車両の未来は自律性であり、高度な位置センサーテクノロジーは、安全かつ正確に自動運転される車両の設計に役立っています。真に自律的な車両が現実のものとなる時期については多くの予測があります。
しかし、現在の多くの車両には、車線逸脱警告、駐車支援、自動ブレーキなどのさまざまな高度な運転支援システム（ADAS）が搭載されています。これらの技術は非常に有用ですが、それらはまだ運転者の関与が100％必要なSAE自律性レベル1または2と見なされています。
自動運転車両がドライバーの介入を必要としない完全な自律車両であるレベル5の技術的な飛躍がいつ実現されるか、という大きな問題があります。残念ながら、この技術が広く受け入れられ、どの種類の車両にも採用されるまでにはまだ数年かかります。なぜなら、安全性を確保することが重要な課題だからです。
完全な自律性を達成するには、車両がどんな種類の天候や道路状況でも安全かつ正確に運転を続け、乗客、歩行者、または財産に重大な怪我を与えないという絶対の信頼が必要です。
これには、LiDAR、レーダー、またはカメラなどの車両知覚センサーが故障した場合、または気象、地形、環境によるGNSS衛星信号の断続的な中断がある場合にも、車両が安全に運転されることを確実にする組み込みのガイダンスおよびナビゲーション技術が必要です。
自律車両のための安全停止センシングシステム
この車両センシング技術は慣性計測ユニットセンサー、またはIMUセンサーです。IMUセンサーは外部条件ではなく重力と物理法則に基づいているため、他のナビゲーションシステムが再び機能するまで、車両が安全にコースを維持し続けるためのデータを送信し続けることができます。これにより、データの中断を排除し、運用上の安全性を高めることで、IMUは完全な自律運転のレベル5の実現を促進します。安全のクッションを提供するIMUセンサーがなければ、自律車両は都市の通りや高速道路で効果的に機能することは決してできません。
IMUセンサーとは何か、そしてどのように機能するのか？
ほとんどのIMUセンサーは、加速度センサーとジャイロスコープセンサーの2つの異なるセンサーセットで構成されています。加速度センサーは3つの直交軸で直線加速度を測定します。時間とともに加速度を積分すると速度が得られ、速度を時間とともに積分すると位置の変化が生じます。
ジャイロスコープセンサーは、3つの直交軸の角速度を測定します。3つの軸に沿った角速度を時間とともに積分すると、オブジェクトの姿勢の変化であるロール、ピッチ、ヨーの変化が生成されます。
ジャイロスコープと加速度センサーを備えたIMUモジュールは、6自由度の測定を提供できます。
なぜ一部のIMUに磁力計が含まれているのですか？
加速度センサーは、地球の重力に関連してロールとピッチの値を正確に計算し、ジャイロスコープのドリフトを修正するのに使用できます。
ただし、重力ベクトルに対してヨーの変化が直交しているため、絶対ヘッディング（ヨー）を検出するためには使用できません。磁力計は3次元で磁場強度を測定します。地球の磁場を使用することで、オブジェクトのヘッディング（つまり、ヨー）だけでなく、ロールとピッチを決定するのに役立ちます。
IMUに磁力計を統合することで、オブジェクトの初期ヘッディングの検出や、センサーフュージョンアルゴリズムにおけるヨー角ジャイロスコープの積分エラーの修正に役立ちます。
IMUパフォーマンス測定
バイアス不安定性は、ジャイロスコープの最も重要な性能パラメータの1つです。これは、ジャイロスコープが時間の経過とともにどれだけドリフトするかを直接測定したものです。ジャイロスコープのレート出力が積分されて角度の変化（ロール、ピッチ、ヨー）を計算するため、ドリフトに関連する任意のエラーは、相対角度の累積エラーに結果的につながります。さらに、これらの角度のエラーは時間の経過とともに位置のエラーに変換されます。自動車用途では、高性能なIMUは、自律車両が高精度の位置決めを実現するために必要なコンポーネントです。
トリプル冗長IMUでは、3つのIMUを使用してトリプル冗長なセンサーアーキテクチャを構築し、追加の信頼性と精度を提供します。
何らかの理由で1つ以上のセンサーが正確に機能していない場合、システムは欠陥のあるセンサーデータを認識し、使用を避けるようにプログラムされることがあります。欠陥のあるセンサーの出力または誤ったデータセットは無視されるか、重要度が低く評価されます。このアーキテクチャにより、システムの信頼性が確保され、同時にパフォーマンスが向上します。
IMUセンサーは、他のセンサー（例：LiDARレーダー、カメラ）と同じくらいの注目やメディア報道を集めることはありません。しかし、多くの面でIMUは、次の10年以内に街中に現れるレベル4および5の自律車両の成功した運用に必要な重要な安全センサーコンポーネントです。
