Formula Student Electric
Elektro-Rennwagen Formula Student
TUfast Team rüstet seinen Elektro-Rennwagen mit dem Ellipse2-N Miniatur INS/GNSS für die Fahrdynamikanalyse aus.
"Das Ellipse-N war ein ganz entscheidender Faktor für unseren sehr erfolgreichen Wagen 2018 (1. Platz beim Autocross in UK, Deutschland und Spanien; 1. Platz Gesamt in Australien)." | Alexandre K., Fahrzeugdynamik TU FAST Team
TUfast bei der Formula Student Electric
Die Formel SAE wurde 1979 von Professoren in den Vereinigten Staaten gegründet und kam 1999 nach Europa. Das Projekt zielt darauf ab, dass Studenten sich selbst herausfordern, ihre Fähigkeiten testen und lernen, wie man in einem Team an einem großen Projekt arbeitet.
Der Wettbewerb hat vor einigen Jahren die Kategorie Elektrofahrzeuge eingeführt und TUfast tritt mit seinem Elektroauto namens "eb018" an, in dem das Ellipse2-N, ein Miniatur-Trägheitsnavigationssystem von SBG Systems, eingebaut ist.
Fahrzeugdynamik
Die Ellipse2-N INS/GNSS wurde auf dem eb018 installiert. Die IMU und die GPS-Geschwindigkeit sind die Hauptquellen des Filters, den das Team verwendet hat, um den Zustand des Fahrzeugs zu schätzen (Geschwindigkeit, Schräglage, X- und Y-Beschleunigungen und Gierrate).
Dieser Zustand wurde dann mit einem gewünschten Zustand verglichen, um den Befehl für jeden Motor zu generieren. Die Ellipse2-N war daher ein sehr entscheidender Faktor für den großen Erfolg des TUfast-Autos 2018 (1. Platz beim Autocross in Großbritannien, Deutschland und Spanien; 1. Platz in Australien).
Analyse der Bereifung
Die GPS-Positionen wurden ausgiebig für die Analyse genutzt. Das Team erstellte viele Karten, um alle Phänomene, die die Leistung von eb018beeinflussen, intuitiver zu verstehen. Ein sehr aufschlussreiches Beispiel ist die nachstehende Streckenkarte. Sie zeigt einen internen Korrekturfaktor in unserem Kalman-Filter.
Wir lernen damit, dass unser Reifenmodell die Reifenkräfte in Längsrichtung überschätzt (blau/grün in den Geraden) und eine recht gute Schätzung der Seitenkräfte hat (orange/gelb in den Kurven).
Ellipse-N Verwendung im Auto 2019
Mit Ellipse und der dazugehörigen Software lässt sich hervorragend arbeiten und es ist einfach zu konfigurieren. Die Dokumentation enthält alles, was wir brauchten, um loszulegen und die Schnittstelle zu unserem System zu entwickeln.
Die von Ellipse gelieferten Daten sind genau und haben bei Fahrten von mehr als 1 km eine Abweichung von weniger als 10 cm gezeigt. Wir sind sehr zufrieden mit diesem Produkt, erklärt Alexandre Kopp, verantwortlich für Fahrzeugdynamik beim TUfast Team.
Auf eb019 werden wir das Potenzial der Ellipse2-N noch weiter ausschöpfen. Wir werden zwei Kalman-Filter verwenden: einen für den Hauptzustand (wie bei eb018) und einen zweiten, um die Sensoren und Daten zu filtern, die dem physikalischen Modell des Hauptfilters zugeführt werden.
Der Hauptfilter wird auch mit einer Positions- und richtung Schätzung verbessert. Die Ellipse2-N bleibt somit der wichtigste Sensor unseres Fahrzeugs für die Zustandsschätzung. Sein integrierter Kalman-Filter wird vor allem bei eb019 mit genauen Schätzungen des rollen, nicken und Gierwinkels nützlich sein.
Diese drei sind für die Berechnung der Flugzeugkräfte notwendig.
Ellipse-N
Ellipse-N ist ein kompaktes und hochleistungsfähiges RTK-Inertial-Navigationssystem (INS) mit einem integrierten Dualband-, Quad-Konstellations-GNSS-Empfänger. Es bietet rollen, nicken, richtung, und Heave, sowie eine zentimetrische GNSS-Position.
Ellipse -N Sensor ist am besten für dynamische Umgebungen und raue GNSS-Bedingungen geeignet, kann aber auch in weniger dynamischen Anwendungen mit einem magnetischen richtung arbeiten.
Fordern Sie ein Angebot an für Ellipse-N
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Was ist GNSS im Vergleich zu GPS?
GNSS steht für Global Navigation Satellite System und GPS für Global Positioning System. Diese Begriffe werden oft synonym verwendet, beziehen sich aber auf unterschiedliche Konzepte innerhalb satellitengestützter Navigationssysteme.
