Elektryczny samochód wyścigowy Formula Student
Zespół TUfast wyposaża swój elektryczny samochód wyścigowy w miniaturowy system INS/GNSS Ellipse2-N do analizy dynamiki.
“Ellipse-N był decydującym czynnikiem w naszym bardzo udanym samochodzie z 2018 roku (1. miejsce w autocross w Wielkiej Brytanii, Niemczech i Hiszpanii; 1. miejsce w klasyfikacji generalnej w Australii).” | Alexandre K., Vehicle Dynamics TU FAST Team
TUfast na Formula Student Electric
Formula SAE została założona w 1979 roku przez profesorów w Stanach Zjednoczonych, a do Europy trafiła w 1999 roku. Celem projektu jest umożliwienie studentom podejmowania wyzwań, testowania swoich umiejętności i uczenia się, jak pracować nad dużym projektem w zespole.
Kilka lat temu w zawodach pojawiła się kategoria pojazdów elektrycznych, w której TUfast rywalizuje swoim samochodem elektrycznym o nazwie “eb018”, wyposażonym w Ellipse2-N, miniaturowy system nawigacji inercyjnej firmy SBG Systems.
Dynamika pojazdu
Ellipse-N INS/GNSS został zainstalowany na eb018. Prędkość IMU i GPS to główne źródła filtra, którego zespół używał do oszacowania stanu pojazdu (prędkość, kąt poślizgu, przyspieszenia X i Y oraz prędkość odchylenia).
Ten stan został następnie porównany z pożądanym stanem, aby wygenerować polecenie dla każdego silnika. Ellipse2-N był zatem bardzo decydującym czynnikiem w bardzo udanym samochodzie TUfast 2018 (1. miejsce w autocross w Wielkiej Brytanii, Niemczech i Hiszpanii; 1. miejsce w klasyfikacji generalnej w Australii).
Analiza opon
Pozycje GPS były szeroko wykorzystywane do analizy. Zespół wygenerował wiele map, aby intuicyjnie zrozumieć wszystkie zjawiska wpływające na wydajność eb018. Bardzo pouczającym przykładem jest mapa toru poniżej. Pokazuje ona wewnętrzny współczynnik korekcyjny w naszym filtrze Kalmana.
Dzięki niemu dowiadujemy się, że nasz model opon przecenia wzdłużne siły opon (niebieski/zielony na prostych) i ma raczej dobre oszacowanie sił bocznych (pomarańczowy/żółty w zakrętach).
Wykorzystanie Ellipse-N w samochodzie z 2019 roku
Praca z Ellipse i jego oprogramowaniem była świetna i łatwa w konfiguracji. Dokumentacja zawiera wszystko, czego potrzebowaliśmy, aby zacząć i opracować interfejs z naszym systemem.
Dane dostarczane przez Ellipse są dokładne i w pewnym momencie wykazały błąd mniejszy niż 10 cm na trasach o długości ponad 1 km. Jesteśmy bardzo zadowoleni z tego produktu, wyjaśnia Alexandre Kopp, odpowiedzialny za dynamikę pojazdu w zespole TUfast.
W eb019 jeszcze bardziej wykorzystamy potencjał Ellipse2-N. Użyjemy 2 filtrów Kalmana; jeden dla stanu głównego (jak w eb018); i drugi do filtrowania czujników i danych przekazywanych do modelu fizycznego filtra głównego.
Główny filtr zostanie również ulepszony o estymację pozycji i heading. Tym samym Ellipse2-N pozostaje najważniejszym czujnikiem w naszym samochodzie do estymacji stanu. Jego zintegrowany filtr Kalmana będzie szczególnie przydatny w eb019 z dokładnymi szacunkami kątów roll, pitch i yaw.
Te trzy parametry są niezbędne do obliczeń sił aerodynamicznych.
Ellipse-N
Ellipse-N to kompaktowy i wysokowydajny system nawigacji inercyjnej RTK (INS) z zintegrowanym dwupasmowym odbiornikiem GNSS obsługującym cztery konstelacje. Zapewnia on pomiar roll, pitch, heading i heave, a także centymetrową pozycję GNSS.
Czujnik Ellipse-N najlepiej sprawdza się w dynamicznych środowiskach i trudnych warunkach GNSS, ale może również pracować w aplikacjach o niższej dynamice z headingiem magnetycznym.
Zapytaj o wycenę dla Ellipse-N
Masz pytania?
Witamy w naszej sekcji FAQ! Znajdziesz tutaj odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania dotyczące prezentowanych przez nas aplikacji. Jeśli nie znajdziesz tego, czego szukasz, skontaktuj się z nami bezpośrednio!
Co to jest GNSS a GPS?
