Trägheitsmesseinheit

Hochgenaue Messungen der Nick-, Wank- und Gierrate mit drei Drehratensensoren sowie der x-, y- und z-Beschleunigung mit drei Beschleunigungssensoren.

Die RACELOGIC IMU kann als eigenständiger Sensor oder als Trägheitsnavigationssystem (INS) verwendet werden, wenn es an einen VBOX GPS-Datenlogger angeschlossen ist.

In Verbindung mit VBOX 3i können Daten von der IMU nahtlos mit den GPS-Daten integriert werden, um eine auf 0,06 ° (RMS) genauen Nick- und Wankwinkelmessung, sowie gleichmäßigere Geschwindigkeitsdaten sicherzustellen. Dadurch wird erreicht, dass selbst bei Unterbrechungen des Satellitensignals Messdatendaten zur Verfügung stehen.

Hauptmerkmale


Hohe Genauigkeit

Die Verwendung der synchronen 16-Bit-Abtastung für jeden der internen Sensoren bietet ein hohes Maß an Genauigkeit mit einer Gierratenauflösung von 0,00085°/s und einer Beschleunigungsauflösung von bis zu 0,04 mg. In Verbindung mit einer VBOX 3i ist die Nick-/ Wankwinkel-Messgenauigkeit 0,06° (RMS) und der Gierwinkel auf 0,5° (RMS) genau.

Wasserfest

Die IMU ist mit einem spritzwassergeschützten Gehäuse ausgestattet, das für eine begrenzte Eintritts-IP von 65 ausgelegt ist. Diese steigt auf IP67, wenn nicht verwendete Steckverbinder mit Lemo-Blindstopfen verschlossen werden. Hierdurch ist die IMU ideal für den Einsatz auf Booten oder in rauer Umgebung.

GNSS-Integration

In Verbindung mit VBOX 3i als ein Trägheitsnavigationssystem (INS) können Daten von der IMU nahtlos mit den GNSS-Daten integriert werden, um genaue Position, Geschwindigkeit und Karosserie-Winkel zu berechnen, selbst wenn der Empfang von Satellitensignalen unterbrochen oder beeinträchtigt wird.

Interne Temperaturkompensation

Die IMU ist vollständig auf Temperatureffekte, Skalierungsfaktor-, Vorspannung- und Fehlausrichtungsfehler kalibriert. Es hat eine verbesserte Kalibrierung und Stabilität gegenüber Vorgängermodellen.

CAN-Bus-Schnittstelle

Bei Verwendung als eigenständiger Sensor kann die IMU04 einfach über eine CAN- oder eine serielle Schnittstelle angeschlossen und konfiguriert werden.

IMU-Integration

Die Verwendung eines hochempfindlichen und schnellen GPS-Empfängers ermöglicht die genaueste Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, solange eine einwandfreie Sicht zum Himmel gewährleistet ist.

Probleme treten dann auf, wenn Gebäude oder Bäume in der Nähe der Teststrecke die Sicht versperren. Wird das GPS-Signal zeitweise unterbrochen, so entstehen Ausreißer in der Datenmessung – eine unvorteilhafte Situation, wenn Sie auf ein gutes Geschwindigkeitssignal angewiesen sind.

Um bei ungünstigen Empfangsverhältnissen eine hohe GPS-Genauigkeit sicherstellen zu können, integriert Racelogic Daten einer Trägheitsmesseinheit mit denen von GPS.

Durch die Kombination von GPS- und Inertialdaten aus drei Drehratensensoren und drei Beschleunigungssensoren werden gleichmäßige und verlässlichere Daten generiert. GPS/-INS-Integration gleicht GPS-Datenausfälle aus und hält die hohe Genauigkeit einer VBOX 3i aufrecht.

Wie verbessert IMU-Integration die GPS-Daten?

Geschwindigkeit

IMU-Integration verringert das Datenrauschen und garantiert eine präzise Geschwindigkeitsmessung bei GPS-Signalverlust.

Heading (Fahrtrichtung)

Die Messung der Fahrtrichtung ist besonders bei geringen Geschwindigkeiten zuverlässiger als durch die alleinige Verwendung von GPS, das leichtes Datenrauschen aufweisen kann.

Position

Die Positionsmessung auf einer mit Bäumen gesäumten Straße kann zu unsauberen Messergebnissen führen, da das GPS-Signal von Ausfällen und Reflexion betroffen ist. IMU-Integration korrigiert die Positionsmessung und erzeugt genaue, rauschfreie Daten.