GNSS ist ein Sammelbegriff für alle Satellitennavigationssysteme, während GPS sich speziell auf das US-amerikanische System bezieht. Es umfasst mehrere Systeme, die eine umfassendere globale Abdeckung bieten, während GPS nur eines dieser Systeme ist.
Durch die Integration von Daten aus mehreren Systemen erhalten Sie mit GNSS eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit, während GPS allein je nach Satellitenverfügbarkeit und Umgebungsbedingungen seine Grenzen haben kann.
GNSS steht für die umfassendere Kategorie der Satellitennavigationssysteme, einschließlich GPS und anderer Systeme, während GPS ein spezielles, von den Vereinigten Staaten entwickeltes GNSS ist.
Was ist der Unterschied zwischen AHRS und INS?
Der Hauptunterschied zwischen einem lage und richtung Referenzsystem (AHRS) und einem Trägheitsnavigationssystem (INS) liegt in ihrer Funktionalität und dem Umfang der von ihnen gelieferten Daten.
AHRS liefert Orientierungsinformationen, insbesondere die lage (nicken, rollen) und richtung (Gieren) eines Fahrzeugs oder Geräts. Zur Berechnung und Stabilisierung der Ausrichtung wird in der Regel eine Kombination von Sensoren verwendet, darunter Gyroskope, Beschleunigungsmesser und Magnetometer. Die AHRS gibt die Winkelposition in drei Achsen aus (nicken, rollen und Gieren) und ermöglicht es einem System, seine Orientierung im Raum zu verstehen. Es wird häufig in der Luftfahrt, in UAVs, in der Robotik und in Schiffssystemen eingesetzt, um genaue lage und richtung Daten zu liefern, die für die Fahrzeugsteuerung und -stabilisierung entscheidend sind.
Eine INS liefert nicht nur Orientierungsdaten (wie eine AHRS), sondern verfolgt auch die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Fahrzeugs über die Zeit. Es verwendet Trägheitssensoren, um die Bewegung im 3D-Raum abzuschätzen, ohne auf externe Referenzen wie GNSS angewiesen zu sein. Es kombiniert die Sensoren von AHRS (Gyroskope, Beschleunigungsmesser), kann aber auch fortschrittlichere Algorithmen für die Positions- und Geschwindigkeitsverfolgung enthalten, die oft mit externen Daten wie GNSS integriert werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass AHRS sich auf die Orientierung konzentriert (lage und richtung), während INS eine ganze Reihe von Navigationsdaten liefert, einschließlich Position, Geschwindigkeit und Orientierung.
Was ist der Unterschied zwischen IMU und INS?
Der Unterschied zwischen einer Trägheitsmesseinheit (IMU) und einem Trägheitsnavigationssystem (INS) liegt in ihrer Funktionalität und Komplexität.
Eine IMU (Inertialmesseinheit) liefert Rohdaten über die lineare Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die von Beschleunigungsmessern und Gyroskopen gemessen werden. Sie liefert Informationen über rollen, nicken, Gieren und Bewegung, berechnet aber keine Positions- oder Navigationsdaten. Die IMU ist speziell dafür ausgelegt, wichtige Daten über Bewegung und Orientierung für die externe Verarbeitung zur Bestimmung von Position oder Geschwindigkeit zu übermitteln.
Ein INS (Trägheitsnavigationssystem) hingegen kombiniert IMU Daten mit fortschrittlichen Algorithmen, um die Position, Geschwindigkeit und Ausrichtung eines Fahrzeugs über die Zeit zu berechnen. Es beinhaltet Navigationsalgorithmen wie die Kalman-Filterung zur Sensorfusion und -integration. Ein INS liefert Echtzeit-Navigationsdaten, einschließlich Position, Geschwindigkeit und Orientierung, ohne auf externe Positionierungssysteme wie GNSS angewiesen zu sein.
Dieses Navigationssystem wird typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die umfassende Navigationslösungen erfordern, insbesondere in Umgebungen, in denen GNSS nicht verfügbar ist, wie z. B. bei militärischen UAVs, Schiffen und U-Booten.
Akzeptiert INS Eingaben von externen Hilfssensoren?
Die Trägheitsnavigationssysteme unserer Firma akzeptieren Eingaben von externen Hilfssensoren, wie z.B. Luftdatensensoren, Magnetometer, Odometer, DVL und andere.
Diese Integration macht das INS äußerst vielseitig und zuverlässig, insbesondere in Umgebungen, in denen kein GNSS verfügbar ist.
Diese externen Sensoren verbessern die Gesamtleistung und Genauigkeit des INS , indem sie zusätzliche Daten liefern.
