Masa depan kendaraan adalah otonomi, dan teknologi sensor posisi canggih membantu kendaraan yang dirancang untuk dapat mengemudi sendiri—dengan aman dan akurat. Ada banyak prediksi mengenai kapan mobil otonom benar-benar akan menjadi kenyataan.
Namun, sementara kita menunggu, banyak kendaraan saat ini dilengkapi dengan berbagai sistem bantuan pengemudi canggih (ADAS) seperti peringatan keluar jalur, parkir terbantu, dan pengereman otomatis. Meskipun teknologi ini sangat berguna, mereka dianggap memiliki tingkat otonomi SAE hanya 1 atau 2, yang berarti bahwa mereka masih memerlukan keterlibatan pengemudi 100% dari waktu ke waktu.
Pertanyaan besar adalah kapan kita akan melihat lonjakan teknologi ke level 5, atau kendaraan otonom sepenuhnya yang tidak memerlukan interaksi pengemudi. Sayangnya, kita masih beberapa tahun lagi dari teknologi ini menjadi diterima secara luas dan diadopsi ke dalam jenis kendaraan apapun. Mengapa? Tantangan kritis adalah memastikan keselamatan.
Untuk mencapai otonomi penuh memerlukan keyakinan mutlak bahwa sebuah kendaraan akan terus beroperasi dengan aman dan akurat dalam berbagai kondisi cuaca atau jalan dan akan menghindari cedera serius pada penumpang, pejalan kaki, atau properti.
Ini akan memerlukan teknologi panduan dan navigasi bawaan yang dapat memastikan kendaraan akan beroperasi dengan aman jika dan ketika sensor persepsi kendaraan seperti LiDAR, radar, atau kamera gagal, atau jika terjadi gangguan intermiten dalam sinyal satelit GNSS karena cuaca, medan, atau lingkungan.
Sistem sensor berhenti aman untuk kendaraan otonom
Teknologi sensor kendaraan ini adalah sensor unit pengukuran inersial, atau sensor IMU. Karena sensor IMU didasarkan pada gravitasi dan hukum fisika daripada kondisi eksternal, sensor ini dapat terus mengirimkan data sehingga kendaraan dapat menjaga lintasan dengan aman sampai dapat berhenti dengan aman atau sistem navigasi lainnya mulai berfungsi lagi, bahkan jika sensor persepsi gagal karena cuaca. Dengan menghilangkan gangguan data dan meningkatkan keselamatan operasional, IMU akan mempercepat kenyataan dari pengemudi otonom Level 5 sepenuhnya. Tanpa sensor IMU untuk memberikan bantalan keselamatan, kendaraan otonom tidak akan pernah dapat bekerja secara efektif di jalan kota dan jalan raya.
Apa itu sensor IMU, dan bagaimana cara kerjanya?
Sebagian besar sensor IMU terdiri dari dua set sensor yang berbeda—sensor akselerometer dan sensor giroskop. Sensor akselerometer mengukur percepatan linear dalam tiga sumbu ortogonal. Mengintegrasikan percepatan dari waktu ke waktu akan memberikan kecepatan, dan mengintegrasikan kecepatan dari waktu ke waktu akan menghasilkan perubahan posisi.
Sensor giroskop mengukur laju sudut dari tiga sumbu ortogonal. Mengintegrasikan laju sudut sepanjang tiga sumbu dari waktu ke waktu akan menghasilkan perubahan roll, pitch, dan yaw, yang merupakan perubahan sikap suatu objek.
Modul IMU dengan sensor giroskop dan accelerometer dapat memberikan pengukuran lebih dari 6 derajat kebebasan.
Mengapa beberapa IMU juga termasuk magnetometer?
Sebuah accelerometer dapat digunakan untuk menghitung nilai roll dan pitch dengan mengacu pada gaya gravitasi bumi, dan mengoreksi drift gyroscope.
Namun, tidak dapat digunakan untuk mendeteksi heading absolut (yaw) karena perubahan yaw bersifat ortogonal terhadap vektor gravitasi. Sebuah magnetometer mengukur kekuatan medan magnet dalam tiga dimensi. Dengan menggunakan medan magnetik Bumi, itu dapat membantu menentukan heading (yaitu, yaw) serta roll dan pitch objek.
Mengintegrasikan magnetometer dalam IMU dapat membantu dalam deteksi heading awal suatu objek dan mengoreksi kesalahan integrasi dari gyroscope yaw dalam algoritma sensor fusion.
Pengukuran kinerja IMU
Ketidakstabilan bias adalah salah satu parameter kinerja paling kritis dari gyroscope. Ini adalah ukuran langsung dari seberapa banyak gyroscope mengalami drift dari waktu ke waktu. Karena output laju gyroscope sedang diintegrasikan untuk menghitung perubahan sudut (roll, pitch, dan yaw), setiap kesalahan yang terkait dengan drift menghasilkan kesalahan yang terakumulasi dalam sudut relatif. Selain itu, kesalahan sudut ini berubah menjadi kesalahan posisi dari waktu ke waktu. Untuk aplikasi otomotif, IMU kinerja tinggi adalah komponen yang diperlukan untuk kendaraan otonom mencapai posisi akurasi tinggi.
Dalam IMU triple redundant, tiga IMU digunakan untuk membangun arsitektur sensor triple-redundant yang memberikan tingkat keandalan dan akurasi tambahan.
Jika karena suatu alasan satu atau lebih sensor tidak berfungsi dengan akurat, sistem dapat diprogram untuk mengenali data sensor yang cacat dan menghindari menggunakannya. Output sensor yang cacat atau dataset yang salah akan diabaikan atau dinilai kurang penting. Arsitektur ini memastikan keandalan sistem dan sekaligus meningkatkan kinerjanya.
Sensor IMU mungkin tidak menarik perhatian dan liputan media yang sama seperti sensor lainnya—yaitu LiDAR Radar, dan kamera. Namun, dalam banyak hal IMU adalah komponen sensor keselamatan kritis yang diperlukan untuk operasi sukses kendaraan otonom Level 4 dan 5 yang akan muncul di jalan dalam dekade mendatang.
