IT-teaduskonna tudeng Indrek Guitor räägib nutika süsteemi olemusest ja selle tööpõhimõtetest, näidetena nutika süsteemi toimimisest käsitletakse TalTech nutimaja ning Cumulocity pilveplatvormi.

Loe lisaks blogipostitusi:
Nutikamaja ehitamine: Riistvara
Nutimaja ehitamine: Tarkvara
Cumulocity IoT platvorm liidab kõik seadmed ühtsesse süsteemi
Sissejuhatus Asjade Internetti

TalTech Iseauto valmib TalTech infotehnoloogia-ja inseneriteaduskonna tudengite ning Silberauto AS koostööna. Projekti ühe partnerina on kaasatud ka ABB.

Video valmimist on toetanud Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

Loe lisaks blogipostitusi:
TalTech Iseauto saamislugu. 1/4: Olemasoleva auto lammutamine
TalTech Iseauto saamislugu. 2/4: Testauto juhtimine isetehtud riistvaraga
TalTech Iseauto saamislugu. 3/4: Bussi ehitamine
TalTech Iseauto saamislugu. 4/4 Iseauto ülevaade

TalTech Iseauto valmib TalTech infotehnoloogia-ja inseneriteaduskonna tudengite ning Silberauto AS koostööna. Projekti ühe partnerina on kaasatud ka ABB.


Videoe valmimist on toetanud Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

Kui eelnevas kolmes osas keskendusime TalTech Iseauto arendamisele, siis nüüd on aeg heita pilk sellele, milline Iseauto lõplik versioon hetkel välja näeb, mis sensorid on bussi küljes ning milleks Iseauto ikkagi võimeline on.

Alustame bussi välimusest, mille disainis ja projekteeris Silberauto disainer Sven Sellik. Iseauto on disainitud sümmeetriliseks, mille tõttu pole väliselt kohe aru saada, kumb on bussi esi- ja kumb tagaosa. Põhivärviks on tumehall. Lisaks on kasutatud musta ja valget värvi. Kõrgus on 2,4 m, pikkus 3,5 m ja laius 1,5 m ning kaalub 1,1 tonni. Alljärgnevad pildid annavad kõige parema ülevaate sellest, milline buss välja näeb.

Järgmisena vaatleme kuhu ja kuidas on bussi paigutatud erinevad sensorid. Esiteks lidarid, sest nende olulisust bussil on raske ületähtsustada. Kasutame Volodyne 3D lidareid, mis tekitavad 360 kraadi enda ümber olevatest objektidest 3D pildi. Nende abil on võimalik teostada lokaalset positsioneerimist ja objektide tuvastamist. Kui esialgu planeeriti paigutada üks lidar bussi katusele ette ja teine taha, siis arenduse käigus jõuti tulemusteni, kui paigutada kaks lidarit katuse esinurkadesse väikese nurga alla (nurgaga maapinna suunas) ning lisaks üks lidar veel ka bussi ette paarikümne sentimeetri kõrgusele maapinnast.

Lisaks lokaalsele positsioneerimisele suudab buss ennast positsioneerida ka globaalselt. Selleks on bussile paigutatud RTK-GNSS (Real Time Kinematic Global Navigation Satellite System), mille täpsus jääb paari sentimeetri juurde. Tema peamised komponendid on GPS moodul ja kaks antenni, millest üks on paigutatud bussi ette ja teine tahaotsa. Kahe antenni kasutamine annab võimaluse väga kiirelt liikumissuund paika saada. Moodul ise sai esialgu paigutatud auto tagaossa mootori kohale, kuid kuna Iseautol kasutataval mudelil on küljes ka inertsiaalandur, siis tuleb see ümber paigutada, sest mootoris liikuv kõrge vool tekitab magnetvälja, mille tulemusena inertsiaalanduris paiknev magnetomeeter väljastab valesid tulemusi. Inertiaalandur sisaldab endas kolme sensorit – kiirendusandur, güroskoop ja magnetomeeter ehk kompass, mis koostöös suudavad väljastada bussi liikumistrajektoori. Alloleval pildil on näha bussi eesotsas paiknev antenn.

Järgmised olulised sensorid on kaamerad, mida on hetkel bussis kokku 5. Kaks kaamerat vaatavad bussi ette  – üks üleval ja teine all, üks bussi taha (all) ja kaks tükki külgedele (paikevad bussi esiosas külgedel). Kaamerate abil on võimalik hõlpsasti teostada objektide tuvastamist. Hetkel tuvastab Iseauto vaid inimesi ja autosid, kuid lähiajal lisandub kindlasti ka näiteks liiklusmärkide või loomade tuvastamine.

Iseautole paigutatud ka 8 ultraheliandurit, millede ülesanne on tuvastada objekte bussi lähiümbruses kuni mõne meetri kauguseni. Neli sensorit paigutati bussi ette ja neli taha.

Sellega oleme Iseauto sensoorika osa ära kirjeldanud. Edasi vaatame seda, milleks ta võimeline on.

