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 Mesure de déplacement avec un accéléromètre

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Sedalc
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MessageSujet: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 21 Déc - 20:16

Bonjour à tous ! Tout d'abord ça fait longtemps que je ne suis pas passé, j'ai vu quelques sujets intéressants !

Dans le cadre d'un projet je dois mesurer le déplacement des suspensions d'une voiture roulant sur la route. Le but est d'obtenir un "profil de chaos" de la route (trous, bosses) pour ensuite l'injecter dans un modèle de suspension (LMS Amesim). J'ai pensé à plusieurs solutions :
Citation :

• Utiliser l’accéléromètre d’un Smartphone et une application permettant d’enregistrer les
accélérations en fonction du temps (attention au filtrage préalable de la suspension).
• Filmer la roue avec une caméra type « Go Pro » et la suspension avec une échelle
graduée puis analyser et reporter dans un tableur les mouvements grâce à un logiciel
d’analyse d’image par image.
• Installer des photorécepteurs à intervalles réguliers sur une partie de la suspension et
une diode sur l’autre partie et analyser le signal reçu sur une carte son grâce à un
logiciel d’analyse sonore type Audacity pour déterminer le profil de mouvement
(précision selon la discrétisation des photorécepteurs).
• Installer un accéléromètre sur la roue (ou la suspension) afin de déterminer directement
le profil.

Alors voilà j'ai pu d'ores et déjà tester la première solution. J'ai un LG nexus 4 qui contient l'accéléromètre Invensense MPU-6050 :


J'ai un problème ! Lorsque je teste cette méthode avec un déplacement "à la main" ça fonctionne plutôt bien en faisant l'intégrale double de l'accélération (de haut en bas : accélération, déplacement) :


On peut remarquer 3 déplacements ce qui correspond à ce que j'ai fait en réalité. La valeur du déplacement semble assez proche de la réalité, le profil est respecté.


Cependant lorsque je test cette méthode dans une voiture ça ne fonctionne plus du tout. Voila les courbes obtenues (de haut en bas : accélération, vitesse, déplacement) :


Je ne comprends pas trop ce résultat. A quoi peut-il être du ? J'ai d'abord pensé que l'accéléromètre pouvait "décrocher" mais les pics dépassent rarement les 2G ce qui est dans la plus basse plage de mon modèle.

Les résultats seraient ils meilleurs avec ce type d'accéléromètre (+rasberry pi) ?

La méthode est-elle totalement fausse ?

Merci pour vos réponses.
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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 21 Déc - 21:33

Premièrement on ne mesure pas une vitesse et encore moins une position via un accéléromètre, le principal pb étant la dérive de l'accéléromètre avec le temps (ce que tu peux observer dans la seconde mesure). C'est notamment pour ça qu'une centrale inertielle a à la fois des accéléromètres et des gyroscopes, ont utilise les uns pour corriger la dérive des autres et inversement (et même comme ça on a des dérives sur de longues périodes...) Wink

Si tu veux mesurer une une position alors il te faut un capteur de position. Les trois critères principaux ici sont : l'amplitude maximale de variation (à la louche je dirais -150 mm; +150 mm soit 300 mm de course totale), la précision (quelques %, soit quelques mm serait déjà bien je pense), et la vitesse de réaction du capteur (et le nombre d'échantillons par seconde de l'ADC vu que tu numérises la valeur), quelques kHz devraient largement suffire (ce qui veut dire que tu peux utiliser l'entrée audio d'un PC par exemple si tu ne veux pas te casser la tête à utiliser un ADC toi-même) Smile

A tout ça il faut ajouter un filtre passe-bas pour éliminer les petites vibrations rapides (moteur, gravillons, ...). La fréquence de coupure sera à déterminer à l'usage même si je pense que ça doit tourner entre quelques dizaines et quelques centaines de Hz. Un simple filtre réglable basé sur un AOP ira très bien je pense Wink

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 22 Déc - 12:14

Coton ton projet!! A mon avis doit y'avoir plusieurs solutions qui marchent What a Face .

Au pif je dirais tracer une bande blanche sur la route, et simplement fixer une led ir avec une photorésitance sur le chassis de la bagnolle, la lumiére devrait se réfléchir plus ou moins suivant la distance.
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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 22 Déc - 15:47

Cette solution ne marchera pas du tout, trop imprécise et surtout trop bruitée.