Beschleunigung

IMU-Integration ermöglicht eine genauere Repräsentation der Längsbeschleunigung (G-Kraft) während eines ABS-Bremsstopps.

Bremswegmessung mit IMU-Integration

Die Durchführung von Bremstests an Fahrzeugen mit großer Bauhöhe und langen Federungswegen kann zum Überschwingen der Geschwindigkeitsdaten führen, weil die Messung weit oben in Dachhöhe vorgenommen wird, wo die GPS-Antenne befestigt ist. Bei der Erstbetätigung der Bremsen gibt es in Dachhöhe eine stärkere Änderung der Geschwindigkeit als am tiefer liegenden Masseschwerpunkt des Fahrzeugs („COG“).

Die Integration einer IMU04 mit einer entsprechend aufgerüsteten VBOX 3i kann jedoch dazu eingesetzt werden, um diesem „Hebelarmeffekt“ entgegenzuwirken. Wenn man IMU- mit GPS-Daten kombiniert, kann das Überschwingen der Geschwindigkeitsdaten kompensiert, und dadurch ein konsistenter Bremstest bis zum Stillstand durchgeführt werden.

Die Kompensationsmaßnahmen für den „Hebelarmeffekt“ unterstützen Testingenieure nicht nur bei Bremstests, sondern auch bei weiteren hochdynamischen Fahrmanövern. Bei der Schräglaufwinkelmessungen kann ein Überschwingen der Geschwindigkeit auftreten, wenn die Antenne auf ihrem Weg einen größeren Bogen beschreibt als der Masseschwerpunkt des Fahrzeugs beim Einlenken. Fahrmanöver wie z. B. der Spurwechsel können deshalb durch eine IMU-Integration und Hebelarmkompensation günstig beeinflusst werden.

Diese Abbildung zeigt, dass Punkt A weiter ausschwingt als Punkt B und einen größeren Weg als zurückgelegt.

Dieser Graph zeigt, dass Punkt A einen größeren Weg als Punkt B zurückgelegt hat.

Blau = GPS-Geschwindigkeit; Rot = IMU-korrigierte Daten

In diesem Beispiel einer hochdynamischen Bremsung schwingt die blaue Kurve (GPS-Geschwindigkeit) bei Bremsbetätigung aus und zeigt dann eine gedämpfte Schwingung, wenn die Verzögerung fortgesetzt wird. Die IMU-korrigierten Daten (rote Kurve) erfassen den Bremsung vom Fahrzeugschwerpunkt aus genau.

Rot (unten) = Nickwinkel, vom der IMU gemessen; Blau = GPS-Geschwindigkeit; Rot (oben) = IMU-integrierte GPS-Geschwindigkeit

Die Kurvenverläufe stellen die Fahrt des Fahrzeugs über eine Bremsschwelle dar. Bitte beachten Sie, wie sich die GPS-Geschwindigkeit ändert, wenn sich das Fahrzeugdach unabhängig vom Masseschwerpunkt bewegt, während das Fahrzeug über die Bremsschwelle fährt. Die integrierte Geschwindigkeit zeichnet den korrekten Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs auf.

Montage-Optionen

1) Auf dem Fahrzeugdach

Die einfachste Methode eine IMU anzubringen, ist die Montage auf dem Fahrzeugdach, direkt unter der GPS-Antenne.

Eine speziell entwickelte IMU-Dachhalterung ermöglicht die sichere Anbringung der IMU04 im maßgeschneiderten Gehäuse, während die magnetische Basis die IMU sicher auf dem Dach befestigt.

Die Antenne kann dann direkt auf der IMU-Dachhalterung platziert oder verschraubt werden (RLACS216 für Magnetantennen / RLACS230 für nichtmagnetische Antennen mit Grundplatte), sodass die Datenquellen am selben Punkt gemessen werden können.

Durch die gleichzeitige Positionierung der Antenne und der IMU auf dem Dach des Fahrzeugs muss der Abstand zwischen beiden nicht wie in einer Standardeinstellung gemessen werden, sodass nur die erforderliche Übersetzung - normalerweise - zum Schwerpunkt des Fahrzeugs verbleibt. Diese Methode ist einfacher und weniger anfällig für menschliche Messfehler. Das Zusammenlegen der Antenne mit der IMU verbessert auch die Leistung des Kalman-Filters erheblich.

Bei Verwendung eines Fahrzeugs mit einem NE-Dach wie Aluminium, Kohlefaser oder Glas (Schiebedach) ist eine zusätzliche Saughalterung neben der magnetischen IMU-Halterung erforderlich.

