Voiture de course électrique Formula Student
L'équipe TUfast équipe sa voiture de course électrique de l'INS/GNSS miniature Ellipse2-N pour l'analyse dynamique.
« L'Ellipse-N a été un facteur très décisif dans le grand succès de notre voiture 2018 (1re place à l'autocross au Royaume-Uni, en Allemagne et en Espagne ; 1re place au classement général en Australie). » | Alexandre K., Dynamique véhicule, équipe TU FAST
TUfast à la Formula Student Electric
La Formula SAE a été fondée en 1979 par des professeurs aux États-Unis, avant d'arriver en Europe en 1999. Ce projet vise à permettre aux étudiants de se dépasser, de tester leurs compétences et d'apprendre à collaborer en équipe sur un projet d'envergure.
La compétition a accueilli la catégorie électrique il y a quelques années et TUfast participe avec sa voiture électrique nommée « eb018 », qui intègre l'Ellipse2-N, un système de navigation inertielle miniature de SBG Systems.
Dynamique du véhicule
L'INS GNSS Ellipse-N a été installé à bord de l'eb018. L'IMU et la vitesse GPS constituent les sources principales du filtre utilisé par l'équipe pour estimer l'état du véhicule (vitesse, angle de dérive, accélérations longitudinale et transversale [X et Y], ainsi que vitesse de lacet).
Cet état a ensuite été comparé à un état consigne afin de commander chaque moteur. L'Ellipse-N a ainsi joué un rôle déterminant dans les excellents résultats de la saison 2018 de TUfast (1re place en autocross au Royaume-Uni, en Allemagne et en Espagne ; 1re place au classement général en Australie).
Analyse des pneus
Les positions GPS ont été largement exploitées pour l'analyse. L'équipe a généré de nombreuses cartes afin de comprendre plus intuitivement tous les phénomènes influençant les performances d'eb018. La carte de trajectoire ci-dessous constitue un exemple très instructif. Elle illustre un facteur de correction interne au sein de notre filtre de Kalman.
Nous y apprenons que notre modèle de pneu surestime les forces longitudinales des pneus (bleu/vert dans les lignes droites) et présente une estimation plutôt correcte des forces latérales (orange/jaune dans les virages).
Utilisation de l'Ellipse-N dans la voiture de 2019
Travailler avec l'Ellipse et son logiciel a été un réel plaisir, et leur configuration est simple. La documentation contient tout ce dont nous avions besoin pour démarrer et développer l'interface avec notre système.
Les données fournies par l'Ellipse sont précises et ont parfois montré moins de 10 cm d'erreur sur des trajets de plus d'1 km. Nous sommes très satisfaits de ce produit, explique Alexandre Kopp, responsable de la dynamique du véhicule au sein de l'équipe TUfast.
Sur l'eb019, nous exploiterons encore davantage le potentiel de l'Ellipse2-N. Nous utiliserons 2 filtres de Kalman : un pour l'état principal (comme sur l'eb018) et un second pour filtrer les capteurs et les données transmises au modèle physique du filtre principal.
Le filtre principal sera également amélioré avec une estimation de la position et du cap. L'Ellipse2-N demeure ainsi le capteur le plus important de notre voiture pour l'estimation d'état. Son filtre de Kalman intégré sera particulièrement utile sur l'eb019 grâce à des estimations précises des angles de roulis, de tangage et de lacet.
Ces trois éléments sont indispensables aux calculs des forces aérodynamiques.
Ellipse-N
L'Ellipse-N est un système de navigation inertielle (INS) RTK compact et haute performance, doté d'un récepteur GNSS bi-bande à quatre constellations intégré. Il fournit le roulis, le tangage, le cap et le pilonnement, ainsi qu'une position GNSS centimétrique.
Le capteur Ellipse-N est particulièrement adapté aux environnements dynamiques et aux conditions GNSS difficiles, mais peut également fonctionner dans des applications à dynamique plus faible grâce à un cap magnétique.
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Bienvenue dans notre section FAQ ! Vous y trouverez les réponses aux questions les plus fréquemment posées concernant les applications que nous présentons. Si vous ne trouvez pas ce que vous cherchez, n'hésitez pas à nous contacter directement !
Qu'est-ce que le GNSS par rapport au GPS ?