Le plus simple et efficace est de prendre deux points d'ancrage pour le capteur proches des deux points d'ancrage de l'amortisseur Wink

Pour le capteur y'a plein de solutions, perso je fabriquerais probablement un LVDT (tape lvdt sensor sur google) moi-même vu que ce n'est pas très compliqué et que la précision sera largement suffisante pour ce que tu veux faire à priori Wink

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Ven 26 Déc - 13:03

Salut a tous (oui j'sors de nulle part  D: ), Sedalc si ca peut t'aider je peux te dire ce qu'on utilise pour mettre au point la base roulante.

Les bagnoles proto sont équipées de capteurs de déplacement a cables:

J'ai pas retrouvé le modèle qu'ils utilisent mais le principe est simple, c'est un fil tendu sur un enrouleur qui se fixe sur le centre de la roue, il suffit d'une jante spécifique avec une fixation pour le cable. La mesure s'effectue directement sur l'enrouleur, il faut juste veiller a placer le boitier parfaitement a la verticale du centre de roue.

Une version différente est utilisée sur les banc:

C'est un laser avec un capteur capable de calculer l'altitude du point d'impact.
Des cibles en aluminium peintes en blanc sont fixées sur les roues non tournantes (ca vaut mieux), ce qui donne donc la lecture de la hauteur de la roue.

La 2eme solution n'est pas du tout adaptée a ton cas a moins peut etre de venir fixer ca sur la suspension, la 1ère est très précise mais reste a voir le cout de ces machins et ce dont tu disposes pour enregistrer/traiter le signal.
En tout cas ce sont les capteurs "officiels" pour relever les déplacements de chaque suspension, donc a priori une bonne piste pour ton histoire Razz

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Sam 27 Déc - 15:17

G-man Wink , c'est vrai que personne s'est demandé comment ils font ça de manière professionnelle.

J'ai pas trop capté comment ça fonctionne avec l'enrouleur par contre Razz .

Ok bidule pour les ldr, le capteur lvdt se comporte comme un transformateur variable grâce au déplacement de la ferite?

Sinon juste en filmant l'amortisseur en macro avec un règle graduée ?
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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Sam 27 Déc - 16:57

Le capteur a cable c'est juste une bobine de fil d'acier enroulée sur un cylindre qui est relié a un capteur de déplacement, donc quand tu déroules ou tu ré-enroules une portion du fil le capteur sait exactement de quel longueur il s'agit.

Concernant l'installation, il faut attacher le boitier sur l'aile de la bagnole, et tendre le fil jusqu'au centre de roue. Donc il faut une jante adaptée avec un petit arbre au centre sur lequel tu peux venir attacher le cable. Le capteur est mis a zéro et ensuite lorsque la bagnole roule il relève les montées et descentes de la suspension.

C'est con j'ai quelques images du système en question mais c'est certainement une très mauvaise idée de les sortir, meme si le proto en question est désormais sur la route depuis un moment.

Filmer c'est une solution tout a fait envisageable aussi, reste a savoir le degré de précision souhaité. Normalement ce genre de relevés une fois traités servent a établir un signal type qui va être injecté dans les bancs d'essais, donc c'est quelque chose d'assez pointu.

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 28 Déc - 16:36

J'ai peur que le capteur à câble ait trop d'inertie (et qu'en plus elle soit dissymétrique à cause du ressort de rappel) pour suivre les déplacements rapides.

Oui, le déplacement du noyau change l'amplitude de la tension au niveau des 2 bobines extérieures (la bobine centrale est alimentée par un sinus) et la différence de phase entre les signaux des deux bobines donne le sens de déplacement par rapport au neutre central (mais au lieu de l'utiliser avec le neutre au centre tu peux toujours mettre le neutre à un bout pour simplifier le circuit de conditionnement du signal) Wink

Oui, caméra + règle + logiciel de traitement qui va bien = ça peut marcher mais ça va être compliqué de filtrer le bruit étant donné qu'il sera sous forme d'image floue...

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 28 Déc - 16:54

Pas faux, en fait je commence a me demander si c'est pas plutot destiné a enregistrer le roulis dans les virage ces capteurs a cables. Je n'ai jamais vu aucun autre dispositif de controle du déplacement des suspensions a l'instru, mais ils foutent aussi des accéléromètres un peu partout sur le chassis donc peut etre qu'ils extraient leur signaux de la...

