L'avenir des véhicules est l'autonomie, et les technologies avancées de capteurs de position aident les véhicules conçus pour se conduire eux-mêmes - en toute sécurité et avec précision. Il y a de nombreuses prédictions sur quand les voitures vraiment autonomes deviendront une réalité.
Cependant, en attendant, de nombreux véhicules d'aujourd'hui sont équipés de divers systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) tels que les avertissements de sortie de voie, le stationnement assisté et le freinage automatique. Bien que ces technologies soient très utiles, elles sont considérées comme un niveau d'autonomie SAE de seulement 1 ou 2, ce qui signifie qu'elles nécessitent toujours l'engagement du conducteur 100% du temps.
La grande question est de savoir quand verrons-nous le saut technologique vers le niveau 5, ou des véhicules entièrement autonomes qui ne nécessitent aucune interaction du conducteur. Malheureusement, nous sommes encore plusieurs années loin de voir cette technologie largement acceptée et adoptée dans n'importe quel type de véhicule. Pourquoi? Le défi crucial est d'assurer la sécurité.
Pour atteindre une autonomie totale, il faut une confiance absolue que le véhicule continuera à fonctionner en toute sécurité et avec précision dans n'importe quel type de conditions météorologiques ou routières et évitera des blessures graves aux passagers, aux piétons ou aux biens.
Cela nécessiterait une technologie de guidage et de navigation intégrée qui peut garantir que le véhicule fonctionnera en toute sécurité si et quand les capteurs de perception du véhicule comme le LiDAR, le radar ou les caméras échouent, ou s'il y a une interruption intermittente des signaux satellites GNSS en raison des conditions météorologiques, du terrain ou de l'environnement.
Système de détection d'arrêt sécurisé pour les véhicules autonomes
Cette technologie de détection de véhicules est le capteur d'unité de mesure inertielle, ou capteur IMU. Parce qu'un capteur IMU est basé sur la gravité et les lois de la physique plutôt que sur des conditions externes, il peut continuer à envoyer des données pour que le véhicule puisse maintenir sa trajectoire en toute sécurité jusqu'à ce qu'il puisse s'arrêter en toute sécurité ou que les autres systèmes de navigation recommencent à fonctionner, même si les capteurs de perception échouent en raison des conditions météorologiques. En éliminant les interruptions de données et en augmentant la sécurité opérationnelle, l'IMU accélérera la réalité de la conduite autonome de niveau 5. Sans capteurs IMU pour fournir un coussin de sécurité, les véhicules autonomes ne pourront jamais fonctionner efficacement dans les rues et autoroutes de la ville.
Qu'est-ce qu'un capteur IMU et comment fonctionne-t-il?
La plupart des capteurs IMU sont composés de deux ensembles de capteurs différents - des capteurs d'accéléromètre et des capteurs gyroscopiques. Les capteurs d'accéléromètre mesurent l'accélération linéaire dans trois axes orthogonaux. L'intégration de l'accélération au fil du temps fournira la vitesse, et l'intégration de la vitesse au fil du temps entraînera un changement de position.
Les capteurs gyroscopiques mesurent la vitesse angulaire de trois axes orthogonaux. L'intégration de la vitesse angulaire le long des trois axes au fil du temps générera un changement de roulis, de tangage et de lacet, qui est le changement d'attitude d'un objet.
Un module IMU avec des capteurs gyroscopiques et accéléromètres peut fournir des mesures sur 6 degrés de liberté.
Pourquoi certains IMU incluent-ils également un magnétomètre ?
Un accéléromètre peut être utilisé pour calculer avec succès les valeurs de roulis et de tangage par rapport à la force gravitationnelle de la Terre, et corriger la dérive du gyroscope.
Cependant, il ne peut pas être utilisé pour détecter l'orientation absolue (lacet) car le changement de lacet est orthogonal au vecteur de gravité. Un magnétomètre mesure l'intensité du champ magnétique dans trois dimensions. En utilisant le champ magnétique terrestre, il peut aider à déterminer l'orientation (c'est-à-dire le lacet) ainsi que le roulis et le tangage de l'objet.
L'intégration d'un magnétomètre dans l'IMU peut aider à détecter l'orientation initiale d'un objet et à corriger les erreurs d'intégration du gyroscope de lacet dans l'algorithme de fusion des capteurs.
Mesure de performance de l'IMU
L'instabilité du biais est l'un des paramètres de performance les plus critiques du gyroscope. C'est une mesure directe de la dérive du gyroscope dans le temps. Comme la sortie de taux du gyroscope est intégrée pour calculer le changement d'angles (roulis, tangage et lacet), toute erreur associée à la dérive entraîne une accumulation d'erreur dans les angles relatifs. De plus, ces erreurs angulaires se traduisent par des erreurs de position dans le temps. Pour les applications automobiles, une IMU haute performance est un composant nécessaire pour que le véhicule autonome atteigne une position de haute précision.
Dans un IMU triple redondant, trois IMU sont utilisés pour construire une architecture de capteur triple redondante qui offre des niveaux supplémentaires de fiabilité et de précision.
Si pour une raison quelconque un ou plusieurs capteurs ne fonctionnent pas correctement, le système peut être programmé pour reconnaître les données du capteur défectueux et éviter de les utiliser. La sortie du capteur défectueux ou l'ensemble de données erroné sera ignoré ou déclassé en importance. Cette architecture garantit la fiabilité du système et améliore simultanément les performances.
Les capteurs IMU peuvent ne pas attirer autant d'attention et de couverture médiatique que d'autres capteurs, tels que le LiDAR, le radar et les caméras. Cependant, à bien des égards, les IMU sont le composant de capteur de sécurité critique nécessaire pour le bon fonctionnement des véhicules autonomes de niveau 4 et 5 qui apparaîtront dans les rues dans la prochaine décennie.