Mit ihren drei Kontaktpunkten sorgt die Vakuum-Stativhalterung (RLACS256) für eine sehr stabile Befestigung und reduziert IMU-Vibrationen, die möglicherweise vom Fahrzeugdach übertragen werden.

Die verstellbaren Hebelarme ermöglichen das Nivellieren der IMU auf einem nicht flachen Dach, während die Montagemöglichkeiten am Fahrzeug erweitert werden. Sie können beispielsweise die Halterung teilweise oder vollständig auf dem Glasdach eines Coupés befestigen, wenn Sie versuchen, eine größere Antennentrennung in einem Doppelantennen-Setup zu erzielen.

Wenn Sie mit einer VBOX 3i-Doppelantenne testen und an einer maximalen Antennentrennung interessiert sind*, ermöglicht die Verwendung eines Dachmontagestabs (RLACS171) in Kombination mit der IMU-Halterung mit Eisenplatte (RLACS257) eine schnelle Ausrichtung der Doppelantenne.

Ein zusätzliches Paar Polsaugarme wird mitgeliefert, um die IMU auf dem Dach zu stabilisieren.

*Der maximale Antennenabstand verbessert die Genauigkeit der Schräglaufwinkelmessung.


2) Nutzung des Racelogic-Montagearms

Wenn eine Befestigung auf dem Fahrzeugdach nicht möglich ist, dann kann die IMU auch im Fahrzeug angebracht werden. Eine flexible Möglichkeit bietet die Verwendung des Racelogic-Montagearms (RLACS212-v2). Der dreiteilige Teleskopstiel kann auf eine Länge von 70 bis 150 cm angepasst werden, weitere 20 cm können über die Ausfuhr der Dachbefestigung mithilfe eines Druckhebels erreicht werden.

Beide Seiten sind über ein Gelenk mit einer 8x13 cm großen Endplatte verbunden, um für unebene Oberflächen vorzusorgen. Der Montagearm presst gegen die IMU am Boden und das Fahrzeugdach und stellt somit eine stabile Befestigung sicher.

Die IMU kann an der zusätzlichen IMU-Stangenhalterung (RLACS294) angeschraubt werden, die fest um die Stange sitzt.

3) Fester Einbau

Es ist möglich die IMU fest am Fahrzeugboden zu befestigen. Stellen Sie hierbei sicher, dass die IMU wie in der Abbildung unten in Fahrtrichtung und parallel zum Boden montiert wird.

Für beste Ergebnisse montieren Sie die IMU und GPS-Antenne so nah zusammen wie möglich. Schrauben Sie, zum Beispiel, die IMU an die Sitzschiene und positionieren Sie die GPS-Antenne direkt darüber auf dem Dach.

Der Abstand zwischen GPS-Antenne und IMU muss mit einer Genauigkeit von +/- 5 cm gemessen werden. Die manuellen Messergebnisse können entweder über VBOX Test Suite oder VBOX Manager eingegeben werden.

Technische Daten


Bitte beachten Sie, dass Trägheitssensoren hochempfindliche mechanische Systeme sind. Ihre Leistung und Lebensdauer können durch starke Vibrationen oder Stöße beeinträchtigt werden, daher können wir die Spezifikationen der Gyroskope und Beschleunigungsmesser nur für einen Zeitraum von maximal 2 Jahren ab dem Kaufdatum garantieren.

Gyroskope (Drehratensensoren)

Dynamikbereich
±450°/s
Nichtlinearität
0,01% FS
Effektive Auflösung
20 Bits (0,00085°/s)
Bandbreite
50 Hz
Rauschdichte (Random walk)
0,01°/s/√Hz (0,6°/√hr)
Diagonalstabilität
±0,0028°/s
Diagonal-Wiederholgenauigkeit (1 Jahr)
0,2°/s

Beschleunigungssensoren

Messbereich
±20 g
Nichtlinearität
0,01% FS
Effektive Auflösung
20 Bits (0,00004 g)
Bandreite
50 Hz
Rauschdichte (Random walk)
90 µg/√Hz (0,055 m/s/√hr)
Diagonalstabilität
15 µg
Diagonal-Wiederholgenauigkeit (1 Jahr)
0,005 g

Physikalische Daten & Umweltfaktoren

Betriebstemperatur
-40 bis +85 °C
Maximale Stoßbelastung im Betrieb
An (max 0.5 ms): 2000 g
Strom
~150 mA
Spannung
8 – 30 V DC
Maße

IMU04 dimensions

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