Centrale inertielle : comment choisir une IMU ou une centrale GNSS/INS
Une centrale inertielle — IMU en anglais, pour Inertial Measurement Unit — mesure en permanence les accélérations et les vitesses angulaires d’un mobile sur trois axes. En intégrant ces mesures, elle restitue la vitesse, l’attitude (roulis, tangage, cap) et la trajectoire, sans dépendre d’aucun signal extérieur.
Seule, une IMU dérive : l’erreur d’intégration s’accumule avec le temps. C’est pourquoi les systèmes de mesure sérieux la couplent à un récepteur satellite. On parle alors de centrale GNSS/INS : le GNSS recale la position en absolu, l’inertiel comble les pertes de signal — sous un tunnel, entre deux immeubles, sous un pont — et fournit une cadence de sortie que le satellite ne sait pas donner, typiquement 1 kHz contre 10 à 20 Hz.
DEWETRON Services distribue en France les centrales GeneSys ADMA, conçues pour les essais de dynamique véhicule : distance d’arrêt, tenue de route, évitement, validation ADAS, protocoles Euro NCAP. Cette page explique ce qu’il faut regarder avant de choisir, puis compare les modèles.
Ce que « précision » veut dire, concrètement
Une centrale inertielle n’a pas une précision, elle en a quatre — et ce ne sont pas les mêmes selon l’essai que vous menez. Un essai de freinage se juge sur la distance ; une validation ADAS se juge sur le cap et le tangage.
| Grandeur | Ce qu’elle mesure | Ce qui l’améliore |
|---|---|---|
| Position | Où se trouve le véhicule, en absolu. Exprimée en mètres, à 1 σ. | La correction différentielle RTK, qui fait passer la position de l’ordre du mètre au centimètre — 0,01 m sur toute la gamme ADMA. |
| Vitesse | La vitesse réelle sur le sol, indépendante des roues et donc du glissement. | La qualité des accéléromètres et la fusion inertiel/GNSS. De 0,06 à 0,03 km/h RMS selon le modèle. |
| Cap | L’orientation du véhicule dans le plan horizontal — l’angle de lacet. | La technologie des gyroscopes. C’est là que l’écart entre modèles est le plus net : 0,06° pour un MEMS, 0,015° pour un gyro à fibre optique. |
| Roulis et tangage | L’inclinaison latérale et longitudinale. Déterminante en tenue de route et en essais de renversement. | La même technologie de gyroscopes : de 0,06° à 0,01° selon le modèle. |
Deux autres chiffres comptent autant : la latence (inférieure à 1 ms sur toute la gamme ADMA, ce qui autorise le pilotage temps réel d’une cible mobile) et la cadence de sortie (1 kHz), qui décide de la finesse avec laquelle un transitoire de freinage est décrit.
Comparatif des centrales inertielles GeneSys ADMA
Trois centrales GNSS/INS couvrent l’essentiel des essais véhicule. Les précisions sont données à 1 σ, position en RTK.
| Modèle | Gyroscopes | Cap | Roulis / tangage | Vitesse | Ce qui le distingue |
|---|---|---|---|---|---|
| ADMA-Micro | MEMS | 0,06° | 0,06° | 0,06 km/h | La plus petite de la gamme : 78 × 61 × 27 mm pour 116 g en version OEM, et ITAR-free. |
| ADMA-Slim | MEMS strap-down | 0,05° | 0,02° | 0,04 km/h | Compacte et légère, pensée pour les motos, les cibles mobiles (GST) et les usagers vulnérables (VRU). |
| ADMA-G-Pro+ | Fibre optique | 0,015° | 0,01° | 0,03 km/h | Trois gyroscopes à fibre optique et accéléromètres asservis. Le choix des essais de conformité Euro NCAP et NHTSA. |
Deux compléments répondent à des contraintes particulières : IPS / VIPS pour mesurer une trajectoire en intérieur, là où le GNSS ne passe pas, et MeasureX pour relever précisément les offsets d’installation de la centrale dans le véhicule — une erreur de quelques millimètres sur ce relevé ruine la précision annoncée.
→ Voir toute la gamme Centrales inertielles & navigation GNSS.
Ce qui fait le prix d’une centrale inertielle
Les centrales inertielles de mesure ne se vendent pas sur catalogue : le prix dépend de la configuration, et l’écart entre deux systèmes qui se ressemblent sur le papier peut être d’un facteur important. Quatre paramètres pèsent :
- La technologie des gyroscopes. C’est le premier poste. Un gyroscope MEMS suffit à beaucoup d’essais ; un gyroscope à fibre optique divise l’erreur de cap par quatre et l’erreur de tangage par six, mais il coûte sensiblement plus cher.
