Formula Student : le rôle crucial du IMU/GNSS
Plusieurs équipes électriques et sans conducteur ont équipé leurs voitures de course de notre IMU 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 est également satisfaisant. | Daniel K., AMZ Racing Electric Team
La Formula Student est un concours international d'ingénierie éducative dans lequel des équipes d'étudiants du monde entier conçoivent, construisent et font courir leurs propres voitures de course. Le concours comprend trois catégories : Voitures électriques, voitures sans conducteur et voitures thermiques.
Les participants à la Formula Student doivent non seulement construire la voiture de course la plus rapide, mais aussi exceller en matière d'endurance, d'accélération et de performances sur les pistes 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 unité de mesure inertielle (IMU) combinée à un système de navigation globale par satellite (GNSS) afin de comprendre quels sont les éléments clés de la réussite.
L'importance du site IMU/GNSS pour une dynamique automobile précise
L'IMU fournit des informations décisives sur l'état de la voiture, telles que la position, la vitesse, la vitesse de lacet, l'angle de dérapage, l'accélération et l'orientation des voitures des équipes concurrentes, comme l'a déclaré D. Kiesewalter, d'AMZ Racing :
"Nous avions besoin d'un IMU pour plusieurs raisons. 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 combustible peuvent comprendre ce qu'il faut améliorer en comparant l'état réel à l'état théorique.
Critères de dynamique des voitures de Formula Student
La maîtrise de l'accélération est primordiale lors des courses de Formule. Lorsque la voiture accélère trop, elle peut dériver, ce qui entraîne l'usure des roues. Pour minimiser l'usure des pneus et exploiter au mieux 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 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 au 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 conducteur : Tirer le meilleur du cap et de la navigation du site IMU/GNSS
Les voitures de course peuvent utiliser un GPS à une seule antenne pour le cap, mais les véhicules sans conducteur s'appuient sur une double antenne IMU/GNSS 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 de se diriger d'un degré d'un côté ou de l'autre influence considérablement la position.
La précision du cap est donc une exigence majeure. De même, la localisation et la cartographie : il est très important de se localiser dans l'axe X, Y." C'est pourquoi 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 exacts, ce qui aide également à stabiliser le LiDAR.
Le cap est aussi important que la navigation précise pour les voitures de course sans conducteur. La cinématique en temps réel (RTK) permet une estimation extrêmement précise de la position (1-2 cm). Plus le IMU/GNSS est précis, plus la voiture est capable de rester dans la voie du circuit sans dériver.
Le IMU/GNSS analyse le circuit pour assurer le positionnement optimal de la voiture et l'optimisation de la trajectoire.
Moins de temps pour la mise en œuvre = plus de temps pour l'ensemble du projet
"Nous avons très peu de temps pour les tests, donc si le véhicule va vite, nous pouvons aller plus vite sur la piste et faire plus de tests", 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 cadres CAN et ROS sont principalement utilisés par les ingénieurs automobiles, IMU/GNSS qui peut faire partie de ces flux de travail peut 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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Les étudiants sont invités à envoyer leur demande de parrainage par l'intermédiaire de notre site web !
Ellipse-D
L'Ellipse-D est un système de navigation inertielle intégrant une double antenne et une double fréquence RTK GNSS 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 améliorer la précision de la navigation.
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Qu'est-ce que le GNSS par rapport au GPS ?
GNSS signifie Global Navigation Satellite System (système mondial de navigation par satellite) et GPS Global Positioning System (système mondial de positionnement). Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils renvoient à des concepts différents au sein des systèmes de navigation par satellite.
Le GNSS est un terme générique qui désigne tous les systèmes de navigation par satellite, tandis que le GPS se réfère spécifiquement au système américain. Il comprend plusieurs systèmes qui offrent une couverture mondiale plus complète, alors que le GPS n'est qu'un de ces systèmes.
Le GNSS permet d'améliorer la précision et la fiabilité en intégrant les données de plusieurs systèmes, alors que le GPS seul peut avoir des limites en fonction de la disponibilité des satellites et des conditions environnementales.
Le GNSS représente la catégorie plus large des systèmes de navigation par satellite, y compris le GPS et d'autres systèmes, tandis que le GPS est un GNSS spécifique développé par les États-Unis.
Quelle est la différence entre AHRS et 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.
AHRS fournit des informations sur l'orientation, en particulier l'attitude (tangage, le 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. Le site 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 drones, la robotique et les systèmes marins pour fournir des données précises sur l'attitude et le cap, ce qui est essentiel pour le contrôle et la stabilisation du véhicule.
Un site INS fournit non seulement des données d'orientation (comme un site 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 que l'on trouve sur 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 telles que le GNSS pour une plus grande précision.
En résumé, AHRS se concentre sur l'orientation (attitude et cap), tandis que INS fournit une suite complète de données de navigation, y compris 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 unité de mesure inertielle ( IMU ) 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, tangage, le lacet et le mouvement, mais ne calcule pas la position ou les données de navigation. Le site IMU est spécialement conçu pour relayer les données essentielles sur le mouvement et l'orientation en vue d'un traitement externe permettant de déterminer la position ou la vitesse.
D'autre part, un système de navigation inertielle ( INS ) combine les données de IMU avec des algorithmes avancés pour calculer la position, la vitesse et l'orientation d'un véhicule au fil du temps. Il incorpore des algorithmes de navigation tels que le filtrage de Kalman pour la fusion et l'intégration des capteurs. Un système 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 tels que le GNSS.
Ce système de navigation est généralement utilisé dans des applications qui nécessitent des solutions de navigation complètes, en particulier dans des environnements dépourvus de GNSS, tels que les drones militaires, les navires et les sous-marins.
Le site INS accepte-t-il des entrées provenant de capteurs d'aide externes ?
Les systèmes de navigation inertielle de notre société acceptent les entrées des capteurs d'aide externes, tels que les capteurs de données aériennes, les magnétomètres, les odomètres, les DVL et autres.
Cette intégration rend le site INS très polyvalent et fiable, en particulier dans les environnements dépourvus de GNSS.
Ces capteurs externes améliorent les performances globales et la précision du site INS en fournissant des données complémentaires.
