Formula Student : le rôle crucial de l'IMU/GNSS
Plusieurs équipes de véhicules électriques et autonomes ont équipé leurs voitures de course avec notre IMU/GNSS Ellipse 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 formule. La compétition comprend 3 catégories : voitures électriques, sans conducteur et à combustion.
Les participants de la Formula Student doivent non seulement construire la voiture de course la plus rapide, mais également 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 diverses équipes d'ingénieurs utilisant notre centrale de mesure inertielle (IMU) combinée au système mondial de navigation par satellite (GNSS) pour 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 décisives sur l'état de la voiture, telles que la position, la vitesse, le taux de lacet, l'angle de glissement, l'accélération et l'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 la 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). »
De cette façon, 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. Si la voiture accélère trop, elle peut déraper, ce qui entraîne l'usure des pneus. Pour minimiser l'usure des pneus et tirer le meilleur parti de la puissance et des performances du moteur, l'accélération doit être contrôlée.
Il est essentiel de suivre la trajectoire de la voiture de course. Une analyse du circuit est effectuée grâce aux données IMU/GNSS, en particulier la position, et permet de déterminer si la voiture est bien positionnée à l'intérieur du 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 sans pilote : Tirer le meilleur 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 une 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 d'UPC Driverless (ETSEIB) explique que le cap et la localisation sont essentiels au bon fonctionnement des autres éléments de l'équipement : “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.
Un cap précis est donc une exigence importante. De même que la localisation et la cartographie : il est très important de se localiser en X, Y.” Par conséquent, la mise en œuvre d'un double 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 qu'une 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 garantir 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 de test, 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 pour 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 un temps considérable 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 une double antenne et un GNSS RTK double fréquence, compatible avec notre logiciel de post-traitement Qinertia.
Conçu pour les applications robotiques et géospatiales, il peut fusionner les données d'odomètre avec les impulsions ou le 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 ?
GNSS signifie Global Navigation Satellite System et GPS pour Global Positioning System. Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils font référence à des concepts différents au sein des systèmes de navigation par satellite.
GNSS est un terme générique désignant tous les systèmes de navigation par satellite, tandis que GPS fait spécifiquement référence au système américain. Il comprend plusieurs systèmes qui offrent une couverture mondiale plus complète, tandis que GPS n'est qu'un de ces systèmes.
Le GNSS améliore la précision et la fiabilité grâce à l’intégration de données provenant de plusieurs systèmes, alors que le GPS seul peut avoir des limitations 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 un système de référence d'attitude et de cap (AHRS) et un système de navigation inertielle (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 au fil du 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 trouvés dans AHRS (gyroscopes, accéléromètres) mais peut également inclure des algorithmes plus avancés pour le suivi de la position et de la vitesse, intégrant souvent 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 centrale de mesure inertielle (IMU) et un système de navigation inertielle (INS) réside dans leur fonctionnalité et leur complexité.
Une IMU (centrale 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 la position ni les données de navigation. L'IMU est spécifiquement conçue pour relayer des données essentielles sur le mouvement et l'orientation pour un traitement externe afin de déterminer la position ou la vitesse.
D'autre part, un INS (système de navigation inertielle) combine les données 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 comme le filtrage de Kalman pour la fusion et l'intégration des capteurs. Un INS fournit des données de navigation en temps réel, y compris la position, la vitesse et l'orientation, sans dépendre de systèmes de positionnement externes comme le GNSS.
Ce système de navigation est généralement utilisé dans les applications qui nécessitent des solutions de navigation complètes, en particulier dans les environnements où le GNSS est inaccessible, tels que les UAV 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 extrêmement 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.