Autonomer Rennwagen
AMZ entschied sich für das leichte und kleine Ellipse-N INS zur Bewegungs- und Gerätesynchronisation sowie zur Analyse der Fahrzeugdynamik.
"Wir brauchten ein robustes High-End-Inertial-Navigationssystem, das die Aufgabe der Sensorfusion, zum Beispiel mit einem LiDAR, erleichtern würde." | Miguel de la Iglesia Valls, Teammitglied
IMU und GPS, Kernbestandteile des autonomen Fahrzeugs
Zum ersten Mal führte die Formula Student Germany eine fahrerlose Kategorie ein, in der die Rennwagen so angepasst werden mussten, dass sie ohne menschliches Zutun fahren konnten.
AMZ beschloss, die Herausforderung anzunehmen, und bereitete "flüela", ihr seit 2015 im Wettbewerb eingesetztes Auto, für den fahrerlosen Betrieb vor. Für das AMZ-Team sind bei der Entwicklung eines fahrerlosen Fahrzeugs die IMU und das GPS ein zentraler Bestandteil der Sensorausstattung.
Ellipse-N, das von AMZ Racing verwendete INS
Die leichte und kleine SBG Ellipse-N ist nach Ansicht des AMZ-Teams die genaueste ihrer Kategorie und die am einfachsten zu bedienende Schnittstelle. Das Team war auch von der Qualität der ausgegebenen Positionsdaten überrascht. Die Ellipse-N fusioniert Inertialdaten und Positionsinformationen für eine kontinuierliche Trajektorie, selbst im Falle eines GNSS-Ausfalls.
Einsatz unter sehr schwierigen Bedingungen
Nach Angaben des AMZ-Teams war es eine harte Testsaison mit sehr heißen Tagen, extremen Regentagen, vielen Vibrationen, Ein- und Ausbau, Einstecken und Ausstecken. Der Sensor ist nie ausgefallen. Jeder SBG-Trägheitssensor ist in Bezug auf Dynamik und Temperatur (-40° bis 80°C) kalibriert, um ein konstantes Verhalten unter allen Bedingungen zu gewährleisten.
AMZ-Erfolg
Das Team hat es geschafft:
- Erster auf dem Skidpad (Fähigkeit, sich so schnell wie möglich in einem stabilen Zustand zu drehen)
- Erster im Trackdrive (Rennen auf einer unbekannten, mit Hütchen markierten Strecke),
- Sekunde in der Beschleunigung (misst die Fähigkeit des Fahrzeugs, schnell zu beschleunigen).
Der Gesamtwettbewerb umfasst statische Disziplinen, in denen das Team ebenfalls gute Ergebnisse erzielte: den ersten Platz in der technischen Planung und den Kosten, den zweiten in der autonomen Planung und den dritten in der Präsentation des Geschäftsplans.
Ellipse-N, das robuste Miniatur INS
Die SBG Ellipse-N bietet ein 0,1° rollen und nicken, 0,5° GPS-basierte richtung und eine metergenaue GNSS-Position (in diesem Fall GPS + GLONASS Konstellationen).
"Wir waren erstaunt über die Qualität der Gyroskope. Niemand in unserem Team oder an unserer Universität konnte glauben, dass die Drift so gering war", so De la Iglesia Valls. Das AMZ-Team war auch über die Qualität der ausgegebenen Positionsdaten erstaunt.
Ellipse-N integriert einen GNSS-Empfänger und fusioniert Trägheitsdaten und Positionsinformationen in Echtzeit für eine kontinuierliche Flugbahn, selbst im Falle eines GNSS-Ausfalls.
Zusätzliche Algorithmen wurden auch für Landanwendungen entwickelt, um die Leistung und Robustheit des Trägheitssensors noch weiter zu verbessern. Robustheit gehört zu den Dingen, die man erst dann bemerkt, wenn sie nicht vorhanden ist.
Nach Angaben des AMZ-Teams war es eine harte Testsaison mit sehr heißen Tagen, extremen Regentagen, vielen Vibrationen, Anbringen, Abnehmen, Einstecken, Abnehmen. Der Sensor ist nie ausgefallen.
Diese Zuverlässigkeit ist auch auf die umfangreiche Werkskalibrierung zurückzuführen. Jeder SBG-Trägheitssensor wird in Bezug auf Dynamik und Temperatur kalibriert; die Vorspannung der Ellipse-N , Beschleunigungs- und Magnetometer wird von -40° bis 80°C korrigiert und kalibriert, um ein konstantes Verhalten unter allen Bedingungen zu gewährleisten.
