- Für die Teilnahmebedingungen der Carbage Run 2025 Winter Edition wurde als altes Fahrzeug ein Volvo 940 Estate von 1993 ausgewählt; für die Bewertung der Originalität begann der Umbau zu einer L2-Fahrerassistenz auf Basis von openpilot
- openpilot unterstützt zwar mehr als 275 moderne Fahrzeuge, doch bei diesem Volvo sind Lenkung, Beschleunigung und Bremsen mechanisch/hydraulisch, sodass für jede Funktion Aktuatoren nötig sind, die sie elektronisch betätigen können
- Die Lenkung wurde umgesetzt, indem eine EPS aus einem Toyota Corolla 2020 und ein externer Lenkwinkelsensor in die Lenksäule des Volvo transplantiert wurden; sie funktioniert allein mit Basis-Stromversorgung, Zündsignal und CAN-Anbindung
- Die Bremsen wurden mit einem Bosch iBooster als Ersatz für den Vakuum-Bremskraftverstärker realisiert; die Beschleunigung erfolgt über ein RC-Servo und ein zusätzliches Kabel, das die Vergaserklappe zieht
- Die bestehende hydraulische Servolenkung und die neue elektrische Servounterstützung arbeiten gemeinsam, wodurch das Lenkrad leichtgängiger wurde; als Einschränkung bleibt jedoch, dass das Lenkrad nach Kurven nicht von selbst in die Mitte zurückkehrt
Umbau eines Volvo von 1993 zum autonomen Fahrzeug für den Carbage Run
- Ausgangspunkt ist die Teilnahme an der Carbage Run 2025 Winter Edition
- Eine 6-tägige Reise im Winter durch Schweden bis zum Polarkreis und anschließend hinunter nach Helsinki
- Rund 400 Fahrzeuge nehmen gemeinsam teil
- Die teilnehmenden Fahrzeuge müssen mindestens 20 Jahre alt sein und einen Tageswert von unter 1000 € haben
- Einschließlich der Hin- und Rückfahrt aus Belgien müssen in etwas mehr als einer Woche rund 6000 km zurückgelegt werden
- Da auch die Originalität des Fahrzeugs bewertet wird, fiel die Entscheidung, einen Volvo 940 Estate von 1993 wie ein autonomes Fahrzeug wirken zu lassen
Fahrzeuganforderungen von openpilot
- openpilot ist ein L2-Projekt für fortschrittliche Fahrerassistenz, entwickelt von comma.ai
- Es bietet Funktionen, die teilautonomem Fahren ähnlich nahekommen wie Tesla Autopilot
- Aktuell werden mehr als 275 Fahrzeugmodelle unterstützt, darunter Toyota, Honda, Hyundai, VW und andere
- Auch Tesla Model 3/Y sind Teil der unterstützten Fahrzeuge
- Die zentrale Voraussetzung ist, dass das Fahrzeug Lenkung, Beschleunigung und Bremsen elektronisch ansteuern kann
- Moderne Fahrzeuge nehmen Fahrbefehle für diese Komponenten meist über CAN-Bus-Nachrichten entgegen
- Electric Power Steering, also EPS
- Elektrischer Bremskraftverstärker oder ABS-Pumpe
- Elektronisches Motorsteuergerät
- Der Volvo 940 von 1993 ist von diesen Voraussetzungen weit entfernt
- Die Lenkung ist hydraulisch
- Das Gaspedal arbeitet über ein Bowdenzugkabel bis zum Vergaser
- Der Bremskraftverstärker ist vakuumbasiert
Lenkung: Transplantation einer Toyota-Corolla-EPS
- Um die Spur zu halten, braucht es einen Lenkaktuator, der elektronisch Drehmoment auf das Lenkrad geben kann
- Der gewählte Ansatz ist der Einbau des EPS-Aktuators und der ECU aus einem Toyota Corolla 2020
- Im Corolla sitzt dieser Motor an der Lenksäule hinter dem Armaturenbrett
- Er misst das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment und gibt eine verstärkte Kraft an die Ausgangswelle weiter
- Die originale gerade Lenksäule des Volvo wurde entfernt und die Corolla-EPS dazwischengesetzt
- Von der Corolla-Lenksäule wurden möglichst viele Teile der Lenkradverstellung entfernt
