De toekomst van voertuigen is autonomie, en geavanceerde positiesensortechnologieën helpen voertuigen die zijn ontworpen om zelf te rijden - veilig en nauwkeurig. Er zijn veel voorspellingen over wanneer echt autonome auto's werkelijkheid zullen worden.
Echter, terwijl we wachten, zijn veel van de voertuigen van vandaag uitgerust met verschillende geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS) zoals rijstrookwaarschuwingen, geassisteerd parkeren en automatisch remmen. Hoewel deze technologieën zeer nuttig zijn, worden ze beschouwd als een SAE-autonomieniveau van slechts 1 of 2, wat betekent dat ze nog steeds 100% chauffeursbetrokkenheid vereisen.
De grote vraag is wanneer we de technologische sprong naar niveau 5 zullen zien, of volledig autonome voertuigen die geen interactie van de bestuurder vereisen. Helaas zijn we nog steeds enkele jaren verwijderd van deze technologie die wijdverbreid geaccepteerd en overgenomen wordt in elk type voertuig. Waarom? De cruciale uitdaging is het waarborgen van veiligheid.
Om volledige autonomie te bereiken, is absolute zekerheid nodig dat een voertuig blijft werken in alle soorten weer- of wegcondities en geen ernstig letsel zal veroorzaken aan passagiers, voetgangers of eigendommen.
Dit zou een ingebouwde begeleidings- en navigatietechnologie vereisen die ervoor kan zorgen dat het voertuig veilig kan blijven werken als en wanneer voertuigperceptiesensoren zoals LiDAR, radar of camera's falen, of als er een onderbreking is in GNSS-satellietsignalen als gevolg van weer, terrein of omgeving.
Veiligheidsstopsensingsysteem voor autonome voertuigen
Deze voertuigherkenningstechnologie is de inertial measurement unit-sensor, of IMU-sensor. Omdat een IMU-sensor is gebaseerd op zwaartekracht en de wetten van de fysica in plaats van externe omstandigheden, kan deze blijven gegevens verzenden zodat het voertuig veilig op koers kan blijven totdat het veilig tot stilstand kan komen of de andere navigatiesystemen weer gaan functioneren, zelfs als de perceptiesensoren falen vanwege het weer. Door gegevensonderbreking te elimineren en de operationele veiligheid te vergroten, zal de IMU de realiteit van Level 5 volledig autonoom rijden versnellen. Zonder IMU-sensoren om het veiligheidskussen te bieden, zullen autonome voertuigen nooit effectief kunnen werken in stadsstraten en snelwegen.
Wat is een IMU-sensor en hoe werkt het?
De meeste IMU-sensoren bestaan uit twee verschillende sets sensoren - versnellingsmetersensoren en gyroscoopsensoren. De versnellingsmetersensoren meten lineaire versnelling in drie orthogonale assen. Het integreren van versnelling in de tijd zal snelheid opleveren, en het integreren van snelheid in de tijd zal resulteren in een verandering in positie.
De gyroscoopsensoren meten de hoeksnelheid van drie orthogonale assen. Het integreren van de hoeksnelheid langs de drie assen in de tijd zal verandering in rol, helling en gier genereren, wat de verandering in houding van een object is.
Een IMU-module met gyroscopische en versnellingsmetersensoren kan metingen leveren over 6 vrijheidsgraden.
Waarom bevatten sommige IMU's ook een magnetometer?
Een versnellingsmeter kan worden gebruikt om succesvol rol- en pitchwaarden te berekenen ten opzichte van de zwaartekracht van de aarde, en gyroscoopdrift te corrigeren.
Er kan echter niet worden gebruikt om absolute heading (yaw) te detecteren omdat de verandering van yaw orthogonaal is aan de zwaartekrachtvector. Een magnetometer meet de magnetische veldsterkte in drie dimensies. Door gebruik te maken van het magnetische veld van de aarde kan het helpen om de heading (dwz yaw) evenals roll en pitch van het object te bepalen.
Het integreren van een magnetometer in de IMU kan helpen bij het detecteren van de initiële heading van een object en het corrigeren van integratiefouten van de yaw-gyroscoop in het sensorfusie-algoritme.
Prestatiemeting van IMU
Bias-instabiliteit is een van de meest kritieke prestatieparameters van de gyroscoop. Het is een directe maatstaf voor hoeveel de gyroscoop in de loop van de tijd afdrijft. Omdat de snelheidsuitvoer van de gyroscoop wordt geïntegreerd om veranderingen in hoeken (rol, pitch en yaw) te berekenen, resulteert enige fout die verband houdt met drift in opgebouwde fouten in relatieve hoeken. Bovendien vertalen deze hoekfouten zich in positiefouten in de loop van de tijd. Voor automotive toepassingen is een hoogwaardige IMU een noodzakelijk onderdeel voor het autonome voertuig om een hoge nauwkeurigheid van de positionering te bereiken.
In een drievoudig redundante IMU worden drie IMU's gebruikt om een drievoudige redundante sensorarchitectuur te construeren die extra niveaus van betrouwbaarheid en nauwkeurigheid biedt.
Als om de een of andere reden een of meer sensoren niet nauwkeurig functioneren, kan het systeem worden geprogrammeerd om de defecte sensordata te herkennen en deze niet te gebruiken. De defecte sensoruitvoer of foutieve dataset zal worden genegeerd of gedegradeerd in belangrijkheid. Deze architectuur waarborgt de betrouwbaarheid van het systeem en verbetert tegelijkertijd de prestaties.
IMU-sensoren trekken misschien niet dezelfde hoeveelheid aandacht en media-aandacht als andere sensoren - d.w.z. LiDAR Radar en camera's. Echter, op vele manieren zijn IMU's de kritieke veiligheidssensorcomponent die nodig is voor de succesvolle werking van de Level 4 en 5 autonome voertuigen die binnen het komende decennium op straat zullen verschijnen.
