Formula Student電動レーシングカー
TUfastチームは、ダイナミクス分析のために、Ellipse-N小型INS/GNSSを電気レーシングカーに搭載します。
“Ellipse-Nは、2018年の非常に成功した車（英国、ドイツ、スペインのオートクロスで1位、オーストラリアで総合1位）において、非常に決定的な要素でした。” | Alexandre K.、Vehicle Dynamics TU FAST Team
Formula Student ElectricでのTUfast
Formula SAEは、1979年に米国の教授陣によって設立され、1999年にヨーロッパに上陸しました。このプロジェクトは、学生たちが自らに挑戦し、能力を試し、チームで大規模なプロジェクトに取り組む方法を学ぶことを目的としています。
この競技会では数年前に電気自動車部門が歓迎され、TUfastはSBG Systemsの小型慣性航法システムであるEllipse2-Nを搭載した電気自動車「eb018」で参戦しています。
車両ダイナミクス
Ellipse-N INS/GNSSはeb018に搭載されています。IMUとGPSの速度は、チームが車両の状態（速度、スリップ角、X軸とY軸の加速度、ヨーレート）を推定するために使用したフィルターの主なソースです。
この状態は、各モーターのコマンドを生成するために、目的の状態と比較されています。したがって、Ellipse2-Nは、TUfastの非常に成功した2018年の車（英国、ドイツ、スペインのオートクロスで1位、オーストラリアで総合1位）において非常に決定的な要素でした。
タイヤ分析
GPSの位置は、分析に広く使用されました。チームは、eb018のパフォーマンスに影響を与えるすべての現象をより直感的に理解するために、多くのマップを生成しました。非常に洞察に満ちた例は、下のトラックマップです。これは、カルマンフィルターの内部補正係数を示しています。
このデータから、当社のタイヤモデルは縦方向のタイヤ力を過大評価し（直線での青色/緑色）、横方向の力はかなり良好に推定している（コーナーでのオレンジ色/黄色）ことがわかります。
2019年の自動車における Ellipse-N の使用
Ellipseとそのソフトウェアは非常に扱いやすく、設定も容易でした。ドキュメントには、私たちが開始し、私たちのシステムとのインターフェースを開発するために必要なものがすべて含まれています。
Ellipseによって提供されるデータは正確で、1km以上のトリップで10cm未満の誤差を示したこともあります。私たちはこの製品に非常に満足しています、とTUfast Teamの車両ダイナミクス担当のアレクサンドル・コップは説明します。
eb019では、Ellipse2-Nの可能性をさらに活用します。メインの状態（eb018と同様）のために1つ、メインフィルターの物理モデルに供給されるセンサーとデータをフィルタリングするために2つ目のカルマンフィルターを使用します。
メインフィルターも、位置と方位の推定で改善されます。したがって、Ellipse2-Nは、状態推定において、当社の自動車にとって最も重要なセンサーであり続けます。その統合されたカルマンフィルターは、ロール角、ピッチ角、ヨー角の正確な推定により、eb019で特に役立ちます。
これら3つは、空力計算に必要です。
Ellipse-N
Ellipse-Nは、デュアルバンド、クワッドコンステレーションGNSS受信機を統合した、コンパクトで高性能なRTK慣性航法システム（INS）です。ロール、ピッチ、方位、およびヒーブ、ならびにセンチメートル単位のGNSS位置を提供します。
Ellipse-Nセンサーは、動的な環境や過酷なGNSS条件に最適ですが、磁気方位を使用して、より低い動的アプリケーションでも動作できます。
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GNSS と GPS の違いとは？
GNSS は Global Navigation Satellite System（全球測位衛星システム）の略で、GPS は Global Positioning System（全地球測位システム）の略です。これらの用語はしばしば同じ意味で使用されますが、衛星ベースのナビゲーションシステム内の異なる概念を指します。
GNSS はすべての衛星ナビゲーションシステムの総称であり、GPS は米国のシステムを指します。GNSS には、より包括的なグローバルカバレッジを提供する複数のシステムが含まれており、GPS はそれらのシステムの 1 つにすぎません。
GNSSを使用すると、複数のシステムからのデータを統合することで、精度と信頼性が向上します。GPS単独では、衛星の利用可能性や環境条件によっては制限がある場合があります。
AHRS と INS の違いは何ですか？
姿勢方位基準システム（AHRS）と慣性航法システム（INS）の主な違いは、その機能と提供するデータの範囲にあります。
AHRS は、車両またはデバイスの姿勢（ピッチ、ロール）および方位（ヨー）に関する情報を提供します。通常、ジャイロスコープ、加速度計、磁力計などのセンサーの組み合わせを使用して、姿勢を計算および安定化します。AHRS は、3 軸（ピッチ、ロール、ヨー）の角度位置を出力し、システムが空間内での姿勢を理解できるようにします。航空、UAV、ロボット工学、および海洋システムで、正確な姿勢および方位データを提供するために使用されることが多く、これは車両の制御および安定化に不可欠です。
INS は、AHRS と同様に姿勢データを提供するだけでなく、車両の位置、速度、加速度を経時的に追跡します。慣性センサーを使用して、GNSS のような外部参照に依存せずに、3D 空間での動きを推定します。AHRS に搭載されているセンサー（ジャイロスコープ、加速度計）を組み合わせますが、位置および速度追跡のためにより高度なアルゴリズムが含まれる場合もあり、多くの場合、精度向上のために GNSS のような外部データと統合されます。
要約すると、AHRS は姿勢（姿勢と方位）に焦点を当てていますが、INS は位置、速度、姿勢を含むナビゲーションデータの完全なスイートを提供します。
IMUとINSの違いは何ですか？
慣性計測ユニット（IMU）と慣性航法システム（INS）の違いは、その機能と複雑さにあります。
IMU（慣性計測ユニット）は、加速度計とジャイロスコープで測定された、車両の線形加速度と角速度に関する生データを提供します。ロール、ピッチ、ヨー、およびモーションに関する情報を提供しますが、位置またはナビゲーションデータを計算しません。IMUは、位置または速度を決定するための外部処理のために、動きと姿勢に関する重要なデータを中継するように特別に設計されています。
一方、INS（慣性航法システム）は、IMUデータを高度なアルゴリズムと組み合わせて、車両の位置、速度、および姿勢を時間経過とともに計算します。センサーフュージョンと統合のために、カルマンフィルタリングなどのナビゲーションアルゴリズムを組み込んでいます。INSは、GNSSなどの外部測位システムに依存せずに、位置、速度、および姿勢を含むリアルタイムのナビゲーションデータを提供します。
このナビゲーションシステムは、包括的なナビゲーションソリューションを必要とするアプリケーション、特に軍用UAV、船舶、潜水艦など、GNSSが利用できない環境で一般的に使用されます。
INSは外部補助センサーからの入力を受け入れますか？
当社製の慣性航法システムは、エアデータセンサー、磁力計、走行距離計、DVLなどの外部補助センサーからの入力を受け入れます。
この統合により、特に GNSS が利用できない環境において、INS は非常に汎用性が高く、信頼性が高くなります。
これらの外部センサーは、相補的なデータを提供することで、INSの全体的な性能と精度を向上させます。