Formula Student: die entscheidende Rolle der IMU
Mehrere elektrische und fahrerlose Teams haben ihre Rennwagen während des Formula Student Wettbewerbs mit unserer Ellipse IMU ausgestattet.
Der Ellipse-D erfüllte alle unsere Anforderungen und wir sind sehr zufrieden damit. Das GNSS ist sehr stabil, auch der Kalman-Filter ist zufriedenstellend. | Daniel K., AMZ Racing Electric Team
Die Formula Student ist ein internationaler Ingenieurswettbewerb, bei dem Studententeams aus der ganzen Welt ihre eigenen Formelrennwagen entwerfen, bauen und fahren. Der Wettbewerb umfasst 3 Kategorien: Elektroautos, fahrerlose Autos und Autos mit Verbrennungsmotor.
Die Teilnehmer der Formula Student müssen nicht nur das schnellste Rennauto bauen, sondern auch in den Bereichen Ausdauer, Beschleunigung und Schleuderleistung glänzen.
Als Experte für Trägheitsnavigationssysteme und Partner mehrerer Teams haben wir verschiedene Ingenieurteams befragt, die unsere TrägheitsmesseinheitIMU) in Kombination mit dem globalen Satellitennavigationssystem (GNSS) verwenden, um zu verstehen, was die Schlüsselelemente für den Erfolg sind.
Die Bedeutung von IMU für eine präzise Fahrdynamik
Die IMU liefert den konkurrierenden Teams entscheidende Informationen über den Fahrzeugzustand wie Position, Geschwindigkeit, Gierrate, Schräglage, Beschleunigung und Orientierung, wie D. Kiesewalter von AMZ Racing erklärt:
"Wir benötigten eine IMU aus mehreren Gründen. Wir brauchten auch eine effiziente Dynamikkontrolle und eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Euler-Winkel (rollen, nicken und richtung)."
Auf diese Weise können die Ingenieure von Elektro- und Verbrennungsautos verstehen, was sie verbessern müssen, indem sie den tatsächlichen Zustand mit dem theoretischen vergleichen.
Dynamische Kriterien für Formula Student-Fahrzeuge
Die Beherrschung der Beschleunigung ist bei Formel-Rennen von grundlegender Bedeutung. Wenn der Wagen zu stark beschleunigt, kann er driften, was zum Verschleiß der Räder führt. Um den Reifenverschleiß zu minimieren und die Kraft und Leistung des Motors optimal zu nutzen, muss die Beschleunigung kontrolliert werden.
Die Verfolgung der Flugbahn des Rennwagens ist von entscheidender Bedeutung. Mit Hilfe der IMU, insbesondere der Positionsdaten, wird eine Streckenanalyse durchgeführt, die Aufschluss darüber gibt, ob das Fahrzeug auf der Strecke oder beim Abbiegen gut positioniert ist.
Wir dürfen nicht vergessen, dass die Formula Student ein Rennen ist. Eines der Wettbewerbsziele ist es, auf der Strecke schneller zu sein als die anderen Teams. Die Geschwindigkeit ist daher ein entscheidender Faktor, der dank der IMU untersucht werden muss. Aber für elektrische Rennwagen ist dies noch wichtiger, da sie die verbrauchte Energie verfolgen müssen.
Fahrerlose Rennwagen: IMU- das Beste aus richtung und Navigation herausholen
Rennautos mögen GPS mit einer Antenne für die richtung verwenden, aber fahrerlose Fahrzeuge verlassen sich auf IMU mit zwei Antennen für eine präzise richtung. Dies ermöglicht eine schnellere Initialisierung und liefert auch im Stillstand eine genaue richtung .
J. Liberal Huarte von UPC Driverless (ETSEIB) erklärt, dass richtung und Lokalisierung für das ordnungsgemäße Funktionieren anderer Teile der Ausrüstung unerlässlich sind: "Wenn wir mit LiDAR-Technologien arbeiten, hat die Tatsache, dass man sich um ein Grad zur einen oder anderen Seite bewegt, einen großen Einfluss auf die Position.
Daher ist eine präzise richtung eine wichtige Voraussetzung. Und auch die Lokalisierung und Kartierung: Es ist sehr wichtig, sich in X und Y zu lokalisieren. Daher ist die Implementierung einer Dual IMU in dieser Art von Rennwagen die beste Lösung, da sie eine genaue richtung und Position liefert, was auch zur Stabilisierung des LiDAR beiträgt.
richtung ist für fahrerlose Rennwagen ebenso wichtig wie eine präzise Navigation. Real Time Kinematic (RTK) ermöglicht eine extrem genaue Schätzung der Position (1-2 cm). Je genauer die IMU ist, desto eher kann das Auto in der Spur der Rennstrecke bleiben, ohne abzudriften.
Die IMU analysiert die Rennstrecke, um eine optimale Positionierung des Autos und eine Optimierung der Flugbahn zu gewährleisten.
Weniger Umsetzungszeit = mehr Zeit für das gesamte Projekt
"Wir haben nur eine sehr kurze Testzeit, wenn es also schnell geht, können wir auf der Strecke schneller fahren und mehr testen", erklärt A. Kopp, Vehicle Dynamics Control, TUfast Racing.
Die Teams haben nicht viel Zeit, um die verschiedenen Teile des Fahrzeugs zu integrieren und zu testen. Da CAN- und ROS-Frameworks hauptsächlich von Automobilingenieuren verwendet werden, kann IMU, das Teil solcher Arbeitsabläufe sein kann, enorme Entwicklungszeit einsparen.
Eine saubere C-Bibliothek mit Beispielen ist eine weitere Möglichkeit, Teams bei ihrer Integration zu helfen.
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Ellipse-D
Das Ellipse-D ist ein Trägheitsnavigationssystem, das eine Doppelantenne und ein RTK-GNSS mit zwei Frequenzen integriert und mit unserer Post-Processing-Software Qinertia kompatibel ist.
Es wurde für Robotik- und Geospatial-Anwendungen entwickelt und kann Odometer-Eingaben mit Pulse oder CAN OBDII für eine verbesserte Dead-Reckoning-Genauigkeit verschmelzen.
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Willkommen in unserem FAQ-Bereich! Hier finden Sie Antworten auf die häufigsten Fragen zu den von uns vorgestellten Anwendungen. Wenn Sie nicht finden, wonach Sie suchen, können Sie uns gerne direkt kontaktieren!
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.
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.
Akzeptiert INS Eingaben von externen Hilfssensoren?
Die Trägheitsnavigationssysteme unserer Firma akzeptieren Eingaben von externen Hilfssensoren, wie z.B. Luftdatensensoren, Magnetometer, Odometer, DVL und andere.
Diese Integration macht das INS äußerst vielseitig und zuverlässig, insbesondere in Umgebungen, in denen kein GNSS verfügbar ist.
Diese externen Sensoren verbessern die Gesamtleistung und Genauigkeit des INS , indem sie ergänzende Daten liefern.