Thema | Konzeption und Entwicklung einer Software zur ortsspezifischen Analyse umfangreicher Messaufzeichnungen |
---|---|
Bearbeitungszeitraum | Dezember 2012 bis Juni 2013 |
Betreuer | Prof. Dr. rer. nat. Toralf Trautmann Dipl.-Inf. Manuel Zabelt (TraceTronic GmbH) |
Aufgabenbeschreibung
Die Aufgabe dieser Diplomarbeit bestand darin, eine Software zu entwickeln, welche eine Analyse von Messdaten erlaubt und die Ergebnisse mit einer Ortsangabe darstellt.
Motivation
Aufgrund der steigenden Verwendung von mechatronischen Systemen im Fahrzeug nimmt dessen Systemkomplexität immer weiter zu. Dies führt zu einem erhöhten Pannenrisiko, was zu einem nicht unbeträchtlichen Anteil durch Softwarefehler hervorgerufen wird. In der Automobilindustrie gibt es daher das Bestreben diese Softwarefehler zu erkennen und möglichst noch vor der Serienproduktion eines Fahrzeugs zu beheben.
Dazu existieren auf dem Markt diverse Programme, welche die Analyse der Steuergerätesoftware ermöglichen. Eines davon ist das Programm TRACE-CHECK der Firma TraceTronic, das dazu dient Messdaten automatisch auszuwerten, um so Fehler in komplexen Echtzeitzusammenhängen zu finden. Die Fehlerausgabe erfolgt hier allerdings nur mit einem Zeitbezug. Es werden im Ergebnis also die Zeitstempel aufgeführt, zu denen Fehler in Signalverläufen aufgetreten sind.
Für die Bewertung von Softwarefehlern wäre über die Zeitangabe hinaus ein Ortsbezug jedoch noch wesentlich aussagekräftiger, da bestimmte örtliche Gegebenheiten das Auftreten von Softwarefehlern begünstigen können. Aus diesem Grund wurde diese Diplomarbeit durchgeführt, um die Eignung und Möglichkeiten einer ortsspezifischen Analyse zu untersuchen.Konzeption der Analysesoftware
Zunächst war es notwendig ein Konzept für die Analysesoftware zu erstellen. Es gab dabei folgende Einflussfaktoren:Aufgabenumfang
Innerhalb der Software sollte eine Messdatenanalyse möglich sein, sowie eine Segelbetriebanalyse. Segelbetrieb bezeichnet dabei eine neuartige Form der Kraftstoffeinsparung, bei der es darum geht das Messfahrzeug ohne die Nutzung des Motorschleppmoments oder den Einsatz der Bremse zu verzögern.
Die Ergebnisse sollten zudem mittels einer GIS-Software (GIS = Geoinformationssystem) als Orte ausgegeben werden. Hierfür wurde Google Earth genutzt.Messdaten
Die Eingangsdaten für die Analysesoftware wurden mithilfe von zwei Fahrzeugen, einem Citroën C6 und einem VW Passat CC aufgenommen, wobei sich die Messdaten zwischen beiden Fahrzeugen unterscheiden. Daher war für beide eine getrennte Analyse notwendig.
Bei beiden erfolgte die Aufzeichnung der CAN-Daten vom Antriebs-CAN. Weiterhin wurden bei beiden die GPS-Daten mittels eines GPS-Sensors aufgenommen. Diese Geodaten wurden nach der Messaufnahme in einer digitalen Karte weiterverarbeitet, um zusätzliche Informationen zum Straßennetz zu erhalten. Zu diesen Informationen zählen die Erkennung von Lichtsignalanlagen und Kreuzungen, sowie die Angabe der zulässigen Geschwindigkeiten auf den gefahrenen Straßenabschnitten.
Zu guter Letzt wurden bei beiden Fahrzeugen Daten für eine Objekterkennung aufgenommen, um Abstände zu vorausfahrenden Fahrzeugen bestimmen zu können. Beim Citroën C6 wurde hierfür ein Laserscanner (Hella IDIS V2.0, horizontaler Öffnungswinkel 163,8°) verwendet, während beim VW Passat für diese Aufgabe auf die CAN-Daten des ACC (Adaptive Cruise Control) zurückgegriffen wurde.Das Konzept der Analysesoftware ist in der nachfolgenden Abbildung einmal als Signalflussplan dargestellt:
Entwicklung der Analysesoftware
Die Analysesoftware ist grundlegend in drei graphische Benutzeroberflächen aufgebaut. In der ersten werden das Fahrzeugmodell (Citroën C6 oder VW Passat CC) ausgewählt und die Messdaten eingelesen. Darauffolgend sind in der zweiten GUI durch den Nutzer spezielle Signale aus den geladenen Daten festzulegen, die für Berechnungen innerhalb der Software benötigt werden. Ist dies alles geschehen, öffnet sich das eigentliche Hauptprogramm, das nachfolgend dargestellt ist.Für die Analyse sind folgende Bereiche innerhalb der GUI relevant:
Formelbox
Die Formelbox stellt einen Formelkatalog dar. Die darin enthaltenen Formeln dienen zur Analyse der Messdaten, wobei jede Formel in ihrer Berechnung individuell ist.
