2019年10月14日 | 论IMU / GNSS在方程式赛车上的关键作用

2019-10-14 来源：EEWORLD

翻译自——spectrum

技术名词——RTK，GNSS/INS，IMU

GNSS/INS组合导航系统将卫星导航定位系统(GNSS)与惯性导航系统(INS)进行组合,将二者的优势进行组合,能够提供连续的、高精度的导航信息(位置、速度和姿态),成为了导航装备的重点发展方向。惯性导航是一种自主定位导航技术，其优势是不受外界环境（主要是遮挡或电磁干扰等环境）的影响，并可以在一定的时间内保证较高精度，缺点是定位误差会随时间积累，高精度惯性导航系统成本可达百万人民币，而低成本惯性导航系统精度较低，且误差扩散比较快。

IMU和INS / GNSS为载人汽车和无人驾驶赛车上实现最佳性能提供了更高的精度。

“方程式赛车”是一项国际教育工程竞赛，来自世界各地的学生组成的团队用自己设计和制造的赛车进行角逐。比赛分为三类:电动汽车、无人驾驶汽车和可燃汽车。这项挑战不仅在于制造出最快的赛车，还在于表现出最好的耐力、加速度或防滑垫等性能。

为了解设计上的关键因素，作为惯性导航系统的专家和多个团队的合作伙伴，SBG Systems采访了使用SBG惯性测量单元(IMU)和全球导航卫星系统(GNSS)的工程师团队。

IMU/GNSS对精确汽车动力学的重要性

正如AMZ Racing的D. Kiesewalter所说，IMU/GNSS提供了位置、速度、偏航率、滑移角、加速度和参赛车队的方向等众多关于赛车状态的决定性信息，主要是确定赛车的位置状态。我们还需要高效的动力学控制&可靠和准确的欧拉角的测定(滚转、俯仰和航向)。通过这种方式，电动汽车和可燃汽车的工程师通过比较实际状态和理论状态来了解需要改进的地方。

在方程式比赛中，掌握加速是最基本的要素。当汽车加速过度时，它就会漂移，导致车轮磨损。为了最大限度地减少轮胎磨损，充分利用发动机的动力和性能，就必须检查加速情况。

此外，追踪赛车的轨迹也很重要。根据IMU/GNSS数据进行电路分析，尤其是位置分析，有助于确定在电路内部或转弯时车辆是否正确定位。

不要忘记，the Formula Student是一场比赛。比赛的目标之一就是速度为王。因此，由于IMU/GNSS，速度是研究的一个关键因素。对电动车来说说更重要，因为它们需要跟踪消耗的能量。

无人驾驶赛车:充分利用IMU/GNSS的导航功能

如果基于单一天线的GPS导航对于赛车来说已经足够了，那么无人驾驶汽车则需要双天线GNSS/IMU提供更精确的导航。即使在固定的位置，它也会更快的初始化和交付真正的航向。来自UPC无人驾驶(ETSEIB)的J. Liberal Huarte解释说，航向和定位对于设备的其他部分正常工作是必不可少的，“当我们使用激光雷达技术时，就算你向一侧或另一侧偏转1度，也会对位置产生很大影响。所以，准确的航向是一个很大的要求。还有，本地化和映射，确定你自己的方位也关键。因此，

双GNSS/IMU是这种类型的赛车实现精确定位最好的解决方案，它提供了真实的航向和位置，也有助于稳定激光雷达。

对于无人驾驶赛车来说，航向和精确导航同等重要。实时运动学(RTK)可以非常精确地估计位置(误差在1-2厘米)。IMU/GNSS越精确，就越能防止赛车在赛道上漂移的危险。

IMU/GNSS还有助于进行电路分析，以确定汽车是否处于良好的位置，从而优化轨迹。

更快的实现可以为整个项目争取足够的时间

“我们的测试时间非常迅速，如果它跑得足够快，我们就可以在轨道上跑得更快，从而进行更多的测试。”团队没有太多的时间来集成车辆的不同部件并进行测试。由于汽车工程师主要使用的是CAN和ROS的框架，IMU/GNSS可以成为此类工作流的一部分，这将节省了大量的开发时间。此外，提供干净的C标准库也是帮助团队进行集成的另一种方式。

SBG系统的IMU/GNSS

SBG系统公司是一家开发嵌入式GNSS惯性测量单元的国际公司，范围从微型到高精度量程都有涉及。结合尖端的校准技术和先进的嵌入式算法，SBG为工业和研究项目提供了实用的惯性解决方案，如无人驾驶车辆控制(陆地、海洋和航空)、天线跟踪、相机稳定和测量应用等。

IMU GNSS RTK

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