Formula Student: il ruolo cruciale dell'IMU/GNSS
Diversi team di auto elettriche e a guida autonoma hanno equipaggiato le loro auto da corsa con la nostra Ellipse IMU/GNSS durante la competizione Formula Student.
Il sensore Ellipse-D ha soddisfatto tutte le nostre esigenze e ne siamo molto soddisfatti. Il GNSS è molto stabile, anche il filtro di Kalman è soddisfacente. | Daniel K., AMZ Racing Electric Team
La Formula Student è una competizione ingegneristica educativa internazionale in cui team di studenti provenienti da tutto il mondo progettano, costruiscono e fanno correre le proprie auto da corsa di Formula. La competizione comprende 3 categorie: auto elettriche, a guida autonoma e a combustione.
I partecipanti alla Formula Student non devono solo costruire l'auto da corsa più veloce, ma anche eccellere in resistenza, accelerazione e prestazioni sullo skid pad.
In qualità di esperti di sistemi di navigazione inerziale e partner di diversi team, abbiamo intervistato vari team di ingegneri che utilizzano la nostra unità di misura inerziale (IMU) combinata con il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) per capire quali sono gli elementi chiave per il successo.
L'importanza dell'IMU/GNSS per una dinamica precisa dell'auto
L'IMU/GNSS fornisce informazioni decisive sullo stato dell'auto, quali posizione, velocità, velocità di imbardata, angolo di deriva, accelerazione e orientamento, alle auto dei team in gara, come affermato da D. Kiesewalter, di AMZ Racing:
“Abbiamo richiesto un'IMU per diverse ragioni. Principalmente per determinare lo stato di posizione della nostra auto. Avevamo anche bisogno di un controllo dinamico efficiente e di una determinazione affidabile e precisa degli Angoli di Eulero (rollio, beccheggio e imbardata).”
In questo modo, gli ingegneri di auto elettriche e a combustione possono capire cosa migliorare confrontando lo stato attuale con quello teorico.
Criteri di dinamica dell'auto di Formula Student
Il controllo dell'accelerazione è fondamentale nelle gare di Formula. Quando l'auto accelera eccessivamente, può derapare, causando l'usura degli pneumatici. Per minimizzare l'usura degli pneumatici e sfruttare al massimo la potenza e le prestazioni del motore, è necessario monitorare l'accelerazione.
Il tracciamento della traiettoria dell'auto da corsa è essenziale. Un'analisi del circuito viene condotta grazie ai dati IMU/GNSS, in particolare la posizione, e aiuta a determinare se l'auto è correttamente posizionata all'interno del circuito o in curva.
Non dimentichiamo che la Formula Student è una gara. Uno degli obiettivi della competizione è andare più veloci in pista rispetto agli altri team. La velocità è quindi un fattore cruciale da studiare, grazie all'IMU/GNSS. Ma è ancora più importante per le auto da corsa elettriche, poiché devono tenere traccia dell'energia consumata.
Auto da corsa a guida autonoma: il meglio di Heading e navigazione dall'IMU/GNSS
Le auto da corsa possono utilizzare il GPS a singola antenna per l'heading, ma i veicoli a guida autonoma si affidano all'IMU/GNSS a doppia antenna per un heading preciso. Ciò consente un'inizializzazione più rapida e fornisce un heading reale anche in posizione statica.
J. Liberal Huarte di UPC Driverless (ETSEIB) spiega che l'heading e la localizzazione sono essenziali affinché altre parti dell'attrezzatura funzionino correttamente: “Quando operiamo con le tecnologie LiDAR, il fatto che tu sia diretto di 1 grado da una parte o dall'altra influenza molto la posizione.
Quindi, un heading preciso è un grande requisito. E anche la localizzazione e la mappatura: è molto importante localizzarsi in X, Y.” Pertanto, l'implementazione di un Dual GNSS/IMU in questo tipo di auto da corsa è la soluzione migliore, in quanto fornisce heading e posizione reali, il che aiuta anche a stabilizzare il LiDAR.
L'heading è importante quanto la navigazione precisa per le auto da corsa a guida autonoma. La cinematica in tempo reale (RTK) consente una stima estremamente accurata della posizione (1-2 cm). Più l'IMU/GNSS è preciso, più l'auto è in grado di rimanere nella corsia del circuito senza andare alla deriva.
L'IMU/GNSS analizza il circuito per garantire un posizionamento ottimale dell'auto e l'ottimizzazione della traiettoria.
Meno tempo di implementazione = più tempo per l'intero progetto
“Abbiamo tempi di test molto brevi, quindi se va veloce, possiamo andare più veloci in pista e testare di più”, afferma A. Kopp, Vehicle Dynamics Control, TUfast Racing.
I team non hanno molto tempo per integrare le diverse parti del veicolo e per testarle. Poiché i framework CAN e ROS sono utilizzati principalmente dagli ingegneri automobilistici, l'IMU/GNSS che può far parte di tali flussi di lavoro può far risparmiare un'enorme quantità di tempo di sviluppo.