Tänasel päeval on Iseauto peamiseks võimekuseks see, et ta suudab eelkaardistatud rajal etteantud trajektoori etteantud kiirusel järgida. Kaamerate abil suudab Iseauto ka kindlaks teha ümbruskonnas liikuvad inimesed ja sõidukid. Maksimaalne lubatud sõidukiirus bussil on 20 km/h. Tänase päeva seisuga on tema peamisteks puudujääkidest võimekus lidari abiga objekte sõidutrajektooril tuvastada ning seetõttu puudub tal ka võimekus vastavalt vajadusel nendest objektidest ümber põigata. Siiski on need funktsionaalsused arenduses. Turvalisuse tagamiseks peab bussis sõidu ajal olema vähemalt üks operaator, kes saaks bussi vajadusel mõne eelmises osas kirjeldatud hädapiduri nupuga seisma pidurdada.

Ja kõige lõpuks – mis saab Iseautost edasi? 14. novembril 2018. aastal, kaks kuud pärast esimest demo sõlmisid TalTechi rektor Jaak Aaviksoo ja Silberauto AS juhatuse esimees Väino Kaldoja lepingu, mis annab aluse Iseauto jätkuvaks arenguks ning uue Iseauto loomiseks. Eesmärk on luua Iseauto2, mis väliselt näeks välja samasugune, kuid mis oleks nii mehhaaniliselt kui ka tehnoloogiliselt oluliselt optimeeritud ning mis oleks mõeldud liiklema ka reaalsetel linnatänavatel. Tema valmimisaeg saab olema 2019. aasta suvi. Esimene Iseauto jääb aga TalTechi tudengitele arendus- ja õppeplatvormiks ning on ühtlasi ka Iseauto2-le paigaldatava tehisintellekti ja sensoorika testplatvormiks.

Blogi valmimist toetavad Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

Kui eelnevas kahes postituses keskendusime Mitsubishi i-Mievi juhtloogikaga tutvumisele ning juhtimisalgoritmide väljatöötamisele testautona kasutatava Mitsubishi i-Mievile, siis seekord teeme tutvust sellega, kuidas valmis TalTechi Iseauto buss.

Esimeses postituses rääkisime sellest, et bussi ehitamiseks on vaja kõigepealt olemasoleva Mitsubishi i-Mievi kere lammutada. Seejärel tuleb valmistada bussi jaoks vajalikud keredetailid ning kõige lõpuks need ka paigaldada. Kõige selles juures tuleb arvesse võtta seda, et valmivasse bussi peab saama paigutada vajamineva riistvara nii, et sellele saaks arendustöö käigus pidevalt ligi. Samuti on oluline, et kogu riistvara saaks reisija silme eest ära peita. Eelnevat kokku võttes – disainida praktiline, kasutajasõbralik ning silmailu pakkuv buss, on inseneridele ja disaineritele alati paras väljakutse.

Iseauto disaini ja pealisehituse valmistamise eest hoolitses Silberauto AS, kes nagu me juba varasemalt teame, on TalTechile antud projektis suurim partner. Järgnevatel piltidel on näha, kuidas käis vormide valmistamine, millised need välja nägid ning kuidas lõplik kere auto alusvankrile paigaldati.

Riistvara paigaldamiseks bussile tehti kaks suuremat metallkasti, mis paigutati auto etteotsa. Üks kast on personaalarvuti ja teine vajaminevate kontrollerite jm seadmete jaoks.

Bussi juhtimine käib suures osas sarnaselt nagu testauto oma, kuid omab siiski paari olulist erinevust. Kõige märkimisväärsem neist on erinevus pidurite juhtimisel. Kokku on bussil kolm erinevat võimalust pidurdamiseks.

Kui testautol kasutame oma algoritmide testimiseks piduritena elektroonilist käsipidurit, siis bussil pole antud lahendus piisavalt vastupidav ning pidurdusjõustki jääks puudu. Seega otsustasime kasutada pidurdamisel auto enda pidureid. Selleks oli meil aga vaja lisada Iseautole elektrooniline piduripump. Piduripumbaga saame piduritele rõhku pumbata, kuid sellest üksi on vähe. Esimeses postituses mainisime pidurite kohta, et lisaks piduripumbale on oluline ka solenoidide juhtimine. Tegime kindlaks, et meil piisab vaid kahe solenoidi kontrollimisest, et pidureid kasutada ning loogika nende kasutamisel on lihtne – selleks, et pumba tööl tekiks pidurisüsteemi rõhk, tuleb solenoidid sisse lülitada. Kui need välja lülitada, siis pidurid vabastatakse. Et me teaks, palju pidurid parasjagu peal on, lisasime pidurisüsteemile rõhuanduri. Rõhuandurist saame analoog-digitaal konverteri abiga kätte rõhu hetkenäidu ja mida suurem rõhk, seda tugevamini pidurid peal on.

Lisaks tavalistele piduritele on autost erinev ka käsipidurisüsteem. Nimelt on bussis kaks käsipidurit – üks manuaalne ja üks elektrooniline. Elektroonilise käsipiduri juhtimine käib lineaaraktuaatoriga (loe lähemalt siit), mis on paigaldatud auto põhja peale. Manuaalse käsipiduri kang on paigutatud auto esiotsa riistvara jaoks mõeldud kastide vahele. Mõlemad käsipidurid on ühendatud i-Mievi originaalkäsipiduri trossiga, mida piisavalt tõmmates pidurid rakenduvad. Rooli, käigukasti ja gaasipedaali juhtimine käib täpselt samamoodi nagu testautol.

