Regelung des Radschlupfes eines Modellautos

Abb. 1: Skizze eines 3-rädrigen Fahrzeugs mit Geschwindigkeiten, Ortsvektoren und Koordinatensystemen zur Herleitung des kinematischen Fahrzeugmodells.

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 auf einen Maximalwert (in Prozent) begrenzen. Die Geschwindigkeit der angetriebenen Achse darf somit um maximal den gegebenen von der Fahrzeuggeschwindigkeit abweichen.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
1.1	Für einen maximalen Radschlupf von 20% muss Anforderung 1.0 nach 2 Sekunden erfüllt sein.	Mario Wollschläger	27.09.2022	Lukas Honerlage	27.09.2022
1.2	Der Maximalwert muss mindestens in der Programmierung einstellbar sein.	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

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.

• 

  Funktionaler Systementwurf - Projektskizze

• 

  Funktionaler Systementwurf - Signalfluss

Technischer Systementwurf

Radrehzahlsensor vorne/hinten

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

Eingänge	Beschreibung	Wert
VCC	Versorgungsspannung	5 V
GND	Masse	0 V

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Einheit
D0	Digitaler Ausgang	-

Arduino

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Einheit
Digital Pin2	Drehzahlsensor vorne
Digital Pin3	Drehzahlsensor hinten
Digital Pin9	Motorsteuerung
Digital Pin12	Human Machine Interface (HMI) Taster zu Ein- und Ausschaltung der Regelung

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Einheit
Digital Pin10	Human Machine Interface (HMI) Signalleitung Anzeige, ob das System aktiv ist
Digital Pin11	Human Machine Interface (HMI) Signalleitung Anzeige, ob das System regelt

Motorsteuerung

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Wert
VCC	Versorgungsspannung	5 V
GND	Masse	0 V
DM0	PWM - Eingang	0 - 3,3 V
Auto_V	Zuleitung vom RC-Controller des Autos (Vorlauf)	-
Auto_R	Zuleitung vom RC-Controller des Autos (Rücklauf)	-

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Einheit
Motor_V	Zuleitung zum Motor (Vorlauf)	-
Motor_R	Zuleitung zum Motor (Rücklauf)	-

Human Machine Interface (HMI)

Die Komponente besitzt folgende Eingänge:

Eingänge	Beschreibung	Wert
VCC	Versorgungsspannung	5 V
GND	Masse	0 V
DH0	System aktiv	0 / 3,3 V
DH1	System greift in die Motorsteuerung ein	0 / 3,3 V

Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:

Ausgänge	Beschreibung	Einheit
DH2	Digitales Signal: System deaktivieren	-

Literaturverzeichnis

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