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Medição da velocidade (montado no AtlasCar)

Falta ligar ao Autómato e calibrar!

Medição da velocidade (Montagem)

Monitorização do volante

Gráfico de monitorização do volante sendo este controlado pelo gamepad.
A experiência realizada consistiu em virar o volante totalmente para a direita, depois totalmente para a esquerda e, por fim, parcialmente para a direita.


-0.5 >> volante totalmente para a direita
0.5 >> volante totalmente para a esquerda

Programação do PLC - Testes no ATLASCAR

As alterações implementadas em bancada foram já testadas no carro.

Obtiveram-se bons resultados nas comunicações (entre 18 e 20 Hz) e o valor das RPM é já actualizado a uma frequência elevada também, no entanto apresenta um erro nas RPM altas. Para resolver este problema a medição de tempo entre os pulsos do sinal das RPM, que era feita em milisegundos, passou a ser feita em nanosegundos reduzindo significativamente o erro.

Com estas alterações foi testado novamente a resposta dos actuadores, quando accionados com o gamepad, e esta ficou bastante mais rápida.

A ignição automática do veículo (já anteriormente programada) foi também testada e funciona correctamente devido aos valores das RPM correctos que agora se obtêm.

Programação do PLC - Testes

Devido às baixas frequências de comunicação entre o PLC e o PC procedeu-se à optimização do programa do PLC.

Foi utilizada uma nova abordagem no envio de mensagens do PLC para o PC. Nesta nova abordagem a resposta é enviada logo que chega a mensagem do PC (a mensagem não necessita de estar à espera que o programa interprete a mensagem que chega do PC para ser construída) sendo assim possível poupar tempo na descodificação da mensagem que chega do PC. Assim apenas é possível saber o estado actual do veículo e não se a tarefa foi executada ou não, para isso é necessário enviar uma nova mensagem.

Outro problema do programa era a taxa de actualização do valor do contador das RPM. Foram utilizadas as funções do fabricantes mas estas não produzem resultados satisfatórios, assim implementou-se uma metodologia que mede o tempo entre dois pulsos e com esse tempo calcula-se a frequência do sinal pulsado. É possível, assim , em poucos milissegundos ter o valor das RPM actualizado.

O novo código ainda só foi testado em bancada, para o validar é necessário ainda testar no veículo.

Sistema de Medição de Velocidade do ATLASCAR

O projecto do sistema para medição de velocidade do ATLASCAR encontra-se concluído.
O sistema mede a velocidade do veículo por intermédio de um encoder incremental que se vai encontrar acoplado a uma das rodas traseiras.
Vai-se agora proceder à maquinagem das peças para posterior implementação no veículo.



Ficam aqui ligações para sistemas semelhantes já presentes no mercado:

• WPT Wheel Pulse Transducer
• POS LV
  

Sistemas de Segurança

O ATLASCAR está neste momento dotado de 3 grandes sistemas de segurança:

• Comutação Manual / Automático
• Botão de Emergência para corte de potência
• Botões de Paragem de Emergência

A comutação manual/automático é de extrema importância pois permite parar um sistema que por algum motivo tenha algum problema. Esta comutação pode ser feita de duas maneiras, através do gamepad, ou através de um painel de botões que se encontra por cima do porta luvas. Existe um botão para cada módulo de actuação no veículo.
Estes botões estão em série com a linha do PLC que enviam a informação para o módulo, sendo assim possível que o utilizador se sobreponha sempre à ordem enviada pelo PLC. É possível também utilizar estes botões para o teste dos diversos módulos separadamente ou mesmo para condução híbrida do veículo (alguns módulos comandados pelo PC e outros comandados pelo condutor).


O botão de emergência para corte de potência encontra-se localizado na zona frontal e central do interior do veículo (de fácil acesso para o condutor e passageiro) e tem como o objectivo cortar a potência dos diversos módulos, deixando assim de poder efectuar as ordens provenientes do PLC.
Com este botão activado é possível actuar os diferentes módulos manualmente com excepção da admissão, pois como esta foi convertida num sistema drive-by-wire não funciona manualmente sem potência.


Os botões de Paragem de Emergência são 4 e encontram-se posicionados no exterior do veículo de modo a que uma pessoa próxima do carro tenha sempre possibilidade de carregar num dos botões.
Estes botões estão ligados ao PLC e quando accionados é corrida uma rotina de emergência no PLC que consiste em carregar os pedais da embraiagem e travão deixando de acelerar o carro e imobilizando assim o veículo.


