El futuro de los vehículos es la autonomía, y las tecnologías avanzadas de sensores de posición están ayudando a los vehículos diseñados para conducirse a sí mismos, de manera segura y precisa. Hay muchas predicciones sobre cuándo los autos verdaderamente autónomos se convertirán en una realidad.
Sin embargo, mientras esperamos, muchos de los vehículos actuales están equipados con una variedad de sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) como advertencias de salida de carril, estacionamiento asistido y frenado automático. Aunque estas tecnologías son muy útiles, se consideran un nivel de autonomía SAE de solo 1 o 2, lo que significa que aún requieren la participación del conductor el 100% del tiempo.
La gran pregunta es cuándo veremos el salto tecnológico al nivel 5, o vehículos completamente autónomos que no requieren interacción del conductor. Desafortunadamente, todavía estamos a varios años de que esta tecnología sea ampliamente aceptada y adoptada en cualquier tipo de vehículo. ¿Por qué? El desafío crítico es garantizar la seguridad.
Para lograr la plena autonomía se requiere una confianza absoluta en que un vehículo continuará operando de manera segura y precisa en cualquier tipo de clima o condiciones de la carretera y evitará lesiones significativas a pasajeros, peatones o propiedades.
Esto requeriría una tecnología de guía y navegación incorporada que pueda garantizar que el vehículo operará de manera segura si y cuando los sensores de percepción del vehículo como LiDAR, radar o cámaras fallan, o si hay una interrupción intermitente en las señales de satélite GNSS debido al clima, terreno o entorno.
Sistema de detección de parada segura para vehículos autónomos
Esta tecnología de detección de vehículos es el sensor de unidad de medida inercial, o sensor IMU. Debido a que un sensor IMU se basa en la gravedad y las leyes de la física en lugar de condiciones externas, puede seguir enviando datos para que el vehículo pueda mantenerse seguro hasta que pueda detenerse de manera segura o los otros sistemas de navegación vuelvan a funcionar, incluso si los sensores de percepción fallan debido al clima. Al eliminar la interrupción de datos y aumentar la seguridad operativa, el IMU acelerará la realidad de la conducción autónoma completamente nivel 5. Sin sensores IMU para proporcionar el colchón de seguridad, los vehículos autónomos nunca podrán funcionar de manera efectiva en calles y carreteras de la ciudad.
¿Qué es un sensor IMU y cómo funciona?
La mayoría de los sensores IMU están compuestos por dos conjuntos diferentes de sensores: sensores de acelerómetro y sensores de giroscopio. Los sensores de acelerómetro miden la aceleración lineal en tres ejes ortogonales. Integrar la aceleración a lo largo del tiempo proporcionará velocidad, e integrar la velocidad a lo largo del tiempo resultará en un cambio de posición.
Los sensores de giroscopio miden la velocidad angular de tres ejes ortogonales. Integrar la velocidad angular a lo largo de los tres ejes a lo largo del tiempo generará un cambio en el balanceo, cabeceo y guiñada, que es el cambio en la actitud de un objeto.
Un módulo de IMU con sensores giroscópicos y acelerómetros puede proporcionar medición sobre 6 grados de libertad.
¿Por qué algunas IMUs también incluyen un magnetómetro?
Un acelerómetro puede utilizarse para calcular con éxito los valores de inclinación y balance con respecto a la fuerza gravitatoria de la Tierra, y corregir la deriva del giroscopio.
Sin embargo, no se puede utilizar para detectar la orientación absoluta (guiñada) porque el cambio de guiñada es ortogonal al vector de gravedad. Un magnetómetro mide la intensidad del campo magnético en tres dimensiones. Al utilizar el campo magnético terrestre, puede ayudar a determinar la orientación (es decir, la guiñada) así como el balance y la inclinación del objeto.
Integrar un magnetómetro en la IMU puede ayudar a detectar la orientación inicial de un objeto y corregir los errores de integración del giroscopio de guiñada en el algoritmo de fusión de sensores.
Medición del rendimiento de la IMU
La inestabilidad del sesgo es uno de los parámetros de rendimiento más críticos del giroscopio. Es una medida directa de cuánto deriva el giroscopio con el tiempo. Dado que la salida de tasa del giroscopio se está integrando para calcular el cambio en los ángulos (balance, inclinación y guiñada), cualquier error asociado con la deriva resulta en un error acumulado en los ángulos relativos. Además, estos errores angulares se traducen en errores de posición con el tiempo. Para aplicaciones automotrices, una IMU de alto rendimiento es un componente necesario para que el vehículo autónomo logre una posición de alta precisión.
En una IMU triple redundante, se utilizan tres IMUs para construir una arquitectura de sensor triple redundante que proporciona niveles adicionales de fiabilidad y precisión.
Si por alguna razón uno o más sensores no funcionan con precisión, el sistema puede programarse para reconocer los datos del sensor defectuoso y evitar su uso. La salida del sensor defectuoso o el conjunto de datos erróneo se ignorarán o se degradarán en importancia. Esta arquitectura garantiza la fiabilidad del sistema y, al mismo tiempo, mejora el rendimiento.
Los sensores IMU pueden no atraer la misma cantidad de atención y cobertura mediática que otros sensores, como LiDAR, radar y cámaras. Sin embargo, de muchas maneras, las IMUs son el componente crítico de seguridad necesario para el funcionamiento exitoso de los vehículos autónomos de Nivel 4 y 5 que aparecerán en las calles en la próxima década.
