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Fakultät Technik und Informatik Faculty of Engineering and Computer Science

Department Informatik Department of Computer Science

Bachir Blal

Design und Implementation eines Konzeptes zur Geschwindigkeitsbestimmung eines autonomen

Fahrzeugs unter Verwendung eines AVR-Mikrokontrollers in Kombination mit Hall-Sensorik

Diplomarbeit

Bachir Blal

Design und Implementation eines Konzeptes zur Geschwindigkeitsbestimmung eines autonomen

Fahrzeugs unter Verwendung eines AVR-Mikrokontrollers in Kombination mit Hall-Sensorik

Diplomarbeit eingereicht im Rahmen der Diplomprüfung im Studiengang Angewandte Informatik am Department Informatik der Fakultät Technik und Informatik der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Betreuender Prüfer : Prof. Dr. rer. nat. Stephan Pareigis Zweitgutachter : Prof. Dr. Franz Korf Abgegeben am 10.August 2007

Bachir Blal Thema der Diplomarbeit

Design und Implementation eines Konzeptes zur Geschwindigkeitsbestimmung eines autonomen Fahrzeugs unter Verwendung eines AVR-Mikrokontrollers in Kombination mit Hall-Sensorik.

Stichworte AVR-Mikrokontroller, Hall-Sensorik, ULN2003A, autonome Systeme und Fahrzeuge, Darlington Transistor, Geschwindigkeit, Pull-up-Widerstand, CAN-Bus, RS232

Kurzzusammenfassung

Ziel dieser Arbeit ist der Entwurf und die Implementierung eines Konzepts zur Geschwindigkeitsbestimmung eines autonomen Modellfahrzeuges. Die Rädergeschwindigkeit des Fahrzeugs wird mittels Hall-Sensoren und eines AVR-Mikrokontrollers ermittelt und an einen Hauptrechner (intelligentes System) über CAN-Bus weitergesendet.

Bachir Blal Title of the paper

Design and implementation of a concept for the speed determination of an autonomous vehicle using an AVR Microcontroller in combination with Hall sensor technology

Keywords

AVR Microcontroller, Hall sensor, ULN 2003A, self-governed systems and vehicle, Darlington transistor, speed, pull up resistor, CAN Bus, RS232

Abstract The end of this work is to design and to implement a concept for the speed determination of an autonomous model vehicle. The wheel speed of the vehicle, which is determined by "Hall effect sensors" and an AVR- Microcontroller, will be send to the intelligent system central processor over CAN-Bus.

Danksagung An dieser Stelle möchte ich all diejenigen erwähnen, ohne dessen Unterstützung diese Arbeit nur schwer möglich gewesen wäre. Bei folgenden Menschen möchte ich mich herzlich bedanken. Zuerst möchte ich meine beiden Betreuer nennen. Sie ermöglichten mir meine Diplomarbeit als Abschluss meines Studiums an der HAW-Hamburg anzufertigen. Ein Dank an:

Prof. Dr. rer. nat. Stephan Pareigis Prof. Dr. Franz Korf

Im Weiteren einen ganz besonderen Dank an die Assistenten der Informatik-Labore des 7. Stocks der HAW Hamburg, im speziellen Herrn Bruno Carstensen. Seine allzeit entgegengebrachte Hilfsbereitschaft und Unterstützung sowie seine Freundlichkeit waren überragend. Vielen Dank an Tarik Mouslih und Enrico Hensel für die gute Zusammenarbeit, die vielen anregenden Diskussionen und den Spaß den wir als Teamgemeinschaft hatten. Natürlich auch ein Dank an alle anderen Teammitglieder des intelliTrucks. Begleitende Teammitglieder:

Collin Pein Kordian Kubert Marko Natzke Sven Geibert

Nicht zu vergessen ist meine Familie. Ohne die Unterstützung meiner Frau wäre das Studium weitaus schwieriger gewesen. Auch als meine Korrekturleserin stand Sie mir bis zuletzt an meiner Seite. Zwar zuletzt erwähnt, mir aber am wichtigsten, meine Tochter Selma. Danke an Euch alle.

IV

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis…………………………………………………………………………IV Tabellenverzeichnis……………………………………………………………………….VI Abbildungsverzeichnis…………………………………………………………………..VII

1. Einleitung ........................................................................................................... 1

1.1 Ziel der Arbeit ............................................................................................... 3 1.2 Stand der Technik ........................................................................................ 3

1.2.1 DARPA Grand Challenge...................................................................... 3 1.2.2 Autonomous Mobile Outdoor Robot ...................................................... 4

1.3 Gliederung der Arbeit ................................................................................... 5 2. Grundlagen zum autonomen Fahrzeugmodell................................................ 6

2.1 Gesamtübersicht .......................................................................................... 6 2.1.1 Räder .................................................................................................... 6 2.1.2 Vierkant-Felgenmitnehmer .................................................................... 7 2.1.3 Antriebswelle ......................................................................................... 7

2.2 Hardware des autonomen Fahrzeugs .......................................................... 8 2.2.1 Radsensoren ......................................................................................... 8 2.2.2 Kompass- und Beschleunigungssensoren ............................................ 9 2.2.3 AVR-Mikrokontroller .............................................................................. 9 2.2.4 Safety-Modul ........................................................................................10 2.2.5 Hauptrechner .......................................................................................10 2.2.6 Die Kamera ..........................................................................................11

3. AVR-Mikrokontroller.........................................................................................12

3.1 Interrupts .....................................................................................................13 3.1.1 Externen Interrupts...............................................................................13 3.1.2 Internen Interrupts (Timer-Overflow) ....................................................13

3.2 AD-Wandler.................................................................................................14 4. Analyse..............................................................................................................15

4.1 Anforderungen.............................................................................................15 4.1.1 Mechanische Anforderungen ...............................................................15 4.1.2 Funktionale Anforderungen ..................................................................16 4.1.3 Hardware Anforderungen .....................................................................16

4.2 Sensoren.....................................................................................................16 4.2.1 Aktiver bzw. Passiver Sensor...............................................................17

4.3 Drehzahlsensoren .......................................................................................18 4.3.1 Passiver Drehzahlsensor .....................................................................18

4.3.1.1 Vorteile passiver Drehzahlsensoren .............................................19 4.3.1.2 Nachteile passiver Drehzahlsensoren...........................................19

4.3.2 Aktiver Drehzahlsensor ........................................................................20 4.3.2.1 Vorteile von aktiven Drehzahlsensoren.........................................20 4.3.2.2 Nachteile von aktiven Drehzahlsensoren ......................................21

4.3.3 Optische Verfahren zur Drehzahlerkennung ........................................21 4.3.3.1 Durchlicht-Verfahren .....................................................................21 4.3.3.2 Reflexions-Verfahren ....................................................................21

V

4.3.3.3 Vorteile der optischen Drehzahlsensoren .....................................22 4.3.3.4 Nachteile der optischen Drehzahlsensoren...................................22

4.3.4 Unterschiede zwischen aktiven, passiven und optischen Drehzahlsensoren ................................................................................22

4.3.5 Anwendung der Drehzahlsensoren in der Fahrzeugindustrie...............24 4.4 Fehleranalyse von Radsensor und Auswirkung ..........................................26

4.4.1 Ausfall der Radsensoren ......................................................................26 4.4.1.1 Fehlerquelle für den Ausfall des Radsensors................................26 4.4.1.2 Auswirkungen beim Ausfall des Radsensors ................................27

4.4.2 Falsche Radsensordaten .....................................................................27 4.4.2.1 Fehlerquelle für falsche Radsensordaten......................................28 4.4.2.2 Motorstörung .................................................................................28 4.4.2.3 Vibration ........................................................................................29

5. Hardware-Design..............................................................................................30

5.1 Das Konzept................................................................................................30 5.2 Der Rädersensor(KMI15/1T1) .....................................................................31

5.2.1 Funktionsweise und Messprinzip .........................................................31 5.2.2 Die Radsensorenhalterung...................................................................32

5.3 Aspekte zur Erfassung des Radsensordaten ..............................................34 5.3.1 Treiberbaustein ULN2003A..................................................................34

6. Implementierung...............................................................................................37

6.1 Konzept .......................................................................................................37 6.1.1 Main_Modul..........................................................................................38 6.1.2 Rad_Modul ...........................................................................................39 6.1.3 Sensor_Modul ......................................................................................39 6.1.4 Timer_Modul ........................................................................................40 6.1.5 Sender_Modul ......................................................................................41

6.2 Speicherung der berechneten Rädergeschwindigkeit .................................42 6.3 Programmablauf..........................................................................................43

6.3.1 Initialisierungsphase.............................................................................43 6.3.2 Radgeschwindigkeitsberechnung.........................................................45 6.3.3 Verarbeitung von externen Interrupts ...................................................46 6.3.4 Verarbeitung von Timers Interrupts ......................................................46 6.3.5 Senden und Empfang von CAN –Nachrichten ....................................47

7. Test ....................................................................................................................50

7.1 Programmtest..............................................................................................50 7.1.1 Testkonzept der vorderen Radgeschwindigkeit mittels .......................... Signalgenerator...................................................................................52 7.1.2 Testkonzept der hinteren Radgeschwindigkeiten mittels

Signalgenerator ....................................................................................53 7.1.3 Ergebnis des Programmtests ...............................................................54

7.2 Gesamtsystemtest im Labor mit einem elektrischen Gerät .........................54 7.2.1 Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit ...................................................55 7.2.2 Rädertestergebnisse der Schrittgeschwindigkeit..................................57 7.2.3 Rädertest für die mittlere Geschwindigkeit ...........................................58 7.2.4 Rädertestergebnisse für die mittlere Geschwindigkeit .........................60

VI

7.3 Gesamtsystemtest im Gelände ...................................................................60 7.3.1 Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit ...................................................60 7.3.2 Rädertest mit einer mittleren Geschwindigkeit .....................................61

8. Zusammenfassung...........................................................................................62

8.1 Verbesserungsmöglichkeiten ......................................................................62 Literaturverzeichnis

Inhalt der beigefügten CD-ROM

VII

Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Leistungsdaten des autonomen Fahrzeugs ............................................... 6 Tabelle 2: Fahrzeugradmessung ................................................................................ 6 Tabelle 3: Unterschiede zwischen aktiven, passiven und opt. Drehzahlsensoren.....23 Tabelle 4: Funktionen und Variablen des Structs Sensor_Modul ..............................40 Tabelle 5: Funktionen und Variablen des Structs Timer_Modul ................................40 Tabelle 6: Funktionen und Variablen des Structs MESSAGE....................................41 Tabelle 7: Funktionen und Variablen des Structs SENDER ......................................41 Tabelle 8: Preload-Berechnung für alle Timer ...........................................................47 Tabelle 9: Berechnung der erzeugten Impulsanzahl anhand der

Fahrzeuggeschwindigkeit ..........................................................................52 Tabelle10: Berechnung der erzeugten Impulsanzahl anhand der

Fahrzeuggeschwindigkeit ..........................................................................53

VIII

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: IntelliTruck-Modell.................................................................................. 1 Abbildung 2: autonomes Fahrzeug VW Touareg [20]................................................. 3 Abbildung 3: Autonomous Mobile Outdoor Robot [21]................................................ 4 Abbildung 4: Fahrzeug – Räder.................................................................................. 7 Abbildung 5: Vierkant –Felgenmitnehmer [22]............................................................ 7 Abbildung 6: Antriebswelle des IntelliTruck-Fahrzeugs .............................................. 8 Abbildung 7: Radsensor KMI15/1T1 [15] ................................................................... 9 Abbildung 8: AVR -Einheiten (für Radsensoren und Gyro/Acc.)................................10 Abbildung 9: Kamera und Orientierungsmarke..........................................................11 Abbildung 10: AT90CAN128- Kontroller [18] .............................................................12 Abbildung 11: Sensorgrundfunktion [11]....................................................................16 Abbildung 12: Arten der Messwerterfassung von Drehzahl im Fahrzeugbereich ......18 Abbildung 13 Passiver Drehzahlsensor [4] ................................................................19 Abbildung 14: Passive Drehzahlsensorsignale[4]......................................................19 Abbildung 15: Funktionsweise der aktiven Drehzahlsensor[13].................................20 Abbildung 16: Durchlicht-Verfahren [14] ....................................................................21 Abbildung 17: Reflexions-Verfahren ..........................................................................22 Abbildung 18: Aktiver Drehzahlsensor von Firma Continental [23]............................24 Abbildung 19: Einsatz des Drehzahlsensor im Fahrzeugbereich[4]..........................24 Abbildung 20: Passive Rad-Drehzahlsensoren der Firma Bosch [17] .......................25 Abbildung 21: Aktive Raddrehzahlsensoren der Firma Bosch [17]............................25 Abbildung 22: Mögliche Zustände der Radsensoren .................................................26 Abbildung 23: Fehlerquellen für die Radsensorausfall .............................................27 Abbildung 24: Fehlerquellen am Radsensor: falsche Daten......................................28 Abbildung 25: Motorstörung auf die Radsensoren des Hinterachse (stehendes

Fahrzeug).............................................................................................28 Abbildung 26: Auswirkung der Vibration auf die Radsensoren des Hinterachse

(stehendes Fahrzeug) .......................................................................29 Abbildung 27: Hardware-Komponenten für die Geschwindigkeitsbestimmung..........30 Abbildung 28: Radsensorsignale(KMI15/1T1)[15] .....................................................32 Abbildung 29: Auswerteschaltung vom KMI15/1T1[15] ............................................32 Abbildung 30: Vordere Radsensorhalterung..............................................................33 Abbildung 31: Hintere Radsensorhalterung...............................................................33 Abbildung 32: Treiberbaustein ULN2003A ................................................................34 Abbildung 33: Schaltplan für die Radsensoren und Treiberbaustein ULN2003A.......35 Abbildung 34: Funktionsweise einer Treiberstufe des ULN2003A.............................35 Abbildung 35:Verstärkung der Radsensorsignale mit einem Treiberbaustein ...........36 Abbildung 36: Moduldiagramm für das Konzept der Geschwindigkeitsbestimmung..38 Abbildung 37: Die Hauptfunktionalität des Main_Moduls...........................................39 Abbildung 38: Speicherung der Berechneten Rädergeschwindigkeit ........................43 Abbildung 39: Sequenzdiagramm für die Initialisierungsphase .................................44 Abbildung 40: Netzwerkprotokoll ...............................................................................48 Abbildung 41: Aktivitätsdiagramm für die Geschwindigkeitsbestimmung des ersten

Rades ................................................................................................49 Abbildung 42: Komponenten für Programmtest.........................................................51 Abbildung 43: Der Signalgenerator "Kontron"............................................................51

IX

Abbildung 44:Test-Konzept der vorderen Radgeschwindigkeit mittels Signalgenerator .................................................................................53

Abbildung 45:Testkonzept der hinteren Rädergeschwindigkeiten mittels Signalgenerator .................................................................................54

Abbildung 46: Rädertest mit Bohrmaschine...............................................................55 Abbildung 47: Radtest (vorne Links) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)55 Abbildung 48: Radtest (vorne Rechts) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)..................................................................................................................................56 Abbildung 49: Radtest (hinten Links) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)..................................................................................................................................56 Abbildung 50: Radtest (hinten Rechts) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)..................................................................................................................................57 Abbildung 51: Radtest (vorne Links) mittels Bohrmaschine (mittlere Geschwindigkeit)..................................................................................................................................58 Abbildung 52: Radtest (vorne Rechts) mittels Bohrmaschine (mittlere

