Aplicação de sensores de velocidade de roda em sistemas de navegação inercial | Aprimorando a precisão do INS com dados de odômetro

Sensores de velocidade das rodas (ou sensores de velocidade das rodas) são frequentemente usados ​​como sensores auxiliares em sistemas de navegação inercial (INS) para melhorar a precisão da navegação e suprimir erros acumulados dos sensores inerciais. O sensor de velocidade da roda calcula a velocidade longitudinal do veículo medindo a velocidade da roda (combinada com a correção do raio do pneu e da taxa de deslizamento), fornecendo informações de velocidade independentes. Quando os sinais de GPS são perdidos (como em túneis ou garagens subterrâneas), o INS pode estimar continuamente a posição do veículo por meio de estimação de posição, combinando os dados de velocidade do sensor de velocidade da roda e comparando-os com os resultados da integração do acelerômetro do INS para corrigir o erro de velocidade. No cálculo da direção, o sensor de velocidade da roda pode calcular indiretamente a taxa de variação do ângulo de direção medindo a diferença de velocidade entre as rodas esquerda e direita (diferença de velocidade da roda), fornecendo compensação para a calibração do ângulo de direção da navegação inercial.

Tomando como exemplo a mudança do ângulo de direção, este artigo apresenta brevemente como calcular indiretamente a taxa de variação do ângulo de direção através dos dados obtidos do velocímetro da roda.

2.Fatores que afetam a precisão da medição do velocímetro da roda e correção do algoritmo.

Em aplicações práticas, os seguintes problemas podem levar a dados de medição imprecisos do medidor de velocidade da roda, afetando a compensação de erro do ângulo de azimute no INS.

um) Faixa B

A distância entre eixos real pode variar devido à carga ou à deformação da suspensão e requer calibração regular. A fórmula acima pressupõe que as rodas esquerda e direita sejam simétricas, portanto, o modelo precisa ser ajustado para veículos assimétricos.

b) Compensação de deslizamento e erro

Em superfícies molhadas e escorregadias ou em ambientes fora de estrada, ou quando o veículo acelera ou freia rapidamente, pode ocorrer deslizamento dos pneus, resultando em uma diferença na velocidade das rodas que não corresponde à velocidade angular real. Portanto, é necessário combinar os dados de aceleração e velocidade angular da IMU (Unidade de Medição Inercial) para detectar o estado de deslizamento; ajustar dinamicamente o peso do sensor de velocidade da roda por meio de um algoritmo de fusão multissensor (algoritmo do filtro de Kalman) para reduzir o impacto do deslizamento na navegação.

3. Casos de uso reais

O I3500 é um sistema de navegação integrado (GNSS/INS) produzido pela Micro-Magic Inc., composto por sensores MEMS de alto desempenho, sistemas GNSS de alta precisão e microprocessadores de alto desempenho. Pode ser conectado a um odômetro externo, DVL e outras informações auxiliares de navegação, e com algoritmos de navegação integrados de alta confiabilidade, pode fornecer informações em tempo real, como velocidade, posição e atitude da aeronave.

Entrada/saída de dados

Índice de precisão de navegação integrado

Conclusão

O indicador de velocidade da roda complementa o sistema de navegação inercial, fornecendo informações de velocidade independentes e melhorando significativamente a confiabilidade da navegação de veículos em ambientes complexos. Seus valores fundamentais se refletem em:

um. Precisão a curto prazo: dados de alta frequência suprimem o acúmulo de erros do sistema de navegação inercial (INS).

b. Projeto redundante: Mantém a capacidade básica de navegação em caso de falha do GPS.

c. Relação custo-benefício: Melhoria significativa no desempenho da navegação alcançada a um custo menor.

No futuro, com o avanço de algoritmos de fusão multissensor, como a filtragem assistida por aprendizado profundo, a aplicação de sensores de velocidade das rodas em sistemas de direção autônoma e não tripulados será ainda mais aprofundada.

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