Le GNSS signifie Système Mondial de Navigation par Satellite et le GPS signifie Système de Positionnement Global. Ces termes sont souvent employés indifféremment, mais ils désignent des concepts distincts au sein des systèmes de navigation par satellite.
Le GNSS est un terme générique désignant l'ensemble des systèmes de navigation par satellite, tandis que le GPS fait spécifiquement référence au système américain. Il inclut plusieurs systèmes qui offrent une couverture mondiale plus complète, alors que le GPS n'est qu'un de ces systèmes.
Vous bénéficiez d'une précision et d'une fiabilité accrues avec le GNSS grâce à l'intégration de données provenant de plusieurs systèmes, tandis que le GPS seul peut présenter des limites en fonction de la disponibilité des satellites et des conditions environnementales.
Quelle est la différence entre un AHRS et un INS ?
La principale différence entre une Centrale d'Attitude et de Cap (AHRS) et un Système de Navigation Inertielle (INS) réside dans leur fonctionnalité et dans l'étendue des données qu'ils fournissent.
Un AHRS fournit des informations d'orientation, plus précisément l'attitude (tangage, roulis) et le cap (yaw) d'un véhicule ou d'un dispositif. Il utilise généralement une combinaison de capteurs, incluant des gyroscopes, des accéléromètres et des magnétomètres, pour calculer et stabiliser l'orientation. L'AHRS délivre la position angulaire sur trois axes (tangage, roulis et lacet), permettant à un système de comprendre son orientation dans l'espace. Il est souvent utilisé dans l'aviation, les drones, la robotique et les systèmes marins pour fournir des données précises d'attitude et de cap, indispensables au contrôle et à la stabilisation des véhicules.
Un INS fournit non seulement des données d'orientation (comme un AHRS), mais suit également la position, la vitesse et l'accélération d'un véhicule au fil du temps. Il utilise des capteurs inertiels pour estimer le mouvement dans un espace tridimensionnel sans dépendre de références externes telles que le GNSS. Il combine les capteurs présents dans un AHRS (gyroscopes, accéléromètres) mais peut également intégrer des algorithmes plus avancés pour le suivi de la position et de la vitesse, en se couplant souvent à des données externes comme le GNSS pour une précision accrue.
En résumé, l'AHRS se concentre sur l'orientation (attitude et cap), tandis que l'INS fournit un ensemble complet de données de navigation, incluant la position, la vitesse et l'orientation.
Quelle est la différence entre IMU et INS ?
La différence entre une Unité de Mesure Inertielle (IMU) et un Système de Navigation Inertielle (INS) réside dans leur fonctionnalité et leur complexité.
Une IMU (unité de mesure inertielle) fournit des données brutes sur l'accélération linéaire et la vitesse angulaire du véhicule, mesurées par des accéléromètres et des gyroscopes. Elle transmet des informations sur le roulis, le tangage, le lacet et le mouvement, mais ne calcule ni la position ni les données de navigation. L'IMU est spécifiquement conçue pour relayer les données essentielles relatives au mouvement et à l'orientation afin qu'elles soient traitées en externe pour déterminer la position ou la vitesse.
D'autre part, un INS (système de navigation inertielle) combine les données d'une IMU avec des algorithmes avancés pour calculer la position, la vitesse et l'orientation d'un véhicule au fil du temps. Il intègre des algorithmes de navigation tels que le filtrage de Kalman pour la fusion et l'intégration de capteurs. Un INS fournit des données de navigation en temps réel, incluant la position, la vitesse et l'orientation, sans dépendre de systèmes de positionnement externes tels que le GNSS.
Ce système de navigation est généralement utilisé dans des applications qui nécessitent des solutions de navigation complètes, en particulier dans les environnements où le GNSS est absent, tels que les drones militaires, les navires et les sous-marins.
L'INS accepte-t-elle les données de capteurs d'aide extérieurs ?
Les systèmes de navigation inertielle de notre entreprise acceptent les données de capteurs d'aide externes, tels que les sondes anémobarométriques, les magnétomètres, les locs photomètres, les DVL et autres.
Cette intégration rend l'INS extrêmement polyvalent et fiable, en particulier dans les environnements où le GNSS est indisponible.
Ces capteurs externes améliorent les performances globales et la précision de l'INS en fournissant des données complémentaires.