Geschwindigkeit) ...............................................................................58 Abbildung 53: Radtest (hinten Links) mittels Bohrmaschine (mittlere Geschwindigkeit)..................................................................................................................................59 Abbildung 54: Radtest (hinten Rechts) mittels Bohrmaschine (mittlere

Geschwindigkeit) ...............................................................................59 Abbildung 55: Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit ..................................................61 Abbildung 56: Rädertest mit einer mittleren Geschwindigkeit....................................61

1 Einleitung

1. Einleitung

In der heutigen Welt steigt die Erforschung und Entwicklung von autonomen Fahrzeugen kontinuierlich an. Sie erweisen sich als nützlich, da sie das Leben einfacher und sicherer gestalten. Sie übernehmen schwierige Aufgaben, die die Menschen ohne sie nicht realisieren könnten. Wegen ihres breiten Spektrums an Möglichkeiten erfreuen sie sich bei den Menschen großer Beliebtheit. Das führt zur stetigen Experimentierbereitschaft und Entwicklung in diesem Bereich. Je größer der Optimismus der Menschheit gegenüber dieser Herausforderung ist, desto mehr Leistung werden die Autos in Zukunft aufbringen können. Durch das Autofahren sind die Menschen immer wieder mit Unfällen konfrontiert. Menschliche Faktoren wie schnelle Ermüdung, zu langsame Reaktionen und Missachtung der Verkehrsregeln sind dafür oft die Ursache. Sensoren und Rechner sind wesentlich zuverlässiger als Menschen. Sie sind emotionslos, ermüden nicht, können vorausschauend planen, steuern und regeln. Um adäquat funktionieren zu können, z. B. in einem Gelände, müssen die einzelnen Fahrzeugkomponenten mehr Umfeldinformationen analysieren und auswerten können. Hier spielen die Zustandsvariablen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Neigung, Bilderkennung, eine exakte Streckenerkennung und die genaue Geschwindigkeits-ermittlung des Fahrzeuges eine wichtige Rolle. Eine von diesen Komponenten betrifft die Radsensoren. Sie haben die Aufgabe, die Räderdrehzahl zu erkennen. Alle Radsensorendaten müssen schnell verarbeitet werden, um bei den hohen Geschwindigkeiten im Gelände richtige und sichere Entscheidungen zu treffen. Mit steigender Komplexität und Verantwortung für den Einsatz vom autonomen Fahrzeug wächst auch die Abhängigkeit von ihrer präzisen Arbeitsweise. Arbeitet eine Fahrzeugkomponente (z .B ein Drehzahlsensor) fehlerhaft oder fällt sie aus, verursacht dies einen enormen Schaden. Die Komponentenrolle im autonomen Fahrzeug macht deutlich, dass Fehler in solchen Systemen eine Gefahr für Leben, Gesundheit und Wirtschaft mit sich bringen.

Abbildung 1: IntelliTruck-Modell

2 Einleitung

Die Hamburger Hochschule für Angewandte Wissenschaften ist für verschiedene Projekte mit autonomen Fahrzeugsystemen bekannt. Im Rahmen des so genannten FAUST-Projekts sind besondere Leistungen erbracht und Erfolge erzielt worden. Das Projekt „HAW IntelliTruck“ soll ein intelligentes, autonomes Fahrzeug entwickeln, das mit verschiedenen Computersystemen, diversen Sensoren und Kamera ausgestattet ist. Mithilfe von Sensorikdaten, Bildbearbeitung und der Kommunikation zwischen Einzelkomponenten soll es im freien Gelände autonom betrieben werden. Die Projektgruppe besteht aus Studierenden des Fachbereichs Technische Informatik. Jedes Einzelprojekt verfügt über eine Schnittstelle, durch die es mit anderen Komponenten kommunizieren kann. Das Projekt IntelliTruck wurde in folgende Projektgruppen unterteilt:

• Bilderkennung und Verarbeitung • Planung der Gesamtarchitektur • Kompass- und Beschleunigungssensoren • Intelligente Steuerung des Fahrzeuges • Sicherheitsarchitektur • Geschwindigkeitsbestimmung mittels Radsensoren

3 Einleitung

1.1 Ziel der Arbeit

Im Zentrum dieser Arbeit steht die Geschwindigkeitsbestimmung von autonomen Fahrzeugen. Für diese Bestimmung sind zwei Komponenten notwendig: Der AVR-Mikrokontroller und der Radsensor. Der AVR-Mikrokontroller soll die erzeugten Radsensorimpulse erfassen und inkrementieren. Dadurch wird die Radumdrehung berechnet. Da ein Radsensor allein in einem Fahrzeug versagen oder ausfallen könnte, wird der gleiche Sensortyp an allen vier Rädern platziert. Auf diese Weise sollen vier präzise Radgeschwindigkeiten ermittelt werden. Anschließend müssen sie an den Hauptrechner gesendet werden. Für die Langzeitstabilität der Radsensoren ist eine Konstruktion der Sensorhalterung notwendig. Weiterhin soll diese Arbeit Lösungsansätze und Verbesserungsvorschläge für die auftretenden Fehler vorstellen. 1.2 Stand der Technik

Die autonomen Fahrzeuge werden in verschiedenen Domänen eingesetzt: Im Militärs-, Landwirtschafts-, Industrie- und Luftfahrtsbereich. Im nächsten Abschnitt werden zwei Beispiele für den Einsatz von autonomen Fahrzeugen dargestellt.

1.2.1 DARPA Grand Challenge

Die DARPA ist der offizielle Veranstalter eines Wettbewerbs im Wüstengebiet. Die Unterstützung hierfür erfolgt vom US-amerikanischen Verteidigungsministerium. Die Fahrzeuge sollen zwischen 200-250km in weniger als zehn Stunden absolvieren. Im März 2004 fand der erste Wettbewerb dieser Art statt. Leider war er zum Scheitern verurteilt. Keiner der 15 Teilnehmer konnte das Rennziel erreichen. Im Jahr 2005 beim Grand Challenge (Finale) nahmen 40 Fahrzeuge auf einer Rennstrecke in Südkalifornien teil. Vier Gruppen kamen hier ans Ziel, drei davon innerhalb der vorgeschriebenen Zeitvorgabe.

Abbildung 2: autonomes Fahrzeug VW Touareg [20]

Im Herbst 2007 werden die Bedingungen für die Teams und ihre Fahrzeuge erschwert. Die autonomen Fahrzeuge werden normale Verkehrsgebiete mit Verkehrsregeln und diversen Straßenhindernissen bewältigen müssen.

4 Einleitung

1.2.2 Autonomous Mobile Outdoor Robot

Bei diesem Fahrzeug handelt es sich um den Kodiak 400 der Firma Yamaha. Es bietet Vorteile wie ausgezeichnete Fahreigenschaften, eine große Reichweite, und eine extrem gute Geländegängigkeit aufgrund seines 4-Rad-Antriebes.

Abbildung 3: Autonomous Mobile Outdoor Robot [21]

Das Institut für Echtzeit Lernsysteme (EZLS) der Universität Siegen beschäftigt sich unter der Leitung von Prof. Dr. Klausdieter Kuhnert mit diesem Projekt. Seit längerem forschen die Wissenschaftler an der vollautonomen und vor allem sicheren Bewegung über die Strasse. Das Projekt wird von der Firma IHF Jungenthal, einem Spezialisten für Automatisierungstechnik betreut (Bericht der Siegener Zeitung 30.12.2004). Die Entwicklung eines autonom agierenden Fahrzeuges für den Outdoor-Bereich muss folgende Fähigkeiten mit einbeziehen: 1. Selbstständiges Fahren zu einer vorgegebenen Koordinate (Längen- und

Breitengrad) 2. Reichweite größer 100km 3. Fahren über weitgehend unbekanntes Gelände 4. Benutzung von Straßen und Feldwegen 5. Allwettertauglichkeit

5 Einleitung

1.3 Gliederung der Arbeit

Die vorliegende Diplomarbeit gliedert sich in sieben Hauptkapitel Kapitel 2 beschreibt die eingesetzte Hardware im Fahrzeug. Diese ist für den autonomen Betrieb notwendig. Weiterhin werden mechanische, für die Räderdrehzahlmessung notwendigen Autobauteile und Fahrzeuginformationen vorgestellt. Kapitel 3 präsentiert kurz die einzelnen für diese Arbeit wichtigen Komponenten des At90can128 Kontrollers. Kapitel 4 erläutert die Anforderung an diese Arbeit. Danach werden die möglichen Sensorsysteme für die Raddrehzahlbestimmung im Fahrzeugbereich vorgestellt. Hier stehen drei Techniken im besonderen Fokus: Der passive, der aktive und der optische Drehzahlsensor. Es erfolgt der Vergleich dieser drei Techniken anhand bestimmter Kriterien. Am Ende dieses Kapitels werden die Fehleranalyse der Radsensoren und ihre Auswirkungen genauer betrachtet. Kapitel 5 stellt die Hardware-Lösung für die Geschwindigkeitsbestimmung der Räder vor und erklärt die Funktionsweise vom Radsensor und vom Treiberbaustein. Kapitel 6 beschäftigt sich mit der entworfenen Software für die Geschwindigkeits-bestimmung von Fahrzeugrädern. In diesem Kapitel werden die einzelnen verwendeten Module wie Rad-Modul, Sensor-Modul, Timer-Modul und Sender-Modul sowie ihre Funktion beschrieben. Kapitel 7 beschreibt ausführlich die durchgeführten Tests des Gesamtsystems und die Analyse und Bewertung der aufgenommenen Messwerte. Kapitel 8 konzentriert sich auf die Zusammenfassung und den Ausblick, wobei die unerwarteten Schwierigkeiten während dieser Diplomarbeit erwähnt werden.

6 Grundlagen zum autonomen Fahrzeugmodell

2. Grundlagen zum autonomen Fahrzeugmodell

In diesem Kapitel werden Informationen über die eingesetzte Hardware erläutert. Diese ist notwendig für den autonomen Betrieb. Weiterhin werden mechanische Autobauteile und Fahrzeuginformationen präsentiert, die für die Räderdreh-zahlmessung notwendig sind. 2.1 Gesamtübersicht

Das IntelliTruck-Fahrzeug ist auf der Basis 1:6 aufgebaut. Es ist ein Geländewagen, der eine Höchstgeschwindigkeit von 65 km/h aufbringen kann. Eine Besonderheit ist der drehmomentstarke Motor mit 27 ccm. Der effiziente Heckantrieb verleiht dem Modell ausgezeichnete Fahrleistungen im rauen Gelände. In Tabelle 1 werden einige Informationen präsentiert, die für das Thema der Drehzahlmessung notwendig sind.

Höchstgeschwindigkeit 65 km/h Abmaße 750 x 490 x 205 mm Motor Verbrennungsmotor (Gemisch 1:25)27 ccm Leistung 2 KW / 2.6 PS

Tabelle 1: Leistungsdaten des autonomen Fahrzeugs

Dieses Fahrzeug besitzt ein Differentialgetriebe. Dieses gleicht bei Kurvenfahrt die unterschiedlichen Weglängen zwischen dem außen und innen laufenden Rad aus. Der folgende Abschnitt erläutert die für die Drehzahlmessung wichtigsten Merkmale der Fahrzeugräder.

2.1.1 Räder

Als Drehzahl bezeichnet man die Anzahl der Umdrehungen des Rades pro Zeiteinheit. Die Fahrzeugräder haben einen Durchmesser von etwa 18 cm. Die Verbindung zu der Karosserie verläuft über ein Feder-Dämpfer-System. Bei den Reifen handelt es sich um mit Luft gefüllten grobstolligen Gummireifen. Bei der Reifenform ist die Gummifestigkeit entscheidend. Dadurch entsteht eine Veränderung beim Reifendurchmesser.

Reifenbreite 110 mm Reifendurchmesser 180 mm Reifenradius 90 mm

Tabelle 2: Fahrzeugradmessung

Zur Bestimmung der Raddrehzahl benötigt das Sensorelement ein Messobjekt. Dieses besteht in diesem Fall aus Stahl und integriert eine Beziehung mit der Radumdrehung. Um diese Eigenschaften darzustellen, werden zwei Bauteile benötigt. Dies sind der Vierkant-Felgenmitnehmer und die Antriebswelle.


Abbildung 4: Fahrzeug – Räder

2.1.2 Vierkant-Felgenmitnehmer

Die Felgenmitnehmer bestehen aus vier Kanten. Eine Kantenlänge beträgt 17mm. Bei einer Radumdrehung erfasst der Radsensor den Vierkant der Felgenmitnehmer (siehe Abbildung 5). Diese Kante spielt eine wichtige Rolle für die Radsensoren. Die Sensorensignalwerte stehen als Stromwerte zur Verfügung und sind von der Radumdrehung abhängig. Um störungsfreie Signale messen zu können, darf der Abstand zwischen einer Kante (Messobjekt) und dem Sensorelement maximal 2,9mm betragen.

Abbildung 5: Vierkant –Felgenmitnehmer [22]

2.1.3 Antriebswelle

Eine universale Antriebswelle überträgt zuverlässig die Motorleistung an die starre Hinterachse und sorgt damit für sicheren Vortrieb in jedem Gelände.


Die beiden Antriebswellen übertragen die Drehbewegung vom Getriebe auf die Hinterräder. Sie besitzen an jedem Ende eine Hülle mit einer Lücke, die der Radsensor erfassen soll (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6: Antriebswelle des IntelliTruck-Fahrzeugs

Im Folgenden soll die eingesetzte Hardware für das autonome Fahrzeug beschrieben werden. Um ein solches Fahrzeug zu steuern, werden mehrere verschiedene Komponenten benötigt. 2.2 Hardware des autonomen Fahrzeugs

Eine der schwierigsten Aufgaben bei der Entwicklung autonomer Fahrzeugsysteme besteht in der Wahrnehmung und Verständnis der Umwelt durch die Sensoren. Jene werden in zwei Klassen unterteilt: Sensoren für die Geschwindigkeitsbestimmung und Sensoren für die Beschleunigung und Lenkung.

2.2.1 Radsensoren

Die Radsensoren haben die wichtige Aufgabe, die Raddrehzahl zu ermitteln. Das Vorhaben wird mit Hilfe des Hall-Effekts [25] durchgeführt. Das Fahrzeug hat vier Radsensoren vom Typ KMI15/1T1(Siehe Abbildung 7). Diese wurden von der Firma „Philips Semiconductors“ entwickelt [15]. Dieser Radsensor wird in Kapitel 5 detailliert beschrieben.


Abbildung 7: Radsensor KMI15/1T1 [15]

2.2.2 Kompass- und Beschleunigungssensoren

Die Beschleunigung ist eine mechanische Größe, die in vielen Bereichen der Technik eine große Rolle spielt. Die beiden Sensoren übergeben Informationen über die Beschleunigungen und Drehwinkel des Fahrzeugs an den AVR-Mikrokontroller. Dabei werden die Nutzdaten bearbeitet und anschließend an den Hauptrechner weitergeleitet. Nähere Informationen zu diesem Thema sind in der Bachelorarbeit von Collin Pein wiederzufinden.

2.2.3 AVR-Mikrokontroller

Um die Radgeschwindigkeit und die Beschleunigung zu bestimmen, sowie die Steuerung der Lenkung, benötigt das autonome Fahrzeug ein elektronisches „Gehirn“. Dieses Gehirn wird durch einen AVR-Mikrokontroller realisiert. Dieser besitzt einen Prozessor und mehrere Ein– und Ausgänge für Sensoren. Vom PC wird ein selbst geschriebenes Programm an diesen Kontroller übertragen, welches dem Fahrzeug bestimmte Reaktionen und Handlungen vorgibt. Das Fahrzeug enthält zwei AVR-Mikrokontroller. Eine weitere Kontrolleraufgabe ist die Datenverarbeitung, die der Hauptrechner für die Ansteuerung des Motors versendet. Der AVR–Kontroller bekommt die Daten mittels CAN1-Bus vom zentralen Rechner. Das hieraus erzeugte Signal wird zum Servomotor weitergeleitet.