GNSS oznacza Globalny System Nawigacji Satelitarnej, a GPS Globalny System Pozycjonowania. Terminy te są często używane zamiennie, ale odnoszą się do różnych koncepcji w ramach satelitarnych systemów nawigacyjnych.
GNSS to zbiorcze określenie wszystkich satelitarnych systemów nawigacyjnych, natomiast GPS odnosi się konkretnie do systemu amerykańskiego. Obejmuje wiele systemów, które zapewniają bardziej kompleksowy zasięg globalny, podczas gdy GPS jest tylko jednym z tych systemów.
Dzięki integracji danych z wielu systemów uzyskujesz lepszą dokładność i niezawodność dzięki GNSS, podczas gdy sam GPS może mieć ograniczenia w zależności od dostępności satelitów i warunków środowiskowych.
Jaka jest różnica między AHRS a INS?
Główna różnica między Attitude and Heading Reference System (AHRS) a Inertial Navigation System (INS) polega na ich funkcjonalności i zakresie dostarczanych danych.
AHRS dostarcza informacji o orientacji — w szczególności o położeniu (pitch, roll) i kierunku (yaw) pojazdu lub urządzenia. Zazwyczaj wykorzystuje kombinację czujników, w tym żyroskopy, akcelerometry i magnetometry, do obliczania i stabilizacji orientacji. AHRS podaje pozycję kątową w trzech osiach (pitch, roll i yaw), umożliwiając systemowi zrozumienie jego orientacji w przestrzeni. Jest często stosowany w lotnictwie, UAV, robotyce i systemach morskich w celu zapewnienia dokładnych danych o położeniu i kierunku, co ma kluczowe znaczenie dla kontroli i stabilizacji pojazdu.
INS nie tylko dostarcza dane o orientacji (jak AHRS), ale także śledzi pozycję, prędkość i przyspieszenie pojazdu w czasie. Wykorzystuje czujniki inercyjne do szacowania ruchu w przestrzeni 3D bez polegania na zewnętrznych odniesieniach, takich jak GNSS. Łączy czujniki znajdujące się w AHRS (żyroskopy, akcelerometry), ale może również zawierać bardziej zaawansowane algorytmy do śledzenia pozycji i prędkości, często integrując się z danymi zewnętrznymi, takimi jak GNSS, dla zwiększenia dokładności.
Podsumowując, AHRS koncentruje się na orientacji (pozycji i heading), podczas gdy INS dostarcza pełny zestaw danych nawigacyjnych, w tym pozycję, prędkość i orientację.
Jaka jest różnica między IMU a INS?
Różnica między modułem pomiarów inercyjnych (IMU) a inercyjnym systemem nawigacyjnym (INS) polega na ich funkcjonalności i złożoności.
IMU (moduł pomiarów inercyjnych) dostarcza surowe dane dotyczące przyspieszenia liniowego i prędkości kątowej pojazdu, mierzone przez akcelerometry i żyroskopy. Dostarcza informacji o przechyleniu, pochyleniu, odchyleniu i ruchu, ale nie oblicza pozycji ani danych nawigacyjnych. IMU jest specjalnie zaprojektowana do przekazywania podstawowych danych o ruchu i orientacji do zewnętrznego przetwarzania w celu określenia pozycji lub prędkości.
Z drugiej strony, INS (inercyjny system nawigacyjny) łączy dane z IMU z zaawansowanymi algorytmami w celu obliczenia pozycji, prędkości i orientacji pojazdu w czasie. Wykorzystuje algorytmy nawigacyjne, takie jak filtr Kalmana, do fuzji i integracji danych z czujników. INS dostarcza dane nawigacyjne w czasie rzeczywistym, w tym pozycję, prędkość i orientację, bez polegania na zewnętrznych systemach pozycjonowania, takich jak GNSS.
Ten system nawigacyjny jest zazwyczaj wykorzystywany w aplikacjach wymagających kompleksowych rozwiązań nawigacyjnych, szczególnie w środowiskach, w których sygnał GNSS jest niedostępny, takich jak wojskowe UAV, statki i okręty podwodne.
Czy INS akceptuje dane wejściowe z zewnętrznych czujników wspomagających?
Inercyjne systemy nawigacyjne z naszej firmy akceptują dane wejściowe z zewnętrznych czujników wspomagających, takich jak czujniki danych lotniczych, magnetometry, odometry, DVL i inne.
Ta integracja sprawia, że INS jest wysoce wszechstronny i niezawodny, szczególnie w środowiskach, gdzie sygnał GNSS jest niedostępny.
Te zewnętrzne czujniki poprawiają ogólną wydajność i dokładność INS, dostarczając uzupełniające się dane.
