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Führungskonzept eines autonomen Fahrzeuges Enrico Hensel Masterstudiengang Informatik AW1 2008.

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Präsentation zum Thema: "Führungskonzept eines autonomen Fahrzeuges Enrico Hensel Masterstudiengang Informatik AW1 2008."—  Präsentation transkript:

1 Führungskonzept eines autonomen Fahrzeuges Enrico Hensel Masterstudiengang Informatik AW1 2008

2 Einleitung Motivation Fahrzeugführung Bestandsaufnahme zu den Fahrzeugprojekten Herausforderungen in der Fahrzeugführung Reglerentwurf & alternative Ansätze Ausblick auf die Projektphase 2

3 Motivation 3 Fahrzeugführung ist doch einfach!

4 Motivation 4 Man schaut … wo bin ich, wo will ich hin Man überlegt… wie komme ich am Besten zu meinem Ziel Man bewegt sich… auf das Ziel hin und achte auf sein Umfeld Der Mensch handelt auf dieser Weise bewusst, teils intuitiv.

5 Motivation 5 In der Technik ist das Prinzip das Gleiche: Sensorik Umweltmodell Aktorik Algorithmen Logik Physikalisches System Parameter - Pos. x,y - Lage - v Störungen Soll- verhalten +

6 Motivation 6 Unterschiede und Herausforderung liegen in: 1. Der Wahrnehmung der Umgebung menschliches Sinne vs. Kamera / Ultraschall / Laser 2. Der Art der Aus- und Bewertung des Gesehenen Erfahrungen / nutzen von Erlerntem vs. Mathematik und Logik 3. Dem Handeln nicht immer ist der errechnete Weg der Beste

7 Motivation 7 Fahrzeugführung, versuchen wir es!

8 Fahrzeugführung Teilaspekt Sensorik 8 Orientierung: - Kamera und unterstützende optische Systeme - Ultraschall - Laserscanner - Inkrementalgeber - HALL-Sensoren - IR-Sensoren - Radar - Lidar Sensoreinsatz abhängig von Fahrzeugtyp und –größe, sowie Einsatzgebiet.

9 Fahrzeugführung Teilaspekt Navigation 9 Existierende Ansätze: - Mapping - Markenbasierte Navigation - Fahrbahn- / Fahrspurerkennung Na gut … aber wie komm ich dort hin? - Der Weg ist das Ziel - Na gut … aber wie komm ich dort hin? - Der Weg ist das Ziel -

10 Fahrzeugführung Einordnung in FAUST 10 Testplattform SCV Echtzeit-Bussysteme Laserscanner, Kamera Fahrerassistenz Bremsassistent Ausweichassistent CaroloCup (TU Braunschweig) Elektrofahrzeug Webcam Infrarotsensoren Ultraschallsensoren PC 104 intelliTruck Benzinmotor miniATX hochwertige Kamera Antischlupfregelung Gyroskop, Beschleunigung

11 Fahrzeugführung Plattform - Carolo 11 CaroloCup 2008 Wettbewerbsfahrzeug * Leihgabe der TU Braunschweig

12 Fahrzeugführung Plattform - Carolo 12 Systemübersicht: Fahrzeug-Führungseinheit Fahrzeugaufbau

13 Bestandsaufnahme Projekt-Gesamtüberblick 13 Module: - Spurerkennungsalgorithmus (TFALDA *) - Hinderniserkennung mittels Linienlaser - paralleler Einparkalgorithmus - einfache Fahrzeugregelung - viele Erfahrungen aus dem CaroloCup 2008 * Three Feature Based Automatic Lane Detection Algorithm

14 Bestandsaufnahme einfache Fahrzeugregelung 14 - Orientierung an rechter Linie (experimentell an zwei) - feste Geschwindigkeiten je nach Güte der Blickweite - adaptive Lenkwinkelverstärkung je Geschwindigkeit - Regelung orientiert an Messwerte im 50ms-Takt

15 Bestandsaufnahme einfache Fahrzeugregelung Was passiert, wenn plötzlich keine Spur mehr vorhanden ist? Mit Blick auf das neue CaroloCup-Regelwerk Was passiert, wenn die Fahrbahn verlassen wurde? Auffinden der Fahrspur nach dem Verlassen der Fahrbahn. 3. Findet die Orientierung anhand der richtigen Spur statt? Orientierung auf der Fahrbahn und Filterung von Hindernissen. Diese Situationen finden derzeit keine Beachtung. Konsequenz ist Orientierungs- und Kontrollverlust.