1 CAN –eng.: Controller Area Network


Detaillierte Informationen vom AVR-Mikrokontroller sind in Kapitel 3 beschrieben.

Abbildung 8: AVR -Einheiten (für Radsensoren und Gyro/Acc.)

2.2.4 Safety-Modul

Eine wichtige Aufgabe im autonomen Bereich ist die Erhöhung der Fahrzeug-sicherheit. Um dieses Problem zu lösen, wird das Safety-Modul verwendet. Das Safety-Modul basiert auf einem in VHDL2 programmierten CPLD3. Die Aufgabe dieses Moduls besteht darin, bei einer Fehlererkennung oder einem Teilkomponentenausfall in einen sicheren Zustand zu schalten. Weitere Informationen zu diesem Thema sind in der Bachelorarbeit von Enrico Hensel zu finden.

2.2.5 Hauptrechner

Im Rahmen des IntelliTruck-Projektes wird ein Personal Computer(PC) eingesetzt. Bei diesem Rechner handelt es sich um ein Pentium4-System, mit zwei Prozessoren von 2,3GHz. Der Fahrzeug-PC dient dem Kamera-System als Plattform zur Bildbearbeitung. Des Weiteren bildet der Hauptrechner eine Kommunikationsplattform, um mit externen AVR–Mikrokontrollern, die auf dem Fahrzeug verbaut wurden, Informationen auszutauschen. Zusätzlich gehen bei diesem Hauptrechner die Informationen aller Sensoren ein. Anhand dieser übermittelten Informationen soll eine Steuerung des gesamten autonomen Fahrzeuges implementiert werden. Nähere Informationen zu diesem Thema sind der Diplomarbeit von Marko Natzke zu entnehmen.

2 VHDL-eng.: Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language 3 CPLD-eng Complex Programmable Logic Device


2.2.6 Die Kamera

Die Kamera ist am Hauptrechner über einen USB-Anschluss angeschlossen. Aufgrund der Verfügbarkeit eines leistungsfähigen Hauptrechners erzielt die Bildbearbeitung schneller Ergebnisse. Aus den resultierenden Bildinformationen kann die gesuchte Zielmarke festgestellt werden. Die Marken enthalten Informationen zum weiteren Fahrtverlauf. Es gibt drei unterschiedliche Marken, die durch Ihre Radienlängen verschlüsselt sind. Aus diesem Verfahren entnimmt das Fahrzeug seine nächste Reaktion. Rechts fahren, links fahren oder anhalten sind die hier gegebenen Möglichkeiten. Das Erkennen der Marke im ausgewerteten Bild ermöglicht die Berechnung des Abstands zur Marke. Weitere Informationen zu diesem Thema sind in der Diplomarbeit von Tarik Mouslih zu finden.

Abbildung 9: Kamera und Orientierungsmarke

12 AVR-Mikrokontroller

3. AVR-Mikrokontroller

Die Verarbeitung der Digital-Ausgangsignale der Radsensoren übernimmt der AVR- Mikrokontroller. Diese wurde in dem Labor der HAW entwickelt. Er enthält den AT90can128 Kontroller von ATMEL (siehe Abbildung 10). Die Ports des Kontrollers sind nach außen geführt. Der AVR-Mikrokontroller enthält zwei unterschiedliche Programmierschnittstellen (ATMEL ISP4, JTAG5). Der AT90can128-Kontroller besitzt einen 8-Bit RISC6 mit Harvard-Architektur. Er kann bei einer Taktfrequenz von 16MHz bis zu 16 Millionen Assembler-Befehle pro Sekunde verarbeiten. Außerdem verfügt er über einen Flash-Programmspeicher von 128kByte, einen SRAM7-Datenspeicher von 4kByte und einen EEPROM8 von 4kByte.

Abbildung 10: AT90CAN128- Kontroller [18]

Dieser AVR-Mikrokontroller stellt folgende Funktionen und Module zur Verfügung:

• zwei serielle RS232-Schnittstelle • Eine CAN-Bus Schnittstelle • Eine ISP- und JTAG-Programmierschnittstelle • Sechs frei belegbare Ausgänge/Eingänge • Einen Reset-Taster • Einen Analog-Digital-Converter mit acht Eingängen • 8- bzw. 16-MHz-Quarz

4 ISP -eng.: In-System Programming 5 JTAG -eng.: Joint Test Action Group 6 RISC -eng.: Reduced Instruction Set Computing 7 SRAM -eng.: Static Random Access Memory 8 EEPROM -eng.: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory


Im Folgenden werden die Komponenten des At90can128-Kontrollers kurz vorgestellt, die für diese Arbeit notwendig sind. Weiterführende Informationen sind der Literatur zu entnehmen [18]. 3.1 Interrupts

Der AT90can128-Kontroller besitzt eine Anzahl von Interruptquellen. Sie werden dazu verwendet, auf die auftretenden Hardware-Ereignisse schnell zu reagieren. Diese Interrupt-Quellen verursachen eine sofortige Unterbrechung des gerade ablaufenden Programms sowie den Aufruf eines Unterprogramms, welches dieses Interrupt behandelt. Interrupts sind Ereignisse, die von interner oder externer Hardware ausgelöst werden.

3.1.1 Externen Interrupts

Der AT90can128-Kontroller hat acht externe Interrupts .Sie sind direkt mit dem Port D verknüpft und so konfigurierbar, dass sie entweder auf eine fallende, steigende, beide Flanken oder auf einen Low-Pegel (nur bei ext. Interrupts 0 bis 3) am Pin reagieren. Diese sogenannten externen Interrupts können z.B. zur Auswertung bestimmter externer Ereignisse genutzt werden. Ihre Steuerung erfolgt über die vier Register EICRA9, EICRB10, EIMSK11[18].

3.1.2 Internen Interrupts (Timer-Overflow)

Der AT90can128 verfügt über zwei 16-Bit und zwei 8-Bit-Timer/Zähler. Die Timer/Zähler bestehen prinzipiell aus einem dualen 8bit- oder 16bit-Zähler mit der Schrittweite 1, die jederzeit beschrieben und gelesen werden kann. Die Timer/Zähler des ATMega128 besitzen als Taktquelle einerseits Vorteiler (Prescaler), die die CPU12-Frequenz in unterschiedlichen Verhältnissen heruntergeteilt zur Verfügung stellen. Andererseits kann ein Takt über einen entsprechenden I/O-Pin angelegt werden. Der 8-Bit-Timer 2 besitzt zusätzlich die Möglichkeit der Taktung über einen zusätzlichen Quarz mit geringerer Frequenz, um eine asynchrone Echtzeituhr zu implementieren. Diese Möglichkeit ist ausgelegt für einen Uhrenquarz mit 32,768kHz. Bei einem Überlauf des Zählregisters (also beim Übergang vom Maximalwert zu Null, wobei der Maximalwert bei einem 8-Bit-Timer FFh und bei einem 16-Bit-Timer FFFFh beträgt) wird das zugehörige Overflow-Flag gesetzt, das entweder per Software abgefragt oder zum Auslösen eines Interrupt genutzt werden kann[18]. Die verschiedenen Interruptquellen haben unterschiedliche Priorität. Die Zuordnung ist statisch, kann also nicht verändert werden. Treten mehrere Interrupts gleichzeitig auf, werden die Interrupt-Routinen ihrer Priorität entsprechend abgearbeitet.

9 EICRA -eng.: External Interrupt Control Register A 10 EICRB -eng.: External Interrupt Control Register B 11EIMSK -eng.: External Interrupt Mask Register 12CPU –eng.: Central Processing Unit


3.2 AD-Wandler

Der AT90can128-Kontroller verfügt über einen ADC13 mit einer Auflösung von 10-Bit. Der AD-Wandler besitzt einen 8-Kanal-Multiplexer. Mit diesem Multiplexer können acht Eingänge zu dem eigentlichen AD-Wandler geschaltet werden. Der Kanalmultiplexer wählt einen der acht Eingänge für die Messung aus. Der Analog/Digital-Wandler wird über die vier Register ADMUX14, ADCSR15, ADCH16 und ADCL17 gesteuert. Mit dem Register ADMUX wird der Kanal ausgewählt, der umgewandelt werden muss. Nach der Umwandlung vom analogen zum digitalen Signal wird dies durch ein Flag (d.h. einen Wechsel von 0 auf 1) im ADCSR angezeigt. Das Ergebnis der Wandlung steht danach in den Register ADCH und ADCL[18].

13 ADC -eng.: Analog Digital Converter 14 ADMUX -eng.: ADC Multiplexer Select Register 15 ADCSR -eng.: ADC Control and Status Register 16ADCH -eng.: ADC Data Register High 17 ADCL -eng.: ADC Data Register Low

15 Analyse

4. Analyse

In diesem Kapitel erfolgt eine ausführliche Darstellung der verschiedenen Sensor-systeme zur Raddrehzahlbestimmung im Fahrzeugbereich. Zum Schluss dieses Kapitels wird auf die Fehleranalyse der Radsensoren und ihre Auswirkungen eingegangen. 4.1 Anforderungen

Sensoren zur Geschwindigkeitsbestimmung müssen sehr zuverlässig, langlebig und wartungsfrei sein. Sie sind extremen Umgebungseinflüssen ausgesetzt. Deshalb muss der Drehzahlsensor unempfindlich gegenüber schwankenden Temperaturen, Luftverschmutzung, Feuchtigkeit, Erschütterungen und elektromagnetischen Beeinflussungen sein. Für die Geschwindigkeitsbestimmung des Fahrzeugs kommen verschiedene Sensoren zur Drehzahlmessung in Frage:

• Aktive Drehzahlsensoren • Passive Drehzahlsensoren • Optische Drehzahlsensoren

Die Anforderung dieser Arbeit teilt sich in drei Punkte unterteilt. Der erste Punkt beinhaltet die mechanische Anforderung. Es handelt sich hierbei um die Halterung und Befestigung der Radsensoren. Im zweiten Punkt wird die funktionale Anforderung erläutert. Hierbei geht es um die Geschwindigkeitsbestimmung und die Kommunikation zwischen AVR -Mikrokontroller und Hauptrechner. Der letzte Punkt bezieht sich auf die Hardwareanforderung. Hier handelt sich es um die zur Verarbeitung der Ausgangsignale des Radsensors notwendige Hardware. Diese drei wichtigen Punkte werden ausführlich vorgestellt.

4.1.1 Mechanische Anforderungen

Um verwertbare und konstant stabile Messdaten zu erhalten, sollten folgende Anforderungen an die Mechanik realisiert werden:

• Robuster mechanischer Aufbau, unempfindlich gegen Stöße. • Langzeitstabilität der Messwerterfassung und der Übertragung. • Präzise Radsensorenpositionierung, damit der Radsensor die Kanten-

Felgenmitnehmer detektieren kann und um den Sensorenausfall und die Fahrzeugvibration zu vermeiden.

16 Analyse

4.1.2 Funktionale Anforderungen

Das Modul muss folgende funktionale Anforderungen erfüllen:

• Präzise und genaue Geschwindigkeitsbestimmung von vier Rädern. • Kommunikation mit dem Hauptrechner über die CAN Schnittstelle. • Übertragung von vier Radgeschwindigkeiten nach jeder Sekunde an den

Hauptrechner.

4.1.3 Hardware Anforderungen

Folgende Anforderung an die Hardware soll erfüllt werden:

• Die erzeugten Radsensorsignale sollen sicher an den Kontroller übermittelt werden

4.2 Sensoren

Die Steuergeräte benötigen eine ganze Reihe von Umgebungs-Informationen. Um diese Informationen zu verstehen und wahrzunehmen, werden verschiedenen Sensoren eingesetzt. Das Fahrzeug besitzt eine Vielzahl von Sensoren. Diese Sensoren setzen variable Eingangsgrößen in elektrische Signale um, die von dem Steuergerät benötigt werden (siehe Abbildung 11). Der Begriff Sensor ist gleichbedeutend mit den Begriffen (Mess-) Fühler und (Messwert-) Aufnehmer. Sensoren setzen eine physikalische oder chemische Größe Ф unter Berücksichtigung von Störgrößen Yi in eine elektrische Größe E um [11].

Sensor

(nicht elektrisch)

Störgrößen Yi

physikal./chem.

Größe Q

elektrisches

Ausgangsignal

(Versorgungsspannungs-

Temperaturschwankungen) Abbildung 11: Sensorgrundfunktion [11]

17 Analyse

Ein Sensor lässt sich durch folgende Gleichungen charakterisieren • Sensorausgangssignal

E = f (Ф, Y1, Y2,...) (siehe Abbildung 11) Das gesuchte Ausgangsignal wird aus der Messgröße Ф und den Störgrößen Yi berechnet. Die Sensoren sind in zwei Klassen unterteilt:

• Aktive Sensoren. • Passive Sensoren.

Im folgenden Kapitelabschnitt sind diese zwei Klassen näher erläutert.

4.2.1 Aktiver bzw. Passiver Sensor

Sensoren werden entsprechend ihrer Wirkungsweise beim Umformen nichtelektrischer in elektrische Größen in aktive und passive Sensoren unterteilt. Beide Gruppen werden nachstehend vorgestellt und einige beispielhafte Sensorsysteme werden näher erläutert. Passive Sensoren sind Sensoren, die nur passive Elemente (Spule, Widerstand, Kondensator) enthalten. Die Signale werden in den meisten Fällen als analoge Spannung ausgegeben [16]. Aktive Sensoren sind Messfühler, die intern verstärkende oder signalformende Bauelemente enthalten und mit einer Stromversorgung betrieben werden [16]. Die Raddrehzahl ist einer der wesentlichen Parameter zur Steuerung und Regelung bestimmter Motorfunktionen. Daher ist es wichtig, die Drehzahl in jedem Betriebspunkt möglichst genau zu erfassen. Auch im Bereich der Drehzahlsensoren wird zwischen aktiven und passiven Sensoren unterschieden. Zu den aktiven Sensoren werden die Hall-Sensoren gezählt. Die passiven Sensoren sind meist induktive Drehzahlsensoren. Drehzahlsensoren arbeiten berührungslos und sind mit einem magnetischen Abtastsystem ausgestattet. Sie dienen zur Erfassung der Drehzahl rotierender Bauteile wie z .B Zahnrädern oder Vierkant–Felgenmitnehmer. Es folgt ein Überblick der verschiedenen Drehzahlsensorsysteme, deren Einsatz im Fahrzeugbereich für die Raddrehzahlermittlung notwendig ist.

18 Analyse

4.3 Drehzahlsensoren

Die Raddrehzahl ist einer der wesentlichen Parameter zur Steuerung und Regelung bestimmter Motorfunktionen. Daher ist es wichtig, die Drehzahl in jedem Betriebspunkt möglichst genau zu erfassen. Auch im Bereich der Drehzahlsensoren wird zwischen aktiven und passiven Sensoren unterschieden (siehe Abbildung 12). Zu den aktiven Sensoren zählen die Hall-Sensoren. Die passiven Sensoren sind meist induktive Drehzahlsensoren. Drehzahlsensoren arbeiten berührungslos und sie dienen zur Erfassung der Drehzahl rotierender Bauteile wie z .B Zahnrädern oder Vierkant–Felgenmitnehmern.

