Autonomes Fahren im Maßstab 1:10
Autor: Christian Sievers
Betreuer: Prof. Schneider
Art: Projekt
Thema
Autonomes Fahren ist ein wichtiges Ziel auf der Agenda der Automotive OEMs für die kommenden Jahre. Für das Praktikum SDE ist ein Mikrocontroller-gesteuertes Fahrzeug im Maßstab 1:10 zu entwickeln.
Ziel
Entwickeln Sie autonomes Modellfahrzeug, welches in der Zukunft im Praktikum SDE im Studiengang Mechatronik eingesetzt werden kann.
Umfang
Die Praktika habe laut Modulhandbuch folgenden Umfang
- Systementwurf Workload: 108h (45h Präsenz + 63h Selbststudium)
- Systemintegration Workload: 150h (60h Präsenz + 90h Selbststudium)
Der Umfang entspricht 258h. Bei einer 40 Stunden Woche entspricht dies ca. 7 Wochen.
Aufgabenstellung
Systementwurf
- Projektplanung und Zeit-Management*
- Entwickeln Sie konsequent nach dem V-Modell.
- Aufstellung der Anforderungen (Lastenheft)*
- Raspberry Pi für die LiDAR und Videoverarbeitung
- Optional Berücksichtigung von 3D-ToF-Sensorik
- Arduino zur Auswertung einfacher Sensorik und Ansteuerung der Aktoren
- Längs- und Querregleregler
- WLAN Kommunikation mit einem Diagnose-PC
- Display ansteuern
- Umsetzung der Anforderungen in ein Pflichtenheft*
- Planung der Hardware*
- Konstruktion und 3D-Druck des mechanischen Aufbaus des Fahrzeugs*
- QV-Antrag und Beschaffung der Bauteile
Systemimplementierung
- Modellbasierte Programmierung mit Simulink aufbauend auf der bestehenden Online/Offline-Software*
- Inbetrieb des Systems*
- Test der Anforderungen entsprechend der Methoden der Vorlesung Reliability Engineering (statische und dynamische Code-Tests, Modul- und Systemtests)
- Testdokumentation*
- Dokumentation nach wissenschaftlichem Stand*
* Diese Meilensteine müssen mit Prof. Schneider in einem persönlichen Gespräch abgestimmt und dokumentiert werden.
Anforderung
- Wissenschaftliche Vorgehensweise (Requirements, Projektplan, etc.)
- Wöchentliche Fortschrittsberichte
- Regelmeeting
- Projektvorstellung im Wiki
- ggf. Literaturrecherche mit Citavi
- Softwareentwicklung nach HSHL Standard, tägliche Datensicherung in SVN
Getting Started
- Nutzen Sie die Matlab Academy, um sich in Matlab Simulink einzuarbeiten.
- Studieren Sie das Carolo Cup Regelwerk zur Erstellung der Anforderungen.
- Erstellen Sie ein Lastenheft.
- Für die Entwicklung steht ein Bausatz "SunFounder Raspberry Pi Smart Video Car Kit V2.0" zur Verfügung.
- Lastenheft und Projektdaten der Vorgängen in SVN
Projektplanung und Zeit-Management
Meilensteine A-Muster
Projektplanung und Zeit-Management erstellt
Plandatum: 21.02.2019 Aktuelles Zieldatum: 21.02.2019 Meilenstein erreicht: 21.02.2019
Erstellung Lastenheft
Plandatum: 07.03.2019 Aktuelles Zieldatum: 07.03.2019 Meilenstein erreicht: 07.03.2019
Erstellung Pflichtenheft
Plandatum: 18.04.2019 Aktuelles Zieldatum: 03.05.2019 Meilenstein erreicht: 03.05.2019
Freigabe Lastenheft und Pflichtenheft
Plandatum: 31.05.2019 Aktuelles Zieldatum: 31.05.2019 Meilenstein erreicht: 28.05.2019
Erstellung Testplan
Plandatum: 18.04.2019 Aktuelles Zieldatum: 31.05.2019 Meilenstein erreicht: -
Konstruktion und mechanischer Aufbau
Plandatum: 02.05.2019 Aktuelles Zieldatum: 06.05.2019 Meilenstein erreicht: 06.05.2019
Software flashen
Plandatum: 16.05.2019 Aktuelles Zieldatum: 31.05.2019 Meilenstein erreicht: 28.05.2019
1. Fahrt
Plandatum: 21.05.2019 Aktuelles Zieldatum: 31.05.2019 Meilenstein erreicht: 28.05.2019
Testplan abgearbeitet
Plandatum: 04.06.2019 Aktuelles Zieldatum: 04.06.2019 Meilenstein erreicht: -
Präsentation
Plandatum: 11.06.2019 Aktuelles Zieldatum: 28.06.2019 Meilenstein erreicht: -
Dokumentation finalisiert
Plandatum: 02.07.2019 Aktuelles Zieldatum: 02.07.2019 Meilenstein erreicht: -
Meilensteine B-Muster
Meilensteine C-Muster
Bausatz
Beschaffung
Zur Inbetriebnahme sind folgende Komponenten beschafft worden:
Bausatz Sunfounder Smart Video Car Kit V2.0
Der Bausatz wurde zu Beginn des Projekts bereits durch Prof. Schneider zur Verfügung gestellt.
