Regelung des Radschlupfes eines Modellautos: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 12. Oktober 2022, 18:41 Uhr
Autoren: Mario Wollschläger, Lukas Honerlage
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Einleitung
Bei dem vorliegenden Artikel handelt es sich um ein Projekt aus dem Praktikum angewandte Elektrotechnik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Ziel des Projektes ist es, den Radschlupf eines Modellautos zu regeln. Hierfür wird die Raddrehzahl über Sensoren erfasst. Die erfassten Daten speisen eine Regelungsalgorithmus, welcher auf einem Mikrocontroller ausgeführt wird. Basierend auf dem Ergebnis des Algorithmus wird in die Motoransteuerung eingegriffen, um den Regelkreis zu schließen.
Die Umsetzung des Projektes erfolgt nach dem V-Modell.
Anforderungen
| ID | Inhalt | Ersteller | Datum | Geprüft von | Datum |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | Das System muss den Radschlupf begrenzen, sodass ein vollständiges Durchdrehen der Räder verhindert wird. | Mario Wollschläger | 28.09.2022 | Lukas Honerlage | 29.09.2022 |
| 1.1 | Die Regelung muss in Echtzeit erfolgen. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 2.0 | Das System muss ohne externe Stromversorgung zu betreiben sein. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 3.0 | Ein Eingriff in den Motoransteuerung muss für den Nutzer angezeigt werden. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 4.0 | Das System muss vollständig im Fahrzeug verbaut werden. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 5.0 | Die Regelung muss auf einem Arduino Mikrocontroller ausgeführt werden. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 6.0 | Die Erschütterungen dürfen die Funktion des Systems nicht beeinträchtigen. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 7.0 | Das System muss ohne Nutzereingaben funktionstüchtig sein. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| 8.0 | Die Reglung des Radschlupfs muss durch den Nutzer abschaltbar sein. | Mario Wollschläger | 27.09.2022 | Lukas Honerlage | 27.09.2022 |
| O.1.0 | Optionale Erweiterung: Bietet eine Möglichkeit, Daten über die Raddrehzahl auszuwerten. | Mario Wollschläger | 29.09.2022 | Lukas Honerlage | 29.09.2022 |
| O.2.0 | Optionale Erweiterung: Das System regelt den Randschlupf beim Bremsen des Fahrzeuges. | Mario Wollschläger | 29.09.2022 | Lukas Honerlage | 29.09.2022 |
| O.2.1 | Optionale Erweiterung: Das Blockieren der Räder im Fahrbetrieb wird verhindert. | Mario Wollschläger | 29.09.2022 | Lukas Honerlage | 29.09.2022 |
Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf
Funktionaler Systementwurf
Im funktionalen Systementwurf wurde das System in mehrere Subkomponenten unterteilt, für welche eine Teilaufgabe definiert wurde. In Verbindung erfüllen diese Komponenten die Gesamtaufgabe der Regelung des Radschlupfs.
- Raddrehzahlsensor vorn: Diese Komponente misst die Drehzahl der Vorderachse. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt.
- Raddrehzahlsensor hinten: Diese Komponente misst die Drehzahl der Hinterachse. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der angetriebenen Achse ermittelt.
- Arduino: Der Mikrocontrollern wertet die Sensordaten aus und führt den Regelungsalgorithmus aus. Mit dem Ergebnis wird die Motorsteuerung angesteuert.
- Motorsteuerung: Die Motorsteuerung steuert die Energiezufuhr des Motors und begrenzt somit dessen Leistung.
- Human Machine Interface (HMI): Gibt dem Nutzer Informationen über den Status des Systems. Ermöglicht das Abschalten der Regelung.
- Fahrzeug: Das Fahrzeug ist ein Modellauto. Es beinhaltet Antrieb, Fahrwerk und Energieversorgung.
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Funktionaler Systementwurf - Projektskizze
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Funktionaler Systementwurf - Signalfluss
Technischer Systementwurf
Radrehzahlsensor vorne/hinten
Die Komponenten Radrehzahlsensor vorne und hinten sind identisch und besitzen folgende Eingänge:
| Eingänge | Beschreibung | Typ |
| VCC | Versorgungsspannung | 5 V |
| GND | Masse | 0 V |
Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:
| Ausgänge | Beschreibung | Typ |
| DR0 / DR1 | Digitaler Ausgang | Digital |
Arduino
Die Komponente besitzt folgende Eingänge:
| Eingänge | Beschreibung | Typ |
| Digital Pin2 | Drehzahlsensor vorne | Interrupt |
| Digital Pin3 | Drehzahlsensor hinten | Interrupt |
| Digital Pin12 | Taster zum Ein- und Ausschaltung der Regelung | Digital |
| VCC | Versorgungsspannung über Spannungswandler | 5V |
| GND | Ground | 0V |
Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:
| Ausgänge | Beschreibung | Typ |
| Digital Pin9 | Motorsteuerung | PWM |
| Digital Pin10 | Signalleitung Anzeige, ob das System aktiv ist | Digital |
| Digital Pin11 | Signalleitung Anzeige, ob das System regelt | Digital |
Motorsteuerung
Die Komponente besitzt folgende Eingänge:
| Eingänge | Beschreibung | Typ |
| VCC | Versorgungsspannung | 5 V |
| GND | Masse | 0 V |
| DM0 | PWM - Eingang | PWM |
| VAV | Zuleitung vom RC-Controller des Autos (Vorlauf) | Analog |
| VAR | Zuleitung vom RC-Controller des Autos (Rücklauf) | Analog |
| VAC | Versorgungsspannung Fahrzeug | 7,2V |
Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:
| Ausgänge | Beschreibung | Typ |
| VMV | Zuleitung zum Motor (Vorlauf) | Analog |
| VMR | Zuleitung zum Motor (Rücklauf) | Analog |
Human Machine Interface (HMI)
Die Komponente besitzt folgende Eingänge:
| Eingänge | Beschreibung | Typ |
| VCC | Versorgungsspannung | 5 V |
| GND | Masse | 0 V |
| DH0 | System aktiv | Digital |
| DH1 | System greift in die Motorsteuerung ein | Digital |
Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:
| Ausgänge | Beschreibung | Typ |
| DH2 | System deaktivieren | Digital |
Fahrzeug
Die Komponente besitzt folgende Eingänge:
| Eingänge | Beschreibung | Typ |
| VMV | Motor Vorlauf | Analog |
| VMR | Motor Rücklauf | Analog |
Die Komponente besitzt folgende Ausgänge:
| Ausgänge | Beschreibung | Typ |
| VAV | Motorsteuerungskabel Vorlauf | Analog |
| VAR | Motorsteuerungskabel Rücklauf | Analog |
| Versorgungsspannung Fahrzeug | ca. 7,2 V |
Komponentenspezifikation
Programmierung
Komponententest
Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
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