SDE SoSe26: AP 1.3 Längeregelung

Abb. 1: Das Bild-Koordinatensystem der Spurerkennung

Autor:	Jonas von Döllen
Modul	Mechatronik, Systementwicklung (Wahlpflichtprofil „Systems Design Engineering“), Sommersemester
Lehrveranstaltung:	Praktikum Systementwicklung
Sprint:	Bildbasierte Spurführung für autonomes Fahren
SVN-URL	https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Software/AlphaBot/

Einleitung

Im Zuge des Systementwicklungspraktikums in dem Schwerpunkt System Design Engineering muss ein Fahrzeug durch eine künstlich erzeugte Fahrstrecke autonohm auf der rechten Fahrspur fahren. Genutzt wird in diesem zweiten Teil des Praktikums ein AlphaBot mit einer Pixy2.1 Kamera oben drauf. Hierfür soll nach dem aktuellen Sprint eine Längsregelung implementiert werden. In diesem Artikel wird die Dokumentation dazu aufgeführt.

Planung

Ist Zustand

Bei der vorherigen Gruppe ist das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit durch die gesamte Fahrspur gefahren.

Soll Zustand

Das Fahrzeug soll nun vor einer Kurve die Geschwindigkeit je nach Krümmung drosseln und nach der Kurve wieder beschleunigen

Umsetzungsidee

Nach der Implementierung des Arbeitspaketes AP 1.1 Spurerkennung mit der Pixy 2.1 berechnet das Subsystem über die Kamerawerte die Parameter Krümmung und Abstand zurück. Die Krümmung (K) wird dann von einem erwartenden Krümmungswert der geraden Spur(Kger) abgezogen, der Betrag davon wird linear mit einer Gain(a) von der default Motorleistung (Pdef) abgzogen und mit einer Ober und Untergrenze begrenzt. Der herauskommende Wert ist dann die angesteuerte Motorleistung (Pout).
$Pout(K)=\{\begin{array}{ll}70,& \text{wenn }|K-K_{\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{p}}|>20,\\ P_{\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{f}}-a|K-K_{\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{p}}|,& \text{wenn }|K-K_{\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{p}}|\le 20.\end{array}$
Getestet werden die Werte anschließend durch das Auslesen der Werte in dem Data Inspector aus Simulink und dabei das beobachtete Verhalten des Alphabots durch den Tester.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderung an die Längsregelung

Req.	Beschreibung	Priorität
1	Fahrzeug muss seine Geschwindigkeit vor einer Kurve sichtlich drosseln. (Motorpower 20% reduziert gegenüber der eingestellten Default Motorpower) drosseln	1
2	Fahrzeug muss seine Geschwindigkeit nach einer Kurve beschleunigen. (Motorpower min. 90% der eingestellten Default Motorpower)	1
3	Fahrzeug muss mit gedrosselter Geschwindigkeit die Kurve durchfahren. (Motorpower 20% gegenüber der eingestellten Default Motorpower reduziert)	1

Umsetzung

Die Umsetzung erfolgte über eine Änderung des Konstantenwertes. Die Motoren wurden jeweils mit einem grundsätzlchen Motorpowerwert von 100 angetrieben. Die ausgegebene Stellgröße wird dann an dem einen Motor abgezogen und an dem anderen addiert, wodurch eine Querregelung realisiert wird. Der grundsätzliche Wert für die Motorpower wird nun mit dem Betrag des Winkel von dem Vektor der Pixy Kamera (siehe Artikel:SDE SoSe26: AP 1.1 Spurerkennung mit der Pixy2.1) linear abgezogen und begrenzt. Die minWert bei der Begrenzung ist hier 0 und der maxWert ist bei 20.

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  Abb.2: vorheriger Motoransteuerung
• 
  Abb.3: neue Regelung mit Subsystem integriert
• 
  Abb. 4: Subsystem von innen

Tests

Tabelle 2: Testprotokoll

Req.	Beschreibung	Testergebnis	Testperson	Datum
1	Fahrzeug muss seine Geschwindigkeit vor einer Kurve sichtlich (Motorpower 20% reduziert gegenüber der eingestellten Default Motorpower) drosseln	n.i.O.	Jonas von Döllen	01.07.2026
2	Fahrzeug muss seine Geschwindigkeit nach einer Kurve beschleunigen (Motorpower min. 90% der eingestellten Default Motorpower)	i.O.	Jonas von Döllen	01.07.2026
3	Fahrzeug muss mit gedrosselter Geschwindigkeit die Kurve durchfahren (Motorpower 20% gegenüber der eingestellten Default Motorpower reduziert)	n.i.O.	Jonas von Döllen	01.07.2026

Für das Testen wurde der Alphabot einmal gefahren und mit Monitore and Tune ausgelesen. Hierbei wurden diese Ergebnisse erzielt:

Abb. 5. Auswertung der Messergebnisse bei Geradenfahrt und bei einer Kurvenfahrt

Fehlerbehebung und Verbesserung

Bei dem Auslesen der Daten innerhalb des Data Inspectors des Simulinkmodells während des Fahrens ist eine nicht konstanter Winkel festzustellen. Der Winkel wird je nach Postion des Alphabots zum Abstand der Außenlinie verändert.

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