Drehzahlsensoren

Aktive Sensoren Passive Sensoren

Indukative SensorenHall -SensorenMR -Sensoren

Abbildung 12: Arten der Messwerterfassung von Drehzahl im Fahrzeugbereich

In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Drehzahlsensor-Arten aufgeführt und ihre jeweiligen Einsatzgebiete sowie Vor- und Nachteile der einzelnen Sensoren aufgezeigt. Die Kenntnisse der Vor- und Nachteile bilden eine Voraussetzung für den autonomen Fahrzeugeinsatz.

4.3.1 Passiver Drehzahlsensor

Ein Messobjekt aus ferromagnetischem Material (z.B. ein Zahnrad, ein Schraubenkopf oder eine Nut in einer Welle) bewegt sich in geringem Abstand am Sensorelement vorbei (siehe Abbildung 13). Dies bewirkt eine Änderung des Magnetfeldes, wodurch eine Spannung in einer Spule im Sensorinneren induziert wird. Die Impulserzeugung erfolgt an den mitlaufenden Geberrädern, deren Zähne sich am Sensor vorbeibewegen. Hierbei erzeugt jeder Zahn eine positive, jede Lücke eine negative Spannung. Da sowohl die Frequenz, als auch die Amplitude der Wechselspannung proportional zur Raddrehzahl sind, kann aus diesen Werten die Radumdrehung berechnet werden. Dies funktioniert allerdings nur ab einer bestimmten Radgeschwindigkeit, da die Signalamplitude von der Raddrehzahl und dem Luftspalt abhängig ist (Für mehr Details siehe „Handbuch der Sensortechnik“ ab Seite 183 bis 217)[10].

19 Analyse

Abbildung 13 Passiver Drehzahlsensor [4]

4.3.1.1 Vorteile passiver Drehzahlsensoren

Der passive Drehzahlsensor weist folgende Vorteile auf:

• Sehr robust, temperatur- und verschmutzungsunempfindlich • Verwendung vorhandener Zahnräder • Keine Hilfsenergie notwendig

4.3.1.2 Nachteile passiver Drehzahlsensoren

Nachteilig ist, dass bei langsamer Radumdrehung nur geringe Amplitudenwerte induziert werden (siehe Abbildung 14(c)). Der induktive Sensor kann erst ab einer bestimmten Raddrehzahl eine erfolgreiche Auswertung erkennen. Diese Sensoren eignen sich nicht für extrem langsame Geschwindigkeiten, da ihr Ausgangssignal in diesem Fall gegen Null geht. Die Signalamplitude ist von der Raddrehzahl und von dem Luftspalt abhängig. Das zu messende Objekt muss aus ferromagnetischem Material bestehen.

Abbildung 14: Passive Drehzahlsensorsignale[4]

a : passiver Drehzahlsensor mit Impulsrad b : Sensorsignal bei konstanter Geschwindigkeit c : Sensorsignal bei steigender Raddrehzahl

20 Analyse

4.3.2 Aktiver Drehzahlsensor

Der aktive Drehzahlsensor detektiert ein Messobjekt aus ferromagnetischem Material�18. Er verwendet das Prinzip des Hall-Effekts und kann Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen erkennen. Die hauptsächlichen Sensorbestandteile sind entweder Hall-Elemente[25] oder magnetoresistive Elemente[27]�. Mit beiden Elementen wird eine Spannung erzeugt, die vom magnetischen Fluss durch das Messelement abhängt. Die Spannung wird im aktiven Drehzahlsensor aufbereitet�. Anders als beim induktiven Sensor ist die auszuwertende Spannung unabhängig von der Raddrehzahl. Die Messung der Raddrehzahl ist somit nahezu bis zum Radstillstand möglich[26]. Der aktive Raddrehzahlsensor wird mit einer definierten Spannung versorgt und liefert ein erzeugtes Rechtecksignal � zum Steuergerät.

Abbildung 15: Funktionsweise der aktiven Drehzahlsensor[13]

4.3.2.1 Vorteile von aktiven Drehzahlsensoren

Der aktive Drehzahlsensor weist folgende Vorteile auf:

• Er ist unempfindlich gegen Verschmutzung. • Die Untergrenze auswertbarer Geschwindigkeiten liegt bei den aktiven

Drehzahlsensoren nahe beim Stillstand des Messobjekts. • Der Aktive Sensor ist im Steuergerät mit z.B. 115Ohm abgeschlossen, um die

Störung zu vermeiden. • Das Radsensorsignal ist ein Rechtecksignal mit konstanter Amplitude. Die

Frequenz ist proportional zur Radgeschwindigkeit. • Aktive Sensoren sind über ein weites Drehzahlspektrum einsetzbar.

18 � bis � entsprechen den Punkten 1-6 der Abbildung 15

Nummer Beschreibung

1 Inkrementrad 2 Auswerteelektronik 3 Signaldarstellung 4 Permanentmagnet 5 Magnetfeldlinien 6 Sensorelement

21 Analyse

4.3.2.2 Nachteile von aktiven Drehzahlsensoren

• Das Messobjekt muss aus ferromagnetischem Material bestehen. • Es ist eine zusätzliche Energieversorgung notwendig.

4.3.3 Optische Verfahren zur Drehzahlerkennung

Innerhalb der optischen Verfahren werden optische Drehzahlsensoren verwendet. Die optischen Sensoren haben die Aufgabe, optische Informationen in elektrisch auswertbare Signale umzuwandeln. Sie haben in der Mess- und Automatisierungs-technik große Bedeutung. Man unterscheidet zwischen dem Durchlicht-Verfahren und dem Reflexions- oder Streulicht-Verfahren.

4.3.3.1 Durchlicht-Verfahren

Beim Durchlicht-Verfahren wird ein Lichtstrahl durch eine Lochscheibe, die fest mit der sich drehenden Welle verbunden ist, unterbrochen beziehungsweise durchgelassen (siehe Abbildung 16). Während des Vorbeilaufens einer Öffnung wird der Lichtempfänger beleuchtet und liefert ein Ausgangssignal. Der Kontroller nimmt die Impulse und inkrementiert sie. Nach einer bestimmten Zeit wird die Anzahl der Impulse als Drehzahl umgerechnet [14].

Abbildung 16: Durchlicht-Verfahren [14]

4.3.3.2 Reflexions-Verfahren

Der rotierende Teil der Maschine erhält eine Markierung, die das von der Lichtquelle ausgesendete Licht reflektiert. Dies wird von einem Lichtempfänger registriert und in einen rechteckförmigen Impuls umgewandelt (siehe Abbildung 17). So erhält man in einer bestimmten Zeit eine Anzahl von Impulsen. Diese werden zum Zweck der Drehzahlbestimmung vom Kontroller gezählt und ausgewertet [14].

22 Analyse

Abbildung 17: Reflexions-Verfahren [14]

Als Lichtquellen können Glühlampen, Leuchtdioden im sichtbaren oder infraroten Bereich sowie Laserdioden eingesetzt werden. Als Empfänger dienen Photodioden oder Phototransistoren.

4.3.3.3 Vorteile der optischen Drehzahlsensoren

Die optischen Verfahren sind für sehr kleine bis sehr hohe Drehzahlen einsetzbar. Sie sind gegenüber passiven und aktiven Drehzahlsensoren vorteilhaft, da die optischen Sensoren größere Abstände bei der Messung zulassen. Des Weiteren ist das Messobjekt nicht materialbeschränkt

4.3.3.4 Nachteile der optischen Drehzahlsensoren

Es gibt zwei prinzipielle Schwächen, die einen über viele Jahre zuverlässigen Einsatz bisher sehr erschwert haben. Auf der einen Seite ist die Optik sehr verschmutzungsanfällig und auf der anderen Seite altern die Lichtquellen vorzeitig. Durch eine Verschmutzung wird die Lichtstrahlübertragung stark verringert. Die Alterung der Lichtquelle führt zu einem schwächeren Aussenden nutzbaren Lichts. In beiden Fällen kommt es zu Signalausfällen.

4.3.4 Unterschiede zwischen aktiven, passiven und optischen Drehzahl-

sensoren

Die oben genannten Drehzahlerkennungssysteme werden in diesem Abschnitt verglichen (siehe Tabelle 3), um eine Auswahl eines Sensorssystems für das autonome Fahrzeug zu treffen. Das favorisierte Modell wird im Detail im Kapitel 5 beschrieben.

23 Analyse

Tabelle 3: Unterschiede zwischen aktiven, passiven und opt. Drehzahlsensoren

Passive Drehzahlsensoren

Aktive Drehzahlsensoren

Optische Drehzahlsensoren

• Sehr robust (Verschmutzungs-unempfindlich)

• Sehr robust (Verschmutzungs-unempfindlich)

• Empfindlich gegen Verschmutzung

• Keine Hilfsenergie • Benötigen zusätzliche Energieversorgung

• Benötigen zusätzliche Energieversorgung

• Abhängig von Ferromagnetischem Material

• Abhängig von Ferromagnetischem Material

• Unabhängig von Ferromagnetischem Material

• Für langsame Umdrehungen nicht geeignet

• Für langsame und schnelle Umdrehungen geeignet

• Für langsame und schnelle Umdrehungen geeignet

• Unempfindlich gegen Temperatur

• Empfindlich bei extrem niedrigen bzw. Höhe Temperaturen

• Empfindlich gegen geringe Temperatur

• Die Signalamplitude ist nicht konstant (Abhängig von Raddrehzahl und Luftspaltes)

• Die Signalamplitude ist konstant

• Die Signalamplitude ist konstant

24 Analyse

4.3.5 Anwendung der Drehzahlsensoren in der Fahrzeugindustrie

Abschließend werden einige Drehzahlsensorssysteme in ihren Einsatzgebieten aus der Fahrzeugindustrie vorgestellt. Continental Automotive Systems ist Weltmarktführer für aktive Raddrehzahlsensoren. Im Jahr 2004 hat das Unternehmen 45 Millionen dieser Sensorelemente zur Bestimmung der Raddrehzahlen produziert. Besonders im Bereich elektronischer Bremssysteme setzt die Automobilindustrie auf aktive Raddrehzahlsensoren(siehe Abbildung 18). Continental Automotive Systems liefert 32 Prozent des Weltmarkts und ist damit Weltmarktführer in diesem Sektor.

Abbildung 18: Aktiver Drehzahlsensor von Firma Continental [23]

Drehzahlsensoren sind wichtiger Bestandteil elektronischer Fahrdynamiksysteme wie das Antiblockiersystem (ABS), Antriebsschlupfregelung (ASR) und Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP). Bei Eingriffen in das Bremssystem kommt es vorrangig auf die schnelle und exakte Erfassung der Raddrehzahlen an(siehe Abbildung 19).

Abbildung 19: Einsatz des Drehzahlsensor im Fahrzeugbereich[4]

Das Unternehmen Bosch ist ebenfalls Weltmarktführer für aktive und passive Raddrehzahlsensoren. Diese induktiven Drehzahlsensoren eignen sich für einen vielfältigen Einsatz beim Erfassen von Drehzahlen (siehe Abbildung 20). Sie messen völlig berührungslos und verschleißfrei Raddrehzahlen für das ABS und wandeln diese in elektrische Signale um.

25 Analyse

Abbildung 20: Passive Rad-Drehzahlsensoren der Firma Bosch [17]

Die aktiven Drehzahlsensoren der Firma Bosch werden in der Automobilindustrie verwendet. In der Kfz-Technik werden Hall-Sensoren vorwiegend zur Erfassung der aktuellen Raddrehzahl und -stellung bei Brems- und Antriebssystemen (ABS/ASR) genutzt. Im Laufe der Entwicklung von Sicherheitssystemen hat der Raddrehzahl-sensor immer mehr an Bedeutung gewonnen [17].

Abbildung 21: Aktive Raddrehzahlsensoren der Firma Bosch [17]

Im Abschnitt 4.4 geht es darum, gefährliche Einfachfehler zuverlässig zu erkennen und deren schädlichen Einfluss auf das Systemverhalten zu unterbinden. Um diese Fehler zu lokalisieren, wird das Gesamtsystem im Gelände mehrfach getestet. Während der Tests findet eine Beobachtung der auftretenden Systemfehler statt. Es wird geprüft, ob es sich um systematisch oder zufällig auftretende Fehler handelt. Weiterhin erfolgt eine detaillierte Analyse dieser beiden Fehlerquellen. Nach dem Test wird ein neues Konzept entwickelt, um das Auftreten von Fehlern zu vermeiden.

26 Analyse

4.4 Fehleranalyse von Radsensor und Auswirkung

Das Steuergerät ermittelt die Ist-Geschwindigkeit aller Räder und bestimmt mit Hilfe der entsprechenden Rad-Kenndaten (Raddurchmesser, mechanische Übersetzung, Anzahl der Impulse pro Sekunde) die aktuelle Geschwindigkeit. Im Kontroller werden mit Hilfe der berechneten Geschwindigkeit Informationen über die vier Radsensoren an den Hauptrechner weitergeleitet. Diese Informationen stellen eine Übersicht über die Zustände der Radsensoren dar. Daraus werden drei Fälle abgeleitet: der Ausfall der Radsensoren, falsche Daten und richtige Daten vom Radsensor (siehe Abbildung 22). Auf der Basis dieser Fälle wird eine Fehlerquelle gesucht. Hieraus wird ein Konzept zur Ermittlung zur genaueren Geschwindigkeitsbestimmungen der Räder entwickelt.

Radsensor

Ausfall des RadsensorsRichtige Daten von

RadsensorFalsche Daten von

Radsensor

Abbildung 22: Mögliche Zustände der Radsensoren

4.4.1 Ausfall der Radsensoren

Das autonome Fahrzeug hat vier Radsensoren, die an einer Halterung befestigt sind. Die Aufgabe dieser Sensoren ist die Erzeugung von Signalen während der Radumdrehung. Die aufgezeichneten Signale werden an den Kontroller weiter geleitet.

4.4.1.1 Fehlerquelle für den Ausfall des Radsensors

Fehler sind unvermeidlich. Es kann lediglich ihre Auswirkungen durch einen geschickten Entwurf gemildert werden. Falls ein Radsensor ausfallen sollte, bestehen drei mögliche Fehlerquellen: Hardware-, Software- und mechanische Fehler (siehe Abbildung 23). Mögliche Hardwarefehler sind:

• Fehler in der Spannungsversorgung • Defekt an der Datenleitung • ausgefallene Schaltung für den Radsensor • Fehler in der Verdrahtung des Treiberbaustein-ICs (z.B. Leitungsabriß)

27 Analyse

Softwarefehler treten als Folge eines mangelhaften Entwurfs auf. Hierzu gehören u. a. die Programmierfehler. Mechanische Fehler treten als Folge einer Positionsänderung des Sensorelements vom Messobjekt (z.B. Zahnrad) auf. Als Unterscheidungsmerkmal gilt: Ein behobener Softwarefehler und ein behobener mechanischer Fehler können nicht mehr auftreten. Ein behobener Hardwarefehler dagegen kann erneut erscheinen. (z.B. Leitungsabriß).

Ursache für den Ausfall der

Radsensoren

Systematische FehlerMeschanische FehlerHardware Fehler

Abbildung 23: Fehlerquellen für die Radsensorausfall

4.4.1.2 Auswirkungen beim Ausfall des Radsensors

Fällt ein Sensor aus, bleibt noch die Möglichkeit der Raddrehzahlerfassung durch die verbleibenden Sensoren. Im schlimmsten Fall kann es zu einem kompletten Ausfall aller vier Radsensoren kommen. Auf der Datenleitung werden dann keine Daten mehr übertragen.

