ArduMower: Simulation der Kinematik eines Fahrzeugs mit drei Rädern
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.
Anforderungen
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
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 |
8 | Bei der Simulation muss eine graphische Ausgabe der Position und Richtung des Fahrzeugs in x- und y-Koordinaten des I-Systems erfolgen. | Prof. Göbel | 07.06.2017 | Prof. Schneider | 08.06.2017 |
9 | xyz | Prof. Göbel | 07.06.2017 | Prof. Schneider | 08.06.2017 |
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.
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?