O veículo tem também um pirilampo que indica quando este se encontra em estado autónomo.

ATLASCAR controlado por um gamepad

Esta é a primeira demonstração do ATLASCAR a ser conduzido com um gamepad da xbox.
O gamepad envia as posições desejadas para o computador e o computador comunica com o PLC que vai actuar os sistemas necessários para garantir o movimento pretendido pelo utilizador.

Programação PLC

Depois de concluído o quadro eléctrico, iniciou-se a programação do PLC.

O programa está dividido em 4 partes essenciais:

• comunicação com o PC
• monitorização do estado do veículo
  
• actuação dos diversos módulos
• rotinas de Emergência

Comunicação com o PC

A comunicação com o PC é feita por TCP/IP utilizando funções disponibilizadas pelo software de programação do PLC.
Numa primeira fase a comunicação enviava ordens individuais para cada sistema do carro e tinha uma frequência de 6Hz . Esta velocidade verificou-se demasiado baixa para fazer o controlo e monitorização do veículo, pois para obter o estado de todo o veículo seria necessário enviar 21 mensagens diferentes o que demoraria cerca de 3,5 segundos. Foi necessário então repesar todo o programa e protocolo de comunicação para tentar aumentar a velocidade de transferência de dados.
A primeira alteração realizada foi no protocolo de comunicação, as mensagens enviadas e recebidas deixaram de ser individuais para passar a ser uma mensagem única que define todo o estado do carro.
Com esta mensagem foi possível receber e enviar todo o estado do veículo com a frequência de 6Hz.

Numa segunda fase realizou-se uma optimização do código, dividindo o programa em funções e distribuindo-o apenas num Organization Block (programa principal). Com esta metodologia foi possível obter mais 2Hz na comunicação.

Numa terceira fase alterou-se a descodificação de mensagens passando a assumir-se que os campos se encontram sempre nas mesmas posições e assim retirar apenas a parte da mensagem relativa aos valores. Com esta alteração obteve-se mais 2Hz na frequência de comunicação.

Por fim o envio de valores para os actuadores foi alterado de forma a que esta parte do código apenas seja executada quando existem novos valores. Obteve-se com este procedimento mais 0.5Hz.

Com todas estas alterações a frequência de comunicação melhorou consideravelmente (10,5 Hz), no entanto é necessário optimizar mais o código de modo a poder ser feito um controlo refinado do veículo.

Monitorização do veículo
No que diz respeito à monitorização de veículo o facto que merece mais destaque é a contagem das rpm's do motor. Foi utilizado numa primeira fase o frequencímetro do PLC, no entanto este revelou alguns problemas (devido às baixas frequências que se verificam no sinal) e por isso decidiu-se utilizar a contagem de pulsos e a divisão pelo tempo em que estes são contados para conseguir obter as rpm's do motor. Com este procedimento foi possível aumentar a taxa de leitura das rpm's.

Actuação nos diversos módulos
Como já mencionado acima, esta actuação é feita apenas quando chegam novos valores. A actualização dos valores das saídas é feito numa função realizada para o efeito.

Rotina de Emergência
A rotina de emergência realizada nesta fase consiste em actuar nos pedais da embraiagem e travão (enviado valores que os mantenham carregados), deixar de acelerar, e desactivar os restantes sub-sistemas.

Caixa da Monitorização

Encontra-se já concluída a caixa utilizada para a monitorização do veículo.
Situa-se debaixo do banco do condutor e foi aí colocada de modo a ficar num local intermédio e de fácil acesso, entre o PLC (mala do carro) e os sistemas a actuar/monitorizar (painel de instrumentos).

A caixa contém:

• controlo da ignição
• controlo da energia
• controlo das luzes (médios, máximos, piscas)
• sinal pulsado das RPM do motor
• sinais pulsados do nível de combustível e temperatura do motor (não vão ser monitorizados no imediato mas ficam acessíveis para futura utilização)

Já se encontram feitas todas as ligações faltando, assim, ligar ao quadro eléctrico e testar.

Quadro eléctrico I

Início da montagem do quadro eléctrico.