- Ein Teil der Volvo-Säule wurde abgeschnitten und mit der Verzahnung auf der Corolla-Seite verschweißt
- Zusätzliche Verstrebungen vom ursprünglichen Lenkrahmen zur EPS wurden eingebaut
- Der Corolla besitzt außerdem einen externen Lenkwinkelsensor
- Der interne Sensor im EPS-Motor dient dem präzisen relativen Winkel für den internen Regelkreis
- Der externe Sensor liefert den absoluten Lenkwinkel, bei dem Geradeausfahrt 0 Grad entspricht
- Auch der Fahrzeug-Controller-Code von openpilot benötigt den absoluten Lenkwinkel
- Toyota-Schaltpläne und Steckerdaten konnten für einen kleinen Betrag heruntergeladen werden, daher war die Verdrahtung leicht nachvollziehbar
- Die Lenkeinheit benötigt GND, dauerhaft 12 V, eine 80-A-Sicherung, ein 12-V-Zündsignal und CAN für den Lenkwinkelsensor
- Mit nur diesen Anschlüssen funktionierte die EPS; mangels Toyota-Fahrgeschwindigkeitsnachrichten und Ähnlichem läuft sie möglicherweise im Limp Mode
Problem: Hydraulische und elektrische Servolenkung bleiben gemeinsam aktiv
- Die ursprüngliche hydraulische Servolenkung des Volvo bleibt erhalten und arbeitet gleichzeitig mit der elektrischen EPS
- Es wäre auch möglich, die hydraulische Unterstützung abzuschalten und nur die elektrische Unterstützung zu nutzen; unklar ist jedoch, ob das Lenkgetriebe dafür ausgelegt ist, dauerhaft das höhere von der EPS kommende Drehmoment aufzunehmen
- Auch wenn beide Lenkunterstützungen eingeschaltet sind, lässt sich das Auto fahren, und die Lenkung wird leichter
- Der Nachteil ist, dass das Eigenrückstellmoment des Fahrzeugs nicht ausreicht, um beide Systeme rückwärts anzutreiben
- Lässt man in einer Kurve das Lenkrad los, kehrt es nicht in die Mitte zurück
- Es bleibt an der Position stehen, an der man es loslässt
- Eine mögliche Lösung wäre, den Hydraulikdruck zu senken und damit die ursprüngliche Unterstützung zu reduzieren; ausprobiert wurde das aber noch nicht
Bremsen: Einbau eines Bosch iBooster
- Eine der modernen Fahrzeugfunktionen, die lange Fahrten weniger anstrengend macht, ist Adaptive Cruise Control
- Um einen sicheren Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu halten, muss das Auto automatisch bremsen können
- Die ursprünglichen Volvo-Bremsen verstärken die vom Fahrer auf das Pedal ausgeübte Kraft per Vakuumunterstützung und drücken damit den Hauptbremszylinder
- In modernen Fahrzeugen ist das Grundprinzip ähnlich; der in Tesla und anderen Fahrzeugen verwendete Bosch iBooster ersetzt die Vakuumunterstützung durch Kraftsensor und Elektromotor
- Der iBooster wird häufig in EV-Umbauprojekten eingesetzt
- Er ermöglicht einen saubereren Aufbau, als die Vakuumquelle des ursprünglichen Motors zu ersetzen
- Auch ohne CAN-Verbindung geht er in den Limp Mode und lässt sich ohne Steuerfunktionen verwenden
- EVcreate hat Beiträge zur Nutzung des iBooster veröffentlicht, darunter Wiring the iBooster als Beispiel
- Gebrauchte iBooster sind weit verbreitet, waren im Verhältnis zum Fahrzeugpreis aber teuer
- Lars von EVcreate stellte einen iBooster unter der Bedingung zur Verfügung, dass Forschung zur CAN-Steuerung durchgeführt wird
Einbau des iBooster und Bremsleitungen
- Nachdem der Vakuumverstärker des Volvo entfernt und der iBooster montiert wurde, passten Lochbild der Schrauben und Zentrierbohrung entgegen den Erwartungen exakt
- Auch die im iBooster integrierte Druckstange hatte nahezu die passende Länge für die Verbindung mit dem Pedal
- Damit die Druckstange bei nicht betätigtem Pedal vollständig ausgefahren ist, wurden 2-mm-Unterlegscheiben auf die Gewindebolzen gesetzt