Sisuliselt sai kirjeldatud kolme erinevat pidurit, mis Iseautol olemas on. Miks meil neid nii palju vaja on? Üks kõige olulisemaid aspekte Iseauto juures on turvalisus ning mida rohkem viise on meil auto seiskamiseks, seda parem. Nagu juba kirjeldatud, siis piduripedaali ega rooli keeramise võimalust käsitsi meil ei ole. Seetõttu tuleb auto seisma saamine ohu korral teostada enamasti elektrooniliste lahendustega. Ainukene erand on meil manuaalne käsipidur, mida saab käsitsi peale tõmmata.

Kui mehaanilise piduri peale tõmbamine välja jätta, siis bussis on kokku kolm nuppu elektrooniliste pidurite rakendamiseks.

Esimene ja siiamaani kõige rohkem kasutatud hädapiduri nupp on meil ühendatud otse drive kontrolleri külge ja seda vajutades lõpetab drive kontroller rakendab pidurid maksimaalse jõuga. Selle nupu eelisteks on see, et pidurdusjõud on suur ning rakendusaeg lühike. Samuti see, et kui nupp vabastada, saab koheselt sõitu jätkata. Puuduseks on aga see, et kui drive kontroller millegipärast ei tööta, ei saa läbi selle nupu ka pidureid vajutada.

Järgmine võimalus autot peatada on suure punase hädaabi nupu abil, mille oleme paigutanud auto esiotsa. Kui seda nuppu vajutada, siis lülitub autos süüde välja ning elektrooniline käsipidur rakendub. Eelis on see, et kuna auto mootor lülitatakse välja, siis auto jätkab sõitu vabakäigul, st mootor sõitmiseks lisajõudu ei rakenda. Puudus on aga see, et elektroonilise käsipiduri rakendamise aeg on mitu sekundit ja seetõttu pidurdusmaa pikem kui esimese lahenduse puhul. Küll aga kiirendab natukene pidurdamist see, kui pärast selle nupu vajutamist rakendada ka lähedal asuvat manuaalset käsipiduri kangi.

Kõige viimase lahendusena on meil veel autos lüliti, mida lülitades auto peaaku mootorist lahti ühendatakse. Selle lahenduse puhul võime kindlad olla, et auto lülitub nö vabakäigule ja mootorist lisajõudu edasiliikumisele ei rakendu. Puudusteks on aga see, et ükski pidur otseselt ei rakendu ning pärast selle nupu vajutamist on vaja bussi elektrooniliselt kontrollüksuselt diagnostikaseadmega veakoode kustutada. Seniste testimiste käigus ei ole antud nuppu olnud põhjust kasutada.

Erinevalt testautost on bussil veel mõned täiendused. Esimeseks neist on tuled, mis on LED ribadena paigutatud bussi esi- ja tagaossa. Igale tulele on lisatud kontroller, mis vastavalt talle CAN(controller area network)-siini pidi edastatud soovile tulede värvi muudab. Teisena, on vaja kontrollida ka bussi ust ja ka selle jaoks on lisatud kontroller, mis reageerib samuti CAN-siinilt saadud sõnumile. Kolmandaks – bussile on lisatud erinevalt testautost 8 ultraheli sensorit – neli paiknevad ees ja neli taga. Nendelt info hankimiseks ja edastamiseks on nii ees kui ka taga eraldi kontroller, mis kogub sensoritelt info ning väljastab selle CAN-siinile nii, et objekti kaugused igast ultrahelisensorist on märgitud detsimeetrites.

Sellega on kõik olulised bussile said paigutatud riistvara komponendid üle käidud. Järgmisel korral vaatame seda, milline näeb buss lõplikult välja, kuidas ja millised sensorid bussile paigutati, milleks Iseauto võimeline on ning milline on tema tulevik.

Blogi valmimist toetavad Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

Eelmisel korral tutvustasime lühidalt TalTechi Iseauto projekti ning selle aluseks olevat Mitsubishi i-Mievit koos juhtloogikaga. Seekord tutvustame Iseautole paigaldatud omatehtud kontrollereid, nende vajadusi ning miks üks või teine kontroller Iseauto juhtimiseks vajalik on. Sealhulgas on esimesed testid tehtud alloleval pildil oleva testautoga, millest on saanud meie platvorm, mille abil me saame kõik endaloodud riistvara ning tarkvara läbi testida.

Mikrokontrollerite kasutamine Iseautol on paratamatu, kuna nad aitavad tekitada samu signaale auto juhtimiseks, mida tekitab inimene kui ta auto rooli keerab, gaasi või pidurit vajutab või käiku vahetab. Ühel mikrokontrolleril võib olla väljund- ja sisendviikusid mõnest kuni paarisajani, mis kõik on ümberprogrammeeritavad vastavalt vajadusele. Iseauto projektis kasutame STMicroelectronics-i poolt toodetud kontrollereid. Peamised põhjused nende kasutamisel on lai valik erinevaid kontrollereid, suur kasutajaskond, mugav arendusliides ja loomulikult ka meie varasem kogemus nende kasutamisel. Kuna esimese arendusetapi raames oli vaja teostada hulganisti teste, siis modifitseerimise testauto juhtpneeli, et vajadusel kasutada nii isesõitvat funktsiooni kui ka manuaalset režiimi.

TalTechi Iseautos on ca 10 erinevat kontrollerit juba praegu. Osa neist on valmistatud auto tootja poolt ning me kasutame neid endiselt edasi, osa oleme aga asendanud enda arendatud kontrolleritega. Antud postituses keskendume kahele peamisele kontrollerile – nimetame neid Drive’ks ja Master’iks. Drive kontrolleri ülesandeks on auto juhtimiseks mõeldud seadmete kontrollimine. Master kontrolleri peamine ülesanne on vahendada infot erinevate kontrollerite ja arvuti vahel. Alloleval joonisel on näha Master kontrolleri versioon 1.2. Vasakul pool on näha toitepistikud ja 3 CAN liidese pistikut ning paremal pool ethernet pistik.

