden soll. Dabei kann zu Beginn zwischen dem Online- und Offline-Betrieb gewählt werden.

%% Auswahl des Simulationstyps %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Schalter "Simulation". 
% 0: Modell für die dSPACE-Karte
% 1: Simulation offline
Schalter_offline    = 1;

Im Anschluss wird die Wahl getroffen, welche Aktion das Fahrzeug durchführen soll. Die Variable "Simulinkmodus" wird im späteren Verlauf dafür verwendet, die passenden Parameter für die entsprechende Durchführung zu laden.

%% Auswahl des Simulinkmodus %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 1: BSF (Bahn und Spurführung)
% 2: AEP (Einparkmodus: Lücke suchen, vermessen und anschließend anhalten)
% 3: AEP (Einparkmodus: Lücke suchen, vermessen und einparken)
Simulinkmodus    = 3;

In der Regel wird von den einzelnen Funktion die Geschwindigkeit und der Lenkwinkel selbst bestimmt. Dennoch gibt es die Möglichkeit, die Werte manuell zu bestimmen. Dafür muss der Variablen Lw_Vw_Manuell der Wert 1 zugewiesen werden und im Anschluss die Gewünschte Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde und der Lenkwinkel in Radiant eingegeben werden.

%% Quelle für Solllenkwinkel und Sollgeschwindigkeit %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 0: Automatisch
% 1: manuelle Vorgabe (Werte s. u. beim Fahrmanöver)
Lw_Vx_Manuell               = 0; 

% Bei Wahl der manuellen Vorgaben
PAR_Famo_VxSollManuell_f64  = 0.5;          % Sollgeschwindigkeit [m/s]
PAR_Famo_LwSollManuell_f64  = 2 * pi/180;   % Solllenkwinkel [rad]

Für den Fall der Wahl des Einparkmodus besteht die Möglichkeit, die parkenden Fahrzeuge in der Parkbucht per Zufall setzen zu lassen, oder für schnelles Testen die größte Parklücke direkt nach dem ersten parkenden Fahrzeug zu positionieren (siehe param_Sen_offline.m).

%% Im Fall AEP: Positionswahl der Objekte %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 1: Positionierung zufällig
% 0: Positionierung vorgegeben (größte Lücke vorne)
global PAR_Modi_Schalter_Luecke_int
PAR_Modi_Schalter_Luecke_int = 0;

Im darauf folgenden Schritt wird die Basisschrittweiter der Simulation bestimmt. Dabei ist darauf zu achte, dass die Bahn- und Spurführung keine größere Schrittweite als 0,005s besitzen darf, da sonst die Querregelung instabil wird. Die Einparksimulation hingegen wird deutlich langsamer bei einer so geringen Schrittweite. Daher ist für diese der Wert 0,02s gewählt worden. Die Variable "T" wird im Offline-Simulinkmodell für die einzustellende Schrittweite verwendet.

%% Basisschrittweite [s]
switch Schalter_offline
    case 1
        T = 0.005;   % Basisschrittweite [s] offline: Regelung BSF mit T = 0,02 instabil!
       if Simulinkmodus == 3 || Simulinkmodus == 2
        T = 0.02;   % Basisschrittweite [s] 
       end
    case 0
        T = 0.005;  % Basisschrittweite [s] online
end

Abschließend mit Auswahlmöglichkeit für den Benutzer ist Wahl der Simulationsdarstellung für den Offline-Betrieb zu nennen. Es gibt einerseits die Möglichkeit, sich die gesamte Draufsicht von Fahrspur und Fahrzeug (eventuell auch Parkbucht mit parkenden Fahrzeugen) anzeigen zu lassen, andereseits kann man sich auch nur die Fahrspur plotten lassen. Der Wert 1 bedeutet jeweils die Aktivierung der Plots.

