Formula Student : le rôle crucial de l'IMU/GNSS
Plusieurs équipes de véhicules électriques et autonomes ont équipé leurs voitures de course avec nos Ellipse IMU/GNSS lors de la compétition Formula Student.
Le capteur Ellipse-D a répondu à tous nos besoins et nous en sommes très satisfaits. Le GNSS est très stable, le filtre de Kalman également satisfaisant. | Daniel K., AMZ Racing Electric Team
La Formula Student est une compétition internationale d'ingénierie éducative dans laquelle des équipes d'étudiants du monde entier conçoivent, construisent et font courir leurs propres voitures de course de type Formule. La compétition comprend 3 catégories : voitures électriques, autonomes et à combustion.
Les participants de la Formula Student ne doivent pas seulement construire la voiture de course la plus rapide, mais aussi exceller en endurance, en accélération et en performance sur piste de dérapage.
En tant qu'expert en systèmes de navigation inertielle et partenaire de plusieurs équipes, nous avons interrogé différentes équipes d'ingénieurs utilisant notre centrale de mesure inertielle (IMU) combinée au système mondial de navigation par satellite (GNSS) afin de comprendre quels sont les éléments clés du succès.
L'importance de l'IMU/GNSS pour une dynamique automobile précise
L'IMU/GNSS fournit des informations cruciales sur l'état du véhicule (position, vitesse, taux de lacet, angle de dérapage, accélération et orientation) aux voitures des équipes concurrentes, comme l'a déclaré D. Kiesewalter, d'AMZ Racing :
“Nous avions besoin d'une IMU pour plusieurs raisons. Principalement pour déterminer l'état de position de notre voiture. Nous avions également besoin d'un contrôle dynamique efficace et d'une détermination fiable et précise des angles d'Euler (roulis, tangage et cap).”
Ainsi, les ingénieurs des voitures électriques et à combustion peuvent comprendre ce qu'il faut améliorer en comparant l'état réel à l'état théorique.
Critères de dynamique des voitures Formula Student
La maîtrise de l'accélération est primordiale lors des courses de Formule. Lorsque la voiture accélère trop, elle peut déraper, ce qui entraîne une usure des pneus. Pour minimiser l'usure des pneus et exploiter au maximum la puissance et les performances du moteur, l'accélération doit être contrôlée.
Le suivi de la trajectoire de la voiture de course est essentiel. Une analyse du circuit est réalisée grâce aux données IMU/GNSS, notamment la position, et permet de déterminer si la voiture est bien positionnée sur le circuit ou dans les virages.
N'oublions pas que la Formula Student est une course. L'un des objectifs de la compétition est d'aller plus vite sur la piste que les autres équipes. La vitesse est donc un facteur crucial à étudier, grâce à l'IMU/GNSS. Mais c'est encore plus important pour les voitures de course électriques, car elles doivent suivre l'énergie consommée.
Voitures de course autonomes : Tirer le meilleur parti du cap et de la navigation de l'IMU/GNSS
Les voitures de course peuvent utiliser un GPS à antenne unique pour le cap, mais les véhicules autonomes s'appuient sur un IMU/GNSS à double antenne pour un cap précis. Cela permet une initialisation plus rapide et fournit un cap réel même en position stationnaire.
J. Liberal Huarte de UPC Driverless (ETSEIB) explique que le cap et la localisation sont essentiels pour que les autres parties de l'équipement fonctionnent correctement : “Lorsque nous utilisons les technologies LiDAR, le fait d'être orienté d'un degré d'un côté ou de l'autre influence beaucoup la position.
Ainsi, un cap précis est une exigence importante. Et aussi, la localisation et la cartographie : il est très important de se localiser en X, Y.” Par conséquent, la mise en œuvre d'un Dual GNSS/IMU dans ce type de voiture de course est la meilleure solution, car il fournit un cap et une position réels, ce qui contribue également à stabiliser le LiDAR.
Le cap est aussi important que la navigation précise pour les voitures de course autonomes. La cinématique en temps réel (RTK) permet une estimation extrêmement précise de la position (1 à 2 cm). Plus l'IMU/GNSS est précis, plus la voiture est capable de rester dans la voie du circuit sans dériver.