Una libreria C pulita fornita con esempi è un altro modo per aiutare i team con la loro integrazione.
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Ellipse-D
L'Ellipse-D è un sistema di navigazione inerziale che integra una doppia antenna e un GNSS RTK a doppia frequenza compatibile con il nostro software di post-elaborazione Qinertia.
Progettato per applicazioni robotiche e geospaziali, può fondere l'input dell'odometro con Pulse o CAN OBDII per una maggiore accuratezza della navigazione stimata.
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Ha delle domande?
Benvenuti nella nostra sezione FAQ! Qui troverete le risposte alle domande più comuni sulle applicazioni che presentiamo. Se non trovate quello che state cercando, non esitate a contattarci direttamente!
Cos'è GNSS rispetto a GPS?
GNSS sta per Global Navigation Satellite System e GPS per Global Positioning System. Questi termini sono spesso usati in modo intercambiabile, ma si riferiscono a concetti diversi all'interno dei sistemi di navigazione satellitare.
GNSS è un termine collettivo per tutti i sistemi di navigazione satellitare, mentre il GPS si riferisce specificamente al sistema statunitense. Include diversi sistemi che forniscono una copertura globale più completa, mentre il GPS è solo uno di questi sistemi.
Si ottiene una maggiore accuratezza e affidabilità con GNSS, integrando i dati provenienti da più sistemi, mentre il solo GPS potrebbe avere delle limitazioni a seconda della disponibilità dei satelliti e delle condizioni ambientali.
Qual è la differenza tra AHRS e INS?
La principale differenza tra un Attitude and Heading Reference System (AHRS) e un Inertial Navigation System (INS) risiede nella loro funzionalità e nella portata dei dati che forniscono.
AHRS fornisce informazioni sull'orientamento, in particolare, l'assetto (beccheggio, rollio) e l'heading (imbardata) di un veicolo o dispositivo. In genere utilizza una combinazione di sensori, tra cui giroscopi, accelerometri e magnetometri, per calcolare e stabilizzare l'orientamento. L'AHRS restituisce la posizione angolare su tre assi (beccheggio, rollio e imbardata), consentendo a un sistema di comprendere il proprio orientamento nello spazio. Viene spesso utilizzato in aviazione, UAV, robotica e sistemi marini per fornire dati accurati di assetto e heading, fondamentali per il controllo e la stabilizzazione del veicolo.
Un INS non solo fornisce dati di orientamento (come un AHRS) ma traccia anche la posizione, la velocità e l'accelerazione di un veicolo nel tempo. Utilizza sensori inerziali per stimare il movimento nello spazio 3D senza fare affidamento su riferimenti esterni come il GNSS. Combina i sensori presenti negli AHRS (giroscopi, accelerometri) ma può anche includere algoritmi più avanzati per il tracciamento di posizione e velocità, spesso integrandosi con dati esterni come il GNSS per una maggiore precisione.
In sintesi, l'AHRS si concentra sull'orientamento (assetto e prua), mentre l'INS fornisce una suite completa di dati di navigazione, inclusi posizione, velocità e orientamento.
Qual è la differenza tra IMU e INS?
La differenza tra un'Unità di Misura Inerziale (IMU) e un Sistema di Navigazione Inerziale (INS) risiede nella loro funzionalità e complessità.
Un'IMU (unità di misura inerziale) fornisce dati grezzi sull'accelerazione lineare e la velocità angolare del veicolo, misurate da accelerometri e giroscopi. Fornisce informazioni su rollio, beccheggio, imbardata e movimento, ma non calcola dati di posizione o navigazione. L'IMU è specificamente progettata per trasmettere dati essenziali su movimento e orientamento per l'elaborazione esterna al fine di determinare posizione o velocità.
D'altra parte, un INS (sistema di navigazione inerziale) combina i dati dell'IMU con algoritmi avanzati per calcolare la posizione, la velocità e l'orientamento di un veicolo nel tempo. Incorpora algoritmi di navigazione come il filtro di Kalman per la fusione e l'integrazione dei sensori. Un INS fornisce dati di navigazione in tempo reale, inclusi posizione, velocità e orientamento, senza fare affidamento su sistemi di posizionamento esterni come il GNSS.
Questo sistema di navigazione è tipicamente utilizzato in applicazioni che richiedono soluzioni di navigazione complete, in particolare in ambienti privi di GNSS, come UAV militari, navi e sottomarini.
L'INS accetta input da sensori di ausilio esterni?
I sistemi di navigazione inerziale della nostra azienda accettano input da sensori di ausilio esterni, come sensori di dati aerei, magnetometri, odometri, DVL e altri.
Questa integrazione rende l'INS altamente versatile e affidabile, specialmente in ambienti privi di GNSS.
Questi sensori esterni migliorano le prestazioni complessive e la precisione dell'INS fornendo dati complementari.
