Formula Student électrique
Voiture de course électrique Formula Student
L'équipe TU FAST a équipé sa voiture de course électrique du système miniature Ellipse2-N INS/GNSS pour l'analyse de la dynamique.
"Le Ellipse-N a été un facteur décisif dans le succès de notre voiture en 2018 (1ère place à l'autocross au Royaume-Uni, en Allemagne et en Espagne ; 1ère place au classement général en Australie)." | Alexandre K., Dynamique du véhicule TU FAST Team
TUfast à la Formula Student Electric
La Formule SAE a été créée en 1979 par des professeurs aux États-Unis et est arrivée en Europe en 1999. Le projet vise à permettre aux étudiants de se mettre au défi, de tester leurs capacités et d'apprendre à travailler en équipe sur un projet de grande envergure.
Le concours a accueilli la catégorie électrique il y a quelques années et TUfast concourt avec sa voiture électrique nommée "eb018" qui embarque l'Ellipse2-N, un système de navigation inertielle miniature de SBG Systems.
Dynamique des véhicules
L'Ellipse2-N INS/GNSS a été installé sur l'eb018. Le IMU et la vitesse GPS sont les principales sources du filtre que l'équipe a utilisé pour estimer l'état du véhicule (vitesse, angle de dérapage, accélérations X et Y et vitesse de lacet).
Cet état a ensuite été comparé à un état désiré pour générer la commande de chaque moteur. L'Ellipse2-N a donc été un facteur décisif dans le succès de la voiture TUfast en 2018 (1ère place à l'autocross au Royaume-Uni, en Allemagne et en Espagne ; 1ère place au classement général en Australie).
Analyse des pneus
Les positions GPS ont été largement utilisées pour l'analyse. L'équipe a généré de nombreuses cartes afin de comprendre plus intuitivement tous les phénomènes influençant les performances d'eb018. La carte de trajectoire ci-dessous est un exemple très révélateur. Elle montre un facteur de correction interne dans notre filtre de Kalman.
Nous apprenons ainsi que notre modèle de pneu surestime les forces longitudinales du pneu (bleu/vert dans les lignes droites) et a une assez bonne estimation des forces latérales (orange/jaune dans les virages).
Ellipse-N utilisation dans la voiture 2019
Le Ellipse et son logiciel ont été très agréables à utiliser et faciles à configurer. La documentation contient tout ce dont nous avions besoin pour démarrer et développer l'interface avec notre système.
Les données fournies par le Ellipse sont précises et ont montré à certains moments moins de 10 cm d'erreur sur des trajets de plus de 1 km. Nous sommes très satisfaits de ce produit, explique Alexandre Kopp, responsable de la dynamique des véhicules au sein de l'équipe TUfast.
Sur eb019, nous exploiterons encore davantage le potentiel de l'Ellipse2-N. Nous utiliserons deux filtres de Kalman : le filtre de l'Ellipse2 et le filtre de l'Ellipse2. Nous utiliserons deux filtres de Kalman : un pour l'état principal (comme sur eb018) et un second pour filtrer les capteurs et les données transmises au modèle physique du filtre principal.
Le filtre principal sera également amélioré avec une estimation de la position et du cap. L'Ellipse2-N reste donc le capteur le plus important de notre voiture pour l'estimation de l'état. Son filtre de Kalman intégré sera particulièrement utile sur eb019 avec des estimations précises des angles de roulis, tangage et de lacet.
Ces trois éléments sont nécessaires pour les calculs des forces aérodynamiques.
Ellipse-N
Ellipse-N est un système de navigation inertielle RTK (INS) compact et performant, doté d'un récepteur GNSS intégré à double bande et à quadruple constellation. Il fournit le roulis, tangage, le cap et le pilonnement, ainsi qu'une position GNSS centimétrique.
Ellipse -N Le capteur est le mieux adapté aux environnements dynamiques et aux conditions GNSS difficiles, mais il peut également fonctionner dans des applications moins dynamiques avec un cap magnétique.
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Qu'est-ce que le GNSS par rapport au GPS ?
GNSS signifie Global Navigation Satellite System (système mondial de navigation par satellite) et GPS Global Positioning System (système mondial de positionnement). Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils renvoient à des concepts différents au sein des systèmes de navigation par satellite.
