Geschwindigkeitsermittlung

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Ziel dieses Spezialthemas ist die Ermittlung der wahren Gechwindigkeit des Fahrzeuges im Online-Model. Als Input werden die Hallsensoren des Motors asynchron ausgelesen und durch eine Logik verarbeitet.

Projektteam

Jan Kifmann
Hauke Ludwig

HIL Test

Datum: 02.09.2014 Teilnehmer: Al-Suleihi, Prof. Schneider

Aufbau

• Signalgenerator erzeugt Rechteckflanken mit einer Frequenz von 735,2 Hz
• Frequenz mit Oszilloskop geprüft
• Signal geht auf dSpace Breakoutbox
• Signalverarbeitung im Simulink Modell
• Gesamte AMR Modell läuft mit.
• Die Flanken starten einen 10uS Timer.
• Zwischen den Flanken liegen 1,36ms
• In Control Desk werden n=137 bzw. 138 Flanken gezählt.
• Zu Testzwecken wurde die Frequenz $f=\frac{1}{n}$ ermittelt.
• Die Frequenz liegt zwischen 724,6Hz und 729,92Hz.
• Der Raddurchmesser beträgt 0,0663m.
• Der Radumfang berechnet sich zu 0,2083m.
• 4 Motorumdrehungen entsprechen 1 Radumdrehung.
• Mit der neuen Schaltung werden die steigenden und fallenden Flanken des Hallgebers zu je einer steigenden Flanke gewandelt.
• Pro Kanal A, b, c ergeben sich somit 2 Flanken.
• Pro Motorumdrehung entstehen 6 Flanken.
• Mit jeder Flanke hat sich das Rad um 0,008678m bzw. 8,7mm gedreht.
• Die gefahrene Strecke sollte aus der Summe der Teilstrrecken ermittelt werden.
• Der Geschwindigkeitsfehler berechnet sich zu:

$v_{max}=\frac{ds}{dt}=\frac{8,6mm}{1,37ms}=6,27737\,\frac{m}{s}$

$v_{min}=\frac{ds}{dt}=\frac{8,6mm}{1,38ms}=6,23188\,\frac{m}{s}$

• Der maximale Geschwindigkeitsfehler liegt somit bei 4,6cm jede Sekunde.

$v_{max}-v_{max}=0,0455\,\frac{m}{s}$

• Mit statistischen Mitteln (z.B. Tiefpassfilterung) sollte dieser Fehler um den Faktor 0,1 auf 5mm/s verbessert werden können.
• Um die Auflösung zu erhohen, könnte mit jedem Timerimpuls die Stecke inkrementiert werden. Dies würde die Auflösung um den Faktor 137 erhöhen. Wenn je 8,7mm 137 Timerflanken gezählt werden sind dies 63um.

Nächste Schritte

Deadline: Freitag, 05.09.14 Bearbeiter: Asaad Al-Suleihi

• Umsetzung der Testumgebung auf der Hardware (AMR)
• Strecken und Geschwindigkeitsberechnung.
• Tiefpassfilterung über 10 Werte
• Autonome Fahrt in den Geschwindigkeiten 0,5m/s, 1m/s, 2m/s, 3m/s
• Verifizierung des HIL-ergebnisse am Fahrzeug.
• Absolute Referenzmessung der Strecke und Geschwindigkeit

Umsetzung der Lösung auf der Hardware (AMR)

Asaad Al-Suleihi

Die Lösung wurde auf Basis der in der HIL-Simulation gewonnenen Erkenntnisse auf der Hardware umgestzt. Dabei ist abweichend zu der HIL-Simulation zwecks der Ermittlung der Zeit nicht auf einem zyklischen Timer zurückgegriffen. Die Zeitmessung wurde auf Basis der dSPACE RTLib (Real-Time Library) implementiert. Die RTLib stellt C-Funktionen zur Verfügung, mit denen den Wert der Zeitgeber der Hardware gelesen werden kann. Diese stellt die höchste genauigkeit dar, die mit der Hardware erreicht werden kann.

Bei der Implementierung und Test hat sich herausgestellt, dass:

• Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs im aufgebockten Zustand wellenformig schwingt. Die Frequenz der Signale der Hall-Sensoren variiert Sinusformig.
• Bei der Ausgang des XOR-Gatters zu Zusammenführung der Hall-Signale treten Ausreißer auf die einige 10µ-Sekunden breit sind. Diese sind aber ausreichend, um bei der Hardware ein Interrupt auszulösen. Die Ursache der Ausreißer und eine Möglichkeit zur hardwaremäßigen Lösung soll noch betrachtet werden.

  

  Ausreißer am Ausgang des XOR-Gatters

Die Detektion der Ausreißer könnte per Software gelöst werden. Es wurde ein mindest Abstand zwischen 2 Flanken definiert. Alle Flanken, die in einem kurzeren Abstand zu einander auftreten werden als Fehlflanken erkannt und nicht für die Geschwindigkeitsberechnung herangezogen.

Jedoch ist noch ein Rauschen auf Geschwindigkeitssignal festzustellen. Diese lässt sich durch minimal abweichenden Zeiten zwischen den Flanken erklären. Dieses Rauschen kann gefiltert werden. Zu Demonstration wurde das Signal in PT-1-Glieder unterschiedliche Frequenzen weiterbearbeitet.

Geschwindigkeitssignal vom AMR ungefiltert und mit PT1-Filter der Frequenzen 0,1Hz, 0,5Hz, 1Hz, 2Hz und 5Hz

Versionsablage

Sommersemester 2014

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