Il futuro dei veicoli è l'autonomia, e le tecnologie avanzate dei sensori di posizione stanno aiutando i veicoli progettati per guidarsi da soli, in modo sicuro e accurato. Ci sono molte previsioni su quando le auto veramente autonome diventeranno realtà.
Tuttavia, mentre aspettiamo, molti dei veicoli attuali sono dotati di una varietà di sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) come avvisi di uscita dalla corsia, parcheggio assistito e frenata automatica. Anche se queste tecnologie sono molto utili, sono considerate un livello di autonomia SAE di soli 1 o 2, il che significa che richiedono comunque l'impegno del conducente al 100% del tempo.
La grande domanda è quando vedremo il salto tecnologico al livello 5, o veicoli completamente autonomi che non richiedono interazione del conducente. Purtroppo, siamo ancora a diversi anni di distanza da questa tecnologia che diventerà ampiamente accettata e adottata in qualsiasi tipo di veicolo. Perché? La sfida critica è garantire la sicurezza.
Per raggiungere la piena autonomia è necessaria la massima fiducia che un veicolo continuerà a operare in modo sicuro e accurato in qualsiasi tipo di condizioni meteorologiche o stradali e eviterà lesioni significative a passeggeri, pedoni o proprietà.
Questo richiederebbe una tecnologia di guida e navigazione integrata che possa garantire che il veicolo funzioni in modo sicuro se e quando i sensori di percezione del veicolo come LiDAR, radar o telecamere falliscono, o se c'è un'interruzione intermittente nei segnali satellitari GNSS a causa del maltempo, del terreno o dell'ambiente.
Sistema di rilevamento di arresto sicuro per veicoli autonomi
Questa tecnologia di rilevamento dei veicoli è il sensore dell'unità di misurazione inerziale, o sensore IMU. Poiché un sensore IMU si basa sulla gravità e sulle leggi della fisica anziché sulle condizioni esterne, può continuare a inviare dati in modo che il veicolo possa mantenere il corso in sicurezza fino a quando non può fermarsi in modo sicuro o gli altri sistemi di navigazione tornano a funzionare, anche se i sensori di percezione falliscono a causa del maltempo. Eliminando l'interruzione dei dati e aumentando la sicurezza operativa, l'IMU accelererà la realtà della guida autonoma di livello 5 completamente autonoma. Senza sensori IMU per fornire un cuscinetto di sicurezza, i veicoli autonomi non saranno mai in grado di funzionare efficacemente nelle strade cittadine e sulle autostrade.
Cos'è un sensore IMU e come funziona?
La maggior parte dei sensori IMU è composta da due diversi set di sensori: sensori di accelerazione e sensori giroscopici. I sensori di accelerazione misurano l'accelerazione lineare in tre assi ortogonali. Integrando l'accelerazione nel tempo si otterrà la velocità, e integrando la velocità nel tempo si otterrà un cambiamento di posizione.
I sensori giroscopici misurano la velocità angolare di tre assi ortogonali. Integrando la velocità angolare lungo i tre assi nel tempo si genererà un cambiamento di rollio, beccheggio e imbardata, che è il cambiamento di assetto di un oggetto.
Un modulo IMU con sensori giroscopici e accelerometro può fornire misurazioni su 6 gradi di libertà.
Perché alcuni IMU includono anche un magnetometro?
Un accelerometro può essere utilizzato per calcolare con successo i valori di rollio e beccheggio rispetto alla forza di gravità terrestre e correggere la deriva del giroscopio.
Tuttavia, non può essere utilizzato per rilevare l'orientamento assoluto (yaw) perché il cambiamento di yaw è ortogonale al vettore di gravità. Un magnetometro misura l'intensità del campo magnetico in tre dimensioni. Utilizzando il campo magnetico terrestre, può aiutare a determinare l'orientamento (cioè, yaw) così come rollio e beccheggio dell'oggetto.
Integrare un magnetometro nell'IMU può aiutare nella rilevazione dell'orientamento iniziale di un oggetto e correggere gli errori di integrazione del giroscopio di yaw nell'algoritmo di fusione dei sensori.
Misurazione delle prestazioni dell'IMU
L'instabilità del bias è uno dei parametri di prestazione più critici del giroscopio. È una misura diretta di quanto il giroscopio deriva nel tempo. Poiché l'output di velocità del giroscopio viene integrato per calcolare il cambiamento negli angoli (rollio, beccheggio e yaw), qualsiasi errore associato alla deriva porta ad un errore accumulato negli angoli relativi. Inoltre, questi errori angolari si traducono in errori di posizione nel tempo. Per le applicazioni automobilistiche, un IMU ad alte prestazioni è un componente necessario affinché il veicolo autonomo possa raggiungere un posizionamento ad alta precisione.
In un IMU triplo ridondante, tre IMU vengono utilizzati per costruire un'architettura di sensori triplo ridondante che fornisce livelli aggiuntivi di affidabilità e precisione.
Se per qualche motivo uno o più sensori non funzionano accuratamente, il sistema può essere programmato per riconoscere i dati del sensore difettoso e evitare di utilizzarlo. L'output del sensore difettoso o il dataset errato verranno ignorati o declassati in importanza. Questa architettura garantisce l'affidabilità del sistema e migliora contemporaneamente le prestazioni.
I sensori IMU potrebbero non attirare la stessa attenzione e copertura mediatica di altri sensori, come LiDAR, radar e telecamere. Tuttavia, in molti modi gli IMU sono il componente critico di sicurezza necessario per il corretto funzionamento dei veicoli autonomi di Livello 4 e 5 che appariranno sulle strade entro la prossima decade.
