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.

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.