Master controller

Master kontrolleri peamine ülesanne, info edastamine õigele kontrollerile, sõltub sellest, millist tüüpi andmeid mingi kontroller vajab. Osa andmeid võib edastada teatud intervalli tagant, ajakriitilisi andmeid, mida on vaja kiirete otsuste tegemiseks, edastatakse koheselt peale saabumist.

Master peab olema võimeline suhtlema mõlema suunaliselt, nii teiste kontrollerite, i-Mievi elektroonilise kontrollüksusega (ECU) kui ka personaalarvutiga (PC). ECU suhtleb teiste seadmetega CAN-siini abil ja PC-l on kõige kiirem suhelda kontrolleriga etherneti abil. Otsustasime, et kõige mõistlikum on ka kontrollerite vaheline suhtlus teha CAN-siini abil. Seega on meil kohe sobiva Master kontrolleri valikuks olemas nõue, et ta peab toetama ethernet liidest ning kontrollerite ja ECUga suhtlemiseks vaja vähemalt kolme CAN liidese võimekust. Leidsime, et sobivaks kontrolleriks on STM32F767.

Info edastamisel kasutataval CAN-siinil on võimalik sõnumeid sisuliselt vaid ühe konkreetse protokolli abil edastada. Neid sõnumeid iseloomustab üks 11- või 29-bitine identifikaator ning kuni 8 baiti sõnumit. Meie kasutame Iseautol vaid 11-biti pikkuseid identifikaatoreid.  Etherneti puhul on võimalik kasutada erinevaid protokolle, kuid meile sobiv on UDP protokoll, mis ei nõua kohalejõudmise kinnitust. Ühelt poolt puudub sõnumi kohalesaatmise kinnituse küsimise vajadus, kuna sõnumeid saadetakse 100 korda sekundis. Kui üks sõnum jääb vastu võtmata, tekib auto juhtimises hilinemine ca 10ms, mis pole kuni 20km/h liikuva sõiduki puhul nii kriitiline. Teisalt on igal sõnumil kaasas oma loendur, mille abil saame automaatselt tuvastada saadetud ja vastuvõetud sõnumite arvude erinevusi ning tuvastada selle abil võimalikke probleeme nii riistvaras kui tarkvaras.

Drive controller

Teine ja oluliselt keerulisem kontroller on Drive kontroller. Nagu eelpool mainitud, siis tema ülesandeks on auto liikumist juhtida – teisisõnu juhtida auto gaasipedaali, pidureid, rooli ja käigukangi. Kui eelmine kord tutvusime Mitsubishi i-Mievi juhtloogikaga, siis seekord vaatame, kuidas saab kontrolleriga seda juhtloogikat imiteerida.

Alustagem gaasipedaalist. Nagu eelmises postituses sai mainitud, siis on meil vaja tekitada kaks muutuva pingega signaali, kus põhi ehk MAIN signaal peab olema varu ehk SUB  signaalist kaks korda kõrgem. Selliseid muutuva pingega signaale tekitatakse digitaal-analoogmuunduri (DAC) abil. Drive kontrolleris on kasutusel STM32F407 mikrokontroller ja sellel on selliseid muundureid sisse ehitatud kaks tükki, mida me ka kasutame.

Rooli pööramiseks tuleb meil juhtida roolivõimendi elektrimootorit, kusjuures voolu suund määrab ära, kuhu poole ning voolutugevus, kui kiiresti rattaid pööratakse. Selleks kasutame elektroonikalülitusena H-silda, mis võimaldab elektrimootorit mõlemas suunas juhtida. Iseautole oleme paigaldanud sellise H-silla, mis võimaldab meil voolutugevust pulsilaiusmodulatsiooni abil kontrollida. Kes soovib H-silla toimimise kohta täpsemalt lugeda, siis üks koht on näiteks siin (inglise keeles).

Käigukasti juhtimine on ülimalt lihtne, tuleb lihtsalt õigesse ECU sisendisse kõrge pingenivoo suunata. Kui mikrokontrollerite tavaline tööpinge on kas 3,3V või 5V, siis käigukasti kõrge signaal peab olema i-Mievil 12V. See teeb asja veidi keerulisemaks. Selleks et 3,3V-ga lülitada 12V, kasutame Iseautol abivahenditena optroneid, mille abil seome elektriliselt lahti kontrollerite juhtsignaali auto omast. See aitab kaitsta meie kontrollereid kui auto süsteemis peaksid tekkima häired või mõni komponent riknema, mis võib Drive kontrolleri läbi põletada.

