Formula Student: el papel crucial de la IMU/GNSS
Varios equipos eléctricos y de conducción autónoma equiparon sus coches de carreras con nuestro Ellipse IMU/GNSS durante la Formula Student Competition.
El sensor Ellipse-D cumplió con todas nuestras necesidades y estamos muy contentos con él. El GNSS es muy estable, el filtro de Kalman también es satisfactorio. | Daniel K., AMZ Racing Electric Team
La Formula Student es una competición internacional de ingeniería educativa en la que equipos de estudiantes de todo el mundo diseñan, construyen y corren con sus propios coches de carreras de fórmula. La competición incluye 3 categorías: coches eléctricos, autónomos y de combustión.
Los participantes de la Formula Student no solo deben construir el coche de carreras más rápido, sino también destacar en resistencia, aceleración y rendimiento en la plataforma de deslizamiento.
Como expertos en sistemas de navegación inercial y socios de varios equipos, entrevistamos a varios equipos de ingenieros que utilizan nuestra unidad de medición inercial (IMU) combinada con el sistema global de navegación por satélite (GNSS) para comprender cuáles son los elementos clave del éxito.
La importancia del IMU/GNSS para una dinámica precisa del coche
El IMU/GNSS proporciona información decisiva sobre el estado del coche, como la posición, la velocidad, la velocidad de guiñada, el ángulo de deslizamiento, la aceleración y la orientación a los coches de los equipos de la competencia, como afirma D. Kiesewalter, de AMZ Racing:
“Necesitábamos una IMU por varias razones. Principalmente para determinar el estado de la posición de nuestro coche. También necesitábamos tener un control dinámico eficiente y una determinación fiable y precisa de los ángulos de Euler (balanceo, cabeceo y rumbo).”
De este modo, los ingenieros de coches eléctricos y de combustión pueden entender qué mejorar comparando el estado real con el teórico.
Criterios de dinámica del coche de Formula Student
Dominar la aceleración es primordial durante las carreras de Fórmula. Cuando el coche acelera demasiado, puede derrapar, lo que provoca el desgaste de los neumáticos. Para minimizar el desgaste de los neumáticos y aprovechar al máximo la potencia y el rendimiento del motor, hay que controlar la aceleración.
Es esencial realizar un seguimiento de la trayectoria del coche de carreras. Se lleva a cabo un análisis del circuito gracias a los datos de la IMU/GNSS, especialmente la posición, y ayuda a determinar si el coche está bien posicionado dentro del circuito o al girar.
No olvidemos que la Formula Student es una carrera. Uno de los objetivos de la competición es ir más rápido en la pista que los demás equipos. Por lo tanto, la velocidad es un factor crucial a estudiar, gracias a la IMU/GNSS. Pero es aún más importante para los coches de carreras eléctricos, ya que necesitan controlar la energía consumida.
Coches de carreras sin conductor: Aprovechando lo mejor del Heading y la Navegación de la IMU/GNSS
Los coches de carreras pueden utilizar un GPS de una sola antena para la dirección, pero los vehículos sin conductor confían en una IMU/GNSS de doble antena para una dirección precisa. Permite una inicialización más rápida y ofrece un rumbo verdadero incluso en posición estacionaria.
J. Liberal Huarte de UPC Driverless (ETSEIB) explica que el rumbo y la localización son esenciales para que otras partes del equipo funcionen correctamente: “Cuando operamos con tecnologías LiDAR, el hecho de que estés orientado 1 grado hacia un lado u otro influye mucho en la posición.
Por lo tanto, un rumbo preciso es un gran requisito. Y también, la localización y el mapeo: es muy importante localizarse en las coordenadas X e Y.” Por lo tanto, la implementación de un GNSS/IMU dual en este tipo de coche de carreras es la mejor solución, ya que proporciona un rumbo y una posición verdaderos, lo que también ayuda a estabilizar el LiDAR.
El rumbo es tan importante como la navegación precisa para los coches de carreras sin conductor. La cinemática en tiempo real (RTK) permite una estimación extremadamente precisa de la posición (1-2 cm). Cuanto más preciso sea el IMU/GNSS, más capaz será el coche de permanecer en el carril del circuito sin desviarse.
