O futuro dos veículos é a autonomia, e tecnologias avançadas de sensores de posição estão ajudando veículos projetados para se dirigirem sozinhos - com segurança e precisão. Existem muitas previsões sobre quando os carros verdadeiramente autônomos se tornarão uma realidade.
No entanto, enquanto esperamos, muitos dos veículos de hoje estão equipados com uma variedade de sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) como avisos de saída de faixa, estacionamento assistido e frenagem automática. Embora essas tecnologias sejam muito úteis, elas são consideradas um nível de autonomia SAE de apenas 1 ou 2, o que significa que ainda requerem o envolvimento do motorista 100% do tempo.
A grande questão é quando veremos o salto tecnológico para o nível 5, ou veículos totalmente autônomos que não requerem interação do motorista. Infelizmente, ainda estamos a vários anos de distância de esta tecnologia se tornar amplamente aceita e adotada em qualquer tipo de veículo. Por quê? O desafio crítico é garantir a segurança.
Para alcançar total autonomia, é necessário ter absoluta confiança de que um veículo continuará a operar com segurança e precisão em qualquer tipo de condição climática ou de estrada e evitará lesões significativas a passageiros, pedestres ou propriedades.Para alcançar total autonomia, é necessário ter absoluta confiança de que um veículo continuará a operar com segurança e precisão em qualquer tipo de condição climática ou de estrada e evitará lesões significativas a passageiros, pedestres ou propriedades.
Isso exigiria uma tecnologia de orientação e navegação integrada que possa garantir que o veículo operará com segurança se e quando os sensores de percepção do veículo, como LiDAR, radar ou câmeras, falharem, ou se houver uma interrupção intermitente nos sinais de satélite GNSS devido ao clima, terreno ou ambiente.
Sistema de sensor de parada segura para veículos autônomos
Essa tecnologia de sensoriamento de veículos é o sensor de unidade de medição inercial, ou sensor IMU. Como um sensor IMU é baseado na gravidade e nas leis da física em vez de condições externas, ele pode continuar a enviar dados para que o veículo possa manter o curso com segurança até que possa parar com segurança ou os outros sistemas de navegação voltem a funcionar, mesmo se os sensores de percepção falharem devido ao clima. Ao eliminar a interrupção de dados e aumentar a segurança operacional, o IMU acelerará a realidade da direção autônoma totalmente autônoma de Nível 5. Sem sensores IMU para fornecer a almofada de segurança, os veículos autônomos nunca serão capazes de funcionar efetivamente em ruas e rodovias da cidade.
O que é um sensor IMU e como ele funciona?
A maioria dos sensores IMU é composta por dois conjuntos diferentes de sensores - sensores de acelerômetro e sensores de giroscópio. Os sensores de acelerômetro medem a aceleração linear em três eixos ortogonais. Integrar a aceleração ao longo do tempo fornecerá a velocidade, e integrar a velocidade ao longo do tempo resultará em uma mudança na posição.
Os sensores de giroscópio medem a taxa angular de três eixos ortogonais. Integrar a taxa angular ao longo dos três eixos ao longo do tempo gerará mudanças em rotação, inclinação e guinada, que é a mudança na atitude de um objeto.
Um módulo IMU com sensores giroscópicos e acelerômetro pode fornecer medição sobre 6 graus de liberdade.
Por que alguns IMUs também incluem um magnetômetro?
Um acelerômetro pode ser usado para calcular com sucesso os valores de rotação e inclinação em relação à força gravitacional da Terra, e corrigir o desvio do giroscópio.
No entanto, não pode ser usado para detectar a orientação absoluta (guinada) porque a mudança de guinada é ortogonal ao vetor de gravidade. Um magnetômetro mede a intensidade do campo magnético em três dimensões. Usando o campo magnético da Terra, ele pode ajudar a determinar a orientação (ou seja, guinada), bem como a rotação e inclinação do objeto.
A integração de um magnetômetro no IMU pode ajudar na detecção da orientação inicial de um objeto e corrigir erros de integração do giroscópio de guinada no algoritmo de fusão de sensores.
Medição de desempenho do IMU
A instabilidade de viés é um dos parâmetros de desempenho mais críticos do giroscópio. É uma medida direta de quanto o giroscópio deriva ao longo do tempo. Como a saída de taxa do giroscópio está sendo integrada para calcular a mudança nos ângulos (rotação, inclinação e guinada), qualquer erro associado à deriva resulta em erro acumulado nos ângulos relativos. Além disso, esses erros angulares se traduzem em erros de posição ao longo do tempo. Para aplicações automotivas, um IMU de alto desempenho é um componente necessário para que o veículo autônomo alcance uma posição de alta precisão.
Em um IMU triplo redundante, três IMUs são usados para construir uma arquitetura de sensor triplo redundante que fornece níveis adicionais de confiabilidade e precisão.
Se por algum motivo um ou mais sensores não estiverem funcionando com precisão, o sistema pode ser programado para reconhecer os dados do sensor defeituoso e evitar o seu uso. A saída do sensor defeituoso ou conjunto de dados errôneo será ignorada ou desvalorizada em importância. Essa arquitetura garante a confiabilidade do sistema e, simultaneamente, melhora o desempenho.
Os sensores IMU podem não atrair a mesma quantidade de atenção e cobertura midiática que outros sensores, como LiDAR, radar e câmeras. No entanto, de muitas maneiras, os IMUs são o componente crítico de segurança necessário para a operação bem-sucedida dos veículos autônomos de Nível 4 e 5 que estarão nas ruas dentro da próxima década.
