ArduMower: Simulation der Kinematik eines Fahrzeugs mit drei Rädern

Skizze eines 3-rädrigen Fahrzeugs mit Geschwindigkeiten, Ortsvektoren und Koordinatensystemen zur Herleitung des kinematischen Fahrzeugmodells.

Autor: Prof. Dr. Mirek Göbel

Einleitung

Dieser Artikel beschreibt den Aufbau eines Simulationsmodells für ein dreirädriges Fahrzeug, um dieses für die Entwicklung von Steuerungs- und Regelungsalgorithmen zum autonomen Fahren zu verwenden. Damit stellt es die Basis dar, um ohne Hardware die Algorithmen in einer closed-loop-Simulationsumgebung entwickeln und vor allem testen zu können. Das Vorgehen orientiert sich am V-Modell.

Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf

Bei der Größe des zu erstellenden Modells werden die Schritte Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf des V-Modells zusammen gelegt und bereits Schnittstellen zwischen den einzelnen Blöcken definiert.

Das Fahrzeugmodell wird unterteilt in

• ein Block "Gieren und Geschwindigkeit in Achsmitte", in dem die Position und Geschwindikeit der Punkte M und D in Fahrzeugkoordinaten K bestimmt werden.
• und zwei Blöcke "Transformation und Integration Punkt M/D", in denen Position und Geschwindikeit der Punkte M und D in Inertialkoordinaten I bestimmt werden.

Funktionaler Systementwurf für die Modellierung eines 3-rädrigen Fahrzeugs mit Geschwindigkeiten, Ortsvektoren und Koordinatensystemen.

== Komponentenspezifikation Das Modell wird insgesamt als Komponente aufgefasst, d. h. die einzelnen Blöcke aus dem Systementwurf werden als Bestandteil der Komponente "Fahrzeugmodell" definiert. An dieser Stelle wäre es selbstverständlich möglich, die Komponente weiter aufzuteilen (damit würde die Komponente in Teilsystem umbenannt) und auch beim Testen diese einzelnen Komponenten dann zu berücksichtigen.

Ausblick

Was kann/muss noch verbessert werden?

Literaturverzeichnis

ID	Inhalt	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Das Fahrzeugmodell muss die Kinematik des als starr angenommenen Fahrzeugkörpers beschreiben.	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017
2	Das Fahrverhalten muss unter der Annahme korrekt abgebildet werden, dass die Räder schlupffrei abrollen.	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017
3	Am Eingang werden die Längsgeschwindigkeiten entlang der x-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems K der Räder rechts (R) und links (L) vorgegeben.	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017
4	Am Ausgang müssen die Position und Geschwindigkeit des Mittelpunktes M und des frei definierbaren Punktes D in x- und y-Richtung des Inertialsystems I der Gierwinkel und die Gierrate zur Verfügung stehen.	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017
5	Das Modell muss in Matlab/Simulink erstellt werden.	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017
6	Die Rechnung des Modells erfolgt mit diskreten Zeitschritten (es sind diskrete Integratoren zu verwenden).	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017
7	Die Dokumentation muss auf Basis der Mehrkörpersystemeberechnung leicht nachvollziehbar erfolgen.	Prof. Göbel	07.06.2017	Prof. Schneider	08.06.2017