Regelung des Radschlupfes eines Modellautos

Autoren: Mario Wollschläger, Lukas Honerlage

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Einleitung

Bei dem vorliegenden Artikel handelt es sich um ein Projekt aus dem Praktikum angewandte Elektrotechnik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Ziel des Projektes ist es, den Radschlupf eines Modellautos zu regeln. Hierfür wird die Raddrehzahl über Sensoren erfasst. Die erfassten Daten speisen eine Regelungsalgorithmus, welcher auf einem Mikrocontroller ausgeführt wird. Basierend auf dem Ergebnis des Algorithmus wird in die Motoransteuerung eingegriffen, um den Regelkreis zu schließen.

Die Umsetzung des Projektes erfolgt nach dem V-Modell.

Anforderungen

Tabelle 1: Testbare, atomare Anforderungen

ID	Inhalt	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1.0	Das System muss den Radschlupf begrenzen, sodass ein vollständiges Durchdrehen der Räder verhindert wird.	Mario Wollschläger	28.09.2022	Lukas Honerlage	29.09.2022
1.1	Die Regelung muss in Echtzeit erfolgen.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
2.0	Das System muss ohne externe Stromversorgung zu betreiben sein.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
3.0	Ein Eingriff in den Motoransteuerung muss für den Nutzer angezeigt werden.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
4.0	Das System muss vollständig im Fahrzeug verbaut werden.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
5.0	Die Regelung muss auf einem Arduino Mikrocontroller ausgeführt werden.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
6.0	Die Erschütterungen dürfen die Funktion des Systems nicht beeinträchtigen.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
7.0	Das System muss ohne Nutzereingaben funktionstüchtig sein.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
8.0	Die Reglung des Radschlupfs muss durch den Nutzer abschaltbar sein.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
O.1.0	Optionale Erweiterung: Bietet eine Möglichkeit, Daten über die Raddrehzahl auszuwerten.	Mario Wollschläger	29.09.2022	Lukas Honerlage	29.09.2022
O.2.0	Optionale Erweiterung: Das System regelt den Randschlupf beim Bremsen des Fahrzeuges.	Mario Wollschläger	29.09.2022	Lukas Honerlage	29.09.2022
O.2.1	Optionale Erweiterung: Das Blockieren der Räder im Fahrbetrieb wird verhindert.	Mario Wollschläger	29.09.2022	Lukas Honerlage	29.09.2022

Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf

Funktionaler Systementwurf

Im funktionalen Systementwurf wurde das System in mehrere Subkomponenten unterteilt, für welche eine Teilaufgabe definiert wurde. In Verbindung erfüllen diese Komponenten die Gesamtaufgabe der Regelung des Radschlupfs.

• Raddrehzahlsensor vorn: Diese Komponente misst die Drehzahl der Vorderachse. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt.

• Raddrehzahlsensor hinten: Diese Komponente misst die Drehzahl der Hinterachse. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der angetriebenen Achse ermittelt.

• Arduino: Der Mikrocontrollern wertet die Sensordaten aus und führt den Regelungsalgorithmus aus. Mit dem Ergebnis wird die Motorsteuerung angesteuert.

• Motorsteuerung: Die Motorsteuerung steuert die Energiezufuhr des Motors und begrenzt somit dessen Leistung.

• Human Machine Interface (HMI): Gibt dem Nutzer Informationen über den Status des Systems. Ermöglicht das Abschalten der Regelung.

• Fahrzeug: Das Fahrzeug ist ein Modellauto. Es beinhaltet Antrieb, Fahrwerk und Energieversorgung.

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  Funktionaler Systementwurf - Projektskizze

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  Funktionaler Systementwurf - Signalfluss

Technischer Systementwurf

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  Technischer Systementwurf - Schnittstellen

Radrehzahlsensor vorne/hinten

Die Komponenten Radrehzahlsensor vorne und hinten sind identisch und besitzen folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Typ
VCC	Versorgungsspannung	5 V
GND	Masse	0 V

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Typ
DR0 / DR1	Digitaler Ausgang	Digital

Arduino

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Typ
Digital Pin2	Drehzahlsensor vorne	Interrupt
Digital Pin3	Drehzahlsensor hinten	Interrupt
Digital Pin12	Taster zum Ein- und Ausschaltung der Regelung	Digital
VCC	Versorgungsspannung über Spannungswandler	5 V
GND	Ground	0 V

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Typ
Digital Pin9	Motorsteuerung	PWM
Digital Pin10	Signalleitung Anzeige, ob das System aktiv ist	Digital
Digital Pin11	Signalleitung Anzeige, ob das System regelt	Digital

Motorsteuerung

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Typ
VCC	Versorgungsspannung	5 V
GND	Masse	0 V
DM0	PWM - Eingang	PWM
VAV	Zuleitung vom RC-Controller des Autos (Vorlauf)	Analog
VAR	Zuleitung vom RC-Controller des Autos (Rücklauf)	Analog
VAC	Versorgungsspannung Fahrzeug	ca. 7,2V

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Typ
VMV	Zuleitung zum Motor (Vorlauf)	Analog
VMR	Zuleitung zum Motor (Rücklauf)	Analog

Human Machine Interface (HMI)

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Typ
VCC	Versorgungsspannung	5 V
GND	Masse	0 V
DH0	System aktiv	Digital
DH1	System greift in die Motorsteuerung ein	Digital

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Typ
DH2	System deaktivieren	Digital

Fahrzeug

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Typ
VMV	Motor Vorlauf	Analog
VMR	Motor Rücklauf	Analog

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Typ
VAV	Motorsteuerungskabel Vorlauf	Analog
VAR	Motorsteuerungskabel Rücklauf	Analog
VAC	Versorgungsspannung Fahrzeug	ca. 7,2 V

Literaturverzeichnis

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