Coche de carreras autónomo
AMZ eligió el INS Ellipse-N, ligero y pequeño, para la sincronización del movimiento y del equipo, y para el análisis dinámico del vehículo.
“Necesitábamos un sistema de navegación inercial robusto y de alta gama que facilitara la tarea de la fusión de sensores, con un LiDAR, por ejemplo.” | Miguel de la Iglesia Valls, miembro del equipo
IMU y GPS, componentes centrales del coche autónomo
Por primera vez, Formula Student Germany introdujo una categoría sin conductor, donde los coches de carreras tuvieron que ser adaptados para conducir sin ninguna intervención humana.
AMZ decidió aceptar el reto y preparó “flüela”, su coche utilizado para la competición desde 2015, para que fuera autónomo. Para el equipo de AMZ, al diseñar un vehículo sin conductor, la IMU y el GPS son una parte fundamental del conjunto de sensores.
Ellipse-N, el INS/GNSS utilizado por AMZ Racing
Ligero y pequeño, el Ellipse-N de SBG es el más preciso de su categoría y el más fácil de conectar, según el equipo de AMZ. El equipo también quedó sorprendido por la calidad de los datos de posición de salida. El Ellipse-N fusiona los datos inerciales y la información de posición para obtener una trayectoria continua incluso en caso de fallo del GNSS.
Utilizado en condiciones muy duras
Según el equipo de AMZ, fue una temporada de pruebas dura con días muy calurosos, días extremadamente lluviosos, muchas vibraciones, montaje, desmontaje, conexión y desconexión. El sensor nunca falló. Cada sensor inercial SBG se calibra en dinámica y temperatura (-40° a 80°C) para un comportamiento constante en todas las condiciones.
Éxito de AMZ
El equipo logró ser:
- Primero en Skidpad (capacidad de girar en estado estacionario lo más rápido posible)
- Primero en Trackdrive (carrera en una pista desconocida marcada con conos),
- segundo en aceleración (mide la capacidad del coche para acelerar rápidamente).
El evento general incluye disciplinas estáticas en las que el equipo también obtuvo buenos resultados: primero en diseño de ingeniería y coste, segundo en diseño autónomo y tercero en presentación del plan de negocio.
Ellipse-N, el INS/GNSS miniatura y robusto
El SBG Ellipse-N ofrece un Roll y Pitch de 0,1°, un Heading basado en GPS de 0,5° y una posición GNSS a nivel de metro (constelaciones GPS + GLONASS en este caso).
“Nos sorprendió la calidad de los giroscopios. Nadie en nuestro equipo ni en nuestra universidad podía creer la pequeña deriva que estábamos experimentando” afirma el Sr. De la Iglesia Valls. El equipo de AMZ también quedó asombrado por la calidad de los datos de posición de salida.
El Ellipse-N integra un receptor GNSS y fusiona los datos inerciales y la información de posición en tiempo real para una trayectoria continua incluso en caso de interrupción del GNSS.
También se han desarrollado algoritmos adicionales para aplicaciones terrestres con el fin de mejorar aún más el rendimiento y la robustez del sensor inercial. La robustez es una de esas cosas que sólo se notan cuando no están.
Según el equipo de AMZ, fue una temporada de pruebas dura con días muy calurosos, días extremadamente lluviosos, muchas vibraciones, montaje, desmontaje, conexión y desconexión. El sensor nunca falló.
Esta fiabilidad también se debe a la extensa calibración de fábrica. Cada sensor inercial SBG se calibra en dinámica y temperatura; el sesgo de los giroscopios, acelerómetros y magnetómetros del Ellipse-N se corrige y calibra de -40° a 80°C para un comportamiento constante en todas las condiciones.
Ellipse-N
El Ellipse-N es un sistema de navegación inercial RTK compacto y de alto rendimiento con un receptor GNSS integrado de doble banda y cuatro constelaciones. Además, proporciona balanceo, cabeceo, rumbo, compensación de oleaje (heave) y posicionamiento GNSS con precisión centimétrica.