Ceci dit le cable est tendu assez fort et ne doit pas avoir tant d'inertie que ca.
Au pire j'irais leur demander ce serait interessant de savoir, je reprend le taf le 5 j'irais rendre une p'tite visite a l'instru ^^

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 28 Déc - 17:13

Ok Wink

Après pour un capteur pro à 5 k€ je doute pas qu'il marchera dans le cas présent mais j'imagine qu'il n'a pas un budget extensible donc il prendra probablement des capteurs moins chers qui seront bien moins conçus ou il le fabriquera lui-même et comme on ne peut pas miniaturiser de trop dans ce cas là (notamment à cause de l'encodeur nécessitant une roue à code de gray bien chiante à faire...) il aura forcément énormément d'inertie à cause de sa masse

Les LVDT sont chers à l'achat aussi mais ils ont l'avantage d'être très simples à construire soi-même pourvu qu'on se documente un peu avant. Le plus complexe c'est traiter le signal et c'est vraiment pas complexe en soit étant donné que le capteur est linéaire par nature Smile

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 28 Déc - 17:58

Oh je sais pas si ca coute si cher que ca, c'est souvent qu'ils les foutaient a la poubelle parce qu'ils avaient pris la flotte ^^'
Tu parles d'inertie pour le capteur, c'est sur il en a, mais la suspension de la bagnole aussi elle en a, en quantités bien plus considérables. Je suis pas sur qu'il soit possible que le cable se rétracte moins vite que la suspension quand la bagnole se mange une bosse, et meme en vibratoire.
C'est pas comme si on mesurait directement la topologie de la route, on vient relever la position d'un élément qui pèse lourd et est monté sur ressort, amortisseur, et pneumatique.

Les capteurs LVDT on s'en sert aussi mais plutot sur des objets "lents", comme une bielle sur un banc de déformation ou bien pour relever la position des fourchettes de bv, est-ce que c'est assez réactif ?

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 28 Déc - 18:39

Je disais ça comme ça, je sais juste qu'en général ce genre de capteur pro est extrêmement cher Smile

Oui mais ce qu'il faut voir c'est que le train roulant est peut-être lourd mais la voiture est bien plus lourde donc son inertie compte peu face à celle de cette dernière.

La réactivité dépend du matériau du noyau (mais ici peu importe, n'importe quel matériau convient jusqu'à plusieurs MHz) et de la fréquence utilisée pour driver la bobine centrale (il faut pouvoir relever l'amplitude donc il faut au moins une demi période) mais là encore quelques kHz suffiront amplement donc aucun souci Wink Mais sinon, oui, d'habitude il est plutôt utilisé pour sa précision et sa linéarité. Perso je compte utiliser un RVDT (LVDT mais en version rotatif) pour mesurer l'angle du réseau d'un spectromètre DIY car j'ai besoin d'un capteur fabriquable facilement, avec le minimum d'inertie possible, sans contact, linéaire et hyper précis (on parle de quelques dizaines de µm à quelques cm de distance de l'axe de rotation, je vous laisse calculer l'angle...).

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Dim 28 Déc - 23:42

Et un capteur de pression Electronique qui lierait la pression des amortisseur?
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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 0:21

Nop, ça ne marchera pas, d'autant plus que ce doit être une galère pas possible de "s'amuser" à ouvrir un amorto pour y coller un capteur au cul...

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 3:04

Ok j'ai compris pour le cable, au pire il pourrait faire ça avec une tête de lecture de disque dur? Ensuite amplifier le signal et pour réduire le bruit il pourais utiliser un ressort qui maintient la tête plaquée en position .Par contre faut voir si la vitesse des mouvements n'influ pas sur le voltage.
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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 3:07

Pas assez de course, et en fait ce que tu propose c'est un RVDT incomplet Smile ^^

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 3:16

Avec un bras plus grand ? Je vois pas trop les rvdt jvé tchek Wink .



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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 3:29

Mouais, m'enfin en plus faut rajouter une fonction trigo pour transformer l'angle en translation...

Un RVDT c'est un LVDT courbe en gros Wink

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 3:33

Le lvdt je vois, ça ressemble limite à un couplage nul le positionnement des bobines, à la manière d'un détecteur vlf pinpointer Wink .

Ok Wink .

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MessageSujet: Re: Mesure de déplacement avec un accéléromètre    Lun 29 Déc - 4:12

Le meilleur lien pour comprendre comment ça marche est probablement celui-ci http://www.macrosensors.com/lvdt_tutorial.html Wink

On voit bien qu'au neutre les tensions des deux bobines sont de même amplitude et en opposition de phase donc la sortie est nulle Smile

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Mesure de déplacement avec un accéléromètre
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