Die Formeln sind vier Grundtypen zugeordnet. Mithilfe von Gleichungen können Signale mit Werten oder Signale untereinander verglichen werden. Die blau gekennzeichnete Formel in dem Bereich stellt die Signalzuweisung dar, mit der es möglich ist Signale einzulesen. Der Grundtyp “Signalverläufe” ermöglicht es, Signale daraufhin zu untersuchen, wo sie einen ansteigenden, abfallenden oder gleichbleibenden Verlauf aufgezeigt haben. Die Formeln innerhalb des 3. Grundtyps “Spezielle Signale” dienen zu Untersuchungen der Daten der digitalen Karte und der Objekterkennung. Hiermit kann im Detail untersucht werden, wo Lichtsignalanlagen oder Kreuzungen erkannt wurden und wo Fahrzeuge detektiert wurden, bzw. wo detektierte Fahrzeuge gebremst haben. Die Operatoren sind für spezielle individuelle Berechnungen gedacht.
Alle Formeln, ausgenommen der Signalzuweisung, bauen auf logischen Berechnungen auf. Sie liefern als Ergebnis also entweder eine wahre oder falsche Aussage, wobei im Ergebnis die Zeitstempel ausgegeben werden, zu denen die entsprechenden Formeln gültig sind. Wird bspw. untersucht wo das Messfahrzeug schneller als 50 km/h gefahren ist, so werden am Ende nur die Zeitstempel ausgegeben zu denen das Geschwindigkeitssignal einen Wert größer als 50 aufwies.Auswertebox
Hier werden die ausgewählten Formeln dynamisch erstellt und können hier auch spezifiziert werden.
Analyse des Segelbetriebs
Links neben dem Button “Analyse starten” befindet sich der Bereich für Analysen zum Segelbetrieb. Durch Aktivierung der Checkbox wird für alle Zeitstempel, wo Fahrzeuge während einer Messfahrt erkannt wurden, überprüft, ob zu diesen Fahrzeugen ein Segelbetrieb hätte stattfinden können. Das bedeutet, wenn das Messfahrzeug eine größere Geschwindigkeit als das vor ihm fahrende Fahrzeug aufweist wird untersucht, ob das Messfahrzeug im Stande wäre, allein durch Ausrollen mit ausgekuppelten Motor (Segelbetrieb) in einen Sollabstandsbereich hinter dem Fremdfahrzeug zu gelangen und die gleiche Geschwindigkeit aufzuweisen wie das vorausfahrende Fahrzeug.
Analyse starten
Wie die Bezeichnung schon vermuten lässt, wird über diesen Button die Analyse ausgeführt. Es können hierbei entweder eine Formelanalyse, eine Segelbetriebanalyse oder beide Analysen parallel durchgeführt werden.
Ortsausgabe
Zu allen gefundenen Zeitstempel aus der Analyse werden die entsprechenden Geodaten gesucht und mit diesen zusammen in einer KML-Datei abgespeichert. KML steht hierbei für Keyhole Markup Language und bezeichnet ein Dateiformat, was zur Beschreibung von Geodaten für Google Earth und Google Maps dient.
Zur Unterscheidung der Zeitstempel enthalten diese in der KML-Datei einen eigenen sogenannten Style, der das Aussehen der Ortsmarkierungen verändert. Die unterschiedlichen Ortsmarkierungen sind in der folgenden Abbildung dargestellt:Gefundene Zeitstempel aus der Formelanalyse werden als normaler Betrieb bezeichnet und mit der üblichen Ortsmarkierung in Google Earth, dem gelben Pin dargstellt. Zeitstempel des Segelbetriebs erhalten hingegen einen grünen Pin. Darüber hinaus werden in Google Earth Zeitstempel des Fahrzeugstillstands mit einem roten Pin dargestellt. Der Grund dafür ist folgender:
An Orten wo das Fahrzeug stillsteht läuft die Messung trotzdem weiter, d.h. die Zeitstempel würden sich an diesen Orten überlagern. Daher werden die Zeitstempel des Fahrzeugstillstands gesucht um sie zusammenzufassen und zu kennzeichnen.Nachdem die Daten in die KML-Datei geschrieben wurden öffnet sich Google Earth, um alle gefundenen Orte anzuzeigen. Die Zeitstempel können dabei durch Anklicken der Ortsmarkierungen angezeigt werden.
Anmerkung des Autors: Artikel wird noch bearbeitet.