4.4.2 Falsche Radsensordaten

Fehler können transient oder permanent sein. Im Gegensatz zu permanenten Fehlern beschädigen transiente Fehler das Systemverhalten zwar nicht, können aber eine ungenauere Drehzahlbestimmung verursachen. Unbeabsichtigte Position-sänderungen des Radsensorelements in seiner Halterung haben die Übertragung ungenauer oder falscher Daten auf der Datenleitung zur Folge. Der Abstand zwischen dem Sensor und dem Messobjekt darf die 2,9mm nicht überschreiten. Nur so können die Kanten-Felgenmitnehmer präzise detektiert werden. Die Fehlermöglichkeiten lassen sich in diesem Abschnitt in zwei Punkten darstellen:

• zu wenig Impulse • zu viele Impulse

28 Analyse

4.4.2.1 Fehlerquelle für falsche Radsensordaten

Bei der Aufzeichnung von falschen Sensordaten kommen zwei Fehlerquellen in Frage (siehe Abbildung 24):

• Hinterachsenvibration • Motorstörung

Diese Fehlermöglichkeiten betreffen nur die hinteren Räder.

Ursache für die

falschen Daten

MotorstörungVibrationen

Abbildung 24: Fehlerquellen am Radsensor: falsche Daten

4.4.2.2 Motorstörung

An der Fahrzeughinterachse detektieren die Radsensoren eine Lücke der Antrieb-swelle und leiten die Signale an den Kontroller weiter. Bei laufendem Motor und stehendem Fahrzeug übertragen die Datenleitungen der hinteren Radsensoren falsche Daten an den Kontroller. Diese werden durch die Motorstörung verursacht. Die Abbildung 25 zeigt die Auswirkung der Motorstörung auf die hinteren Räder-geschwindigkeiten.

Motorstörung

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

km

/h)

Radgeschwindigkeit vorne Links

Radgeschwindigkeit vorne Rechts

Radgeschwindigkeit hinten Links


Abbildung 25: Motorstörung auf die Radsensoren des Hinterachse (stehendes Fahrzeug)

29 Analyse

4.4.2.3 Vibration

Die hier relevanten Vibrationsauswirkungen gehen von einem laufenden Motor beim stehenden Fahrzeug aus. Durch die Vibration der Hinterachse vibriert das Messobjekt (Antriebswelle). Liegt das Sensorelement bei starker Vibration zu nah am Messobjekt, können in Wirklichkeit nicht auftretende Signale erfasst werden. Vom AVR-Mikrokontroller werden diese jedoch als gültige Sensordaten akzeptiert und verarbeitet. Die Abbildung 26 stellt die Vibrationsauswirkung auf die hinteren Räder-geschwindigkeiten graphisch dar.

Vibrationauswirkung

0

20

40

60

80

100

120

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46

Zeit (s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

km

/h)




Radgeschwindigkeit hinten Rechts

Abbildung 26: Auswirkung der Vibration auf die Radsensoren des Hinterachse (stehendes

Fahrzeug)

30 Hardware-Design

5. Hardware-Design

In diesem Kapitel wird das Hardware-Konzept für die Geschwindigkeitsbestimmung der Räder erläutert. Dabei steht die Vorstellung von technischen Merkmalen, der Funktionsweise, des Messprinzips vom Radsensor und vom Treiberbaustein im Vordergrund. 5.1 Das Konzept

Das Hardware-Design zur Geschwindigkeitsermittlung besteht aus drei Hardware-Komponenten: Der AVR-Mikrokontroller, die Radsensoren und der Treiberbaustein (siehe Abbildung 27). Der Ausgangsanschluss der Radsensoren wird an die ersten vier Pins des Treiberbausteins angelegt. Dabei erfolgt eine Verstärkung der Eingangssignale vom Treiberbaustein. Sie werden über die ersten vier Ausgangsleitungen zu den ersten vier Eingängen des Port D von AVR-Mikrokontroller zugeführt. Somit fungieren die Ausgänge des Treiberbausteins als Signalquelle für die externen Interrupts des Kontrollers. Auf dem AVR-Mikrokontroller läuft eine Software. Sie zählt die generierten Radsensorenimpulse und wertet sie nach einer definierten Zeitdauer aus. Dadurch wird die Rädergeschwindigkeit berechnet. Die Software sendet die ermittelte Räder-geschwindigkeit über den CAN-Bus an den Hauptrechner.

CAN BUS

Ra

ds

en

so

rsig

na

le

AVR _BoardIC ULN2003A

Hauptrechner

Radsensor

Rad

Kantedetektierung

Datenleitung

Abbildung 27: Hardware-Komponenten für die Geschwindigkeitsbestimmung

31 Hardware-Design

5.2 Der Rädersensor(KMI15/1T1)

Bei der Auswahl des Drehzahlsensors (KMI15/1T1) sind verschiedene Aspekte zu beachten: • Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen und Verschmutzung. • Robuster mechanischer Aufbau, unempfindlich gegen Stöße. • Zuverlässige Drehzahlerkennung von 0Hz an. • Einsetzbar für hohe Drehzahlen. Der Sensor KMI15/1T1 wird mit der Dünnschichttechnologie produziert und ist im SOT453-Gehäuse erhältlich. Die Firma Philips Semiconductors arbeitet an seiner Entwicklung. Der Abstand zwischen der Sensoroberfläche und dem Beginn der Messobjektfläche bezeichnet man als Luftloch. In diesem Fall ist das Messobjekt für die vier Kanten-Felgenmitnehmer an den vorderen Rädern und der Antriebswelle für die hinteren Räder befestigt. Der Radsensor KMI15 /1T1 ermöglicht die Vergrößerung des Luftloches bis zu 2.9mm. Dies geht einher mit wesentlich größeren Toleranzen für Temperaturen und Vibrationen, ohne dass Genauigkeitseinbußen bemerkbar sind. Der KMI15 /1T1 bietet weiterhin Ermittlungsfähigkeiten bei sehr langsamen Geschwindigkeiten im Rahmen der Frequenzbreite von 0Hz bis 20KHz. Der Sensor arbeitet kontaktlos, besitzt eine geringe Temperaturabhängigkeit und ist unempfindlich gegenüber Verschmutzung[15].

5.2.1 Funktionsweise und Messprinzip

Der Radsensor KMI15/1T1 ist ein aktiver Drehzahlsensor, d.h. er muss zum Betrieb an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Er liefert ein Signal mit drehzahl-unabhängiger konstanter Amplitude und nutzt bei der Detektierung des Drehzahl-signals den Hall-Effekt [25] aus. Der Radsensor hat zwei Anschlüsse: • Eingang für die Versorgungsspannung • Ausgang für die Radsensorsignale Der Radsensor wird durch eine 12V-Batteriespannung versorgt. Der Sensorausgang liefert je nach Erkennung zwei unterschiedliche Ströme. Bei der Erfassung eines Messobjekts wird einen Radsensorstrom von 7mA erzeugt und wird als Low-Pegel interpretiert. Der andere Radsensorstrom beträgt 14mA und wird als High-Pegel erkannt (siehe Abbildung 28).

32 Hardware-Design

Abbildung 28: Radsensorsignale(KMI15/1T1)[15]

Der vom Radsensor erzeugte Strom muss in eine Spannung umgewandelt und an die Eingänge des AVR-Mikrokontrollers angelegt werden. Die Abbildung 29 zeigt eine Auswerteschaltung, welche den vom Sensor KMI 15/1T1 erzeugten Strom in eine Spannung umwandelt. Um Störung zu unterdrücken wird ein Kondensator an den Ausgangsensor geschaltet.

Abbildung 29: Auswerteschaltung vom KMI15/1T1[15]

Die detektierten und danach in eine Spannung umgewandelten Signale werden an den AVR-Mikrokontroller übertragen. Die Spannungswerte ergeben sich aus der Auswerteschaltung (Widerstand RL = 115Ohm und Kondensator CL = 100nF).

5.2.2 Die Radsensorenhalterung

Für Langzeitstabilität der Messwerterfassung im Gelände sollen zwei Sensor-halterungen konstruiert werden. Die vorderen Sensorhalterungen sind an den Spurhebeln[30] und die hinteren an den Achsschenkeln [30]befestigt. Sie bestehen aus Aluminiumblech. Die vorderen Halterungen bestehen aus Halteblech und Schutzblech (siehe Abbildung 30). Das Halteblech dient als Grundplatte für den Radsensor und wird mit zwei Befestigungsschrauben festgehalten.

33 Hardware-Design

9.00 sq m

Felgenmitnehmer

Detektierte Kante

Radsensor

Halteblech

Schutzblech

Befestigungs -und

Einstellschrauben

Sensorschaltung

AnschlussleitungKabelbinder

Abbildung 30: Vordere Radsensorhalterung

Der Radsensor muss genau das Messobjekt detektieren und darf nicht weiter als 2,9mm von ihm entfernt sein. Mit Hilfe der Einstellschraube und dem Halteblech wird der Abstand zum Messobjekt eingestellt. Das Schutzblech ist für die Stabilität und Lebensdauer der Radsensoren zuständig. Zwischen dem Halteblech und dem Radsensoranschluss wird eine isolierte Folie benötigt, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Sensorelement

Schutzblech für denRadsensor

Schutzblech

Befestigungs-undEinstellschraube

Antriebswelle

Detektierte Lücke

Anschlussleitung

Sensorschaltung

Halteblech für dieSensorschaltung

Abbildung 31: Hintere Radsensorhalterung

34 Hardware-Design

Die Hinterradsensoren sind wegen Hinterachsenvibration und höherer Fahrzeug-geschwindigkeit ausgefallen. Um den Sensorausfall zu vermeiden, konstruiert man zu dem Halteblech zwei Schutzbleche hinzu (siehe Abbildung 31). Für die Radsensorbefestigung zwischen den beiden Schutzblechen wird ein Klebstoff zur Langzeitstabilität benötigt. Dieses nennt sich X60 [24]. Das Halteblech ist die Halterung der Sensorschaltung. 5.3 Aspekte zur Erfassung des Radsensordaten

Zur Bearbeitung der Radsensorsignale ist das Interrupt- Konzept des Kontrollers verwendet worden. Folgende Gründe waren maßgebend für diese Entscheidung: • Das Auftreten des externen Ereignisses wird immer überwacht. • Das Hauptprogramm kann andere Aufgaben übernehmen als den Radsensor zu

überwachen. • Das Hauptprogramm wird unter Umständen deutlich einfacher und besser

verständlich, weil es sich auf das Wesentliche konzentriert, ohne ständig von unterschiedlichen Codestellen aus Ereignisse abzufragen zu müssen[28].

Der Eingangsport des Kontrollers erkennt eine Spannung ab 0,7V bis 5V als High-Pegel und eine Spannung zwischen -0,5V bis 0,3V als Low-Pegel. Die Spannung zwischen 0,3V bis 0,7V gilt als nicht definierter Bereich (siehe Datenblatt AT90can128 Seite 325). Der Ausganganschluss des Radsensors liefert eine Spannung von 1,68V als High -Pegel und eine Spannung von 0,86V als Low-Pegel. Da beide Radsensorpegel in dem High- Spannungsbereich des Kontrollers liegen, werden beide Spannungen vom AVR-Board als High-Pegel interpretiert. Um diese Problematik zu umgehen, erfolgt eine Verstärkung der erzeugten Sensorsignale über einen Treiberbaustein. Dieser wird im folgenden Abschnitt erläutert.

5.3.1 Treiberbaustein ULN2003A

Bei dem benutzten Treiberbaustein handelt es sich um ein Transistorarray, in dem sieben Open Collector Darlington-Transistoren enthalten sind (siehe Abbildung 32). In einer Treiberstufe vom ULN2003A sind zwei Transistoren in einer Darlington-schaltung kombiniert. Dadurch multiplizieren sich deren Stromverstärkungen (bis 500mA).

Abbildung 32: Treiberbaustein ULN2003A[29]

35 Hardware-Design

Die Radsensorenausgänge (JP1) sind an die Eingänge des Treiberbausteins(IC1) angeschlossen. Der Treiber erfordert eine eigene Spannungsversorgung von 5V, die vom Kontroller(JP3) bezogen wird. Die Ausgänge des Treiberbausteins werden direkt mit dem MikroKontroller verbunden (siehe Abbildung 33)

Abbildung 33: Schaltplan für die Radsensoren und Treiberbaustein ULN2003A

Die Verstärkerschaltung besteht aus zwei Transistoren. Die Kollektoren beider Transistoren sind miteinander verbunden und der Emitter des ersten Transistors ist auf der Basis des zweiten geführt (siehe Abbildung 34). Der Low-Pegel des Radsensors schaltet den Darlington-Transistor nicht durch. Der Eingangspin des Kontrollers zieht die Spannung durch den Pull-Up-Widerstand auf 5V. Der Eingangspin des Kontrollers hat das Potential von 5 Volt, da er über einen Widerstand mit der Versorgungsspannung von 5V verbunden ist (siehe Abbildung 34).

AVR-Kontroller

Radsensorausgang

Port Ddes AVR-Kontroller

Spannungsversorgung 5 V

Pull-up-Widerstand

Eingangspin des Port D

Masse der Treiberstufedes ULN2003A

High-Pegel1,68V

Low-Pegel0,86 V

Low-Pegel0 V

High-Pegel5 V

Abbildung 34: Funktionsweise einer Treiberstufe des ULN2003A

Der High-Pegel des Radsensors schaltet den Darlington-Transistor an. Dadurch fließt sämtlicher Strom über den Widerstand direkt auf die Masse ab. Aufgrund dessen wird der Ausgangspin des Darlington-Transistors das Potential 0 Volt liefern (siehe Abbildung 34).

JP1

JP3

IC1

36 Hardware-Design

Die Abbildung 35 zeigt die Verstärkung der Radsensorsignale mit Hilfe des Treiberbausteins.

Radsensorsignale

Verstärkte Signalevon

Treiberbaustein

Highpegel des Radsensors

Highpegel desTreiberbausteins

Lowpegel des Treiberbausteins

Lowpegel des Radsensors

Abbildung 35:Verstärkung der Radsensorsignale mit einem Treiberbaustein

37 Implementierung

6. Implementierung

In diesem Kapitel werden das Konzept und die Umsetzung des Programms zur Geschwindigkeitsbestimmung von Fahrzeugrädern vorgestellt. Es erfolgt zunächst die Erklärung des modularen Aufbaus. Anschließend folgen die Implementierung und die Beschreibung der Abläufe in dem Programm. Diese werden zum besseren Verständnis schriftlich und grafisch dargestellt. Dies geschieht durch UML-Diagramme, die mit dem "Pacestar UML Diagrammer" Programm, basierend auf UML2.0, erstellt wurden. 6.1 Konzept

Das Programm "IntelliTruck zur Geschwindigkeitsbestimmung von Rädern" ist auf mehrere Module aufgeteilt. Jedes dieser Module, welche in der Programmiersprache C realisiert sind, übernimmt unterschiedliche Verarbeitungsschritte. Diese Schritte können nur in Abhängigkeit von anderen Modulen ausgeführt werden. Das Programm verwendet Structs zur Kapselung von Variablen und Funktionen eines bestimmten Moduls (z.B. Sensor). Durch die Verwendung des Datentyps Struct lässt sich die Software auch leichter pflegen. Weiterhin liegen die Vorteile von Struct in dem Compiler, der die Variablen und Funktionen im Speicher nebeneinander auffindet. Das folgende Moduldiagramm gibt eine Übersicht über die Module des IntelliTruck, deren Beziehung untereinander und ihre wichtigsten Funktionen.