- La classe de précision retenue. Payer une précision de cap au centième de degré n’a de sens que si le protocole d’essai l’exige — Euro NCAP ou NHTSA, typiquement.
- La correction satellite. Le RTK suppose une base au sol ou un abonnement à un réseau de correction. C’est un coût récurrent qu’il faut intégrer dès le départ.
- Les interfaces et le logiciel. Sortie CAN ou Ethernet vers un système d’acquisition tiers, post-traitement, synchronisation de plusieurs véhicules entre eux : ce sont des options, pas des évidences.
Le plus sûr est de partir de l’essai à réaliser et de la tolérance admise, puis de remonter vers le matériel. Nos ingénieurs à Tarbes font ce chiffrage sur demande, avec la configuration complète : centrale, correction, interfaces et intégration au système de mesure existant.
À quoi ça sert, sur le terrain
Essais de freinage et de tenue de route
Distance d’arrêt, décélération, évitement, slalom. La vitesse sol et le cap sont les grandeurs décisives, et la latence sous la milliseconde permet de déclencher un événement au bon instant.
Validation ADAS et conduite automatisée
Freinage automatique d’urgence, détection d’usagers vulnérables, suivi de voie. Ces protocoles exigent de connaître la position relative de deux mobiles au centimètre, ce que seul un couplage RTK + inertiel permet.
Intégration à une chaîne de mesure
Les ADMA sortent en CAN ou en Ethernet vers un système d’acquisition tiers. Un complément au logiciel OXYGEN centralise les données d’une ou plusieurs centrales avec le reste des voies de mesure.
ADMA : la centrale inertielle GeneSys en détail
ADMA signifie en anglais « Automotive Dynamic Motion Analyzer » littéralement traduit par Analyseur du mouvement de la dynamique véhicule. Cet acronyme réfère à une centrale inertielle ou IMU en anglais équipé d’un système de positionnement différentielle par satellites ( GPS ). Cette solution est particulièrement adaptée pour les tests et la mesure de la dynamique véhicule.
Ce capteur avancé et développé par la société GENESYS permet une mesure constante de la vitesse, l’accélération et la position d’un ou plusieurs véhicules en mouvement dans les 3 axes dimensionnels. Les informations caractéristiques de la dynamique véhicule telles que le tangage, roulis, l’angle de dérive, la vitesse angulaire… sont constamment et précisément mesurées par le système ADMA.
La solution GENESYS ADMA est particulièrement adaptée pour les cas d’applications nécessitant des mesures très précises et complètes tels que les essais sécuritaires.
Principe de fonctionnement des centrales inertielles IMU et récepteurs GPS
Grâce à notre sens de l’équilibre, nous orientons facilement nos déplacements et contrôlons nos déplacements facilement avec une extrême précision.
La solution de mesure ADMA est basée sur le même principe. Comme le fonctionnement de notre oreille interne, les accéléromètres intégrés dans la centrale inertielle mesurent le déplacement linéaire et créent une référence à l’accélération gravitationnelle. Trois gyroscopes positionnés en quadrature mesurent précisément en parallèle les mouvements de rotation. A partir de ces informations synchrones , les vitesses de déplacement, les positions et la localisation véhicule sont déterminées en temps réel par l’unité de traitement et le filtre Kalman avec une précision accrue de quelques centimètres.
Les dérives inhérentes aux informations issues des accéléromètres sont compensées en utilisant les données GPS. Ce mode de fonctionnement est comparable au traitement de notre cerveau. Celui-ci utilise les informations issues de notre vision en complément du sens de l’équilibre afin de corriger nos déplacements.
Ce mode de fonctionnement permet une robustesse des mesures, une perte de réception ou une interruption temporaire du signal GPS n’aura aucune interférence sur l’analyse des signaux. La latence importante de réception des signaux satellitaires et la dépendance des mesures des accéléromètres n’impactent pas la qualité des mesures.
La solution ADMA basée sur des centrales inertielles corrigées par GPS a été optimisée pour les tests de la dynamique des véhicules tels que les essais de qualification véhicule en slalom ou sur anneau de vitesse. L’accélération gravitationnelle de la terre et sa rotation sont prises en compte pour une précision optimale des mesures.
Les unités ADMA n’ont pas de composants internes mobiles ce qui assurent une tolérance aux défauts, une efficacité et une robustesse importante.
La dernière génération de modèle ADMA intègre la communication CAN ou Ethernet pour l’échange des données avec des systèmes d’acquisition tierces comme les solutions de mesure modulaire DEWETRON. Ce choix de protocole garantit une mise en œuvre et une intégration simple de ces systèmes avec des moyens d’essais automobiles d’autres fabricants.