Pidurisüsteemi väljatöötamisel Iseauto testautole pidime arvestama, et meil jääks auto orginaalpidurid kastusse selleks, et saaksime neid vajadusel kasutada. Seetõttu otsustasime, et kasutame piduritena BMW elektroonilist käsipidurit, mille paigutasime autos mehaanilise käsipiduri asemele. Kuna tavaliselt juhtitakse auto käsipidurit CAN liidese kaudu, aga meil antud käsipiduri spetsifikatsiooni ei olnud, siis võtsime vahelt välja käsipiduri juhtelektroonika ning asusime juhtime käsipiduri elektrimootorit otse. Kuna ka antud käsipiduri mootorit tuleb juhtida mõlemas suunas (peale ja maha võtmiseks), siis tuli jälle kasutada H-silla abi. Kuna sisseehitatud käsipiduri lõpulüliteid me kasutada ei saanud (saamaks aru, kui palju käsipidur on kas peale või maha tõmmatud), siis lisasime mootori juhtimise vooluringi voolusensorid. Kui käsipiduri mootori tarbitav vool ületas võrdlusväärtust, siis lõpetasime pidurite peale tõmbamise või vabastamise. Samuti on meil oluline teada, mis asendis käsipidur parasjagu on. Selleks kasutame käsipidurisse ehitatud enkoodrit, mis annab käispiduri mootori iga poolpöörde kohta impulsi. Selle abil on võimalik mootori pöörete arvu lugeda ehk teada saada mootori hetke asend.

Nüüd oli meil kõik vajalik testimiseks olemas – me saime pöörata rooli, hoida sobivat kiirust ning lülitada sisse soovitud käik. Lisasime autole ka releekarbi, mis võimaldab testauto arenduseesmärgil isejuhtivalt režiimilt käsijuhtimisse ümber lülitada.

Blogi valmimist toetavad Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

Sissejuhatus

21. sajand on meid ümbritsevat digimaailma väga palju muutnud: lauaarvutid on asendatud sülearvutitega, nuputelefonid nutitelefonidega ja enam ei ole kaugel aeg, kui tänavatel hakkavad sõitma sõidukid, millel puuduvad rool, pedaalid ja muud juhtimiseks vajalikud seadmed. Selliseid sõidukeid kutsutakse isejuhtivateks sõidukiteks ja ühe sellise arendamisega tegeletakse ka Tallinna Tehnikaülikoolis (TalTech). Järgnevate kuude jooksul kirjeldame neljas osas TalTechi Iseauto valmimist. Esmalt aga uurime välja, mida üks elektriauto endas peidab ja kuidas me selle juhtimise üle saaksime võtta.

TalTech Iseauto projekti idee

2017. aasta kevadel sõlmisid TalTech ja Silberauto AS koostöölepingu, et arendada TalTech 100. aastapäevaks isejuhtiv buss. Tegemist on kuuekohalise bussiga, mis baseerub Mitsubishi i-Miev elektriauto alusvankril ja Silberauto AS-i poolt valmistatud pealisehitusest. Bussi eesmärk on liigelda iseseisvalt TalTech linnakus. Samuti puuduvad tal juhtimiseks vajalikud seadmed, sh rool, pedaalid, käigukang. Projekti teiseks suuremaks eesmärgiks on kasvatada kompetentsi isejuhtivate sõidukite vallas. Lisaks teeb TalTech Iseauto veel eriliseks see, et suurem osa arendustööst tehakse ära tudengite poolt, mis loob võimaluse omandamaks meeskonnatöö kogemusi ning annab tööstuses töötamiseks vajalikke praktilisi oskusi.

Mitsubishi i-Miev

Iseauto valmistamise aluseks võeti juba olemasolev elektriauto. Projekti jaoks sobivaks autoks leiti olevat Mitshubishi i-Miev. Et TalTechis arendatav sõiduk on mõeldud kui nn viimase-miili lahendus, siis on i-Mievi 47kW mootor piisav selleks otstarbeks. Sõiduulatus ühe laadimisega on tal samuti veidi enam kui 100km, mis võimaldab väikesel maa-alal ringi sõites akul suure osa päevast vastu pidada. Samuti võimaldavad tema väikesed mõõtmed ja pöörderaadius TalTech linnakus olevatel kitsastel teedel manööverdamisel hõlpsasti hakkama saada. Et aga eesmärk on autost teha buss, tuli alustada kere lammutamisest. Tulemuseks on pildil olev alusvanker, millelt on eemaldatud kõik ülejääv.

Mitsubishi i-Mievi juhtloogika tundma õppimine

Mitsubishi i-Mievi juhtloogikaga tutvumine oli projekti üks esimesi eesmärke. Meie eesmärk oli välja selgitada, missuguse signaali me peame auto elektroonilisse vooluringi edastama, et me saaksime imiteerida mõnda seadet, nt gaasipedaali või käigukangi. Selleks kasutasime väga palju nn reverse engineering’ut, kus sisuliselt mõõtsime nt gaasipedaalist väljuvat signaali ja selle muutumist ajas, kui me gaasipedaali vajutasime. Samuti oli meil võimalik lugeda auto elektroonilise kontrollüksuse (ECU) poolt väljastatud sõnumeid, mis liiguvad mööda CAN-liidest. CAN-liides on kommunikatsiooniliides, mille vahel auto erinevad nn ajud vahetavad üksteisega infot. Nende sõnumite näol on tegu lühikeste sõnumitega, mida vahetatakse omavahel kuni 100 korda sekundis. Ühel autol võib olla mitukümmend ECU-t, millest igaühel on oma konkreetne ülesanne. Igal ECU väljastab erineva identifikaatoriga sõnumid, mis aitab aru saada, milliselt ECU-lt see sõnum tuli. Arusaamaks, mis identifikaatoriga sõnum, mida ning mis kujul edastab, tuli kasutada Interneti abi, sest dokumentatsioon meil selle kohta puudus ja seda polnud võimalik ka auto tootjalt saada. Paraku ei ole ka Internetis kõikide sõnumite selgitusi võimalik leida ning seetõttu saame kasutada vaid käputäit informatsiooni, millega peame hakkama saada, et auto juhtimine üle võtta.