38 Implementierung

Rad_Modul

init()start()rad0_Speed()rad1_Speed()rad2_Speed()rad3_Speed()

Main_Modul

(global-variables)

speed_buf[SPEEDBUF_COUNT]:SPEEDsensors[SENMAX]: SENSORtimers[SENMAX]: TIMERsender : SENDER

struct Sensor

impuls_Cnt: uint8_tstatus: uint8_t

init_Ext_Int: FUNCTstart_Ext_Int: FUNCTstop_Ext_Int: FUNCTptimer: PTIMERspeedBuf_writeindex: uint8_t

struct Timer

TIMER_Counter1S: unsigned longTIME_Stempel: uint8_t

init_timer: FUNCTset_Preload: PRELOADspeed: FUNCTstart: FUNCTstop: FUNCT

struct Sender

pcurr_speed: PSPEED

init: FUNCTenable_Int: FUNCTdisable_Int: FUNCTcaninit: CANINITstart: FUNCTexecute: FUNCTcantx: CANTX

struct Message

id: uint16_trtr: uint16_tlen: uint8_tdata[DATA_LEANGHT]: uint8_t

struct Speed

speed[SENMAX]: uint8_tcount: uint8_t

1 1..SPEEDBUF_COUNT

<<use>>

<<use>>

<<use>>

<<use>>

has

has

Abbildung 36: Moduldiagramm für das Konzept der Geschwindigkeitsbestimmung

Im folgendem Abschnitt werden die einzelnen Module und ihre Funktionalitäten näher erläutet.

6.1.1 Main_Modul

Das Main_Modul repräsentiert das Hauptprogramm. Die Hauptfunktionalität des Moduls besteht darin, das Programm zu starten und die Initialisierungsaufgaben zu übernehmen (siehe Abschnitt 6.3.1). Das folgende Flussdiagramm gibt eine Übersicht über die Aktivitäten dieses Moduls:

39 Implementierung

Start

Initialisierung

Warten auf Ereignisse

Abbildung 37: Die Hauptfunktionalität des Main_Moduls

6.1.2 Rad_Modul

In dem Rad_Modul sind die Funktionen zur Geschwindigkeitsberechnung, Initialisierung sowie Start der Timer und der externen Interrupts implementiert. Das Starten und die Initialisierung realisiert das Modul durch Delegation der Aufrufe an das Timer- bzw. Sensor - Modul (siehe Abbildung 39). Wie aus dem oben stehenden Moduldiagramm (Abbildung 36) ersichtlich wird, enthält das Modul vier Funktionen der Form radX_Speed()19. Jede dieser Funktionen ist für die Geschwindigkeitsermittlung eines der vier Räder verantwortlich. Beispielsweise berechnet die Funktion rad0_Speed() die erste Radgeschwindigkeit.

6.1.3 Sensor_Modul

Das Sensor Modul ist für die Initialisierung, das Starten und Stoppen der externen Interrupts zuständig. Das Modul enthält ein Struct mit der Bezeichnung SENSOR, welcher die Radsensor -Komponente repräsentiert. Alle Funktionen und Sensorvariablen sind in diesem Struct enthalten (siehe Tabelle 4). Jede der vier Sensoren ist durch eine Variable dieses Structs im Programm implementiert. Somit stellt ein SENSOR-Struct eine Schnittstelle mit folgenden zur Verfügung stehenden Funktionalitäten dar:

• Abfrage von Sensor – Variablen • Aufruf von Sensor – Funktionen

19 X = 0, 1, 2, 3

40 Implementierung

Struct Elemente

Beschreibung

uint8_t impuls_Cnt Zählen von Radsensor Impulse FUNCT init_Ext_Int Initialisierung der externen Interrupts FUNCT start_Ext_Int Starten der externen Interrupts FUNCT stop_Ext_Int Stoppen der externen Interrupts PTIMER ptimer Zeiger auf Timer struct uint8_t speedBuf_writeindex Schreib-Index der Ringbuffer

Tabelle 4: Funktionen und Variablen des Structs Sensor_Modul

6.1.4 Timer_Modul

Für jeden Radsensor wird ein Timer gestartet. Nach jedem Ablauf einer festgelegten Zeitspanne erfolgen die Auslösung des entsprechenden Timer-Interrupts und das Aufrufen der Interrupt-Service-Routine. In dieser Routine wird die Geschwindigkeits-bestimmung anhand der erfassten Impulse vom Radsensor und der abgelaufenen Timer Periode errechnet. Das Timer Modul erfüllt folgende Aufgaben:

• Initialisierung der Timer-Interrupts • Setzen des Zählerwerts der Timer (10ms) • Starten der Timer • Stoppen der Timer

Das Modul enthält ein Struct namens TIMER, welcher die Funktionalität vom Timer kapselt. Diese werden in der Tabelle 5 dargestellt. Jeder Timer ist durch eine Variable dieses Struct-TIMER im Programm realisiert. Folgende Aufgaben werden erfüllt:

• Speicherung der abgelaufenen Timer Perioden • Timer Funktionen

Struct Elemente

Beschreibung

unsigned long TIMER_Counter10MS 10ms Zähler FUNCT init_timer Initialisierung der Timer PRELOAD set_Preload Zählerwert für den Timer (10ms) FUNCT speed Berechnung der Geschwindigkeit FUNCT start Starten der Timer FUNCT Stopp Stoppen der Timer

Tabelle 5: Funktionen und Variablen des Structs Timer_Modul

41 Implementierung

6.1.5 Sender_Modul

Das Sender Modul stellt die Schnittstelle zum CAN–BUS dar. Die Hauptaufgabe von diesem Modul ist die Initialisierung des CAN–BUS, sowie das Senden und Empfangen von Nachrichten. Das Senden und Empfangen von Daten ist durch einen Software-Interrupt gesteuert. Der AVR-Mikrokontroller bietet die Möglichkeit, externe Interrupts auszulösen, indem am entsprechenden Pin von Port D (externe Interrupt) per Software der Pegel zuerst auf High und dann danach wieder auf Low gesetzt wird. Falls Daten zum Senden bereit liegen, wird der Software Interrupt ausgeführt und danach die Interrupt Service Routine aufgerufen. Dies hat den Start der Datenversendung über den CAN-Bus zur Folge. Das Senden der Daten an den Hauptrechner kann durch das Maskieren des entsprechenden Bits am Externen Interrupt Masken Register (EIMSK) gestoppt werden. Das Modul enthält die Structs SENDER und MESSAGE. Der Struct MESSAGE repräsentiert eine CAN-Message, mit dem folgenden Aufbau:

Struct Elemente

Beschreibung

uint16_t id Id Nummer von Hauptrechner uint16_t rtr Remote Transmission Request =0 uint8_t len Länge des Nutzdaten uint8_t data[DATA_LEANGHT] Nutzdaten

Tabelle 6: Funktionen und Variablen des Structs MESSAGE

Der Struct SENDER beinhaltet Funktionen, die in der folgenden Tabelle beschrieben sind:

Struct Elemente

Beschreibung

FUNCT init Initialisierung der Software Interrupt FUNCT enable_Int Aktivieren des Software Interrupt FUNCT disable_Int Deaktivieren des Software Interrupt CANINIT caninit Initialisierung des CAN-BUS FUNCT start Auslösen der Software Interrupt FUNCT execute Speicherung der zu sendenden Daten in

einer CAN Message CANTX cantx Senden von Daten

Tabelle 7: Funktionen und Variablen des Structs SENDER

42 Implementierung

6.2 Speicherung der berechneten Rädergeschwindigkeit

Zur Speicherung der ermittelten Geschwindigkeiten ist ein Struct Namens SPEED im Modul SENDER definiert. Es besteht aus einem Byte-Array der Länge vier Byte namens speed und einem Byte-Element namens count (siehe Abbildung 36) Jede Radgeschwindigkeit wird immer an der gleichen Stelle im speed-Array gespeichert. Beispielsweise erfolgt die Speicherung der Geschwindigkeit vom Rad(0) an der ersten Stelle und von Rad(1) an der zweiten Stelle. Das mit Null initialisierte Count-Element dient dazu, die Anzahl der geschriebenen Geschwindigkeiten im speed-Array zu speichern. Bei jeder Geschwindigkeits-speicherung wird der jeweilige Zähler um eins inkrementiert (count++). Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob jede Radgeschwindigkeit ermittelt ist. Wenn das jeweilige Count-Element den Wert vier erreicht hat, werden die Geschwindigkeiten mittels CAN-Bus an den Hauptrechner gesendet. Die Geschwindigkeitsberechnung basiert auf dem Interrupt–Konzept. Durch die externen Interrupts ist die Fahrstrecke ermittelbar (siehe Abschnitt 6.3.3) und die Fahrzeit erfassbar. (siehe Abschnitt 6.3.4). Die Interrupts in dem AVR–Kontroller sind priorisiert: Treten mehrere IRQs20 nahezu gleichzeitig auf, wird die Interrupt Service Routine (ISR) des IRQ mit der höchsten Priorität zuerst abgearbeitet. Die Bearbeitung der anderen Interrupts und der jeweiligen ISR erfolgt nach der jeweiligen Priorität. Die Berechnung einer Radgeschwindigkeit wird durch den Timer-Interrupt gestartet. Es kann folgender Fall auftreten: Ein Timer-ISR mit höherer Priorität wird mehrmals direkt nacheinander aufgerufen, und zwar bevor ein anderer Timer-ISR mit niedriger Priorität bearbeitet werden kann. Eine mögliche Folge wäre die Überschreibung der berechneten Geschwindigkeit durch den Timer mit höherer Priorität. Um diese Problematik zu umgehen, ist eine Ringbuffer namens speed_buf im Rad_Modul notwendig. Der Ringbuffer ist ein Array von Typ SPEED mit 256 Elementen. Folgende Abbildung stellt es dar:

20 IRQ:-eng : Interrupt Requests

43 Implementierung

Speed0 Speed1 Speed2 Speed3 countspeed_buf[0]

speed_buf[1]

speed_buf[2]

speed_buf[255] Speed0 Speed1 Speed2 Speed3 count

speed[4]

Struct SPEED

Struck SENSOR

speedBuf_writeindex

Abbildung 38: Speicherung der Berechneten Rädergeschwindigkeit

Das Struct SENSOR enthält das Element speedBuf_writeindex (siehe Tabelle 4). Dieses speichert einen Index des Ringbuffers. Mit Hilfe dieses Indexes wird ermittelt, an welcher Stelle in dem Ringbuffer die berechnete Geschwindigkeit geschrieben werden soll. Die Inkrementierung des speedBuf_writeindex um eins findet nach jeder Schreiboperation statt. Erreicht der Index die maximale Ringbufferlänge, wird er auf Null gesetzt. 6.3 Programmablauf

In diesem Abschnitt sollen die wichtigsten Programmabläufe und die Kooperation zwischen den einzelnen Modulen vermittelt werden. Zum Abschluss erfolgt die Darstellung eines Aktivitätsdiagramms. Dieses bezieht sich auf die Geschwindigkeitsbestimmung und die Kommunikation zwischen den Modulen.

6.3.1 Initialisierungsphase

Nach dem Programmstart folgt die Initialisierungsphase. Sie ist in verschiedene Schritte aufgeteilt. Zunächst wird die CAN-Schnittstelle initialisiert. Die Werte für die Acceptance-Mask und –Code müssen so konfiguriert sein, dass nur die Nachrichten vom Hauptrechner akzeptiert werden. Die Timerinitialisierung beinhaltet das Setzen des Preloadwertes und den Vorteiler, sowie die Einstellung des Timer-Interrupts. Durch das konfigurierte externe Interrupt kommt die Initialisierungsphase zum Abschluss. Anschließend werden die externen- sowie Timer–Interrupts gestartet. Das folgende Sequenzdiagramm zeigt den Initialisierungsablauf und die beteiligten Module.

44 Implementierung

Main_Module: Sender: Timer:

Start

caninit(Can_msg_Id,Filter_Mask)

Rad:

init()

Sensor:

speed_funct[SENMAX] := init_speed_Funktion()

initSensors ( speed_funct )

init_ext_Int_Funktion()

init_start_ext_Int_Funktion()

init_stop_ext_Int_Funktion()

initTimers(speed_funct)

init_timer_init_funct()

init_timer_preload_funct()

init_timer_counter_funct()

init_timer_start_funct()

init()

enable_Int()

start()

start_Sensor()start_ext_Int()

timer_start()

Abbildung 39: Sequenzdiagramm für die Initialisierungsphase

45 Implementierung

6.3.2 Radgeschwindigkeitsberechnung

Für die Radgeschwindigkeitsberechnung werden zwei Parameter benötigt: Die Fahrstrecke und die Fahrzeit. Bei der Fahrt des Fahrzeugs erzeugen die Radsensoren Impulse, anhand deren die Anzahl der Umdrehung ermittelt werden kann. Während an den vorderen Rädern des IntelliTrucks Vierkant-Felgenmitnehmer montiert sind, befindet sich an den hinteren Rädern die Antriebswelle. Die Sensoren der vorderen Räder generieren vier Impulse und die der hinteren Räder zwei Impulse pro Umdrehung, da die Sensoren die vier Kanten der Felgenmitnehmer sowie die zwei Lücken der Antriebwelle detektieren. Radumdrehung: Die Anzahl der Radumdrehungen wird durch die Division der erfassten Sensorimpulse und der Kanten- oder Lücken- Anzahl des Messobjekts berechnet: Anzahl der Sensorimpulse = I Anzahl der Kante oder Lücke des Messobjekts = K ( K=2 oder 4) Drehzahl= N

K

I N =

Fahrtstrecke: Die zurückgelegte Fahrtstrecke wird durch die Multiplikation der Raddrehzahl und der Raddurchmesser errechnet: Kreiszahl = Pi Raddurchmesser = D Radumfang = R Drehzahl = N Fahrstrecke = S Pi *D R = mit Pi = 3,14

R*N S =

Radgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeitsberechnung erfolgt durch die Division von Fahrtstrecke und Fahrtzeit. Fahrstrecke = S Fahrtzeit = T Radgeschwindigkeit = V

T

SV =

46 Implementierung

6.3.3 Verarbeitung von externen Interrupts

Die von den vier Radsensoren generierten Signale werden an den Eingängen der Ports D[0,3] (vier externe Interrupts) des Mikrokontrollers angelegt. Beim Auftreten eines Sensorereignisses springt der Kontroller in die entsprechende ISR, die den Wert des Impulszählers (impuls_Cnt) um eins erhöht (siehe Beispielcode des ISR-Radsensor0). Beispiel: ISR des Radsensor 0 EXT_INTERRUPT0_HANDLER (SIG_INTERRUPT0) { ++(sensors[0].impuls_Cnt); }

6.3.4 Verarbeitung von Timers Interrupts

Beim Überlauf eines TimerX21 findet die passende ISR-Ausführung statt. Diese Routine sorgt in erster Linie dafür, den Timer–Counter mit dem Preload–Wert (siehe Beispiel 2) neu zu laden und einen Zähler (TIMER_Counter10MS) zu inkrementieren. Erreicht dieser Zähler den Werte 100 (d.h. 1 Sekunde), wird er auf Null gesetzt und die Funktion Rad_speedX22() aufgerufen. Beispiel : Berechnung des Preload-Werts für Timer 0 Quarz = Systemtakt : 16 000 000Hz Teilerfaktor : 1024 Verzögerungszeit : 10 ms = 0.01 s Überlaufwert : 256 Gesucht. der Preload-Wert für den Timer 0 ?