16 Bestandsaufnahme aktuelle Baustellen im Projekt 16 - TFALDA und Erweiterung durch Lane-Inferencesystem (Dennis Berger (Dipl.)) - Ausweichen mittels Bézierkurven (Jonathan Wandiredja (BA)) - Lokale und globale Karten (Andrej Rull (BA), Michael Ebert (BA), Ilona Blanck (MA)) - Fahrzeugregelung (Hannes Reimers (BA)) - Systemidentifikation und kamerabasierte Fahrspurerkennung in Echtzeit (Eike Jenning (MA)) Stand 06/2008:

17 - komplexe Situationen durch die Fahrzeugumgebung und der Fahrbahnverläufe - Fehlende Orientierungspunkte - ungünstige Fahrzeugposition - Reflektionen und Schatten - Andere Fahrzeuge und Hindernisse - Ebene Fahrbahn vs. Anhebungen - Störungen in den Sensordaten - Temporärer Informationsverlust - Fehlerhafte Sensordaten - Fahrphysik und Plattform - Trägheit der Masse - Fahrzeugbewegung (Nicken, Rollen) - Fahrzeugaufbau (Fahrwerk, Lenkung) Bestandsaufnahme Herausforderung bei der Fahrzeugführung 17

18 Bestandsaufnahme Meine Ziele 18 Autonome Fahrzeugführung! Orientierung primär am Verlauf der Fahrbahn. Berücksichtigung der Fahrzeugposition und –Lage. Dynamische Anpassung der Geschwindigkeit und der Lenkung

19 19 Fahrzeugführung, aber wie?

20 Fahrbahnverlauf als Indikator für die Geschwindigkeit KK 1 KK < 1 Desto größer der KK, desto höher die mögliche, zu fahrende Geschwindigkeit. Alternativer Ansatz I Korrelationskoeffizient 20

21 Alternativer Ansatz I Korrelationskoeffizient 21

22 Alternativer Ansatz II Odometrie 22 Ansatz: Positionsbestimmung für zurückgelegte Wegstrecken und Winkeländerungen realisiert durch Inkrementalgeber. Drehwinkel Wegstrecke Weiterführend lassen sich Positions- veränderungen berechnen.

23 Alternativer Ansatz II Odometrie 23 Vorteile: - praktisch immer einsetzbar - relativ genau auf kurzen Strecken Nachteile: - Räder können rutschen (Schlupf) - anfällig gegen Bodenunebenheiten - Fehler addieren sich Fehlerreduktion durch: - geringe Geschwindigkeit und Beschleunigung Oben der gefahrene, unten der gemessene Weg eines Pioneer- Roboters der Uni Freiburg

24 Lösungsansatz zur Erinnerung 24 Schematischer Systemaufbau: Fahrzeug-Führungseinheit Fahrzeugaufbau

25 Lösungsansatz Reglerentwurf 25 Lenkwinkel Bilddaten Fahrspurerkennung Abstandsmessungen Lageberechnung (Odometrie als Verfeinerung) Geschwindigkeit Abstände Aktorik Fahrzeugführung Regelungsalgorithmus Physikalisches System Sensorik Störungen Ziel- verhalten + Parameter - Pos. x,y - Lage - v

26 Derzeitige Regelung anhand: Abstände Geschwindigkeit Zukünftig zusätzlich an mehr Informationen: Fahrzeuglage Fahrzeugposition Zeitliche Verläufe – Drift Vorhersagen Korrektheit & Aussagekraft von Daten Lösungsansatz Mehr Informationen 26

27 Lösungsansatz Mathematik zur Fahrzeugmodellierung und für Regelalgorithmen 27 Mathematische Betrachtung: Kinematisches Fahrzeugmodell Bahnplanung Regelalgorithmen Mathematische Betrachtung: Kinematisches Fahrzeugmodell Bahnplanung Regelalgorithmen

28 Ausblick & Vision 28 - Aufbau einer hochschuleigenen bis Ende Sommer :10-Wettkampfplattform - Überarbeitung / Entwurf einer Fahrzeugregelung bis Winter Entwurf einer Fahrzeugführung (Konzept)CaroloCup Umsetzung einer Fahrzeugführung Masterarbeit 2009

29 Danke für eure Aufmerksamkeit! Fragen? 29

30 Literatur 30 - TFALDA (Dennis Berger: Studienarbeit 2008) PDFPDF - Odometrie -Thomas Pantzer / 2000http://www.informatik.uni-leipzig.de - Autonomatischer Ausweichassistent mit einer Laserscanner-basierten Abstandsregelung für ein fahrerloses Transportsystem (Denis Schetler – Masterarbeit HAW Hamburg 2007) - Grundkurs der Regelungstechnik – L.Merz / H.Jaschek - AAET Carolo Team der TU Braunschweig – Navigation -Grundlagen der Regelungstechnik – Walter Schumacher TU Braunschweig - Regelungsstrategien für die automatische Fahrzeugführung (R. Mayr)


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