TESTY NA OBIEKCIE RZECZYWISTYM

W celu oceny możliwości implementacji sensorów w pojeździe autonomicznym, zdecydowano się przeprowadzić badania w samochodzie [6]. Testy polegały na wy-konywaniu standardowych manewrów drogowych i jednoczesnej obserwacji przefil-trowanych wskazań czujników. Ich celem było dokonanie oceny skuteczności działa-nia filtrów w rzeczywistych warunkach, w których pojazd narażony jest na różne wibracje, pochodzące m.in. z silnika.

Test 1 – Jazda po zadanej trajektorii

Celem testu było ocenienie w jakim stopniu droga estymowana na podstawie wskazań czujnika jest zbliżona do znanej trajektorii. Biorąc pod uwagę skuteczność filtra dolnoprzepustowego, zdecydowano się na jego wykorzystanie. Poniżej przed-stawiono wykresy przemieszczenia liniowego pojazdu w osiach x i y, uzyskane po scałkowaniu wskazań akcelerometru według wzoru (2).

Rys. 6. Przemieszczenie pojazdu estymowane na podstawie wskazań akcelerometru

Na podstawie uzyskanego przebiegu przemieszczenia pojazdu można stwierdzić, iż w pierwszej fazie ruchu wykonał on delikatny skręt w lewo, po czym przeszedł

74

w łagodny skręt w prawą stronę. Końcowa faza ruchu pojazdu to jazda po szerokim łuku. Całkowita długość wektora przemieszczenia w osiach x i y samochodu jest rów-na 210 metrów

Rys. 7. Rzeczywista trasa przejazdu samochodu [7]

W rzeczywistości trasa przejechana przez samochód, pokazana na rysunku 7, jest o 50 metrów dłuższa niż obliczone przemieszczenie. Dokładność estymacji trajektorii na poziomie 80% może wynikać z faktu, iż podczas testu pojazd poruszał się po dro-dze brukowanej, co powodowało przenoszenie większych wibracji na sensor. Filtr dolnoprzepustowy nie wyeliminował całkowicie ich wpływu na pomiary. W konse-kwencji doprowadziło to do propagacji błędu we wskazaniach akcelerometru, który narastał wraz z upływem czasu. Natomiast dokładnie odwzorowane zostały wszystkie krzywizny drogi.

Test 2 – Jazda po spirali

W celu oceny poprawności estymacji położenia kątowego pojazdu, zdecydowano się na przeprowadzenie testów na trasie o kształcie spiralnym. Otrzymane wskazania miały posłużyć do stwierdzenia czy zastosowany algorytm dostarcza prawidłowych danych o kącie obrotu pojazdu oraz o jego przechyleniu względem poziomu. Uzyska-ne wyniki wyrażono w funkcji kątów obrotu roll, pitch, yaw, które mówią kolejno o przechyleniu w osi wzdłużnej pojazdu, o nachyleniu, po jakim porusza się pojazd oraz o orientacji kątowej względem kierunku północnego Ziemi.

Na podstawie otrzymanego wykresu można zaobserwować, iż trajektoria ruchu została dokładnie odwzorowana. Wyraźnie widoczne są trzy pętle, jakie pokonuje samochód obniżając przy tym swoją pozycję względem Ziemi. Uzyskane informacje o zmianie położenia kątowego samochodu trudno jest odnieść do faktycznych wiel-kości liczbowych, ponieważ podczas testu nie stosowano dodatkowego urządzenia mierzącego orientację pojazdu w przestrzeni. Brak źródła odniesienia powoduje, iż nie można dokładnie zweryfikować otrzymanych danych. Dokładność pomiarów może być oszacowana jedynie na podstawie znajomości trajektorii ruchu pojazdu, która składała się z trzech pętli, co jest wyraźnie odwzorowane na przedstawionym wykresie.

75

Rys. 8. Trajektoria pojazdu wyrażona w funkcji kątów obrotu pojazdu

Test 3 – Wpływ zewnętrznego pola magnetycznego na wskazania magnetometru Wiedząc, iż magnetometr wykrywa wartość pola magnetycznego Ziemi w bada-nym punkcie, postanowiono przeprowadzić doświadczenie badające wpływ obecności zewnętrznego pola na wskazania magnetometru. W tym celu wykorzystano telefon komórkowy, który zbliżono do czujnika a następnie oddalono. Czujnik znajdował się w zaparkowanym pojeździe z wyłączonym silnikiem.