Ellipse-N
Ellipse-N ist ein kompaktes und leistungsfähiges RTK-Inertial-NavigationssystemINS) mit integriertem Dualband-, Quad-Konstellations-GNSS-Empfänger. Es liefert rollen, nicken, richtung und Heben sowie eine zentimetrische GNSS-Position.
Ellipse-N eignet sich am besten für dynamische Umgebungen und raue GNSS-Bedingungen, kann aber auch in weniger dynamischen Anwendungen mit magnetischer richtung eingesetzt werden.
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Was ist der Unterschied zwischen AHRS und INS?
Der Hauptunterschied zwischen einem lage und richtung (AHRS) und einem TrägheitsnavigationssystemINS liegt in ihrer Funktionalität und dem Umfang der von ihnen gelieferten Daten.
AHRS liefert Orientierungsinformationen, insbesondere die lage nicken, rollen) und richtung (gieren) eines Fahrzeugs oder Geräts. Es verwendet in der Regel eine Kombination von Sensoren, einschließlich Gyroskopen, Beschleunigungs- und Magnetometern, um die Ausrichtung zu berechnen und zu stabilisieren. Das AHRS gibt die Winkelposition in drei Achsennicken, rollen und Gieren) aus und ermöglicht es einem System, seine Orientierung im Raum zu verstehen. Es wird häufig in der Luftfahrt, in UAVs, in der Robotik und in Schiffssystemen eingesetzt, um genaue lage und richtung zu liefern, die für die Fahrzeugsteuerung und -stabilisierung entscheidend sind.
Ein INS liefert nicht nur Orientierungsdaten (wie ein AHRS), sondern verfolgt auch die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Fahrzeugs über die Zeit. Es verwendet Trägheitssensoren, um die Bewegung im 3D-Raum abzuschätzen, ohne auf externe Referenzen wie GNSS angewiesen zu sein. Es kombiniert die Sensoren von AHRS (Gyroskope, Beschleunigungsmesser), kann aber auch fortschrittlichere Algorithmen für die Positions- und Geschwindigkeitsverfolgung enthalten, die oft mit externen Daten wie GNSS integriert werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich AHRS auf die Orientierunglage und richtung) konzentriert, während INS eine ganze Reihe von Navigationsdaten liefert, einschließlich Position, Geschwindigkeit und Orientierung.
Was ist der Unterschied zwischen IMU und INS?
Der Unterschied zwischen einer InertialmesseinheitIMU) und einem InertialnavigationssystemINS) liegt in ihrer Funktionalität und Komplexität.
Eine IMU (Inertialmesseinheit) liefert Rohdaten über die lineare Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die von Beschleunigungsmessern und Gyroskopen gemessen werden. Sie liefert Informationen zum rollen, nicken, Gieren und zur Bewegung, berechnet aber keine Positions- oder Navigationsdaten. Die IMU ist speziell dafür ausgelegt, wichtige Bewegungs- und Orientierungsdaten für die externe Verarbeitung zur Bestimmung von Position und Geschwindigkeit zu übermitteln.
Ein INS (Inertial Navigation System) hingegen kombiniert IMU mit fortschrittlichen Algorithmen, um die Position, Geschwindigkeit und Ausrichtung eines Fahrzeugs über die Zeit zu berechnen. Es beinhaltet Navigationsalgorithmen wie die Kalman-Filterung zur Sensorfusion und -integration. Ein INS liefert Echtzeit-Navigationsdaten, einschließlich Position, Geschwindigkeit und Ausrichtung, ohne auf externe Positionierungssysteme wie GNSS angewiesen zu sein.
Dieses Navigationssystem wird typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die umfassende Navigationslösungen erfordern, insbesondere in Umgebungen, in denen GNSS nicht verfügbar ist, wie z. B. bei militärischen UAVs, Schiffen und U-Booten.
Was ist GNSS im Vergleich zu GPS?
GNSS steht für Global Navigation Satellite System und GPS für Global Positioning System. Diese Begriffe werden oft synonym verwendet, beziehen sich aber auf unterschiedliche Konzepte innerhalb satellitengestützter Navigationssysteme.
GNSS ist ein Sammelbegriff für alle Satellitennavigationssysteme, während GPS sich speziell auf das US-amerikanische System bezieht. Er umfasst mehrere Systeme, die eine umfassendere globale Abdeckung bieten, während GPS nur eines dieser Systeme ist.
Durch die Integration von Daten aus mehreren Systemen erhalten Sie mit GNSS eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit, während GPS allein je nach Satellitenverfügbarkeit und Umgebungsbedingungen seine Grenzen haben kann.