%% Simulations Darstellungen %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Darstellung der Draufsicht während der Simulation?
% 0: Aus
% 1: Ein
PAR_Darstellung_Schalter_EIN_bit = 1; 

% Darstellung der Fahrspur während der Simulation?
% 0: Aus
% 1: Ein
PAR_Darstellung_Fahrspur_Schalter_EIN_bit = 0;

Sind die gewünschten Einstellungen getroffen, so folgt alles weitere automatisch der Betätigung des Play-Buttons in MATLAB. Je nach ausgewähltem Modus und gewünschter Simulation oder Betrieb auf dem Fahrzeug werden nachfolgend erläuterte notwendige Variablen definiert (Beispiel: Wahl des Modus 1 => Bahn- und Spurführung; kurz: BSF): Für die Simulation der Bahn- und Spurführung wird der Variablen Simulinkmodus der Wert 1 zugewiesen. Durch eine Switch-Case-Abfrage wird zu Beginn das Einspurmodell aktiviert, die Abstandssensorik Ausgeschaltet (nicht benötigt), der Kamerasensor eingeschaltet (Spurdetektion) und die Startposition im Plot bestimmt (x und y Position). Die Sartausrichtung soll bei 0° liegen. Durch eine weitere Fallunterscheidung wird betrachtet, ob der Benutzer den Solllenkwinkel und die Sollgeschwindigkeit manuell eingegeben hat oder automatisch ermitteln lassen möchte. Zu guter letzt wird der dem Modus entsprechenden Taster, falls es sich um eine Offline-Simulation handeln soll, mit "wahr" (boolean(1)) belegt, wohin gegen die restlichen Taster "falsch" zugewiesen bekommen (boolean(0)).

switch Simulinkmodus
    case 1 % BSF 
        PAR_SimSchalter_ESM_Kinematikmodell = 1;            % Einspurmodell
        PAR_SenAbs_Schalter_EIN_bit         = 0;            % Abstandssensorik Aus
        PAR_SenKam_Schalter_EIN_bit         = 1;            % Kamerasensor 
        PAR_Esm_x0_I_f64                    = 8;            % Startposition in x_I 
        PAR_Esm_y0_I_f64                    = -10;          % Startposition in y_I
        PAR_Esm_psi0_I_f64                  = 0 * pi/180;   % Startausrichtung zu x_I
        switch Lw_Vx_Manuell
            case 0
                PAR_Modi_Schalter_Lw_int    = 1; % Quelle für den Solllenkwinkel aus BSF Funktion
                PAR_Modi_Schalter_Vx_int    = 1; % Quelle für den Sollgeschwindigkeit aus BSF Funktion
            case 1
                PAR_Modi_Schalter_Lw_int    = 3; % manuelle Vorgabe für den Solllenkwinkel
                PAR_Modi_Schalter_Vx_int    = 3; % manuelle Vorgabe für den Sollgeschwindigkeit
        end
        if Schalter_offline == 1
            PAR_SenTast_AEP_bit                 = boolean(0);
            PAR_SenTast_BSF_Rundk_bit           = boolean(1);
            PAR_SenTast_BSF_RundkHindernis_bit  = boolean(0);
            PAR_SenTast_reserve_bit             = boolean(0);
        end
       
    case 2 % AEP (Lücke suchen, vermessen und anschließend anhalten)
        PAR_SenAbs_Schalter_EIN_bit         = 1; % Abstandssensorik Ein
        PAR_SimSchalter_ESM_Kinematikmodell = 2; % 2: für Kinematikmodell (einfaches Modell zum Einparken!)
        PAR_AEP_Measure_or_Park             = 1; % Vermessen und anhalten wenn die vermessene Lücke groß genug ist
        PAR_SenKam_Schalter_EIN_bit         = 0; % Kamerasensor Aus (Alle Ausgänge = 0)
        PAR_Esm_x0_I_f64 = -9.58;                % Startposition in x_I 
        PAR_Esm_y0_I_f64 = -10;                  % Startposition in y_I
        PAR_Esm_psi0_I_f64 = 0 * pi/180;         % Startausrichtung zu x_I
        switch Lw_Vx_Manuell
            case 0
                PAR_Modi_Schalter_Lw_int    = 2; % Quelle für den Sollllenkwinkel aus AEP Funktion
                PAR_Modi_Schalter_Vx_int    = 2; % Quelle für den Sollgeschwindigkeit aus AEP Funktion
            case 1
                PAR_Modi_Schalter_Lw_int    = 3; % manuelle Vorgabe für den Sollllenkwinkel
                PAR_Modi_Schalter_Vx_int    = 3; % manuelle Vorgabe für den Sollgeschwindigkeit
        end
        if Schalter_offline == 1
            PAR_SenTast_AEP_bit                 = boolean(1);
            PAR_SenTast_BSF_Rundk_bit           = boolean(0);
            PAR_SenTast_BSF_RundkHindernis_bit  = boolean(0);
            PAR_SenTast_reserve_bit             = boolean(0);
        else
            PAR_SenTast_AEP_bit                 = boolean(0);
        end
        