Exemple d’IHM pour l’exploitation des données
La société DEWETRON a notamment développé un complément à son logiciel OXYGEN afin de centraliser les données issues d’une ou plusieurs centrales ADMA (jusqu’à 6 ) synchronisées avec les systèmes DEWE2 pour étendre les fonctionnalités d’analyses.
Les déplacements, vitesses et accélérations relatifs entre véhicules munis de la solution ADMA sont calculées et visualisées via une cartographie libre dans le logiciel OXYGEN. Le profil physique de chaque véhicule peut également être librement configuré par l’utilisateur et pris en compte pour une analyse la plus précise possible.
Au cœur de la centrale inertielle IMU ADMA
- 3 gyroscopes à fibre optique pour la mesure des mouvements de rotation dans l’espace.
- 3 accéléromètres pour les mouvements linéaires.
- Position absolue précisément déterminée grâce à un récepteur GPS couplé à la technologie WAAS ou RTK DGPS pour la correction des données.
- DGPS récepteur inclus dans toutes les conceptions.
- Récepteur GPS externe en option.
Les signaux GPS et les données des centrales inertielles sont analysées par un DSP et une unité de calcul FPGA pour analyser la vitesse, la position , les angles…
Cas d’applications
Les modèles des solutions inertiellesGPS ADMA ont des applications différentes selon les capteurs internes utilisés. Les versions de hautes précisions sont moins sensibles aux interférences ou pertes GPS. Tous les modèles sont disponibles avec différents niveaux de précision, du récepteur simple bande L1 d’une précision de plusieurs mètres au récepteur L1L2 couplé RTK d’une précision de quelques centimètres.
La solution ADMA de base est un capteur de vitesse et de distance avec une centrale inertielle IMU intégrée et un récepteur GPS. Sa conception est optimisée pour les essais de freinage automobile ou ferroviaire. Afin de faciliter son installation, les capteurs inertiels sont intégrés à une antenne GPS. Toutes les données du mouvement véhicule sont calculées par le système. Dans sa version de base, les informations de décélération, accélération, la distance de freinage et la position sont transmises en sortie CAN ou Ethernet. Cette solution répond aux inconvénients des systèmes de mesure basée uniquement sur une réception GPS. Cette solution compacte ( 110 cm de largeur sur 130 cm de longueur ) , légère ( 750 grammes ) , IP 68 se transporte et s’installe facilement dans tous types de véhicules.
6 versions des solutions ADMA sont disponibles selon les contraintes et le niveau de performance souhaités :
- Résolution de mesure angulaire
- Roulis (de 0.00004 °/s à 0.025 °/s)
- Dérive des mesures sans réception GPS
- Centrale inertielle IMU à fibre optique
- Précision de positionnement (de 0.01 m à 2 m… )
Découvrez toutes les références et les spécifications techniques des centrales inertielles IMU ADMA.
ADMA micro
ADMA Slim
ADMA Speed
ADMA PRO+
Les solutions ADMA selon le niveau de précision et les options de corrections des données sont utilisées dans de nombreux cas d’applications :
- Test et validation de la dynamique générale des véhicules
- Test et validation véhicule selon des normes de références. Ex: test ISO de lacet ou changement de voie, test circulaire à l’état d’équilibre, etc…
- Essai freinage / accélération
- Mesure de la dérive de piste
- Mise au point châssis
- Validation de solution ADAS ou Système d’aide à la conduite ( ACC, FCW, AEB, LDW, LKA )
- Certification ISO 26262 pour les systèmes ABS et ESP.
- Evaluation de système embarqué de positionnement ou localisation
- Validation du confort véhicule
- Essai en roulage sur piste ou routes publiques
- Aide à la navigation de solution de pilotage automatisée
- Validation de modèle de simulation véhicules
- Test de freinage ou anti-collision pour véhicule autonome
Pour obtenir plus d’information sur la mesure de la distance d’arrêt, veuillez télécharger notre livre blanc ci-dessous:
Pour obtenir plus d’information sur le VRU-Tracking, veuillez télécharger notre livre blanc ci-dessous:
Pour obtenir plus d’information sur le test des fonctions sécuritaires ISO 26262, veuillez télécharger notre livre blanc ci-dessous:
Pour obtenir plus d’information sur le logiciel ADMA-PP, veuillez télécharger notre livre blanc ci-dessous:
Références
Les unités ADMA sont reconnues comme des références dans le monde entier depuis plus de 25 ans. Membre de l’alliance DTA en association avec DEWETRON , Stähle et TU Dresden afin de proposer une solution complète et clé en main de test de la dynamique véhicule.
Centrale Inertielle IMU et récepteur GPS : demandez votre devis
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