Formula Student: kluczowa rola IMU/GNSS
Kilka zespołów elektrycznych i bezzałogowych wyposażyło swoje samochody wyścigowe w nasze Ellipse IMU/GNSS podczas zawodów Formula Student.
Czujnik Ellipse-D spełnił wszystkie nasze potrzeby i jesteśmy z niego bardzo zadowoleni. GNSS jest bardzo stabilny, a filtr Kalmana również satysfakcjonujący. | Daniel K., AMZ Racing Electric Team
Formula Student to międzynarodowy edukacyjny konkurs inżynierski, w którym zespoły studentów z całego świata projektują, budują i ścigają się własnymi bolidami. Zawody obejmują 3 kategorie: samochody elektryczne, autonomiczne i spalinowe.
Uczestnicy Formula Student muszą nie tylko zbudować najszybszy bolid, ale także osiągnąć doskonałe wyniki w zakresie wytrzymałości, przyspieszenia i pokonywania zakrętów.
Jako ekspert w dziedzinie inercyjnych systemów nawigacyjnych i partner wielu zespołów, przeprowadziliśmy wywiady z różnymi zespołami inżynierów korzystającymi z naszych jednostek pomiaru inercyjnego (IMU) w połączeniu z globalnym systemem nawigacji satelitarnej (GNSS), aby zrozumieć, jakie są kluczowe elementy sukcesu.
Znaczenie IMU/GNSS dla precyzyjnej dynamiki samochodu
System IMU/GNSS dostarcza decydujących informacji o stanie pojazdu, takich jak pozycja, prędkość, prędkość odchylenia, kąt poślizgu, przyspieszenie i orientacja, zespołom startującym w zawodach, jak stwierdził D. Kiesewalter z AMZ Racing:
“Potrzebowaliśmy IMU z kilku powodów. Przede wszystkim do określenia stanu pozycji naszego samochodu. Potrzebowaliśmy również wydajnego sterowania dynamiką oraz niezawodnego i dokładnego określania kątów Eulera (roll, pitch i heading).”
W ten sposób inżynierowie samochodów elektrycznych i spalinowych mogą zrozumieć, co należy poprawić, porównując stan faktyczny ze stanem teoretycznym.
Kryteria dynamiki samochodu Formula Student
Opanowanie przyspieszenia jest kluczowe podczas wyścigów Formuły. Zbyt duże przyspieszenie może powodować drift, co z kolei prowadzi do zużycia opon. Aby zminimalizować zużycie opon i maksymalnie wykorzystać moc i osiągi silnika, należy kontrolować przyspieszenie.
Śledzenie trajektorii samochodu wyścigowego jest niezbędne. Analiza toru jest przeprowadzana dzięki danym z IMU/GNSS, zwłaszcza pozycji, i pomaga określić, czy samochód jest dobrze ustawiony na torze lub podczas skręcania.
Nie zapominajmy, że Formula Student to wyścig. Jednym z celów zawodów jest szybsze pokonanie toru niż inne zespoły. Prędkość jest zatem kluczowym czynnikiem do analizy, dzięki IMU/GNSS. Jest to jeszcze ważniejsze w przypadku elektrycznych samochodów wyścigowych, ponieważ muszą one śledzić zużywaną energię.
Samochody wyścigowe bez kierowcy: Wykorzystanie najlepszych danych o kierunku i nawigacji z IMU/GNSS
Samochody wyścigowe mogą używać pojedynczej anteny GPS do określania heading, ale pojazdy autonomiczne polegają na dwuantenowym systemie IMU/GNSS w celu precyzyjnego określania heading. Umożliwia to szybszą inicjalizację i zapewnia rzeczywisty heading nawet w pozycji stacjonarnej.
J. Liberal Huarte z UPC Driverless (ETSEIB) wyjaśnia, że heading i lokalizacja są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania pozostałych elementów wyposażenia: „Kiedy pracujemy z technologiami LiDAR, fakt, że jesteś skierowany o 1 stopień w jedną lub drugą stronę, ma duży wpływ na pozycję.
Tak więc, precyzyjny heading jest dużym wymaganiem. A także lokalizacja i mapowanie: bardzo ważne jest, aby zlokalizować się w X, Y.” Dlatego wdrożenie Dual GNSS/IMU w tego typu samochodach wyścigowych jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ zapewnia rzeczywisty heading i pozycję, co również pomaga ustabilizować LiDAR.
Heading jest równie ważny jak precyzyjna nawigacja dla autonomicznych samochodów wyścigowych. Real Time Kinematic (RTK) pozwala na niezwykle dokładne oszacowanie pozycji (1-2 cm). Im dokładniejszy jest IMU/GNSS, tym bardziej samochód jest w stanie utrzymać się na pasie toru bez dryfowania.
IMU/GNSS analizuje tor, aby zapewnić optymalne pozycjonowanie samochodu i optymalizację trajektorii.
Krótszy czas implementacji = więcej czasu na cały projekt
“Mamy bardzo mało czasu na testy, więc jeśli coś idzie szybko, możemy szybciej jeździć po torze i więcej testować”, stwierdza A. Kopp, Vehicle Dynamics Control, TUfast Racing.
Zespoły nie mają dużo czasu na integrację różnych części pojazdu i ich testowanie. Ponieważ ramy CAN i ROS są powszechnie używane przez inżynierów motoryzacyjnych, IMU/GNSS, które mogą być częścią takich procesów, mogą zaoszczędzić ogromną ilość czasu na rozwój.
Czysta biblioteka C z przykładami to kolejny sposób na pomoc zespołom w integracji.
SBG Systems wspiera nowe sposoby projektowania samochodów
Studenci mogą składać wnioski o sponsoring za pośrednictwem naszej strony internetowej!
Ellipse-D
Ellipse-D to inercjalny system nawigacyjny integrujący podwójną antenę i dwuczęstotliwościowy RTK GNSS, który jest kompatybilny z naszym oprogramowaniem do post-processingu Qinertia.
Zaprojektowana z myślą o robotyce i zastosowaniach geodezyjnych, może łączyć dane z licznika impulsów (Pulse) lub CAN OBDII w celu zwiększenia dokładności nawigacji inercyjnej.
Zapytaj o wycenę Ellipse-D
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 to skrót od Global Navigation Satellite System, a GPS od Global Positioning System. Terminy te są często używane zamiennie, ale odnoszą się do różnych koncepcji w ramach systemów nawigacji satelitarnej.
GNSS to zbiorcze określenie dla wszystkich systemów nawigacji satelitarnej, podczas gdy GPS odnosi się konkretnie do systemu amerykańskiego. Obejmuje wiele systemów, które zapewniają bardziej kompleksowe globalne pokrycie, 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.