Mitsubishi i-Mievi juhtloogika

Kuna auto üheks olulisemaks osaks lisaks roolile on gaas ja pidurid, siis esimesena tegime kindlaks gaasipedaali juhtloogika. Selleks vajutasime i-Mievi elektroonikaskeemi ühendatud gaasipedaali ja uurisime, kuidas signaalid muutuvad. Saime teada, et gaasipedaali pinge nn MAIN (põhi) signaal on kaks korda suurem, kui SUB (varu) signaal.

Käigukasti juhtimine elektrimootoriga autol on äärmiselt lihtne. ECU-l on iga käigu jaoks üks sisend ning kui see sisendi pingenivoo on kõrge, siis on vastav käik sees, ja kui madal, siis käik väljas. CAN-liidese peal liigub ka kindel sõnum, kust on võimalik saada tagasisidena informatsiooni, mis käik on sisse lülitatud. Kui sees on mitu käiku või mitte ühtegi, siis ka seda on võimalik teada saada.

Rooli käitumist uurides otsustasime auto rataste pööramise lahendada roolivõimendi mootorit otse juhtides. Selleks et auto rooli oleks autojuhil kergem pöörata, on tänapäeval iga auto rooli küljes roolivõimendi. Kuna roolivõimendi puhul on tegu elektrimootoriga, siis andes voolu ühtepidi peale, pööratakse rattaid ühele poole ja teistpidi voolu peale andes teisele poole. Infot rataste asendi kohta saame 0,5 kraadi täpsusega lugeda i-Mievis paiknevalt rooli sensorilt, mis sisuliselt annab teada, mis asendis on rool võrreldes null-asendiga. Et tegu on rooliasendi, mitte rataste asendiga, siis tuleb teha veel väike teisendus ja saamegi teada rooli sensorit kasutades rataste asendi.

Pidurite juhtimine ühel autol on ilmselt kõige keerulisem. Koos peavad töötavama väga paljud erinevad andurid, kuid mingem mitte väga tehniliseks. Meile olulised osad pidurite juures on piduripump, solenoidid ning nende tööl tekkiv rõhk pidurisüsteemis. Kuidas täpselt neid elemente Iseautol kasutame, sellest juba järgmistes postitustes.

I-Mievil on käsipiduriks tavaline mehaaniline trossiga lahendus, mida enamus vanemates ja odavama hinnaklassi autodes kohtame kahe esiistme vahel juhi paremal käel. Iseauto disainist tulenevalt sama lahendust pole võimalik jätta ja plaan on asendada mehaaniline käsipidur tänapäeval ühe enam leviva elektrilise käsipiduriga.

Sellega olemegi üle vaadanud kõik, mida on plaanis ise juhtima hakata. Kuidas me seda teeme, sellest juba järgmisel korral.

Blogi valmimist toetavad Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

Cumulocity sündis 2010 aastal Silicon Valley’s, Kalifornias. Loojateks olid insenerid, kes soovisid pilvetehnoloogiat ära kasutades tuua kasutajani kaasaegne asjade interneti halduskeskkond. Tänase seisuga on Cumulocity võitnud erinevaid auhindu, laienenud Euroopasse ning leidnud mainekaid partnereid nagu Paypal, Tieto ja Telia üle kogu maailma.

Andmete visualiseerimine

Cumulocity pakub suurel hulgal valmis komponente andmete visualiseerimiseks alustades tavaliselt XY-tüüpi graafikust lõpetades erinevate kaardirakendusteni välja. Kui aga mingil põhjusel peaks nendest siiski väheks jääma, on arendajal võimalik kirjutada pistikmoodul (plugin) kasutades keskkonna enda arendusteeke AngularJS raamistikus. Eriti kasulikuks muutub selline laiendus just siis, kui on vaja juhtkäske anda mõne teise süsteemi rakendusliidesele.

Järgneval pildil on näitena toodud Saksamaal asub seade ning kõrval graafikult võib vaadelda ajaloolist seadme signaalitugevust.

Saabunud informatsioonist on võimalik igal kasutajal tellida eripärane raport. Sellest on näiteks abi, kui tekib vajadus väljastada aeg-ajalt kolmandatele isikutele (näiteks emaili kaudu) parameetrite ajaloolist informatsiooni lisakasutajaid tekitamata. Raport kirjutatakse CSV (comma-separated values) formaati, mida saab hiljem mugavalt ja automaatselt töödelda.

Projektipõhine lähenemine

Väga tihti leiavad insenerid ennast olukorrast, kus süsteemiadministraatorile (või hooldajale) mõeldud kasutajaliides on liiga detailne lõppkasutaja jaoks või tekib olukord, kus iga süsteemi haldamine toimub eraldi keskkonnas. Cumulocity võimaldab integreerida erinevaid rakendusi ning luua vaateid erinevate kasutajaõigustega iga projekti jaoks ühest keskkonnast. Tallinna Tehnikaülikoolis suudame läbi keskse juhtimise võimaldada kasutajatele üle mitme teaduskonna erivaatelisi ligipääse tekitada, mille tulemusena ei kaasne enam alati iga uue projekti võtmisel vajadus järgmise virtuaalmasina või veebilehe järele. Asjakohane andmebaas ning sellega seotud reeglid on Cumulocity poolt juba sisseehitatud.