- Beim Hauptbremszylinder des iBooster sitzen die Anschlüsse an anderer Stelle, sodass die originalen Bremsleitungen nicht passten
- Neue Kupferbremsleitungen wurden bis zu einem Bauteil verlegt, das wie ein kleiner Verteilerblock aussieht
- Nach Entlüften der Bremsen und Anschluss der Stromversorgung funktionierten die Bremsen normal
- Da auch die Kupplung hydraulisch mit Bremsflüssigkeit aus demselben Behälter betätigt wurde, wurde ein kleiner separater Tank ergänzt
- Der Behälter des iBooster-Hauptbremszylinders hat keinen Anschluss für die Kupplung
Beschleunigung: RC-Servo und Zusatzkabel
- Das Gaspedal des Volvo ist eine rein mechanische Konstruktion, die über einen Bowdenzug mit der Luftklappe des Vergasers verbunden ist
- Moderne Fahrzeuge verwenden keinen Vergaser, sondern Direkteinspritzung und fortschrittliche Motorsteuergeräte; daher ließ sich kein geeigneter moderner Automobil-Aktuator für die Beschleunigung leicht finden
- Da der Beschleunigungsaktuator als weniger sicherheitskritisch eingeschätzt wurde als Lenkung oder Bremsen, wurde er aus handelsüblichen Hobbykomponenten aufgebaut
- Wie bei klassischer Tempomatlogik wurde das System so ausgelegt, dass der Fahrer die angelegte Gasstellung übersteuern kann, indem er das Pedal weiter durchtritt
- An der Riemenscheibe der Luftklappe wurden zwei Kabel angeschlossen
- Das Kabel, das weiter zieht, gewinnt
- Bei AliExpress wurde ein wasserdichtes RC-Servo gekauft, außerdem wurde eine zweite Riemenscheibe bearbeitet und am Servo montiert
- Eine Servo-Halterung wurde gebaut, und zur Begrenzung des losen Kabels kamen Führungsbuchsen aus Bronze hinzu
Radar und nächste Schritte
- Obwohl es kein Aktuator ist, wurde hinter dem Frontgrill auch ein Tesla-Continental-Radarsensor montiert
- Die rein visionsbasierte ACC in openpilot funktioniert bis zu einem gewissen Grad ebenfalls, doch mit echtem Radar bietet sie ein sanfteres und konsistenteres Erlebnis
- Der nächste Beitrag soll die Verdrahtung und eine maßgeschneiderte ECU behandeln
- Die Aufgabe, die Aktuatoren in funktionsfähigem Zustand zu halten
- Die Umsetzung der Tempomat-Tasten
- Das Auslesen von Geschwindigkeit und Blinkern
- Danach sollen der ECU-Code und der openpilot-Port erklärt und als Open Source veröffentlicht werden
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Der Volvo 940 ist ein wirklich großartiges Auto und sticht auch unter allen bisher gebauten Autos als besonders hochwertig und gut konstruiert hervor
Er basiert auf einem sehr ausgereiften Design, das sich langsam vom Volvo 140 der 1960er über den 240 der 70er und den 740 der 80er weiterentwickelt hat; beim 940 waren praktisch alle Probleme ausgebügelt
Ich hätte mir nur gewünscht, dass man AWD und einen sparsamen Diesel zusammen wählen konnte. Diesel gab es, aber in den USA wurden sie nicht verkauft
Der Autor scheint viel Wissen über elektrisches Hacking zu haben, aber wenn er sich mit Autos ausgekannt hätte, hätte er manche Dinge einfacher lösen können. Zum Beispiel hätte ein Tausch auf eine neuere BOSCH-ABS-Pumpe ermöglicht, die Bremsen elektrisch zu betätigen, ohne über den Bremskraftverstärker zu gehen; solche Systeme wurden ab europäischen Autos mit Traktionskontrolle Ende der 90er verwendet
Die Lenkung hätte man lösen können, indem man eine komplette elektrische Zahnstangenlenkung transplantiert, die vollständig manuelle Zahnstange aus einem Volvo 240 einbaut oder eine Klimakompressor-Kupplung an die hydraulische Servopumpe setzt und sie oberhalb von Parkgeschwindigkeit abschaltet
