Design och utveckling av en optiskt beröringsfri markhastighetssensor för en racerbil - Design and Prototyping of an Optical Non-contact Ground Speed Sensor for a Race Car

Abstract

Abstract Precise, non-contact ground speed measurements are crucial in motorsports, where conventional speed measurement methods become inaccurate due to wheel slip. Various contactless methods for measuring ground speed exist, such as Global Positioning System (GPS), estimation using Inertial Measurment Units (IMUs) as well as optical or radarbased sensors. Low latency Non-contact Ground Speed Sensor (NGSS) with sufficiently high enough update rate typically come at a very high cost. This work evaluates several contactless ground speed measurement approaches on how well they could be developed and would fit the requirements of Chalmers Formula Student (CFS). An optical solution based on displacement sensors, commonly used in computer mice, was selected for development. Two displacement sensors with differing specifications were selected and compared under different lighting configurations. The displacement sensor, PAW3395DM-T6QU, was proved to function from 0-120km/h, outputting speed measurements in both X and Y direction at 100 Hz. The sensor was shown to maintain an error margin below 3.5% after calibration when tested under controlled environments. This shows the possibilities of using a displacement sensor as a low cost NGSS alternative.

Noggranna, beröringsfria markhastighetsmätningar är väldigt viktiga inom motorsport, då de konventionella hastighetsmätmetoderna inte blir tillräckligt exakta på grund av bland annat hjulspinn. Det finns flera beröringsfria metoder för att mäta markhastighet, såsom Global Positioning Systems (GPS), uppskattningar med hjälp av Inertial Measurement Units (IMU:er), samt optiska eller radarbaserade lösningar. Beröringsfria markhastighetssensorer med låg latens och hög uppdateringsfrekvens är dock vanligtvis väldigt dyra. Detta arbete utvärderar flera metoder för beröringsfri markhastighetsmätning utifrån hur väl de kan implementeras samt uppfylla kraven från Chalmers Formula Student (CFS). En optisk lösning baserad på förflyttningssensorer, vanligt förekommande i datormöss, valdes för vidare utveckling. Två sensorer med olika specifikationer valdes ut och jämfördes under olika ljusförhållanden. Förflyttningssensorn PAW3395DM-T6QU visade sig fungera mellan 0-120km/h och levererade hastighetsmätningar i både X- och Y-led med en uppdateringsfrekvens på 100 Hz. Sensorn visade sig dessutom upprätthålla en felmarginal under 3.5% efter kalibrering vid testning under kontrollerade förhållanden. Detta visar möjligheten att använda denna typ av sensor som ett kostnadseffektivt alternativ till kommersiella beröringsfria markhastighetssensorer.