Formula Student Eléctrica
Coche de carreras eléctrico Formula Student
El equipo TUfast equipará su coche de carreras eléctrico con el Ellipse2-N en miniatura INS/GNSS para el análisis de la dinámica.
"El Ellipse-N fue un factor muy decisivo en nuestro exitoso coche de 2018 (1er puesto en autocross en Reino Unido, Alemania y España; 1er puesto en la general en Australia)." | Alexandre K., Dinámica de vehículos del equipo TU FAST
TUfast en la Formula Student Electric
La Fórmula SAE fue fundada en 1979 por profesores en Estados Unidos, y llegó a Europa en 1999. El objetivo del proyecto es que los estudiantes se desafíen a sí mismos, pongan a prueba sus capacidades y aprendan a trabajar en equipo en un gran proyecto.
La competición ha dado la bienvenida a la categoría Eléctrica hace unos años y TUfast compite con su coche eléctrico llamado "eb018" que incorpora el Ellipse2-N, un Sistema de Navegación Inercial en miniatura de SBG Systems.
Dinámica del vehículo
El Ellipse2-N INS/GNSS se ha instalado en el eb018. El IMU y la velocidad GPS son las fuentes principales del filtro que el equipo ha utilizado para estimar el estado del vehículo (Velocidad, ángulo de deslizamiento, aceleraciones X e Y y velocidad de guiñada).
Este estado ha sido entonces comparado con un estado deseado para generar el comando de cada motor. La Ellipse2-N fue, por tanto, un factor muy decisivo en el gran éxito del coche TUfast de 2018 (1er puesto en autocross en el Reino Unido, Alemania y España; 1er puesto en la general en Australia).
Análisis de neumáticos
Las posiciones GPS se utilizaron ampliamente para el análisis. El equipo generó muchos mapas para comprender de forma más intuitiva todos los fenómenos que influyen en el rendimiento del eb018. Un ejemplo muy perspicaz es el siguiente mapa de pista. Muestra un factor de corrección interno en nuestro filtro Kalman.
Con él aprendemos que nuestro modelo de neumático sobreestima las fuerzas longitudinales del neumático (azul/verde en rectas) y tiene una estimación bastante buena de las fuerzas laterales (naranja/amarillo en curvas).
Ellipse-N uso en el coche 2019
El Ellipse y su software eran estupendos para trabajar y fáciles de configurar. La documentación contiene todo lo que necesitábamos para empezar y desarrollar la interfaz con nuestro sistema.
Los datos proporcionados por el Ellipse son precisos y han mostrado en algún momento menos de 10 cm de error en trayectos de más de 1 km. Estamos muy satisfechos con este producto, explica Alexandre Kopp, responsable de dinámica de vehículos del equipo TUfast.
En eb019, explotaremos aún más el potencial de Ellipse2-N. Utilizaremos dos filtros de Kalman: uno para el estado principal (como en eb018) y otro para filtrar los sensores y los datos que alimentan el modelo físico del filtro principal.
El filtro principal también se mejorará con una estimación de la posición y cabo . Así pues, el Ellipse2-N sigue siendo el sensor más importante de nuestro coche para la estimación del estado. Su filtro Kalman integrado será especialmente útil en eb019 con estimaciones precisas de los ángulos de balanceo, cabeceo y guiñada.
Estos tres son necesarios para los cálculos de las fuerzas aerodinámicas.
Ellipse-N
Ellipse-N es un sistema de navegación inercial RTK compacto y de alto rendimiento (INS) con un receptor GNSS integrado de doble banda y cuatro constelaciones. Proporciona balanceo, cabeceo, cabo y oscilación, así como una posición GNSS centimétrica.
Ellipse -N sensor es el más adecuado para entornos dinámicos y condiciones GNSS difíciles, pero también puede funcionar en aplicaciones menos dinámicas con un cabo magnético.
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¿Qué es el GNSS frente al GPS?
GNSS son las siglas de Global Navigation Satellite System (Sistema Mundial de Navegación por Satélite) y GPS de Global Positioning System (Sistema de Posicionamiento Global). Estos términos suelen utilizarse indistintamente, pero se refieren a conceptos diferentes dentro de los sistemas de navegación por satélite.