Außerdem hat dieses Auto keinen Vergaser, sondern elektronische Kraftstoffeinspritzung. Auf der Drosselklappe sieht man die Einspritzdüsen und die Kraftstoffleiste. Wichtiger ist, dass dieses Auto ab Werk ein elektronisches Drosselklappen-Steuersystem für den Tempomaten hatte; die fehlenden Teile waren billig und verbreitet und hätten sehr wahrscheinlich direkt in die bereits am Motor vorhandenen Halterungen und Nocken gepasst
Tatsächlich hat es keinen Vergaser; ich habe das halb dösend im Flugzeug geschrieben und wollte eigentlich mechanische Drosselklappe/Luftventil mit Seilzugbetätigung sagen, habe mich aber vertan
Dieses Auto hat auch kein ABS. Ab diesem Modelljahr war es vielleicht optional, aber deshalb war ein Pumpentausch keine Option. Der iBooster ist ein großartiger und einfacher Umbau, den ich empfehlen kann
Gemacht habe ich es noch nicht, aber bei der hydraulischen Lenkung will ich den Regler mit Shims einstellen und so den Druck senken; das dürfte reichen. Schon jetzt lenkt sie sich bis zu einem gewissen Grad auch ohne diesen Umbau
Große Volvos wie der heutige V90 sind zu albernen chinesischen Luxusautos geworden, die ich nicht kaufen möchte
Die Erklärung „heutige Autos haben keine Vergaser mehr und nutzen Direkteinspritzung und fortschrittliche Motorsteuerungen“ ist nicht korrekt
Tatsächlich ist das Kraftstoffeinspritzsystem ziemlich unabhängig von der Drosselklappensteuerung. Die benötigte Kraftstoffmenge wird anhand des Drucksensors im Ansaugkrümmer berechnet, daher gab es auch Autos, die Kraftstoffeinspritzung mit einer seilzugbetätigten Drosselklappe kombinierten
Das Problem dürfte eher gewesen sein, dass der Vergaser stromaufwärts der Drosselklappe sitzen muss, also die Rohrführung für eine moderne Drosselklappeneinheit passend zu machen
Die damaligen LH-Systeme verwendeten alle MAF-Sensoren
Ich habe in den letzten fünf Jahren an der openpilot-Entwicklung mitgewirkt und interessiere mich immer für Anwenderbeispiele dieses Projekts
In diesem Urlaub bin ich mit meinem Auto 2500 Meilen mit aktiviertem openpilot gefahren, und es war hervorragend. Wahrscheinlich habe ich nur etwa 10 % der gesamten Strecke selbst gefahren, den Rest habe ich der Automatisierung überlassen
Trotzdem gibt es noch sehr viel zu verbessern, daher will ich mich dieses Jahr darauf konzentrieren, einen openpilot-Fork zu erstellen, der die ADAS-Funktionen moderner Fahrzeuge, also eher in Richtung Tesla, bringt
Die erste Veröffentlichung werde ich bei Show HN einstellen
Wenn ich den Mut finde, selbst ein Image zu bauen und zu flashen, würde ich gern ausprobieren, dass das System Spurwechsel mit gesetztem Blinker erkennt und verlangsamt. Soweit ich weiß, bremst es derzeit erst ab, wenn das Auto bereits in die Spur hineinragt. Ich weiß, dass es viele Sonderfälle gibt, aber es wirkt wie eine ziemlich sichere und rücksichtsvolle Änderung
Außerdem wäre es gut, wenn es die Bremslichter mehrerer Autos erkennt und vom Gaspedal geht. Derzeit scheint es das Radar des direkt vorausfahrenden Autos zu nutzen, aber wenn 75 % der Autos ringsum die Bremslichter anhaben und nur das Auto direkt davor langsam reagiert oder aggressiv fährt, gibt es keinen Grund, dass Comma diese Kettenreaktion weiter antreibt
