Formula Student: il ruolo cruciale dell'IMU
Diversi team elettrici e driverless hanno equipaggiato le loro auto da corsa con il nostro Ellipse IMU durante la competizione di Formula Student.
Il sensore Ellipse-D ha soddisfatto tutte le nostre esigenze e ne siamo molto soddisfatti. Il GNSS è molto stabile e anche il filtro di Kalman è soddisfacente. | Daniel K., Squadra elettrica AMZ Racing
La Formula Student è una competizione internazionale di ingegneria educativa in cui squadre di studenti di tutto il mondo progettano, costruiscono e gareggiano con le loro auto da corsa di formula. La competizione comprende 3 categorie: Auto elettriche, senza conducente e a combustione.
I partecipanti alla Formula Student non devono solo costruire l'auto da corsa più veloce, ma anche eccellere nella resistenza, nell'accelerazione e nelle prestazioni di pattinamento.
In qualità di esperti di sistemi di navigazione inerziale e partner di diversi team, abbiamo intervistato diversi team di ingegneri che utilizzano la nostra unità di misura inerzialeIMU) combinata con il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) per capire quali sono gli elementi chiave del successo.
L'importanza dell'IMU per una dinamica precisa dell'automobile
L'IMU fornisce informazioni decisive sullo stato della vettura, come posizione, velocità, imbardata, angolo di slittamento, accelerazione e orientamento alle vetture dei team in gara, come ha dichiarato D. Kiesewalter, di AMZ Racing:
"Abbiamo richiesto un IMU per diversi motivi. Avevamo anche bisogno di un controllo dinamico efficiente e di una determinazione affidabile e accurata degli angoli di Eulero (rollio, beccheggio e direzione)".
In questo modo, gli ingegneri di auto elettriche e a combustibile possono capire cosa migliorare confrontando lo stato reale con quello teorico.
Criteri di dinamica delle vetture di Formula Student
La padronanza dell'accelerazione è fondamentale nelle gare di Formula. Quando l'auto accelera troppo, può derapare, causando l'usura delle ruote. Per ridurre al minimo l'usura degli pneumatici e sfruttare al massimo la potenza e le prestazioni del motore, è necessario controllare l'accelerazione.
Tracciare la traiettoria dell'auto da corsa è essenziale. Un'analisi del circuito viene condotta grazie ai dati IMU, in particolare della posizione, e aiuta a determinare se l'auto è ben 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 veloce in pista rispetto agli altri team. La velocità è quindi un fattore cruciale da studiare, grazie all'IMU. Ma è ancora più importante per le auto da corsa elettriche, poiché devono tenere traccia dell'energia consumata.
Auto da corsa senza conducente: Sfruttare il meglio della rotta e della navigazione dall'IMU
Le auto da corsa possono utilizzare il GPS a singola antenna per la direzione, ma i veicoli senza conducente si affidano a IMU a doppia antenna per una direzione precisa. Ciò consente un'inizializzazione più rapida e fornisce una direzione reale anche in posizione stazionaria.
J. Liberal Huarte di UPC Driverless (ETSEIB) spiega che la direzione e la localizzazione sono essenziali per il corretto funzionamento di altre parti dell'apparecchiatura: "Quando operiamo con le tecnologie LiDAR, il fatto di essere diretti di un grado da una parte o dall'altra influenza molto la posizione".
Quindi, la direzione precisa è un requisito importante. Inoltre, la localizzazione e la mappatura: è molto importante localizzarsi in X e Y". Pertanto, l'implementazione di un doppio IMU in questo tipo di auto da corsa è la soluzione migliore, in quanto fornisce una direzione e una posizione reali, che aiutano anche a stabilizzare il LiDAR.
La direzione è importante quanto la navigazione precisa per le auto da corsa senza conducente. La cinematica in tempo reale (RTK) consente una stima estremamente accurata della posizione (1-2 cm). Più l'IMU è preciso, più l'auto è in grado di rimanere nella corsia del circuito senza derapare.
L'IMU analizza il circuito per garantire il posizionamento ottimale dell'auto e l'ottimizzazione della traiettoria.
Meno tempo di implementazione = più tempo per l'intero progetto
"Abbiamo un tempo di prova molto ridotto, quindi se va veloce, possiamo andare più veloce in pista e fare più prove", 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 il framework CAN e ROS sono utilizzati principalmente dagli ingegneri automobilistici, l'IMU che può far parte di questi flussi di lavoro può far risparmiare molto tempo allo sviluppo.
Una libreria C pulita e corredata di esempi è un altro modo per aiutare i team nell'integrazione.