    case 3 % AEP (Lücke suchen, vermessen und einparken)      
        PAR_SenAbs_Schalter_EIN_bit         = 1; % Abstandssensorik Ein
        PAR_SimSchalter_ESM_Kinematikmodell = 2; % für Kinematikmodell (einfaches Modell zum Einparken!)       
        PAR_AEP_Measure_or_Park             = 2; % Vermessen, Parken, Korrekturzug, Anhalten
        PAR_SenKam_Schalter_EIN_bit         = 0; % Kamerasensor Aus (Alle Ausgänge = 0)           
        PAR_Esm_x0_I_f64 = -9.58;                % Startposition in x_I 
        PAR_Esm_y0_I_f64 = -10;                  % Startposition in y_I
        PAR_Esm_psi0_I_f64 = 0 * pi/180;         % Startausrichtung zu x_I
        
        switch Lw_Vx_Manuell
            case 0
                PAR_Modi_Schalter_Lw_int    = 2; % Quelle für den Sollllenkwinkel aus AEP Funktion
                PAR_Modi_Schalter_Vx_int    = 2; % Quelle für den Sollgeschwindigkeit aus AEP Funktion
            case 1
                PAR_Modi_Schalter_Lw_int    = 3; % manuelle Vorgabe für den Sollllenkwinkel
                PAR_Modi_Schalter_Vx_int    = 3; % manuelle Vorgabe für den Sollgeschwindigkeit
        end
        if Schalter_offline == 1
            PAR_SenTast_AEP_bit                 = boolean(1);
            PAR_SenTast_BSF_Rundk_bit           = boolean(0);
            PAR_SenTast_BSF_RundkHindernis_bit  = boolean(0);
            PAR_SenTast_reserve_bit             = boolean(0);
        else
            PAR_SenTast_AEP_bit                 = boolean(0);
        end
end

Nach diesen Zuordnungen werden dem Skript Pfade hinzugefügt und notwendige Parameter geladen.

%% Pfade setzen %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
addpath(genpath('bibliotheken'))
addpath(genpath('darstellung'))
addpath(genpath('funktionen'))
addpath(genpath('parameter'))

%% Parameter laden %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
param_CAR
param_AEP
param_BSF
param_OSE
param_SAB

switch Schalter_offline
    case 1
        param_AKT_offline
        param_SEN_offline
        param_ESM_offline
    case 0
        param_AKT_online
        param_SEN_online
end

Abschließend wird das Offline- oder Online-Simulinkmodell geöffent und ein Text als Zeichen der Fertigstellung des Modells im Command Window von MATLAB angezeigt.

%% Modell öffnen %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
switch Schalter_offline
    case 1
        open('CCF_offline');
    case 0
        open('CCF_online');
end

% Meldung anzeigen
fprintf('%s: Parameter geladen. Öffne das Modell....\n', mfilename)

Simulinkmodell

Offline-Betrieb zur Simulation

-> laden von CCF_offline

Online-Betrieb auf dem Fahrzeug

-> Laden von CCF online

ControlDesk

Simulinkmodell einbinden

- in Simulink strg+b zum Builden - in ControlDesk Reloade /Rebuilden(Refresh?)

Layouts

Sensorinbetriebnahme

- Taster - Gyro, Hall, Infrarot

Modus überwachung

- In welchem Modus befinde ich mich? Was ist alles aktiv, was nicht?

Aufnahmen

- Wie nehme ich Sensorsignale in ControlDesk auf?