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Flexibler kinematischer Teststand

GeoWerkstatt-Projekt des Monats März 2019

Projekt: Flexibler kinematischer Teststand

Forscher: Malte Misfeldt, Benjamin Tennstedt

Projektidee: Erstellung reproduzierbarer Solltrajektorien zum Testen von Navigationsalgorithmen und Sensoren

„Sie haben Ihr Ziel erreicht.“ Bevor ein Autofahrer zum ersten Mal diese Ansage seines Navigationsgerätes hört, waren im Vorfeld viele Versuche und Testläufe nötig, um eine stabile und zuverlässige Navigation zum gewünschten Ziel zu gewährleisten. 

Auch aktuell werden ständig neue und immer genauere Verfahren und Algorithmen zur Berechnung des sogenannten kinematischen Zustands eines Anwenders (u. A. die Position, Geschwindigkeit und Orientierung) unter Verwendung von verschiedensten Sensorsystemen entwickelt. Diese Verfahren müssen ebenfalls getestet werden, bevor sie im Alltag und insbesondere in sicherheitskritischen Situationen eingesetzt werden können.

Wird ein neuer Algorithmus oder Sensor getestet, ist eine Referenz nötig, die beispielsweise den wahren Wert der Position möglichst genau wiedergibt und so einen Vergleich mit dem neu bestimmten Wert ermöglicht. Weicht der neu bestimmte Wert von diesem Sollwert ab, so liegt ein Fehler vor, der ganz unterschiedlicher Natur sein kann.

Um diese Fehler systematisch eingrenzen und quantisieren zu können, müssen mehrere Testläufe unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden. Dies lässt sich in der Regel mit einem Auto im öffentlichen Straßenverkehr nur schwer realisieren, weshalb Entwickler oft kinematische Teststände einsetzen. Das kann z.B. ein beweglicher Wagen auf einer Gleise sein.

Da wir mit unserem geplanten Teststand möglichst flexibel bleiben und daher lieber auf ein festes Gleissystem verzichten möchten, versuchen wir im Rahmen dieses Projektes, ein Flurförderzeug mit optischer Spurführung (KATE® = kleine automatische Transporteinheit, Götting KG) als Referenzsystem einzusetzen. Dieses System wird eigentlich eher im Logistikbereich für den automatischen Warentransport verwendet. In den ersten Versuchen mit einer auf Matten mit Klebeband aufgeklebten Spur konnten wir bereits feststellen, dass sich die Wiederholbarkeit der Referenzstrecke durchaus mit vielen der gleisbasierten Systeme messen kann (das Tracking des Fahrzeuges erfolgte sowohl über eine „tightly-coupled“ GNSS/INS Lösung, als auch über ein Tachymeter).

Ein weiterer großer Vorteil des Fahrzeuges ist die Möglichkeit, bis auf geringe Abweichungen neben der Strecke auch die Soll-Geschwindigkeit vorzugeben. Momentan sind wir dabei, eine eigene Software für die Steuerung des Fahrzeuges und das Auslesen der Fahrzeug-Odometrie über einen CAN-Bus zu entwickeln, um eigene Geschwindigkeits- und Streckenprofile auch unabhängig von der für den Fabrikbetrieb ausgerichteten (und für unsere Zwecke ungeeigneten) Herstellersoftware zu programmieren.

Abbildung 1: KATE mit Inertialmesseinheit, GNSS-Antennen, Receiver und 360°-Prisma zum Tracking per Tachymeter
Abbildung 2: Beispiel für einen Einsatz