Le GNSS est un terme générique qui désigne tous les systèmes de navigation par satellite, tandis que le GPS se réfère spécifiquement au système américain. Il comprend plusieurs systèmes qui offrent une couverture mondiale plus complète, alors que le GPS n'est qu'un de ces systèmes.
Le GNSS permet d'améliorer la précision et la fiabilité en intégrant les données de plusieurs systèmes, alors que le GPS seul peut avoir des limites en fonction de la disponibilité des satellites et des conditions environnementales.
Le GNSS représente la catégorie plus large des systèmes de navigation par satellite, y compris le GPS et d'autres systèmes, tandis que le GPS est un GNSS spécifique développé par les États-Unis.
Quelle est la différence entre AHRS et INS?
La principale différence entre un système de référence d'attitude et de cap (AHRS) et un système de navigation inertielle (INS) réside dans leur fonctionnalité et l'étendue des données qu'ils fournissent.
AHRS fournit des informations sur l'orientation, en particulier l'attitude (tangage, le roulis) et le cap (lacet) d'un véhicule ou d'un appareil. Il utilise généralement une combinaison de capteurs, notamment des gyroscopes, des accéléromètres et des magnétomètres, pour calculer et stabiliser l'orientation. Le site AHRS fournit la position angulaire sur trois axes (tangage, roulis et lacet), ce qui permet à un système de comprendre son orientation dans l'espace. Il est souvent utilisé dans l'aviation, les drones, la robotique et les systèmes marins pour fournir des données précises sur l'attitude et le cap, ce qui est essentiel pour le contrôle et la stabilisation du véhicule.
Un site INS fournit non seulement des données d'orientation (comme un site AHRS), mais suit également la position, la vitesse et l'accélération d'un véhicule au fil du temps. Il utilise des capteurs inertiels pour estimer le mouvement dans l'espace 3D sans dépendre de références externes comme le GNSS. Il combine les capteurs que l'on trouve sur AHRS (gyroscopes, accéléromètres), mais peut également inclure des algorithmes plus avancés pour le suivi de la position et de la vitesse, intégrant souvent des données externes telles que le GNSS pour une plus grande précision.
En résumé, AHRS se concentre sur l'orientation (attitude et cap), tandis que INS fournit une suite complète de données de navigation, y compris la position, la vitesse et l'orientation.
Quelle est la différence entre IMU et INS?
La différence entre une unité de mesure inertielle (IMU) et un système de navigation inertielle (INS) réside dans leur fonctionnalité et leur complexité.
Une unité de mesure inertielle ( IMU ) fournit des données brutes sur l'accélération linéaire et la vitesse angulaire du véhicule, mesurées par des accéléromètres et des gyroscopes. Elle fournit des informations sur le roulis, tangage, le lacet et le mouvement, mais ne calcule pas la position ou les données de navigation. Le site IMU est spécialement conçu pour relayer les données essentielles sur le mouvement et l'orientation en vue d'un traitement externe permettant de déterminer la position ou la vitesse.
D'autre part, un système de navigation inertielle ( INS ) combine les données de IMU avec des algorithmes avancés pour calculer la position, la vitesse et l'orientation d'un véhicule au fil du temps. Il incorpore des algorithmes de navigation tels que le filtrage de Kalman pour la fusion et l'intégration des capteurs. Un système INS fournit des données de navigation en temps réel, y compris la position, la vitesse et l'orientation, sans dépendre de systèmes de positionnement externes tels que le GNSS.
Ce système de navigation est généralement utilisé dans des applications qui nécessitent des solutions de navigation complètes, en particulier dans des environnements dépourvus de GNSS, tels que les drones militaires, les navires et les sous-marins.
Le site INS accepte-t-il des entrées provenant de capteurs d'aide externes ?
Les systèmes de navigation inertielle de notre société acceptent les entrées des capteurs d'aide externes, tels que les capteurs de données aériennes, les magnétomètres, les odomètres, les DVL et autres.
Cette intégration rend le site INS très polyvalent et fiable, en particulier dans les environnements dépourvus de GNSS.
Ces capteurs externes améliorent les performances globales et la précision du site INS en fournissant des données complémentaires.
