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.
Dieser Datenfluss zeigt die Architektur, die aus Wahrnehmung von Sensoren, Sensorendaten Fusion, Verhaltensentscheidung und Bewegungsmanagment besteht. Die Lokalisierung ist Verantwortlich für die Schätzung des Status des Autos. Bei der Erkennung von Objekte und Spur werden statische Objekte wie beispielweise Fahrbahn und dynamische Objekte erkannt. Dann werden die von Sensoren gesammelten Daten(Position, Objekt und Fahrbahn) fusioniert. Fusion bezieht sich auf Information mit denselben Attributen zu verschmelzen. Mit dieser Information analysiert Verhaltensentscheidung die Umgebung des Fahrzeugs und prognostiziert, was als nächstes passieren könnte. Wenn Objekte in der Fahrbahn erkannt werden, werden die aktuelle Position der Objekte und Verlauf seines Pfades verfolgt. Mit dem Verlauf kann den zukünftige Pfade der dynamischen Objekte vorhersagt werden. Damit das Fahrzeug Entscheidungen treffen kann, um Kollisionen mit potenziell sich bewegenden Objekte zu vermeiden. Außerdem plant sie die vernünftig Pfad, um das Ziel zu erreichen. Bei dem Bewegungsmanagment umfasst Längs- und Querreglung. Längsreglung steuert die Geschwindigkeit, während Querreglung Lenkwinkel ausgibt.
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
Hier sind die Module gezeigt, die im Online-Modus durchgeführt werden.
Folgendes ist die Abbildung 1.2 ein Datenfluss für Online-Modell.
Das Online-Modell dient verantwortlich zur Laufzeit des Fahrzeugs. Aus diesem Datenfluss ist zu ersehen, dass in dem Sensoren Block in den verschiedenen Blöcken die Signale vom Kamera, Längsgeschwindigkeit, Gierrate, Fernbediengung, Abstandsensorik und Taster werden, die die Sensoren an die DSpace-Karte liefern in das Programm eingelesen. In dem Block Signalaufbereitung werden die Signal des Gyro-Sensors bearbeitet und Informationen fusioniert und die Spurkoeffizienten gefiltert, damit das Fahrzeug die richtige Entscheidung trifft. Bei der Bewegungsmanagement geht es um 4 Modus. Mit dem Modell Bahn- und Spurführung wird. Die Längsregelung des Fahrzeugs eine exakte Bestimmung der Sollgeschwindigkeit erfordert. Die Querregelung wird verglichen, welche Bahn das Auto fahren würde (Istgröße) und welche Bahn das Auto fahren soll (Sollgröße). Beim autonomen Einparken werden eine passende Parklücke finden ,vermessen und anschließend anhalten oder einparken. Das Fahrtmodus legt fest aus welcher Quelle das Fahrzeug die aktuelle Sollgeschwindigkeit und den Solllenkwinkel wählt. Es gibt drei Möglichkeiten: Es kann unabhängig von einander die Geschwindigkeit und der Lenkwinkel des BSF und des AEP Moduls genutzt werden oder die Sollwerte können manuell festgelegt werden. In dem Aktoren-Block werden die PWM-Signale für den Lenkwinkel und die Geschwindigkeit an die RTI-Blöcke weitergeleitet. Zusätzlich wird das Signal für die blaue LED, die den Eingriff und die Fahrt im RC-Modus signalisiert, auf den entsprechenden Anschluss an der DSpace Karte übertragen. Zähler und Zeitstrahl sind Timer. Im Block Geschwindigkeit gibt es Hallsensoren, die zurückgelegt Strecke ermittelt. Die beiden Blöcke ist unabhängig voneinander und werden nicht verbinden.
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
Mit dem Bild sind die Simulinkmodule im Offline-Modus zu sehen.
Folgende Abbildung zeigt den Datenfluss vom Offline-Modell.
Das Offline-Modell steht ein realistisches Abbild des Online-Modells an jedem PC zur Verfügung. Der vorliegende Datenfluss basiert auf Online-Modell, aber nach dem Aktoren gibt es 2 Modelle auszuwählen, Für das autonome Einparken wird ein Kinematik- und für den Rundkurs ein Einspurmodell genutzt. Sie werden durch den Schalter gestätigt. Der Block Darstellung lässt den Rundkurs und die Fahrspur anzeigen. FromWorkspace Block dient zum Einladen der Messdaten. Außer Zähler und Zeitstrahl als Timer werden Darstellung und FromWorkspace Block mit Block Sensoren verbunden.
Anforderungen
Die Abbildung 1.5 zeigt REQ10.3250 Modellierung der System- und Softwarearchitektur.
Für das Pflichtenheft wurden folgende Anforderung erstellt. Es ist in der Abbildung 1.6 zu sehen.
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 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.
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.
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.
![[1]](https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Datei:Einspurmodell-offline.png){kind=link}
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-Online
SEN-Geschwindigkeit
Im diese Modell werden von DSpace-Karte liefernde Signale in Function Call Subsystem weiterleitet, indem Hall-Sensoren, Distanz und Geschwindigkeit verarbeitet.