Eine wirklich nützliche Funktion wäre außerdem, Geschwindigkeitsbegrenzungsschilder zu erkennen und die Tempomatgeschwindigkeit daran anzupassen. Besonders möchte ich Situationen reduzieren, in denen man mit 65 mph auf eine Ausfahrtsrampe zurast und das System dann jammert, dass die Kurve für die Geschwindigkeit zu stark ist
Wenn es das Schild mit der „empfohlenen Geschwindigkeit“ auf der Ausfahrtsrampe erkennt, bekommen alle das gewünschte Ergebnis, und wenn die Rampe auf eine andere Autobahn führt, muss der Fahrer nicht extra eingreifen. Stoppschilder sowie gelbe oder rote Ampeln zu erkennen wäre ebenfalls gut. Es muss nicht gleich die gesamte Verkehrslage erkennen, aber es ist unangenehm, mit voller Geschwindigkeit auf ein Stoppschild oder eine rote Ampel zuzurasen, während eine Warnung ertönt
Ich sollte auch prüfen, ob Comma weiß, dass mein Auto ein Elektroauto ist, und statt zu bremsen auch einfach vom Gaspedal gehen kann. Mein Auto hat mehrere Rekuperationsstufen, die man berücksichtigen könnte; persönlich bin ich aber an den BMW i3 gewöhnt und lasse immer die stärkste Rekuperation eingestellt
Ich frage mich, ob man dieses Auto auf öffentlichen Straßen in Schweden fahren darf
Ich hätte gedacht, dass das schwedische Recht bei solchen DIY-Umbauten sehr streng ist; wenn es erlaubt ist, wäre das erstaunlich
Solche Umbauten sind auf öffentlichen Straßen in Schweden und Finnland eindeutig illegal, und oft reicht es nicht, nur die regelmäßige Prüfung zu bestehen. Erst mit einer Typgenehmigung ist der Betrieb auf der Straße legal
Es sieht so aus, als wäre es in den Niederlanden zugelassen; dort würde dieses Auto wohl nicht einmal die regelmäßige Prüfung bestehen. Es gibt eine englischsprachige Informationsseite der niederländischen Regierung: https://www.government.nl/topics/general-periodic-inspection...
Trotzdem ist das Projekt an sich sehr cool
Der Satz „Zum Glück ist [das Gaspedal-Servo] der einzige Aktuator, der kein großes Sicherheitsproblem mit sich bringt“ ist gruselig
Was passiert, wenn dieses RC-Servo bei Vollgas hängen bleibt? Vermutlich lautet die Annahme, dass man die Kupplung tritt, aber je nach Situation hat man vielleicht nicht viel Zeit zu erkennen, was passiert ist, und zu reagieren
In Teil 2 wird es vermutlich um den Gangwechsel gehen
Es wird nicht direkt behandelt, aber es gibt den Hinweis, dass auch die Kupplung hydraulisch betätigt wird, daher scheint ein Schaltgetriebe wahrscheinlich. Bei einem 1993er Volvo, der in Europa gekauft wurde, passt diese Vermutung gut
Ich glaube nicht, dass sie ein neues Getriebe einbauen werden; vielleicht wollen sie eher eine grobe automatische Kupplung nachrüsten
Der Großteil der 6000-km-Fahrt dürfte unter solchen Bedingungen stattgefunden haben. Im langsamen Verkehr, in dem man schalten muss, muss man dann auf „autonomes Fahren“ verzichten, aber es ist trotzdem sehr nützlich
Der Autor sagte, dass er in Teil 2 eine selbst entwickelte Custom-ECU behandeln will, mit der Verkabelung und Aktuatoren stabil gehalten werden, außerdem die Implementierung der Tempomat-Tasten sowie das Auslesen von Geschwindigkeit und Blinkern; in Teil 3 sollen dann der ECU-Code und der openpilot-Port erklärt und als Open Source veröffentlicht werden
Ich würde so etwas selbst nicht machen, aber ich finde es gut, dass es jemanden gibt, der mutig genug ist, das durchzuziehen. Das wird eine großartige Geschichte
Ich habe diesen Artikel gespeichert, um Autos besser zu verstehen und mir und anderen DIY-Inspiration zu geben
Kann man dem comma 3X Radar hinzufügen? Ich dachte, es sei rein kamerabasiert; interessant