סטודנט: גיא פלח
שם המנחה: פרופ' חן אבין
המחלקה להנדסת מערכות תקשורת
הפרויקט שלי עוסק במערכות התקשורת בתוך רכב מירוץ אוטונומי והינו חלק מפעילות קבוצת רכב המירוץ של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב. כדי להבין את המוטיבציה לפרויקט אקדים ואספר על הקבוצה המיוחדת הזאת שפועלת באוניברסיטה.
רקע חשוב: הכירו את BGR קבוצת רכב המירוץ החשמלי של בן-גוריון
קבוצת BGR היא קבוצה סטודניאלית שמורכבת מ-70 סטודנטים, מרביתם לומדים בפקולטה למדעי ההנדסה. הקבוצה מתכננת ומייצרת רכבי מרוץ, ושולחת אותם להתחרות בתחרויות Formula student, שנערכות על ידי ארגון
Society of Automotive Engineers . כיום יש מעל ל-500 קבוצות פעילות בעולם והתחרות נחלקת לשלושה מקצים:
רכבי מרוץ עם מנוע בעירה
רכבי מרוץ חשמליים
רכבי מרוץ אוטונומים (בשנתיים האחרונות)
למה אנחנו משתתפים בתחרות? יש לנו הרבה סיבות:
הקבוצה פעילה משנת 2011 ומאז ועד היום פיתחנו וייצרנו 6 רכבי מרוץ עם מנוע בעירה, ו-3 רכבי מרוץ חשמליים. הרכב החשמלי הוא רכב מרוץ חד מושבי , באורך של 230 ס"מ ובמשקל של 200 ק"ג, עם שני מנועים ומארז סוללות המסוגל לספק הספק של עד 85,000 w להמנועים. תיכננו אותנו כך שהוא יוכל להשיג את הביצועים הטובים מבין ארבעת המקצים הדינאמים בתחרות:
» מקצה תאוצה
» מקצה של נסיעה מהירה במתווה תחרותי
» מקצה סיבולת, נסיעה במתווה תחרותי ואגרסיבי, למרחק של 30 ק"מ
» מקצה נסיעה בשמיניות, מבחן הבודק את התכונות הדינאמיות של הרכב
עוד קצת רקע: כיצד נבט הרעיון הראשוני שלי?
לפני כשנה, כחבר בקבוצת רכב המרוץ של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב, התבקשתי לממש תשתית חומרתית עבור מערכת בקרת אחיזה לרכב מרוץ חשמלי. כדי לענות על הצורך, גיבשנו צוות של 4 סטודנטים, שני סטודנטים מהמחלקה להנדסת מערכות תקשורת ושני סטודנטים מהמחלקה להנדסת מכונות. הסטונדטים להנדסת מכונות סיפקו את הדרישות והאלגוריתם, ואנחנו סיפקנו את המעטפת של מימוש התשתית. אחת מהדרישות שהגדרנו מראש הייתה שהאלגוריתם ירוץ מתוך מחשב עם מערכת הפעלה linux. אחרי שנה של פיתוח הצלחנו - המערכת עבדה ואנחנו זכינו בחיבור ובניסיון חשוב.
בעקבות אותו פרויקט הבנו שניתן להכליל את הרכיבים האלקטרונים ברכב ולסווג אותם לשתי קבוצות:
יחידות שליטה, דגימה ובקרה – מאפיינים: צורכות מעט מידע , קל להתקין אותן ברכב, זולות אמינות, קלות לתכנות
יחידות עיבוד וחישוב – מאפיינים: צורכות הרבה מידע ומורכב יותר להתקין אותן
במסגרת הפרויקט שלי בשנה שעברה, נחשפתי לקושי שיש בביצוע אינטגרציה בין המערכות השונות ברכב, ורציתי לקדם את תחום האלקטרוניקה בקבוצה:
היי, מישהו שומע אותי?
פרויקט הגמר שלי התמקד בתיכנון תשתית התקשורת ברכב המרוץ האוטונומי. הרעיון שלי היה לבצע הכללה על הHost--ים ברשת ולסווג אותם לשניים: אלו שצורכים מעט תעבורת מידע מהרשת אבל דורשים סנכרון ועמידה בזמנים, לצד רכיבי הרשת הצורכים רוכב פס גדול מהרשת ועוסקים בתהליך העיבוד.
מחקר הנושא הגענו למסקנה כי בעזרת שימוש בשתי הממשקים הבאים Can bus ו-Ethernet, הרשת תוכל לענות על כול הדרישות, תהיה גמישה מאוד ותאפשר הוספת רכיבים בקלות. אולם, השימוש ב-Ethernet ברכבים עדיין נשמע רעיון מהפכני, למרות שקיימות מספר חברות המציעות פתרונות שכאלו. מבחינת התחרות אין כמעט קבוצות שמשתמשות בממשק זה - רוב הקבוצות משתמשות בממשק ה-Can bus.
מה שהבנתי הוא של -Ethernet יש יתרון מובהק: הפופלריות שלו בקרב רכיבי IOT והמחשבים שאנחנו מכירים. לכן אם נטמיע רשת Ethernet כזו ברכב נוכל לפשט עד מאוד את פיתוח היישומים המותאמים לו.
ניתן לסווג את רכיבי הרשת לשתי קבוצות:
הרשת דוגלת בעקרון שהיא multy master, דהיינו כל רכיב ברשת הינו בלתי תלוי באחרים והוא רשאי לגשת ולבקש כל מידע ברכב.
בפרויקט פיתחנו רכיב שקראנו לו Gateway שהוא מן בן כלאיים בין Ethernet switch ל-can bus.
תהליך העבודה
תהליך העבודה התחלק לשני מישורים – הראשון נבע מעצם העובדה שמדובר היה בפרויקט גמר: הגשת דוחות, איפיון ומתן תשובה איכותית לגבי טיב המערכת. המישור שני הושפע מהאילוצים של קבוצת הרכב: תהליך אינטגרציה וייצור תחת לוחות זמנים צפופים ותיאום בין חברי הקבוצה השונים.
היה לי חשוב להתמודד בעצמי מול תהליך ייצור החומרה לרכב בעיקר מפני שקבוצות שמתחרות באירופה מכינות את כל מערך האלקטרוניקה ברכב שלהן לבד (מחשב רכב, בקרי מנוע וכו). רציתי שגם אנחנו נגיע לרמה הזו ולכן התעקשתי להיכנס לתהליך של ייצור חומרה כחלק מהפרויקט.
הרכב בו פועלת המערכת הוא רכב חד מושבי קטן וכמעט שאין בו מקום להוספת רכיבים נוספים, ולכן הרעיון שלנו היה לשתול את תשתית התקשורת בשטח לא מנוצל בשלדת הרכב ברוחב של 5 ס"מ. גודל זה קבע את האילוץ על צורת החומרה שייצרנו.
לאורך כל הפרויקט הייתה אי וודאות גדולה לגבי הצלחת התוצרים הסופיים, וספויילר – הצלחנו!!