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Ellipse-D
Ellipse-D è un sistema di navigazione inerziale che integra un GNSS RTK a doppia antenna e doppia frequenza, compatibile con il nostro software di post-elaborazione Qinertia.
Progettato per applicazioni robotiche e geospaziali, può fondere l'ingresso Odometer con Pulse o CAN OBDII per una maggiore precisione di dead-reckoning.
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Avete domande?
Benvenuti nella nostra sezione FAQ! Qui troverete le risposte alle domande più comuni sulle applicazioni che presentiamo. Se non trovate quello che cercate, non esitate a contattarci direttamente!
Che cos'è il GNSS rispetto al GPS?
GNSS sta per Global Navigation Satellite System (sistema globale di navigazione satellitare) e GPS per Global Positioning System (sistema di posizionamento globale). Questi termini sono spesso usati in modo intercambiabile, ma si riferiscono a concetti diversi nell'ambito dei sistemi di navigazione satellitare.
GNSS è un termine collettivo per tutti i sistemi di navigazione satellitare, mentre GPS si riferisce specificamente al sistema statunitense. Include più sistemi che forniscono una copertura globale più completa, mentre il GPS è solo uno di questi sistemi.
Con il GNSS si ottiene una maggiore precisione e affidabilità, grazie all'integrazione dei dati provenienti da più sistemi, mentre il GPS da solo potrebbe avere dei limiti a seconda della disponibilità dei satelliti e delle condizioni ambientali.
Qual è la differenza tra AHRS e INS?
La differenza principale tra un sistema di riferimento per l'assetto e la direzione (AHRS) e un sistema di navigazione inerziale (INS).INS) sta nella loro funzionalità e nella portata dei dati che forniscono.
L'AHRS fornisce informazioni sull'orientamento, in particolare l'assetto (beccheggio, rollio) e la direzione (imbardata) di un veicolo o di un dispositivo. In genere utilizza una combinazione di sensori, tra cui giroscopi, accelerometri e magnetometri, per calcolare e stabilizzare l'orientamento. L'AHRS fornisce la posizione angolare su tre assi (beccheggio, rollio e imbardata), consentendo a un sistema di comprendere il proprio orientamento nello spazio. Viene spesso utilizzato nell'aviazione, negli UAV, nella robotica e nei sistemi marini per fornire dati precisi sull'assetto e sulla direzione, fondamentali per il controllo e la stabilizzazione del veicolo.
Un INS non solo fornisce dati sull'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 affidarsi a riferimenti esterni come il GNSS. Combina i sensori presenti negli AHRS (giroscopi, accelerometri) ma può anche includere algoritmi più avanzati per il rilevamento della posizione e della velocità, spesso integrandosi con dati esterni come i GNSS per una maggiore precisione.
In sintesi, l'AHRS si concentra sull'orientamento (assetto e direzione), mentre l'INS fornisce una serie completa di dati di navigazione, tra cui posizione, velocità e orientamento.
Qual è la differenza tra IMU e INS?
La differenza tra un'unità di misura inerzialeIMU) e un sistema di navigazione inerziale (INS) sta nella loro funzionalità e complessità.
Un'unità di misura inerziale ( IMU ) fornisce dati grezzi sull'accelerazione lineare e sulla velocità angolare del veicolo, misurati da accelerometri e giroscopi. Fornisce informazioni su rollio, beccheggio, imbardata e movimento, ma non calcola la posizione o i dati di navigazione. L'IMU è specificamente progettato per trasmettere i dati essenziali sul movimento e l'orientamento all'elaborazione esterna per determinare la posizione o la velocità.
D'altra parte, un INS (sistema di navigazione inerziale) combina IMU con algoritmi avanzati per calcolare la posizione, la velocità e l'orientamento del veicolo nel tempo. Incorpora algoritmi di navigazione come il filtraggio di Kalman per la fusione e l'integrazione dei sensori. Un sistema INS fornisce dati di navigazione in tempo reale, tra cui posizione, velocità e orientamento, senza dipendere da 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 in cui il GNSS è negato, come UAV militari, navi e sottomarini.
L INS accetta input da sensori di aiuto esterni?
I sistemi di navigazione inerziale della nostra azienda accettano input da sensori esterni di supporto, come sensori di dati aerei, magnetometri, odometri, DVL e altri.
Questa integrazione rende l'INS altamente versatile e affidabile, soprattutto in ambienti privi di GNSS.
Questi sensori esterni migliorano le prestazioni complessive e la precisione dell'INS fornendo dati complementari.