Järgnev pilt kuvab võimalust määrata kasutajale ligipääse erinevatele projektidele.

Liidestamine

Andmete vastuvõtmiseks ja väljavõtmiseks on Cumulocity’s REST API, mis tähendab et keskkonnaga suhtlemiseks on vajalik seadmel (kommunikatsioonimoodulil) TCP/IP protokollistiku tugi. Kasutusel on vaikimisi krüpteeritud (HTTPS) ja krüpteerimata (HTTP) meetodid ning ligipääs on määratud kasutajapõhiselt spetsiaalse rakenduspääsme (token) järgi, mis tuleneb kasutajatunnusest ja paroolist. Et vähenda ülekantavate pakettide sisu suurust, on rakendusliides sisseehitatud nö lisatase, mis võimaldab mahukamate sõnumite  jaoks eeldefineerida teatavad väljad, et siis hiljem üle kanda ainult väljade sisu ja “šablooni” identifikaator. Selline lahendus on eelkõige kasulik akutoitel töötavatele seadmetele ning mille puhul on oluline optimeerida energiakasutust igal võimalusel.

Cumulocity keskkonnas on eeldefineeritud suur hulk erinevaid seadmeid, mis võimaldavad keskkonnaga ühilduvuse saavutada mõne klikiga. Sinna hulka kuuluvad erinevad ruuterid, Modbus ja LoRa kontrollerid ning isegi Raspberry Pi. Täieliku nimekirja leiab SIIT.

Paindlikkus

Lisaks pilveversioonile on võimalik Cumulocity’t paigaldada ka oma serverisse. See annab võimaluse lõppkasutaja jaoks toimetada tarkvaraga oma enda poolt hallatavas sisevõrgus, mis võib hoolika planeerimise korral lahendada ka kõige paranoilisemad privaatsusega ja turvalisusega tekkivad murekohad. Samuti saab sellise lähenemise puhul klient ise organiseerida oma riistvara ja kasutada just enda valitud varundamise ning kõrgkäideldavuse (high availability) lahendusi.

Kokkuvõte

Asjade interneti populaarsuse kasvuga tõuseb vajadus turvaliste, laiendatavate ning universaalsete halduskeskeskkondade järgi. Tallinna Tehnikaülikool on võtnud kasutusele Cumulocity, mille peamiseks eeliseks on erinevate vaadete tekitamine, mis võimaldab anda ligipääsu teadusrühmadele üle kõigi instituutide elimineerides vajaduse mitme süsteemi järele. Lisaks sellele on võimalik integreerida oma pistikmooduleid, mis lubab ehitada lõppkasutajale rätseplahendusi spetsiaalselt konkreetsetele vajadustele.

Kui teil on arendusidee, mida soovite ellu viia koostöös Tallinna Tehnikaülikooliga ja see vajab sarnase keskkonna kasutamist, võtke meiega ühendust ning aitame teil oma idee ellu viia. Vajadusel kaasame just teile sobiva eriala eksperdid oma töörühma.

Cumulocity 30 päevast prooviversiooni saab katsetada cumulocity.com lehel.

Blogi valmimist toetavad Haridus- ja Teadusministeerium ning SA Eesti Teadusagentuur.

IoT-seadmetel on väike energiatarve ja nende kasutusvõimalused avarduvad pidevalt, üha madalamale tulev hind laiendab kättesaadavust veelgi. IoT-seadmete võtmeteguriteks nende disainimisel on ohutus ja turvalisus, mis on tõusnud suureks probleemiks paljude lahenduste puhul.

TTÜ on võtnud eesmärgiks luua ülikoolilinnakusse laialdased võimalused targa linna arenduseks. Digikampuses saame mängida läbi, milliseid kommunikatsioonilahendusi kasutada, kuidas seadmed omavahel suhtlema panna ja kuidas tagada andmete turvalisus.

Selleks kaasame mitmetest valdkondadest partnereid, kes toovad katsetustesse kas siis erinevaid kommunikatsiooniliideseid, platvorme, riistvara või hoopis probleemseid situatsioone. Selline keskkond on heaks pesaks kõiksugu koostööprojektidele, uurimisvaldkondadele ja -suundadele ning muidugi ka tudengite lõputööde teemadele. Praktiliste probleemide uurimine, mille tulemusi saab tööstuses kasutada, on ju huvitavam ja suurema lisandväärtusega kõigile osapooltele. Samuti annab taolistes projektides osalemine parema ettevalmistuse tudengile, kes on peale lõpetamist suundumas tööstusesse.

Koostöös Teliaga on TTÜ linnakus praegu võimalik katsetada NB-IoT ja LTE Cat M1 võrku. Tegemist on eelkõige IoT-seadmetele mõeldud raadiosidetehnoloogiaga, mis kasutab samu tugijaamu nagu mobiiltelefonidki. Peamisteks eelisteks on suurem leviala ja väiksem energiatarve, mis tingib küll ka väiksema andmesidekiiruse. Oluline on, et see võimaldab seadmete vahel kahepoolset sidet, mida on tarvis nende juhtimisel.