1024

16000000Timertakt =

⇒= Hz 15625 Timertakt 64 µs pro Takt

0,01 sPreload-Wert Überlaufwert

0,00064 s

= −

= 256 -156.25 ≈ 100

21 X = 0, 1, 2, 3 22 X = 0, 1, 2, 3

47 Implementierung

Bei einem Systemtakt von 16 MHz, einem Timertakt von 15625 Hz, einer Periode von 64µs und einer Verzögerungszeit von ca. 0,01s ergeben sich folgende Werte:

Timer X Preload-Wert für die Timers

Timer 0 100 Timer 1 65379 Timer 2 100 Timer 3 65379

Tabelle 8: Preload-Berechnung für alle Timer

Die Funktion Rad_speedX23 () ist für die Geschwindigkeitsberechung eines Rads zuständig. Sie führt in der angegebenen Reihenfolge folgende Aktivität aus:

1. Maskieren des entsprechenden externen Interrupts (bsp:X=0->Extene Interrupt0).

2. Speichern des Impulszählers des entsprechenden externen Interrupts. 3. Setzen des Impulszählers des entsprechenden externen Interrupts auf Null 4. Starten des entsprechenden externen Interrupts 5. Berechnung der Radgeschwindigkeit (siehe Abschnitt 6.3.2 Radgeschwindig-

keitsberechnung). 6. Speichern und Senden der berechneten Rädergeschwindigkeit(siehe

Abschnitt 6.2 Speicherung der berechneten Rädergeschwindigkeit).

6.3.5 Senden und Empfang von CAN –Nachrichten

Wie bereits erwähnt, läuft der Datenaustausch zwischen dem Kontroller und dem Hauptrechner über den CAN-BUS. Dazu werden zwei Message-Objekte (MOBs) initialisiert und konfiguriert. Der MOB0 ist für das Empfangen und der MOB1 für das Versenden einer CAN- Nachricht zuständig. Der Betriebsmodus von MOB0 ist für den Empfang einer CAN-Nachricht, die durch einen Interrupt signalisiert wird, konfiguriert. Vor dem Senden der Daten werden diese in den Datenbuffer (CANMSG24) des MOB1 kopiert. Das entsprechende Bit des Registers CANCDMOB25 muss auf High-Pegel gesetzt werden, um den Sendebefehl des MOB1 zu aktivieren. Nach kurzer Zeit kommt der Sendevorgang zum Abschluss. Die Bestätigung dafür erfolgt vom Kontroller, indem er das Bit TXOK26 in das Register CANSTMOB27 des MOB1 setzt. Das Netzwerkprotokoll für den Datenaustausch besteht aus einem Steuerungs-Byte und vier Bytes für die berechneten Radgeschwindigkeiten. Ein gesetztes Steuerungs-Byte hat das Beenden des Nachrichtensendens zum Hauptrechner zur Folge. Mit einem gelöschten Steuerungs-Byte wird das Senden der Nachrichten

23 X = 0, 1, 2, 3 24 CANMSG -eng.: CAN MOB Data Message Register 25 CANCDMOB -eng.: CAN MOB Control Register 26 TXOK -eng.: Transmit OK 27 CANSTMOB -eng.: CAN MOB Status Register

48 Implementierung

freigegeben. Das Setzen bzw. das Löschen der Steuerungs-Bytes erfolgt nur vom Hauptrechner aus. Die folgende Abbildung zeigt das Netzwerkprotokoll:

Data[8]

CAN Message

CAN-Id

Speed0 Speed1 Speed2 Speed3

RTR DatenLänge

Steuerung

0 1 2 43Byte

Abbildung 40: Netzwerkprotokoll

Folgendes Aktivitätsdiagramm gibt eine Übersicht über die in diesem Kapitel erläuterten Abläufe. Es zeigt die Verarbeitungsabläufe des externen- und Timer–Interrupts, sowie die Geschwindigkeitsbestimmung eines Rads.

49 Implementierung

Abbildung 41: Aktivitätsdiagramm für die Geschwindigkeitsbestimmung des ersten Rads

50 Test

7. Test

Die integrierten Radsensoren im Fahrzeug mussten in einem Praxistest erprobt werden. Die ersten Tests des Gesamtsystems erfolgten mehr als zehn Mal im freien Gelände. Während die Geschwindigkeiten der Vorderräder nahezu identisch waren, kamen bei den Hinterrädern teilweise ungeklärte unterschiedliche Geschwindigkeits-werte vor. Die Ursache für diese ungewöhnlichen Werte musste analyisiert werden. Drei mögliche Faktoren kamen in Frage: ein Programmfehler, eine fehlerhafte Sensordetektierung oder ein Störungsfaktor seitens des Motors. Der Fokus lag zunächst auf dem Programmtest. Dieser wurde im Labor mittels Signalgenerator mit dem ausgeschalteten Motor untersucht. Um mögliche Fehler zu erfassen, ist das Programm mit verschiedenen Impulsfolgen belastet worden. Diese sind aus verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten berechnet worden. Sollte dieser Test erfolgreich verlaufen, kommt der zweite Faktor der Rädersensoren in Frage: Inwieweit detektieren die Rädersensoren mittels einer Bohrmaschine präzise die Messobjekte mit verschiedenen Radumdrehungen? Sollte auch dieser Test einwandfrei verlaufen, müssen mögliche Störungsursachen im Gelände gesucht werden. Diese könnten eventuell durch die Motorstörung oder durch die Hinterachsvibrationen erklärbar sein. Im weiteren Verlauf wird zunächst der Labortest vorgestellt. Diese geschieht aus dem Grund der Ergebniseindeutigkeit. Abschließend wird der Geländetest vorgestellt und dargestellt, wie sich das Gesamtsystem während des Fahrzeugsbetriebes in freiem Gelände verhält. 7.1 Programmtest

Für den notwendigen Programmtest werden ein Signalgenerator, ein Oszilloskop und ein CAN-Analyser benötigt (siehe Abbildung 42). Der Signalgenerator übergibt sich wiederholende Signale an den Kontroller. Die generierten Signale des Signalgenerators ersetzen die Aufgabe von vier Radsensoren. Der Kontroller erfasst die Signale vom Signalgenerator und berechnet jede Radgeschwindigkeit. Diese werden anschließend an den Hauptrechner gesendet. Für das Ablesen der CAN-Nachrichten vom CAN-Bus ist der CAN- Analysator zuständig. Die Aufgabe des Oszilloskops ist die Kontrolle der generierten Signale.

51 Test

Hauptrechner

AVR-Board

Signalgenerator

Oszilloskop

CAN BUS

Abbildung 42: Komponenten für Programmtest

Der Signalgenerator "Kontron" ist ein Gerät zum Erzeugen elektrischer Schwingungen mit unterschiedlichen Kurvenformen, insbesondere Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Sägezahn-Spannung mit einstellbarer Frequenz (üblicherweise bis 20 MHz) und Amplitude (siehe Abbildung 43).

Abbildung 43: Der Signalgenerator "Kontron"

Für den Programmtest ist der Signalgenerator auf Rechteck-Kurvenformen und mit einstellbarer Frequenz konfiguriert. Die generierten Signale von diesem Kontron-Gerät sind an den Port D (externe Interrupts) des AVR-Mikrokontrollers angelegt und werden von den entsprechenden ISR bearbeitet. Der Signalgenerator "Kontron" dient zum Programmtest. Dieser Test ist für die genaue und fehlerfreie Radgeschwindigkeitsermittlung sehr nützlich. Da pro Radumdrehung die vorderen Radsensoren vier Impulse und die hinteren zwei Impulse erfassen können, wird der Programmtest in zwei Testgruppen eingeteilt. Die Vorstellung erfolgt im nächsten Abschnitt.

52 Test

7.1.1 Testkonzept der vorderen Radgeschwindigkeit mittels Signalgenerator

Der Kontroller erfasst wiederholbar erzeugte Signale des Kontron-Geräts. Die vier erzeugten Signale werden an dem Port D (0 bis 3) des AVR-Mikrokontrollers angelegt. Der Kontroller berechnet anhand der erfassten Impulsanzahl die Rädergeschwindigkeiten. Die Signalgeneratorwerte ändern sich im Laufe der Testphase. Sie entstehen aus der Berechnung von verschiedenen Fahrzeug-geschwindigkeiten (siehe Tabelle 9). Das untere Beispiel verdeutlicht diese Berechnung. Beispiel: Bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V= 40 km/h = 11.11m/s Geschwindigkeit = V Radumfang = R = 0.57m Radumdrehung = U Anzahl der detektierten Kanten des vorderen Rads = K Gesucht ist die Anzahl der gesendeten Impulse (I) pro Sekunde = Impulsanzahl

R

VU =

49.19=U U/s

KUI *= mit mit 4=K

97.77=I I/s

Radumfang

(m)

Fahrzeuggeschwindigkeit

(km/h)

Radumdrehung

(U/s)

Impulsanzahl

(I/S)

0,57 65 34,1 136,4522417 0,57 60 29,2 116,9590643 0,57 50 24,4 97,46588694 0,57 40 19,5 77,97270955 0,57 30 14,6 58,47953216 0,57 20 9,7 38,98635478 0,57 10 4,9 19,49317739 0,57 5 2,4 9,746588694 0,57 2 0,97 3,89 0,57 0 0 0

Tabelle 9: Berechnung der erzeugten Impulsanzahl anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit

Das Diagramm in Abbildung 44 vergleicht die erste und die zweite Rad-geschwindigkeit miteinander. Am Anfang der Testphase erzeugt der Signalgenerator 10 Impulse pro Sekunde. Aus diesen Impulsen erfolgt die Geschwindigkeit-sberechung von 20km/h. Die erzeugten Impulse werden mit der Zeit graduell um 10 Impulse erhöht, so dass zwischen den beiden vorderen Radgeschwindigkeiten kein Unterschied besteht.

53 Test

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it(K

m/h

)

Geschwindigkeit linkes Vorderrad

Geschwindigkeit rechtes Vorderrad

Abbildung 44: Test-Konzept der vorderen Radgeschwindigkeit mittels Signalgenerator

7.1.2 Testkonzept der hinteren Radgeschwindigkeiten mittels Signalgenerator

Da die hinteren Radsensoren nur zwei Impulse pro Radumdrehung ermitteln können, sollte die Impulsanzahl vom Signalgenerator geringer ausfallen. Die Berechnung der Impulsanzahlen ist in der Tabelle 10 dargestellt.

Radumfang

[m]

Fahrzeuggeschwindigkeit

[km/h]

Radumdrehung

[Um/S]

Impulsanzahl

[I/S]

0,57 65 34,1 68,22612086 0,57 60 29,2 58,47953216 0,57 50 24,4 48,73294347 0,57 40 19,5 38,98635478 0,57 30 14,6 29,23976608 0,57 20 9,7 19,49317739 0,57 10 4,9 9,746588694 0,57 5 2,4 4,873294347 0,57 2 0.97 1.94 0,57 0 0 0

Tabelle 10: Berechnung der erzeugten Impulsanzahl anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit

Das Diagramm in Abbildung 45 beschreibt, wie sich die ermittelten hinteren Räder-geschwindigkeiten im Laufe der Zeit annähern.

54 Test

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it(K

m/h

)

Geschwindigkeit linkes Hinterrad

Geschwindigkeit rechtes Hinterrad

Abbildung 45: Testkonzept der hinteren Rädergeschwindigkeiten mittels Signalgenerator

7.1.3 Ergebnis des Programmtests

Das Ergebnis des Programmtests ist erfolgreich verlaufen. Die berechneten Räder-geschwindigkeiten nähern sich im Zeitverlauf an. Das Programm kann bis zu 250 Impulse pro Sekunde bearbeiten (d.h. 4-mal 250 Impulse pro Sekunde). Aus diesen Impulsen werden vier Geschwindigkeiten bis maximal 160 km/h berechnet. Der Programmtest spricht dafür, dass das Programm die maximalen Räder-geschwindigkeiten aus den erzeugten Rädersensorimpulsen fehlerfrei ermitteln kann. Als nächstes müssen die Rädersensoren untersucht werden. 7.2 Gesamtsystemtest im Labor mit einem elektrischen Gerät

Wie der erste Test im Labor gezeigt hat, verläuft die Programmbearbeitung mit verschiedenen Impulsfolgen fehlerfrei. Daher muss die Fehlerquelle weiterhin im Gesamtsystem gesucht werden. Eine Überprüfung der Radsensoren bei ihrer Detektierung vom Messobjekt ist an dieser Stelle notwendig. Für dieses Vorhaben verwendet man ein elektrisches Gerät, die "Bohrmaschine", durch die die Räder angetrieben werden. Die Bohrmaschine ist an das Rad durch einen Adapter angeschlossen und mit zwei Stufenfunktionen ausgestattet. Die erste Stufe führt 390 Umdrehungen und die zweite 1250 Umdrehungen pro Minute aus (siehe Abbildung 46).

55 Test

Abbildung 46: Rädertest mit Bohrmaschine

Die erste Stufe nennt sich Schrittgeschwindigkeit28 und die zweite mittlere Geschwindigkeit29. Da nur eine Bohrmaschine vorhanden ist, muss jedes Rad einem separaten Test unterzogen werden. Es findet ein zweimaliger Radtest statt, einmal für die Schritt- und für die mittlere Geschwindigkeit. Der nächste Abschnitt präsentiert diesen Testverlauf.

7.2.1 Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit

Die erste Stufe der Bohrmaschine führt bei dieser Testphase 390 Umdrehungen pro Minute aus. Die ermittelten Radgeschwindigkeiten sollen 14 km/h ergeben. Test1: Radgeschwindigkeit vorne Links

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

Km

/h)


Bohrmaschinengeschwindigkeit

Abbildung 47: Radtest (vorne Links) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)

28 Eine Schrittgeschwindigkeit entspricht 14km/h 29 Eine mittlere Geschwindigkeit entspricht 43km/h

56 Test

Test2: Radgeschwindigkeit vorne Rechts

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

Km

/h)



Abbildung 48: Radtest (vorne Rechts) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)

Test3: Radgeschwindigkeit hinten Links

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

Km

/h)



Abbildung 49: Radtest (hinten Links) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)

57 Test

Test4: Radgeschwindigkeit hinten Rechts

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

Km

/h)



Abbildung 50: Radtest (hinten Rechts) mittels Bohrmaschine (Schrittgeschwindigkeit)

7.2.2 Rädertestergebnisse der Schrittgeschwindigkeit

In den meisten Fällen stimmen die beiden Vorderrädergeschwindigkeiten mit der Bohrmaschinengeschwindigkeit überein. Die ermittelten Geschwindigkeiten der Vorderräder liegen zwischen 12 und 14km/h. Hier handelt es sich um eine geringe Abweichung. Die gleichen Werte gelten für das rechte Hinterrad. Beim linken Hinterrad ist die Abweichung stellenweise größer und hat eine Wertspanne zwischen 10 und 14km/h. Folgende Ursachen können für die Schwankungen verantwortlich sein: 1. Der Bohrmaschinenadapter ist nicht einwandfrei an den Rädern angeschlossen. Dadurch kann die Leistung der Bohrmaschine hier nicht vollständig auf die Räder übertragen worden sein. 2. Die vorderen Rädersensoren erzeugen vier Impulse pro Umdrehung. Es kann aber passieren, dass bei der letzten Radumdrehung nur ein, zwei oder drei Impulse erfasst werden. Da es aber nicht vier sind, zählt das Programm diese letzte Rad-umdrehung nicht mit. Der Verlust einer Radumdrehung entspricht 2km/h. Die Begründung hierfür liegt in der nicht verwendeten Gleitkommzahl (float). Diese wäre für den Kontroller zu zeitaufwendig gewesen.