El sensor Ellipse-N se adapta a entornos dinámicos y a condiciones GNSS difíciles. Además, funciona eficazmente en aplicaciones de menor dinámica utilizando el rumbo magnético.
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¿Cuál es la diferencia entre AHRS e INS?
La principal diferencia entre un sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS) y un sistema de navegación inercial (INS) radica en su funcionalidad y en el alcance de los datos que proporcionan.
El AHRS proporciona información de orientación, concretamente, la actitud (cabeceo, balanceo) y el rumbo (guiñada) de un vehículo o dispositivo. Normalmente, utiliza una combinación de sensores, como giroscopios, acelerómetros y magnetómetros, para calcular y estabilizar la orientación. El AHRS emite la posición angular en tres ejes (cabeceo, balanceo y guiñada), lo que permite a un sistema comprender su orientación en el espacio. A menudo se utiliza en la aviación, los UAV, la robótica y los sistemas marinos para proporcionar datos precisos de actitud y rumbo, que son fundamentales para el control y la estabilización del vehículo.
Un INS no solo proporciona datos de orientación (como un AHRS), sino que también rastrea la posición, la velocidad y la aceleración de un vehículo a lo largo del tiempo. Utiliza sensores inerciales para estimar el movimiento en el espacio 3D sin depender de referencias externas como el GNSS. Combina los sensores que se encuentran en el AHRS (giroscopios, acelerómetros), pero también puede incluir algoritmos más avanzados para el seguimiento de la posición y la velocidad, a menudo integrándose con datos externos como el GNSS para mejorar la precisión.
En resumen, el AHRS se centra en la orientación (actitud y rumbo), mientras que el INS proporciona un conjunto completo de datos de navegación, incluyendo posición, velocidad y orientación.
¿Cuál es la diferencia entre IMU e INS?
La diferencia entre una Unidad de Medición Inercial (IMU) y un Sistema de Navegación Inercial (INS) radica en su funcionalidad y complejidad.
Una IMU (unidad de medición inercial) proporciona datos brutos sobre la aceleración lineal y la velocidad angular del vehículo, medidos por acelerómetros y giroscopios. Suministra información sobre el roll, pitch, yaw y el movimiento, pero no calcula datos de posición o navegación. La IMU está específicamente diseñada para transmitir datos esenciales sobre el movimiento y la orientación para su procesamiento externo, con el fin de determinar la posición o la velocidad.
Por otro lado, un INS (sistema de navegación inercial) combina los datos de la IMU con algoritmos avanzados para calcular la posición, velocidad y orientación de un vehículo a lo largo del tiempo. Incorpora algoritmos de navegación como el filtro de Kalman para la fusión e integración de sensores. Un INS suministra datos de navegación en tiempo real, incluyendo posición, velocidad y orientación, sin depender de sistemas de posicionamiento externos como el GNSS.
Este sistema de navegación se utiliza típicamente en aplicaciones que requieren soluciones de navegación completas, particularmente en entornos sin GNSS (GNSS-denied environments), como UAVs militares, barcos y submarinos.
¿Qué es GNSS vs GPS?
GNSS significa Sistema Global de Navegación por Satélite y GPS para Sistema de Posicionamiento Global. Estos términos se utilizan a menudo indistintamente, pero se refieren a conceptos diferentes dentro de los sistemas de navegación por satélite.
GNSS es un término colectivo que engloba a todos los sistemas de navegación por satélite, mientras que GPS se refiere específicamente al sistema estadounidense. El GNSS incluye múltiples sistemas que proporcionan una cobertura global más completa, siendo GPS solo uno de ellos.
Se obtiene una mayor precisión y fiabilidad con GNSS, al integrar datos de múltiples sistemas, mientras que GPS por sí solo podría tener limitaciones dependiendo de la disponibilidad de satélites y las condiciones ambientales.