El IMU/GNSS analiza el circuito para garantizar un posicionamiento óptimo del coche y la optimización de la trayectoria.
Menos tiempo de implementación = más tiempo para todo el proyecto
“Tenemos muy poco tiempo de prueba, así que si va rápido, podemos ir más rápido en la pista y probar más”, afirma A. Kopp, Control de Dinámica de Vehículos, TUfast Racing.
Los equipos no tienen mucho tiempo para integrar las diferentes partes del vehículo y probarlas. Como los ingenieros de automoción utilizan principalmente los marcos CAN y ROS, la IMU/GNSS que puede formar parte de dichos flujos de trabajo puede ahorrar una enorme cantidad de tiempo de desarrollo.
Una biblioteca C limpia proporcionada con ejemplos es otra forma de ayudar a los equipos con su integración.
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Ellipse-D
El Ellipse-D es un sistema de navegación inercial que integra una doble antena y un GNSS RTK de doble frecuencia que es compatible con nuestro software de post-procesamiento Qinertia.
Diseñado para aplicaciones robóticas y geoespaciales, puede fusionar la entrada del odómetro con Pulse o CAN OBDII para mejorar la precisión de la navegación a estima.
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¡Bienvenido a nuestra sección de preguntas frecuentes! Aquí encontrará respuestas a las preguntas más comunes sobre las aplicaciones que mostramos. Si no encuentra lo que busca, ¡no dude en ponerse en contacto con nosotros directamente!
¿Qué es GNSS vs GPS?
GNSS significa Global Navigation Satellite System y GPS significa Global Positioning System. Estos términos se utilizan a menudo indistintamente, pero se refieren a conceptos diferentes dentro de los sistemas de navegación basados en satélites.
GNSS es un término colectivo para todos los sistemas de navegación por satélite, mientras que GPS se refiere específicamente al sistema estadounidense. Incluye múltiples sistemas que proporcionan una cobertura global más completa, mientras que GPS es sólo uno de esos sistemas.
Se obtiene una mayor precisión y fiabilidad con GNSS, al integrar datos de múltiples sistemas, mientras que el GPS por sí solo podría tener limitaciones dependiendo de la disponibilidad de los satélites y las condiciones ambientales.
¿Cuál es la diferencia entre AHRS e INS?
La principal diferencia entre un Attitude and Heading Reference System (AHRS) y un Inertial Navigation System (INS) radica en su funcionalidad y el alcance de los datos que proporcionan.
El AHRS proporciona información de orientación, específicamente, la actitud (cabeceo, balanceo) y el rumbo (guiñada) de un vehículo o dispositivo. Normalmente, utiliza una combinación de sensores, incluidos giróscopos, 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 que un sistema comprenda su orientación en el espacio. Se utiliza a menudo en la aviación, los UAV, la robótica y los sistemas marinos para proporcionar datos precisos de actitud y rumbo, lo cual es fundamental para el control y la estabilización del vehículo.
Un INS no sólo 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 (giróscopos, 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 balanceo, cabeceo, guiñada y movimiento, pero no calcula la posición ni los datos de navegación. La IMU está específicamente diseñada para transmitir datos esenciales sobre el movimiento y la orientación para el procesamiento externo con el fin de determinar la posición o la velocidad.
Por otro lado, un INS (sistema de navegación inercial) combina datos de la IMU con algoritmos avanzados para calcular la posición, la velocidad y la orientación de un vehículo a lo largo del tiempo. Incorpora algoritmos de navegación como el filtrado de Kalman para la fusión e integración de sensores. Un INS proporciona 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 normalmente en aplicaciones que requieren soluciones de navegación integrales, especialmente en entornos sin GNSS, como UAV militares, buques y submarinos.
¿Acepta el INS entradas de sensores de ayuda externos?
Los Sistemas de Navegación Inercial de nuestra empresa aceptan entradas de sensores de ayuda externos, como sensores de datos aéreos, magnetómetros, odómetros, DVL y otros.
Esta integración hace que el INS sea altamente versátil y fiable, especialmente en entornos sin cobertura GNSS.
Estos sensores externos mejoran el rendimiento general y la precisión del INS al proporcionar datos complementarios.