As limitações de espaço na mala do veículo condicionaram a escolha do tamanho do quadro (400x500x210). Estas dimensões são suficientes para os componentes que se pretende lá colocar, no entanto, verifica-se pouco espaço extra o que dificulta a montagem dos componentes.
Será concluído e instalado no ATLASCAR quando chegarem todas as cartas encomendadas.

Trabalho desenvolvido

Durante estes últimos meses realizaram-se várias tarefas deste projecto.
Apresento aqui uma lista das tarefas e o estado em que se encontram:

• Colocação dos cabos necessários no ATLASCAR [concluído]
• Instalação de relés que permitem a actuação na ignição [concluído]
• Instalação de relés que permitem a actuação nas luzes [concluído]
• Instalação dos botões de emergência [concluído]
  
• Medição das RPM [falta calibrar e testar no carro]
• Escolha das cartas do PLC [já se encontram encomendadas]
  
• Instalação do quadro eléctrico [pendente]
• Melhoramento do protocolo de comunicação PLC [a implementar a norma IEEE754]
• Melhoramento da interface gráfica [a concluir]

Depois de concluídas estas tarefas, que vão completar a parte de monitorização, vai-se entrar na programação da parte de actuação do PLC nos diversos componentes, com vista à navegação assistida.

Relatório preliminar

Esta semana elaborei um relatório preliminar com todos as soluções de monitorização anteriormente seleccionadas e com os sensores que me pareceram mais adequados.

A selecção dos componentes não foi difícil pois encontram-se muitos sites de fornecedores, a dificuldade é encontrar os preços dos componentes. É devido a este factor que ainda não consegui obter uma estimativa de preço para o projecto de monitorização. No entanto, esta semana irei a uma loja de electrónica para ver se consigo o preço dos componentes seleccionados.

Esta semana haverá uma reunião com os vários grupos de trabalho para discussão dos resultados de cada grupo. Depois da reunião colocarei aqui as soluções "definitivas" para a monitorização.

Hipóteses de monitorização

Durante esta semana o meu trabalho centrou-se em duas tarefas principais: ver que variáveis poderiam ser monitorizadas no ATLASCAR definindo a sua prioridade de implementação; e a colocação de hipóteses de monitorização para os componentes de prioridade máxima.

Da segunda tarefa, foram já seleccionadas as estratégias de monitorização a utilizar, ficando como tarefa principal da próxima semana a escolha de sensores (pesquisa dos sensores que existem já no carro e procura em fornecedores dos restantes).

Durante a realização das tarefas desta semana, apercebi-me que precisava de mais informação acerca de mecânica automóvel e sensores. O manual de reparação do modelo do carro que estamos a utilizar e o livro "Measurement Instrumentation Sensors" foram um forte apoio para superar essa lacuna.

Descrição do projecto

O ATLASCAR é um veículo dotado de um grande leque de sensores para percepção do ambiente exterior bem como alguns para monitorização interna, e estão em curso trabalhos de reforço e expansão dessa percepção interna do estado do veículo. Por outro lado, com o intuito de aprofundar estudos de segurança e apoio nas decisões do condutor, impõe-se o desenvolvimento de um sistema de navegação autónoma. Porém, o veículo não está preparado de origem para essa migração e por isso são requeridos mais trabalhos quer do ponto de vista da percepção e monitorização quer da actuação dos mecanismos que levam à navegação sem condutor. Em consequência, este trabalho propõe-se dotar o ATLASCAR de um sistema de controlo e navegação autónoma, ou seja, um piloto automático que permitirá navegação assistida numa primeira fase e depois reais manobras de navegação com autonomia crescente.

O plano de trabalhos compreende a implementação de sistemas para recolha de dados do estado dos componentes vitais da viatura e o desenvolvimento de uma aplicação que permita a sua visualização e análise. Compreende, também, a instalação de serviços críticos que poderão ser actuados manualmente ou automaticamente com base nas informações recolhidas. Por fim, compreende todo o estudo e implementação de modelos de resposta em certos componentes (ignição, pedais, volante, caixa de velocidades) para a realização automática de manobras.

Apresentação

Com o intuito de manter um registo das actividades desenvolvidas no âmbito da dissertação, foi criado este blog. Aqui será apresentado, semanalmente, o trabalho desenvolvido, os principais problemas e dificuldades, bem como as soluções e resultados encontrados ou implementados.

Brevemente, será apresentado o plano de trabalho e uma breve descrição do projecto.