GNSS es un término colectivo para todos los sistemas de navegación por satélite, mientras que GPS se refiere específicamente al sistema estadounidense. Incluye múltiples sistemas que proporcionan una cobertura mundial más completa, mientras que el GPS es sólo uno de ellos.
El GNSS mejora la precisión y la fiabilidad al integrar datos de varios sistemas, mientras que el GPS por sí solo puede tener limitaciones en función de la disponibilidad de los satélites y las condiciones ambientales.
GNSS representa la categoría más amplia de sistemas de navegación por satélite, incluidos el GPS y otros sistemas, mientras que el GPS es un GNSS específico desarrollado por Estados Unidos.
¿Cuál es la diferencia entre AHRS y INS?
La principal diferencia entre un Sistema de Referencia de Actitud y cabo (AHRS) y un Sistema de Navegación Inercial (INS) radica en su funcionalidad y en el alcance de los datos que proporcionan.
AHRS proporciona información sobre la orientación, en concreto, la actitud (cabeceo, balanceo) y cabo (guiñada) de un vehículo o dispositivo. Suele utilizar una combinación de sensores, como giroscopios, acelerómetros y magnetómetros, para calcular y estabilizar la orientación. AHRS proporciona la posición angular en tres ejes (cabeceo, balanceo y guiñada), lo que permite a un sistema comprender su orientación en el espacio. Se utiliza a menudo en aviación, vehículos aéreos no tripulados, robótica y sistemas marinos para proporcionar datos precisos de actitud y cabo , que son fundamentales para el control y la estabilización del vehículo.
INS no sólo proporciona datos de orientación (como AHRS), sino que también rastrea la posición, velocidad y aceleración de un vehículo a lo largo del tiempo. Utiliza sensores inerciales para estimar el movimiento en el espacio tridimensional sin depender de referencias externas como el GNSS. Combina los sensores que se encuentran en AHRS (giroscopios, acelerómetros), pero también puede incluir algoritmos más avanzados para el seguimiento de la posición y la velocidad, a menudo integrándose con datos externos como GNSS para una mayor precisión.
En resumen, AHRS se centra en la orientación (actitud y cabo), mientras que INS proporciona un conjunto completo de datos de navegación, incluyendo posición, velocidad y orientación.
¿Cuál es la diferencia entre IMU y INS?
La diferencia entre una unidad de medición inercial (IMU) y un sistema de navegación inercial (INS) radica en su funcionalidad y complejidad.
Una IMU (unidad de medición inercial) proporciona datos brutos sobre la aceleración lineal y la velocidad angular del vehículo, medidas por acelerómetros y giroscopios. Proporciona información sobre balanceo, cabeceo, guiñada y movimiento, pero no calcula la posición ni los datos de navegación. IMU está diseñado específicamente para transmitir datos esenciales sobre el movimiento y la orientación para su procesamiento externo con el fin de determinar la posición o la velocidad.
Por otro lado, un INS (sistema de navegación inercial) combina datos de IMU con algoritmos avanzados para calcular la posición, velocidad y orientación de un vehículo a lo largo del tiempo. Incorpora algoritmos de navegación como el filtrado de Kalman para la fusión e integración de sensores. Un INS proporciona datos de navegación en tiempo real, incluidas la posición, la velocidad y la orientación, sin depender de sistemas de posicionamiento externos como el GNSS.
Este sistema de navegación suele utilizarse en aplicaciones que requieren soluciones de navegación completas, sobre todo en entornos sin GNSS, como vehículos aéreos no tripulados militares, buques y submarinos.
¿Acepta INS entradas de sensores de ayuda externos?
Los sistemas de navegación inercial de nuestra empresa aceptan entradas de sensores de ayuda externos, como sensores de datos aéreos, magnetómetros, odómetros, DVL y otros.
Esta integración hace que INS sea muy versátil y fiable, especialmente en entornos sin GNSS.
Estos sensores externos mejoran el rendimiento global y la precisión de INS al proporcionar datos complementarios.
