Trabajo Fin de Grado
Development of real-time safety electronics for an autonomous racing car
Autor/es | Masset Ruiz, Antonio |
Director | González Carvajal, Ramón |
Departamento | Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Electrónica |
Fecha de publicación | 2024 |
Fecha de depósito | 2024-09-11 |
Titulación | Universidad de Málaga y Sevilla. Grado en Ingeniería Electrónica, Robótica y Mecatrónica |
Resumen | La Fórmula Studentes una competición internacional en la que estudiantes de todo el mundo
diseñan y fabrican monoplazas de carreras, de combustión o eléctricos, para competir
durante el verano. Recientemente, se incluyó ... La Fórmula Studentes una competición internacional en la que estudiantes de todo el mundo diseñan y fabrican monoplazas de carreras, de combustión o eléctricos, para competir durante el verano. Recientemente, se incluyó una categoría de conducción autónoma. En este contexto, y dado el objetivo de competir en esta nueva categoría, el equipo plantea la necesidad de adaptar todos los sistemas del coche para permitir la conducción autónoma y, además, cumplir con la estricta y compleja normativa de la competición. Para conseguir esto, era necesario el desarrollo de un nuevo dispositivo electrónico que incorporase las nuevas funcionalidades exigidas: el sistema de frenos de emergencia y los indicadores visuales del estado del sistema autónomo. Aunque adicionalmente, por conveniencia, se decidió incorporar otras funcionalidades heredadas de dispositivos previos como la comanda de par al inversor. Dadoslosrequerimientotemporalestanajustados, sediseñaun sistemaentiemporeal, haciendouso del sistema operativo Free-RTOS y de la interfaz de desarrollo STM32CubeIDE, donde definimos las tareas y sus prioridades de forma acorde a la criticidad de las mismas. Adicionalmente, el dispositivo debe permitir la comunicación por 2 puertos de CAN Bus, 1 puerto USB, la lectura de señales analógicas y digitales, y la actuación sobre salidas digitales. Para el diseño hardware del dispositivo hemos utilizado el software Altium Designer, buscando un diseño flexible que asegure la utilidad del mismo durante varias temporadas sin necesidad de rediseños. Dado el alto número de señales, planteamos un ruteo a cuatro capas, con length matching en los protocolos de alta velocidad, y buscando también la simetría en los protocolos diferenciales. Dada la criticidad del dispositivo, seremos especialmente cautos con la protección del microcontro lador, que contará con elementos de protección ESD y frente a sobre-tensiones. Todas las decisiones de diseño se han tomado en concordancia con los objetivos y el contexto del equipo: el ahorro de costes, la estandarización para facilitar el trabajo por parte de todos los integrantes del departamento de Electrónica y la flexibilidad para poder acomodar los cambios que puedan ser necesarios en próxima temporadas. Formula Student is an international competition where students from over 600 universities worldwide design and manufacture combustion and electric vehicles to compete during the summer. Recently, the competition has ... Formula Student is an international competition where students from over 600 universities worldwide design and manufacture combustion and electric vehicles to compete during the summer. Recently, the competition has introduced an autonomous category. In this context, and given the intention of participating in this new category, the team aims to adapt all car systems to enable autonomous driving while adhering to the competition’s strict and complex regulations. To achieve this, the team requires an electronic device that incorporates the functionalities of the newly mandated emergency brake system and the visual indicators for the autonomous system’s status. Additionally, for convenience, this device will integrate some inherited functionalities such as torque command to the inverter. Due to strict timing requirements, a real-time system will be developed using FreeRTOS with the STM32CubeIDE interface, with tasks and priorities defined according to the system’s criticality. Additionally, the device must support communication via two CAN Bus ports, one USB port, read analog and digital signals, while also actuating digital outputs. Regarding the hardware design, Altium Designer software has been employed, while aiming for a flexible design that ensures utility over multiple seasons without requiring redesigns. Given the high number of signals, a four-layer layout will be implemented, with length-matching for high-speed protocols and symmetry for differential protocols. Given the device’s criticality, special care will be taken to protect the microcontroller, which will feature ESD and overvoltage protection elements. All design decisions have been made in alignment with the team’s objectives and context: cost savings, standardization to facilitate the work of all members of the Electronics department and flexibility to accommodate necessary changes in upcoming seasons. |
Cita | Masset Ruiz, A. (2024). Development of real-time safety electronics for an autonomous racing car. (Trabajo Fin de Grado Inédito). Universidad de Sevilla, Sevilla. |
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Masset Ruiz, Antonio_G5199.pdf | 25.04Mb | [PDF] | Ver/ | |