Kui aga olulisim on seadme aku maksimaalselt pikk kestus ja andmeid on vaja saata ainult ühepoolselt ning suhteliselt harva, siis on TTÜ linnakus koostöös Leviraga võimalik kasutada LoRa WAN raadiotehnoloogiat. See on vabasagedusel töötav raadiovõrk, mille kasutamiseks on tarvis tugijaama. Seadmed võivad tugijaamast asuda kuni 15 km kaugusel, kuid linnas ja sisetingimustes saab arvestada maksimaalselt mõne kilomeetriga. LoRa WAN võrgu eripäraks on ka see, et seadmetelt saadetakse andmed Levira enda IoT-platvormi. Vajadusel saab need andmed sealt edasiseks analüüsiks ja visualiseerimiseks ka mujale edasi saata.

Suurt osa IoT-lahendusi peab olema võimalik eemalt jälgida ning vahel ka juhtida. Selleks on vaja IoT-platvormi, mida on maailmas üle 500 erineva. Telia on andnud TTÜ kasutada platvormi Cumulocity, mis oma funktsionaalsuselt ja võimekuselt katab ära väga suure osa põhilistest vajadustest. Ühise IoT-platvormi valik aitab kokku hoida aega, mis kuluks uue platvormi tundmaõppimiseks, samuti võimaldab see osaliselt korduvkasutada varem loodud lahendusi.

Koostöös ettevõtetega pakub ka TTÜ võimalust kasutada oma toote või teenuse arenduseks sama Cumulocity platvormi. Pärast saab soovi korral kogu arenduse koostöös Teliaga väga kiirelt ja väikeste kuludega kommertskasutusse üle viia.

Targa linna arenduse ühe esimese sammuna hakkas TTÜ koostöös Silberauto ja ABBga 2017. aasta sügisel arendama isejuhtivat sõidukit, mille kohta saab pikemalt lugeda iseauto veebilehelt. Selles projektis lahendavad mitmesuguseid isesõitva auto arendamisega seotud ülesandeid tudengid ning igal arendusmeeskonnal on oma juht, kelle ülesandeks on tagada kõikide arendusetappide õigeaegne täitmine. Kuna tegemist on avatud platvormiga, ootame koostööle erinevaid ettevõtteid, et isesõitva auto peal uusi lahendusi testida. Näiteks on sügisel plaanis koostöös Teliaga alustada TTÜ linnakus 5G telekommunikatsioonivõrgu testimist – katsetame uusi lahendusi nii seoses virtuaalreaalsusega kui ka isesõitvate autodega. Näiteks saab osa isejuhtiva sõiduki funktsionaalsusest viia pilve, kuna 5G kiirus on suur ja latentsus väga väike.

Koos isesõitvate autodega areneb ka sõidukite omavaheline (Vehicle-to-Vehicle) ja sõiduki-taristu (Vehicle-to-Infrastructure) vaheline suhtlus. Bercman Technologies arendab koostöös TTÜga välja nutikat ülekäigurada, mis hoiatab sõidukijuhti teed ületada soovivast jalakäijast valgusmärguandega. Seda kontseptsiooni võib laiendada ülekäiguraja ja auto vaheliseks suhtluseks, kus auto saab otse ülekäigurajalt info jalakäijate kohta ning pidurdab juba ennetavalt, ilma juhi sekkumiseta. Koostöös Starshipiga on plaanis arendada ka suhtlust Starshipi viimase miili roboti ja isejuhtiva sõiduki vahel. See loob võimaluse kasutada sarnast suhtlust mootorrataste, jalgrataste ja kõikvõimalike sõidukite omavahelisel lävimisel, aidates ära hoida kokkupõrkeid ja sellega seonduvaid varakahjusid ning inimvigastusi.

Paralleelselt käib ka sensoorikalahenduste arendus. Kui hetkel kasutavad isesõitvad sõidukid otsuste tegemiseks peamiselt kaameraid, lidareid ja kaugmaaradareid, siis uue tehnoloogiana on järjest rohkem kasutusel millimeeterlainepikkusel töötavad lähimaa nn chip-radarid, mis suudavad tuvastada objekte kuni 50-60 meetri kauguselt. Nende eeliseks on soodne hind, väike suurus ja sisuliselt piiramatu kasutusvaldkond. Mõned põnevamad valdkonnad on näiteks droonide juhtimine, inimeste loendamine, turvalahendused, robotite juhtimine, intelligentne tänavavalgustus jmt.

Ülaltoodud projektid on vaid väike valik võimalikest TTÜ targa linnaku kontseptsiooni arendustest. Väga oodatud on koostöö ettevõtetega, kes soovivad kaasa lüüa erinevate tehnoloogiate katsetamisel, täiustamisel, testimisel ja ka rakendamisel väljaspool TTÜ linnakut.

Viimastel aastatel on ühe rohkem hakatud Asjade Interneti (ingl. k. Internet of Things, IoT) alla liigitama kõiki seadmeid, mis mingil moel on ühendatud omavahel võrku ning suudavad üksteisega ilma inimese osaluseta suhelda. Selliste seadmete kasutusvõimaluste nimekiri täieneb iga päevaga, alustades personaalsest meditsiinist ja targast kodus ja lõpetades targa linna, kodumasinate ning isejuhtivate sõidukitega.  Peamiseks IoT seadmete omapäraks on nende väike energiatarve ja odav hind, mis avardab nende kasutusvõimalusi oluliselt. IoT seadmete võtmeteguriteks nende disainimisel  on jällegi ohutus ja turvalisus, mis on kohati tõusnud suureks probleemiks paljude lahenduste puhul.