Měření dynamických parametrů prostřednictvím tzv. inerciální měřící jednotky (IMU), tedy záznamu zrychlení, rychlosti a popřípadě i polohy v prostoru, má velmi široké uplatnění, například v lodním průmyslu, vojenství, kosmickém výzkumu nebo automatizaci. V případě automobilového průmyslu se uvedená zařízení používají zejména pro vyhodnocování jízdních manévrů vozidla, zpravidla při testování jízdních vlastností vozidla, nebo k záznamu trasy v kombinaci s GPS jednotkami. Právě potřeba monitorovat a analyzovat jízdní vlastnosti vozidla (automobilu nebo motocyklu) vedla vědce z VUT k sestrojení prototypu mobilní IMU, která oproti stávajícímu stavu techniky nabízí hned několik výhod.

Konstrukce zařízení

IMU sbírá data prostřednictvím dvou sad senzorů uspořádaných do tří na sebe kolmých os: gyroskopy měřící úhlovou rychlost dodávají informace o orientaci (otočení) vozidla a akcelerometry informují o zrychlení vozidla. Desky plošných spojů se senzory jsou uloženy na stěnách přesně frézované hliníkové základny.

Analogový signál ze senzorů je poté předzpracováván integrovaným mikroprocesorem. Analogový signál je pomocí vzorkování převáděn na digitální. Protože je procesor programovatelný, umožňuje uživateli rozšířit aplikační možnosti zařízení zejména nastavením různé vzorkovací frekvence.

Poslední součástí IMU je paměťové médium, na které jsou nasbíraná data ukládána. Praktickou volbou se ukázalo použít běžnou paměťovou kartu, kterou je po zaplnění velmi snadné nahradit. Součástí řešení je i software na přenos a zpracování takto získaných dat v PC.

Energetická soběstačnost a mobilita

Současná, na trhu dostupná řešení, vyžadují pevné spojení s počítačem, což omezuje velikost IMU a výdrž baterie. Většina současných IMU je spojena s pozorovaným objektem (strap-down přístup), malé rozměry a nízká hmotnost zařízení jsou tedy nespornou výhodou, která na rozdíl od dostupných řešení dovoluje použít IMU i u motocyklů. Navržená jednotka disponuje vlastním napájením z tužkových baterií a je tak řešena jako zcela autonomní.

Zásadní inovací je flexibilita zařízení. Snímací část IMU je odpojitelná, zařízení je tak možno využít jako datalogger, čili zařízení pro sběr a ukládání informací, pro signály přicházející z jiného zdroje pomocí připojitelného konektoru. Zařízení je jednoduché a nenáročné na spotřebu energie a údržbu, stejně nenáročná je i výroba, kterou zvládne běžný odborník s využitím na trhu běžně dostupných komponent.

Původci řešení jsou pracovníci Ústavu konstruování FSI VUT v Brně Ing. Milan Klapka, Ph.D., doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. a Ing. Zbyněk Strecker. Výzkum byl podpořen z prostředků výzkumného záměru MSM0021630518 „Simulační modelování mechatronických soustav“. Konstrukce IMU je chráněna užitným vzorem.