58 Test

7.2.3 Rädertest für die mittlere Geschwindigkeit

Im Rahmen dieser Testphase erfolgt die Einstellung der Bohrmaschine auf die zweite Stufe. Hier sind die Umdrehungen deutlich höher als beim letzten Test: Sie betragen 1250 pro Minute. Das Ergebnis für die ermittelte Radgeschwindigkeit soll 43km/h ergeben. Test1: Radgeschwindigkeit vorne Links

0

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1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

Zeit(s)

Rad

ge

sc

hw

indig

keit

(Km

/h)


Bohrm aschinengeschwindigkeit

Abbildung 51: Radtest (vorne Links) mittels Bohrmaschine (mittlere Geschwindigkeit)

Test2: Radgeschwindigkeit vorne Rechts

0

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1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

Zeit(s)

Radgeschw

indig

keit (K

m/h

)

Radgeschwindigkeit vorneRechtsBohrmaschinengeschwindigkeit

Abbildung 52: Radtest (vorne Rechts) mittels Bohrmaschine (mittlere Geschwindigkeit)

59 Test

Test3: Radgeschwindigkeit hinten Links

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1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

Km

/h)



Abbildung 53: Radtest (hinten Links) mittels Bohrmaschine (mittlere Geschwindigkeit)

Test4: Radgeschwindigkeit hinten Rechts

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it (

Km

/h)


Bohrm aschinengeschwindigkeit

Abbildung 54: Radtest (hinten Rechts) mittels Bohrmaschine (mittlere Geschwindigkeit)

60 Test

7.2.4 Rädertestergebnisse für die mittlere Geschwindigkeit

In der Abbildung 51 und Abbildung 52 sind die Vorderrädergeschwindigkeit und die Bohrmaschinengeschwindigkeit identisch. Ein Unterschied zwischen den berechneten Hinterräder- und Bohrmaschinen-geschwindigkeiten ist aus Abbildung 53 und Abbildung 54 ersichtlich. Dieser beträgt ungefähr 10 km/h. Folgende Ursachen tragen zur Klärung bei: Die Umdrehung der Vorderräder mittels Bohrmaschine erfolgt leichter als bei den Hinterrädern. Diese werden von dem Fahrzeugmotor angetrieben. Es entsteht eine Verringerung der Bohrmaschinendrehungskraft durch den Motorwiderstand. Ein weiterer Grund ist im Abschnitt 7.2.2 erläutert. Der Rädertest mit der Bohrmaschine hat bewiesen, dass die Rädersensoren mit verschiedenen Umdrehungen das Messobjekt detektieren können. Die erzeugten Sensorimpulse werden vom Programm fehlerfrei bearbeitet. Dennoch wird die Bohrmaschine in ihrer Tätigkeit in diesem Test durch die oben erwähnten Störfaktoren beeinflusst. 7.3 Gesamtsystemtest im Gelände

Der Programmtest mit einem Signalgenerator und der Rädertest mit einer Bohrmaschine sind beim ausgeschalteten Motor durchgeführt worden. In der kommenden Testphase wird das Gesamtsystem im Gelände überprüft. Der Testverlauf besteht aus zwei Testphasen. • Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit • Rädertest mit einer mittleren Geschwindigkeit

7.3.1 Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit

Die Abbildung 55 präsentiert den Rädertestverlauf mit Schrittgeschwindigkeit. Aus diesem Diagramm werden drei Messpunkte betrachtet, die in Abbildung 55 mit Nummer eins bis drei markiert sind. Der Messpunkt 1 steht für die berechneten Rädergeschwindigkeiten zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die markierten Messpunkte werden im folgenden Abschnitt analysiert: In der Betrachtung des 1. Messpunktes fallen die Rädergeschwindigkeiten alle gleich aus. Beim 2. Messpunkt beträgt der Unterschied zwischen der ersten und den anderen Rädergeschwindigkeiten nur zwei km/h. Die Begründung dafür liegt, wie bereits erwähnt, in der nicht mitgezählten Radumdrehung, wo nur ein, zwei oder drei anstatt von vier Radimpulsen erfasst werden. Der 3. Messpunkt weist auf eine höhere Geschwindigkeit des zweiten Rads im Vergleich zu den anderen Rädern auf. Diese wäre durch eine Motorstörung erklärbar.

61 Test

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85

Zeit(s)

Ra

dg

es

ch

win

dig

ke

it(K

m/h

)





1

2

3

Abbildung 55: Rädertest mit Schrittgeschwindigkeit

7.3.2 Rädertest mit einer mittleren Geschwindigkeit

In dieser Testphase werden die berechneten Rädergeschwindigkeiten graphisch abgebildet. Dieses Diagramm stellt sowohl unterschiedliche als auch identische Räder-geschwindigkeiten dar. In den meisten Fällen stimmen die Rädergeschwindigkeiten überein, z.B. im Punkt 1 (siehe Abbildung 56). Der 2. und 3. Punkt ist ein Hinweis für das Vorliegen eines Störungsfaktors.

0

5

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Zeit

Rad

gesch

win

dig

keit

(Km

/h)

Radgeschw indigkeit vorne Links

Radgeschw indigkeit vorne Rechts

Radgeschw indigkeit hinten Links

Radgeschw indigkeit hinten Rechts

1

2

3

Abbildung 56: Rädertest mit einer mittleren Geschwindigkeit

62 Zusammenfassung

8. Zusammenfassung

Diese Arbeit wurde im Rahmen eines von dem HAW-Hamburg ins Leben gerufenen Projekts IntelliTruck geschrieben. Das Projekt hat das Ziel, ein Modellgeländewagen um einen Hauptrechner (intelligentes System) zu erweitern, wodurch autonome und sichere Fahrten mit dem Fahrzeug ermöglicht werden können. Die Projektrealisierung wurde auf mehrere Module verteilt, wobei diese Arbeit auf das Modul Geschwindigkeitsbestimmung des Fahrzeugs fokussiert ist. Um eine autonome, sichere und kontrollierte Fahrt zu gewährleisten, muss das intelligente System die Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt bekommen. Die ersten Überlegungen drehten sich um die Frage nach Verfahren, Techniken und Hardwareelementen, die für die Geschwindigkeitsbestimmung des Fahrzeugs eingesetzt werden können. Bei der Suche nach einem geeigneten Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung der Fahrzeugräder wurde schnell deutlich, dass dieses Vorhaben ohne aktive Radsensoren nicht zu bewältigen ist. In dieser Arbeit wird ein entwickeltes Konzept für die Geschwindigkeitsbestimmung der Räder vorgestellt, welches auf einem AVR-Mikrokontroller und auf dem Detektieren der Messobjekte mit Hilfe der aktiven Radsensoren basiert. Zur Berechnung der vier Rädergeschwindigkeiten ist die Erfassung Rad-umdrehungen notwendig, welche durch Radsensoren detektiert werden. Die an den Fahrzeugrädern angebrachten und befestigten Radsensoren sollen bei der Radumdrehung Signale erzeugen. Ein AVR-Mikrokontroller erfasst die Radsensorensignale und berechnet daraus die Rädergeschwindigkeiten. Der Mikrokontroller sendet die berechneten Geschwindigkeiten kontinuierlich zum intelligenten System des Fahrzeugs, so dass es die Fahrt kontrollieren kann. Zahlreiche theoretische Labortests mit zwei Simulatoren der Radumdrehungen, dem Signalgenerator und der Bohrmaschine, erreichten gute Ergebnisse. Das Programm liefert die gleiche Geschwindigkeit für alle vier Räder. Bei den Geländetests mit niedrigen Geschwindigkeiten (0 bis 20 km/h) waren die Geschwindigkeiten der vier Räder auch fast gleich. Bei höheren Geschwindigkeiten jedoch kam es zu ungenaueren Werten bei den Hinterrädern. Als mögliche Ursachen kämen hier die Vibration der Hinterachse und die Motorstörung in Frage. 8.1 Verbesserungsmöglichkeiten

Im Laufe dieser Arbeit wurden externe, sich negativ auf die Rädergeschwindigkeits-bestimmung auswirkende Faktoren festgestellt. Es handelt sich dabei um eine mögliche Motorstörung, eine Vibrationsauswirkung der Hinterachse auf die Sensordetektierung und die Sensorsteckerproblematik. Folgender Verbesserungsvorschlag wäre für die Behebung der Motorstörung denkbar: Im oben beschriebenen Geländetest wurde ein geschirmtes, jedoch nicht geerdetes Kabel verwendet. Die Kabelabschirmung muss auf beiden Kabelseiten, einmal am Radsensor und zum anderen am Steuergerätgehäuse geerdet sein. Es ist notwendig, dass sich die Erdung des geschirmten Kabels und der Komponenten

63 Zusammenfassung

gemeinsam in einem Punkt treffen, wodurch jegliche Störungen vermieden werden können. Der nächste Faktor betrifft den Vibrationseinfluss auf die Hinterräder. Die Vorderradsensorhalterung eignet sich gut für die Detektierung der Messobjekte (Felgenmitnehmer). Die Hinterradsensoren sind jedoch mit anderen Detektierungs-messobjekten (Antriebswellen) ausgestattet. Der laufende Motor überträgt seine Vibrationen auf diese Antriebswellen, wodurch das Sensorelement falsche Daten liefert. Das passiert nur, wenn sich das Sensorelement ganz nah am Detektierungspunkt befindet und das Fahrzeug mit laufendem Motor steht. Um das Problem zu lösen, könnten die Felgenmitnehmer an den Hinterrädern etwas hinausgeschoben werden. Der dritte Faktor bezieht sich auf die Sensorsteckerproblematik. Der Radsensor-ausgang lässt sich durch Lötverbindungen mit dem Eingang des Treiberbausteins verbinden. Diese Lötverbindung wurde im Laufe der Testabläufe mehrmals neu gelötet. Um dieses Problem zu vermeiden, wäre eine Steckerverbindung zwischen dem Radsensorausgang und dem Eingang des Treiberbausteins vorteilhaft.

64 Literaturverzeichnis

Literaturverzeichnis Bücher und Dokumentationen: [1] Michael J.Pont

Patterns for Time-Triggered Embedded System Auflage 2001 ISBN 0 201 331381

[2] Günter Schmitt Mikrocomputertechnik mit Controllern der Atmel AVR-RISC Familie 2. überarbeitete und erweiterte Auflage 2006 ISBN 3-486-58016-7

[3] Ditmar Herrmann Effektiv Programmieren in C und C++ 5. Auflage Februar 2001 ISBN 3-528-44655-2

[4] Einsatzbereich des Drehzahlsensor Quelle: [BOSCH]

Vorlesung Kraftfahrzeugelektrik und -Elektronik, Lehrstuhl für Fahrzeugmechatronik Prof. Dr.-Ing. Bernard Bäker Dipl.-Ing. Andreas Zäpr Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Autombiltechnik Dresden (IAD) Lehrstuhl Fahrzeugmechatronik

[5] Wolfgang Adam .Manfred Busch. Bertram Nickolay.

Sensoren für Produktionstechnik ISBN 3-540-58741-1 Springer -Verlag Berlin Heidelberg NewYork

[6] Peter Baumann Sensorschaltungen Simulation mit PSPICE 1.Auflage Februar 2006 ISBN 3-8348-0059-7

[7] Willian Bolton Bausteine mechatronischer Systeme 4.Auflage 2004 ISBN 3-8273-7098-1

[8] Werner Roddeck Einführung in die Mechatronik Stuttgart:1997 ISBN 3-519-06357-3

[9] Klaus Beuth / Olaf Beuth Elementare Elektronik ISBN 3-8023-1819-6 6. Auflage 2000


[10] Dietrich Juckenack (Hrsg) Handbuch der Sensortechnik Messen mechanischer Größen Verlag Moderne Industrie 1989 ISBN 3-478-41630-2

[11] Horst Czichos Mechatronik Grundlagen und Anwendungen technischer Systeme 1.Auflage September 2006 ISBN-103-8348-0171-2

[12] Quelle: Fahrstabilisierungssysteme(2004), S. 81.

http://cvpr.unimuenster.de/teaching/ss05/blockseminarSS05/downloads/AB SxASRAusarbeitung.pdf

WWW-Referenzen: [13] Aktiver Drehzahlsensor:

http://www.kfztech.de/kfztechnik/elo/sensoren/drehzahlsensor.htm

[14] Optischer Drehzahlsensor http://www.emt.unilinz.ac.at/education/diplomarbeiten/da_graz/da_untersweg/2_5Drehzahlmessung.html

[15] Radsensor KMI15/1T1 www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/K/M/I/1/KMI15_1.shtml - 15k

[16] Aktiver & Passiver Sensor http://de.wikipedia.org/wiki/Sensor

[17] Passiver & Aktiver Rad-Drehzahlsensor von Firma Bosch

http://www.germanex.de/download/c1045/Bosch_Sensoren.pdf [18] Datasheet von AT90CAN128

http://www.datasheet4u.com/html/A/T/9/AT90CAN128_ATMELCorporation pdf.html

[19] Sensorik (Diplomarbeit) http://137.193.200.177/ediss/plan-oliver/inhalt.pdf

[20] Autonome Fahrzeug VW Touareg (DARPA Grand Challenge) http://www.volkswagenmediaservices.com/medias_publish/ms/content/de/pressemitteilungen/2005/09/22/grand_challenge_2005.standard.gidOeffentlichkeit

[21] Autonomous Mobile Outdoor Robot http://www.ezls.fb12.unisiegen.de/forschung/Amor/AMORWebseite/index_ger.htm


[22] Felgenmitnehmer-Bild http://www.rc-car-online.de/stahlvierkant.htm

[23] Aktiver Rad-Drehzahlsensor von Firma Continental

http://www.contionline.com/generator/www/de/de/cas/cas/themen/presse_service/hidden/pressemitteilungen/produkte/sensorsysteme/raddrehzahlsensoren/pr_2003_09_09_sensorik_de.html

[24] Klebstoff X60 für die Sensorhalterung http://www.hbm.de/uploads/faqs/FAQ03_028_de.pdf

[25] Hall-Effekt

http://de.wikipedia.org/wiki/Hall-Effekt [26] Aktive und Passive Drehzahlsensor

http://bs3linz.eduhi.at/arbeiten/KFT/2%20SA/Sensor/Sensoren1.pdf

[27] Magnetoresistiver Effekt http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistiver_Effekt

[28] Interrupt und Polling

http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Interrupt [29] Treiberbaustein ULN2003A-Bild www.voti.nl/shop/p/IC-ULN2003A-DIP.html - 17k [30] Bedienungsanleitung der Fahrzeugs (Comanche) Achsschenkel Nr.=32408

Spurhebel Nr.= 32417

Inhalt der beigefügten CD-ROM

Dieser Diplomarbeit liegt eine CD-ROM mit folgender Verzeichnisstruktur bei:

Verzeichnisse

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Literatur Benutzte Literatur

Bilder UML Diagramme und Bilder

Tests Testdaten

Docs Datenblatt (Kontroller, Sensor KMI15,…)

Versicherung über Selbstständigkeit Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit im Sinne der Prüfungsordnung nach §24(5) ohne fremde Hilfe selbstständig verfasst und nur die angegebenen Hilfsmittel benutzt habe. Hamburg, 10. August 2007 Ort, Datum Unterschrift

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