F1TENTH autonóm elektromos autó modell alapú mozgásszabályozása
Az F1TENTH egy valós gépjármű 1/10-ed méretarányú, elektromos hajtású modellje. Fejlesztői egy olyan nyílt járműplatformot szerettek volna megalkotni, amely hatékonyan tudja támogatni az autonóm járműirányítással kapcsolatos kutatási és oktatási feladatokat. Dolgozatom célja, az F1TENTH nemlineáris, dinamikus modelljének megalkotása, majd annak felhasználásával, agilis manőverezésre alkalmas, pályakövető szabályozási algoritmus tervezése.
Első lépésként az F1TENTH jármű dinamikus modelljét készítem el. Ez a modell magában foglalja a nemlineáris járműdinamikát, a motorbemenet és a kerekeken ható nyomaték között kapcsolatot teremtő hajtásláncot, valamint a kerekek laterális, súrlódási viselkedését leíró egyenleteket is. A modellstruktúra megválasztása után modellparaméterek meghatározása következik. A közvetlenül mérhető fizikai jellemzők mellett az empirikus paraméterek becslésének folyamata is részletezésre kerül, ami magában foglalja az identifikációhoz alkalmazott kísérletek megtervezését és kivitelezését, valamint a mérési adatgyűjtés megvalósítását is. Ezt követi a gyűjtött adatok feldolgozása és az optimalizáció alapú paraméterbecslés. A kapott modellt a valós rendszerrel összehasonlítva validálom.
A dolgozat második része a modell alapú pályakövető irányítási algoritmus megtervezésével foglalkozik. A tervezéshez a teljes, nemlineáris rendszert először szétcsatolom külön laterális, illetve longitudinális részrendszerre, majd külön-külön, mindkét alrendszerre, az egyszerűsített dinamikus modellt felhasználva, állapotvisszacsatolás alapú szabályozást tervezek. Ezután a tervezett szabályzók robusztusságát és performancia tulajdonságait, mind szimulációs környezetben, mind pedig az F1TENTH platformon implementálva is vizsgálom.
Mindezek mellett munkámnak elengedhetetlen része volt egy, az F1TENTH platformot kezelő, szoftveres keretrendszer kialakítása, a modellezési és irányítási feladatok megvalósításához. Ez a keretrendszer felelős a jármű beépített és külső szenzorjainak vezérléséért, a mérési adatok gyűjtéséért, valamint az autó irányításához szükséges aktuátorok működtetéséért. A szoftvercsomag fő előnye, hogy egy tisztán Python interfészt ad, amelyen a jármű magas szintű vezérlése és a platformon futó – ROS alapú – szoftverek egyszerű kezelése megvalósítható. A szoftverkörnyezet lehetővé teszi több jármű szimultán vezérlését is, ezzel járműcsoportok irányítására is alkalmas. Így az F1TENTH autóra építve könnyedén létrehozható egy olyan laboratóriumi tesztkörnyezet, amely további kutatási és fejlesztési projektek alapjául szolgálhat.
szerző
-
Floch Kristóf Zoltán
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
-
Péni Tamás
tudományos főmunkatárs, Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet (külső) -
Dr. Tóth Roland
Tudományos Munkatárs, SZTAKI (külső)