L'IMU/GNSS analyse le circuit pour assurer un positionnement optimal de la voiture et une optimisation de la trajectoire.
Moins de temps d'implémentation = plus de temps pour l'ensemble du projet
“Nous avons très peu de temps d'essai, donc si ça va vite, nous pouvons aller plus vite sur la piste et tester davantage”, déclare A. Kopp, Vehicle Dynamics Control, TUfast Racing.
Les équipes n'ont pas beaucoup de temps pour intégrer les différentes parties du véhicule et les tester. Comme les frameworks CAN et ROS sont principalement utilisés par les ingénieurs automobiles, les IMU/GNSS qui peuvent faire partie de ces flux de travail peuvent faire gagner énormément de temps de développement.
Une bibliothèque C propre fournie avec des exemples est une autre façon d'aider les équipes dans leur intégration.
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Ellipse-D
L'Ellipse-D est un système de navigation inertielle intégrant un GNSS RTK bi-fréquence à double antenne compatible avec notre logiciel de post-traitement Qinertia.
Conçu pour les applications robotiques et géospatiales, il peut fusionner l'entrée odomètre avec Pulse ou CAN OBDII pour une précision accrue de la navigation à l'estime.
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Bienvenue dans notre section FAQ ! Vous trouverez ici les réponses aux questions les plus fréquemment posées sur les applications que nous présentons. Si vous ne trouvez pas ce que vous cherchez, n'hésitez pas à nous contacter directement !
Quelle est la différence entre GNSS et 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 GNSS, en intégrant les données de plusieurs systèmes, alors que GPS seul peut avoir des limitations en fonction de la disponibilité des satellites et des conditions environnementales.
Quelle est la différence entre AHRS et INS ?
La principale différence entre un Attitude and Heading Reference System (AHRS) et un Inertial Navigation System (INS) réside dans leur fonctionnalité et l'étendue des données qu'ils fournissent.
Un AHRS fournit des informations d'orientation, en particulier l'attitude (tangage, roulis) et le cap (lacet) d'un véhicule ou d'un appareil. Il utilise généralement une combinaison de capteurs, notamment des gyroscopes, des accéléromètres et des magnétomètres, pour calculer et stabiliser l'orientation. L'AHRS fournit la position angulaire sur trois axes (tangage, roulis et lacet), ce qui permet à un système de comprendre son orientation dans l'espace. Il est souvent utilisé dans l'aviation, les UAV, la robotique et les systèmes marins pour fournir des données d'attitude et de cap précises, ce qui est essentiel pour le contrôle et la stabilisation du véhicule.
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 dans le temps. Il utilise des capteurs inertiels pour estimer le mouvement dans l'espace 3D sans dépendre de références externes comme le GNSS. Il combine les capteurs présents dans les AHRS (gyroscopes, accéléromètres) mais peut également inclure des algorithmes plus avancés pour le suivi de la position et de la vitesse, souvent en s'intégrant 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 une suite complète de données de navigation, y compris la position, la vitesse et l'orientation.
Quelle est la différence entre une IMU et un 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 fournit des informations sur le roulis, le tangage, le lacet et le mouvement, mais ne calcule pas les données de position ou de navigation. IMU spécialement conçue pour transmettre des données essentielles sur le mouvement et l'orientation à des fins de traitement externe afin de déterminer la position ou la vitesse.
D'autre part, un INS système de navigation inertielle) combine 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 des capteurs. Un INS des données de navigation en temps réel, notamment la position, la vitesse et l'orientation, sans dépendre de systèmes de positionnement externes tels que GNSS.
Ce système de navigation est généralement utilisé dans des applications qui nécessitent des solutions de navigation complètes, en particulier dans des environnements GNSS, tels que les drones militaires, les navires et les sous-marins.
L'INS accepte-t-il les entrées de capteurs d'aide externes ?
Les systèmes de navigation inertielle de notre société acceptent les entrées de capteurs d'aide externes, tels que les capteurs de données aériennes, les magnétomètres, les odomètres, le DVL et autres.
Cette intégration rend l'INS très polyvalent et fiable, en particulier dans les environnements où le GNSS est inaccessible.
Ces capteurs externes améliorent les performances globales et la précision de l'INS en fournissant des données complémentaires.