Rys. 9. Wpływ zakłóceń pola magnetycznego na wskazania kąta obrotu yaw

Analizując otrzymany wykres stwierdzono, iż wpływ zewnętrznego pola magne-tycznego na pomiary magnetometru jest bardzo duży, co przejawia się zakłamaniem wskazań kąta obrotu pojazdu. Po upływie około dwóch sekund od momentu włączenia sensora, wskazania kąta ulegają stabilizacji, po czym widoczne jest znaczące odchyle-nie o wartość ponad 150. Maksymalne odchyleodchyle-nie pojawia się w chwili największego zbliżenia telefonu do czujnika. Wraz z oddaleniem urządzenia, wpływ generowanego

76

przez nie pola magnetycznego słabnie, zaś wskazania magnetometru wracają do war-tości pierwotnej. Przeprowadzone doświadczenie stanowi dowód na wrażliwość czuj-nika na zewnętrzne pola magnetyczne, co może być kłopotliwe ze względu na dużą liczbę urządzeń elektrycznych wchodzących w skład wyposażenia samochodu, któ-rych działanie związane jest z generowaniem silnego pola magnetycznego. Konieczne wydaje się zaprojektowanie odpowiedniej izolacji czujnika minimalizującej błędy wskazań, spowodowane zakłóceniami zewnętrznymi.

4. WNIOSKI

Przeprowadzone testy pozwoliły na określenie dokładności estymacji przemiesz-czenia liniowego, oraz położenia kątowego samochodu, na podstawie wskazań ba-danego sensora. Zaprezentowane wyniki testów świadczą o zadowalającej dokładno-ści systemu. Jedynie w sytuacji, gdy na sensor działało silne zewnętrzne pole magnetyczne, błąd wskazań spowodował 10-krotną różnicę pomiarów w stosunku do wielkości rzeczywistej. Wyciągnięto wniosek, iż wykorzystanie surowych da-nych z badanego sensora nie zapewnia wystarczającej dokładności pozycjonowania ze względu na duży udział błędów w wynikach pomiaru. Natomiast po zastosowaniu odpowiednich metod filtracji sygnałów z czujników, otrzymane dane wyjściowe stają się wiarygodne i mogą zostać wykorzystane jako źródło informacji na temat aktualnej pozycji pojazdu. W dalszym etapie prac nad usprawnieniem systemu nale-ży skupić się nad doborem miejsca wewnątrz samochodu, które minimalizowałoby wpływ generowanych podczas jazdy wibracji oraz zapewniało stabilne mocowanie sensora nawet przy dużych przeciążeniach działających na pojazd. Jest to kwestia kluczowa, gdyż jak pokazały przeprowadzone doświadczenia, największa trudność wynika z konieczności filtracji zaszumionych sygnałów, które nie nadają się do wy-korzystania w postaci nieprzetworzonej. Jednocześnie należy skupić się nad skon-struowaniem obudowy, która wyeliminuje ryzyko uszkodzeń mechanicznych senso-ra osenso-raz odizoluje czujnik od zewnętrznych pól magnetycznych. Jest to bardzo istotne ze względu na fakt, iż wszystkie podzespoły elektroniczne znajdujące się na po-wierzchni sensora, nie są w żaden sposób chronione przed możliwymi uderzeniami. Co więcej, izolacja przed polami magnetycznymi zapewni stabilność wskazań ma-gnetometru.

LITERATURA

[1] Self-driving Car Logs More Miles, [online], dostępny pod adresem: http://googleblog.blogspot.hu/ 2012/08/the-self-driving-car-logs-more-miles-on.html, [dostęp 04.2014].

[2] Karty techniczne pojazdów biorących udział w zawodach DARPA, [online], dostępne pod adresem: http://archive.darpa.mil/grandchallenge/resources.asp, [dostęp: 09.2013].

[3] Strona producenta – Sparkfun, [online], dostępna pod adresem: https://www.sparkfun.com/, [dostęp 12.2013].

77 [4] Karta katalogowa sensora MinIMU-9 v2 Pololu, [online], dostępna pod adresem: http://www.pololu.com/

product/1268, [dostęp: 10.2013].

[5] Specyfikacja urządzenia Arduino UNO R3, [online], dostępna pod adresem: http://arduino.cc/en/ Main/arduinoBoardUno, [dostęp: 04.2014].

[6] KIJAKOWSKI J., Projekt koncepcyjny systemu komunikacji z otoczeniem w mechatronicznym

pojeź-dzie autonomicznym, praca inżynierska, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2013.

[7] Strona internetowa: https://maps.google.pl/maps?f=d&source=s_d&saddr=Podwale&daddr=Nieznana +droga&hl=pl&geocode=FaXJCwMde_QDAQ%3BFTXJCwMdZ94DAQ&authuser=0&aq=0&oq= plac+czysty&vps=8&sll=51.103849,17.032231&sspn=0.002896,0.005284&vpsrc=6&t=h&dirflg= w& mra=prev&ie=UTF8, [online], [dostęp: 11.2013].

SmartMoto Challenge, Lekki Elektryczny Motocykl, LEM, homologacja

Piotr KONIECZNY* Tomasz GODLEWSKI* Wojciech PAWLAK*

LEKKI ELEKTRYCZNY MOTOCYKL.