Preis (08.06.2019) US$115.00
Link zum Onlineshop von Sunfounder
Batterien
Industriezelle, Li-Ion, 18650, 3,7 V, 3200 mAh, Button Top
Preis (08.06.2019) 15,59 €
Benötigt werden 2 Stück für das Fahrzeug. Beschafft wurden 4 Stück.
Batterie Ladegerät
XTAR D2 :: AC Ladegerät, 2 A, 2 slot
Das Ladegerät ist geeignet für diverse Modellbauakkus, unter anderem auch für die verwendeten 18650 LiPo.
Preis (08.06.2019) 14,20 €
Batterie Lagerbeutel
brandschutzbeutel-fuer-li-polymer-akkus-lipo-guard
Preis (08.06.2019) 8,24 €
Wichtig! Von LiPo Akkus geht bei Defekt immer eine Brand- und Explosionsgefahr aus!
Die Akkus immer bei Nichtverwendung im Lagerbeutel aufbewahren.
Akkus ohne Lagerbeutel nicht unbeaufsichtigt lassen, nicht Wärmequellen und mechanischer Belastung aussetzen.
Zusammenbau
Komponenten
Grundplatten
Die Grundplatten bestehen auf einem Plexiglas. Alle Teile sind bereits fertig zugeschnitten und müssen nicht mechanisch nachbearbeitet werden. Die Teile sind beidseitig mit einer Schutzfolie versehen, die vorab entfernt werden muss.
Servos
Kupplungsgetriebe-Digitalservo mit eingebautem Gleichstrommotor Nach einer bestimmten Belastung kuppelt und schützt das Lenkgetriebe das Produkt automatisch vor Beschädigung.
Elektrische Eigenschaften:
Motoren
Die Beigefügten Motoren sind Gleichstrommotoren mit drehzahlreduzierendem Getriebe.
Elektrische Eigenschaften:
Platinen
TB6612_Motor_driver
Das TB6612 Motortreibermodul ist geeignet für Motoren mit geringer Wärmeentwicklung und kleinem Motorgehäuse.
PCA9685_PWM_Driver.JPG
PCA9685 16-Kanal-12-Bit-I2C-Bus-PWM-Treiber. Es unterstützt eine unabhängige PWM-Ausgangsleistung und ist ein einfach zu verwendender 4-Draht-I2C-Port für den parallelen Anschluss von 3-Farben-Ports für die PWM-Ausgabe.
Robot_hats.JPG
Robot HATS ist ein speziell für einen 40-Pin-Raspberry-Pi entwickelter HAT (Hardware Attached on Top), der mit den Raspberry-Pi-Modellen B +, 2-Modell B und 3-Modell B kompatibel ist. Er versorgt den Raspberry-Pi über die GPIO-Ports mit Strom. Dank des Designs der idealen Diode nach den Regeln von HATS kann der Raspberry Pi sowohl über das USB-Kabel als auch über den Gleichstromanschluss mit Strom versorgt werden. Dadurch wird verhindert, dass die TF-Karte durch tiefenentladene Batterien beschädigt wird. Der PCF8591 wird als ADC-Chip mit I2C-Kommunikation und der Adresse 0x48 verwendet.
Räder
Die verwendeten Räder sind aus einem Kunststoff, der mit Gummiüberzug versehen ist. Die Räder für vorne und hinten sind unterschiedlich im Design, aber gleich im Durchmesser.
Kamera
Die beigefügte Kamera besitzt einen Weitwinkel von 120 °.
Batteriegehäuse
Mechanischer Aufbau
Koordinatensysteme im Fahrzeug
Schwerpunkt des Fahrzeugs
Der Schwerpunkt des Fahrzeugs wurde über Aufhängung und Kippversuche ermittelt (Siehe Testplan).
Referenzpunkte für Software
Die Software benötigt für die korrekte Interpretation der Messdaten die Referenzpositionen der Kamera. Für die Erstellung des Einspurmodells, um die Fahreigenschaften abzubilden, werden Achsabstände, Spurbreite, Lenkwinkel etc. verwendet. Dies sind die relevanten Referenzpunkte am Fahrzeug:
Achsensystem 1:
Referenz Vorderachsmittelpunkt
Koordinaten: [0;0;0]
Achssysteme 2-5:
Vorderachse links [0;19;0]
Vorderachse rechts [0;-19;0]
Hinterachse links [-138;19;0]
Hinterachse rechts [-138;-19;0]
Achssysteme 5,6:
Kameradrehpunk 5: [36;0;21]
Kameradrehpunkt 6: [91;0;39]
Grundfläche Fahrbahn:
[x;y;-34]
Weblinks
- Carolo Cup Homepage
- Carolo-Cup 2018: Kleine Autos ganz groß
- SunFounder Raspberry Pi Smart Video Car Kit V2.0
- Zukunftsrauschen: Mobilität in Meschede
Siehe auch
- Studentische Arbeiten bei Prof. Schneider
- Anforderungen an eine wissenschaftlich Arbeit
- Programmierrichtlinien für Matlab
- SVN Repositorium
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