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Christoph Paul Allmacher
Kombinierte Testfallgenerierung und Übertragbarkeitsbestimmung für die virtuelle Inbetriebnahme von fahrerlosen Transportfahrzeugen
195 Seiten, m. Abb. und Tab., A5, Broschur
ISBN: 9783957351708
Verlag Wissenschaftliche Scripten
Die vorliegende Arbeit thematisiert das Testen der Steuerungssoftware autonomer fahrerloser Transportfahrzeuge mittels der virtuellen Inbetriebnahme. Diesbezüglich wird eine Methodik zur kombinierten Testfallgenerierung und Übertragbarkeitsbestimmung vorgestellt.
Die Methodik generiert Testfälle zur Durchführung der virtuellen Inbetriebnahme auf Basis eines Use Case, wobei kritische Randbedingungen der Algorithmen des autonomen Fahrens berücksichtigt werden. Während der Durchführung der Testfälle werden die Trajektorie und Fahrzeit aufgezeichnet. Diese werden anschließend zur Bestimmung der Übertragbarkeit verwendet. Liegt diese in einem ermittelten Toleranzrahmen, sind die virtuell gewonnen Erkenntnisse auf die Realität übertragbar.
Die Methodik wird anhand eines industriellen Use Case evaluiert. Es wird gezeigt, dass sie praktikabel einsetzbar ist. Ferner resultieren für den exemplarischen Use Case valide Ergebnisse, denn es wird zum einen gezeigt, dass die generierten Testfälle den realen Use Case adäquat repräsentieren. Zum anderen wird nachgewiesen, dass auf Basis einer ausreichenden Übertragbarkeit neue, valide Erkenntnisse mittels virtueller Testfälle gewonnen werden können.
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Problemstellung
2 Stand der Technik
2.1 Definitionen und Begriffserklärungen
2.1.1 Mechatronische Systeme
2.1.2 Fahrerlose Transportfahrzeuge
2.2 Steuerungssoftware autonomer fahrerloser Transportfahrzeuge
2.2.1 Lokalisierung
2.2.2 Pfadplanung
2.2.3 Pfadverfolgung
2.2.4 Benchmarking von Algorithmen
2.3 Virtuelle Inbetriebnahme
2.3.1 Definition und Ablauf der virtuellen Inbetriebnahme
2.3.2 Varianten der virtuellen Inbetriebnahme
2.3.3 Modellierung
2.3.4 Modellvalidierung und Übertragbarkeitsbestimmung
2.3.5 Testfallgenerierung
2.3.6 Testen autonomer Fahrfunktionen
2.4 Zusammenfassende Betrachtung des Stands der Technik mit Fokus auf die virtuelle Inbetriebnahme von fahrerlosen Transportfahrzeugen
3 Zielstellung
4 Methodik
4.1 Definition der TeTra-Methodik
4.1.1 Detaillierung der Eingangsdaten
4.1.2 Schnittstellen zu angrenzenden Disziplinen
4.1.3 Ergebnis der TeTra-Methodik
4.2 Methode zur Testfallgenerierung
4.2.1 Definition der Entitäten
4.2.2 Selektion und Parametrierung der Entitäten
4.2.3 Diskretisierung kontinuierlicher Parameter
4.2.4 Optimierung der Testfallanzahl
4.2.5 Sollverhalten des fahrerlosen Transportfahrzeugs
4.2.6 Zusammenfassung
4.3 Selektion von Übertragbarkeitskriterien
4.4 Durchführung der generierten Testfälle
4.5 Methode zur Übertragbarkeitsbestimmung
4.5.1 Berechnung der Trajektorienabweichung
4.5.2 Berechnung der Fahrzeitabweichung
4.5.3 Bestimmung der Übertragbarkeit
4.5.4 Einfluss des experimentellen Aufbaus
4.6 Ansatz zur Verbesserung der Qualität virtueller Komponenten
4.7 Zusammenfassung
5 Beschreibung und Analyse eines Use Case für die Evaluierung
5.1 Zielumgebung
5.2 Hard- und Software des fahrerlosen Transportfahrzeugs
5.2.1 Hardware
5.2.2 Steuerungssoftware
5.3 Modellierung des virtuellen fahrerlosen Transportfahrzeugs
5.3.1 Aktoren
5.3.2 Optische Sensoren
6 Evaluierung der Methodik
6.1 Anwendung der Methode zur Testfallgenerierung
6.1.1 Selektion und Parametrierung der Entitäten
6.1.2 Optimierung der Testfallanzahl
6.2 Beschreibung des Testaufbaus
6.2.1 Konstruktion des Testparcours
6.2.2 Statische und dynamische Hindernisse
6.2.3 Bewegungserfassung des fahrerlosen Transportfahrzeugs
6.2.4 Hardware-in-the-Loop-Setup
6.3 Testfalldurchführung und Übertragbarkeitsbestimmung
6.3.1 Vorversuche
6.3.2 Statische Testfälle
6.3.3 Dynamische Testfälle
6.3.4 Testfälle mit veränderten Parametern
6.3.5 Testfälle in der Zielumgebung
6.4 Diskussion und Fazit
7 Zusammenfassung und Ausblick
7.1 Zusammenfassung
7.2 Ausblick
Quellenverzeichnis
A Anhang
A.1 Steuerungssoftware des fahrerlosen Transportfahrzeugs Hubert
A.1.1 Zustandsautomat
A.1.2 Parameter der Lokalisierung
A.1.3 Parameter der lokalen Pfadplanung und Pfadverfolgung
A.2 Skizzen der Testfälle
A.3 Einzelergebnisse der Testfälle
A.3.1 Einzelergebnisse der Vorversuche
A.3.2 Einzelergebnisse der statischen Testfälle
A.3.3 Einzelergebnisse der dynamischen Testfälle
A.3.4 Einzelergebnisse der Testfälle mit veränderten Parametern
A.3.5 Einzelergebnisse der Testfälle in Zielumgebung
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