مستقبل المركبات هو الاستقلالية، وتقنيات أجهزة الاستشعار المتقدمة تساعد المركبات المصممة لتقود نفسها - بأمان وبدقة. هناك العديد من التنبؤات بشأن متى ستصبح السيارات الذاتية الحقيقية واقعًا.
ومع ذلك، بينما ننتظر، تم تجهيز العديد من مركبات اليوم بمجموعة متنوعة من أنظمة المساعدة للسائق المتقدمة (ADAS) مثل تحذيرات الخروج عن المسار، والوقوف المساعد، والفرامل التلقائية. على الرغم من أن هذه التقنيات مفيدة للغاية، إلا أنها تعتبر من مستوى الاستقلالية SAE 1 أو 2، مما يعني أنها تتطلب لا زالت تفاعل السائق 100٪ من الوقت.
السؤال الكبير هو متى سنرى النقل التكنولوجي إلى المستوى 5، أو المركبات الذاتية بالكامل التي لا تتطلب تفاعل السائق. للأسف، نحن لا زلنا بعيدين عن رؤية هذه التكنولوجيا تصبح مقبولة ومعتمدة على نطاق واسع في أي نوع من المركبات. لماذا؟ التحدي الحرج هو ضمان السلامة.
لتحقيق الاستقلالية الكاملة يتطلب الثقة المطلقة بأن المركبة ستستمر في التشغيل بأمان وبدقة في أي نوع من ظروف الطقس أو الطرق وستتجنب الإصابة الكبيرة للركاب أو المشاة أو الممتلكات.
سيتطلب هذا وجود تكنولوجيا توجيه وملاحة مدمجة يمكنها ضمان تشغيل المركبة بأمان إذا وعندما تفشل أجهزة الاستشعار للمركبة مثل LiDAR، الرادار، أو الكاميرات، أو إذا كان هناك انقطاع متقطع في إشارات الأقمار الصناعية GNSS بسبب الطقس، أو التضاريس، أو البيئة.
نظام الاستشعار الآمن لإيقاف المركبات الذاتية
تقنية استشعار هذه المركبة هي جهاز استشعار وحدة القياس الانعكاسي، أو جهاز استشعار IMU. نظرًا لأن جهاز استشعار IMU يعتمد على الجاذبية وقوانين الفيزياء بدلاً من الظروف الخارجية، يمكنه مواصلة إرسال البيانات حتى تتمكن المركبة من الحفاظ على مسارها بأمان حتى تتمكن من التوقف بأمان أو تبدأ أنظمة الملاحة الأخرى في العمل مرة أخرى، حتى إذا فشلت أجهزة الاستشعار بسبب الطقس. من خلال القضاء على انقطاع البيانات وزيادة السلامة التشغيلية، سيسرع جهاز الاستشعار IMU من واقعية القيادة الذاتية بالمستوى 5 بالكامل. بدون أجهزة استشعار IMU لتوفير وسادة السلامة، لن تتمكن المركبات الذاتية أبدًا من العمل بفعالية في شوارع المدينة والطرق السريعة.
ما هو جهاز استشعار IMU، وكيف يعمل؟
معظم أجهزة الاستشعار IMU تتكون من مجموعتين مختلفتين من الأجهزة - أجهزة الاستشعار التسارع وأجهزة الاستشعار الدورانية. تقيس أجهزة الاستشعار التسارع التسارع الخطي في ثلاثة محاور متعامدة. ستوفر التكامل على مدى الزمن السرعة، وسيؤدي التكامل على مدى الزمن إلى تغيير في الموقع.
تقيس أجهزة الاستشعار الدورانية معدل الزاوية على ثلاثة محاور متعامدة. سيؤدي التكامل لمعدل الزاوية على الثلاثة محاور على مدى الزمن إلى توليد تغيير في الانقلاب، والميل، والميل، وهو التغيير في وضع الجسم.
يمكن لوحدة IMU مع أجهزة استشعار دورانية ومسرعة توفير قياس على 6 درجات من الحرية.
لماذا تتضمن بعض أجهزة IMU أيضًا مقياس مغناطيسي؟
يمكن استخدام مقياس التسارع بنجاح لحساب قيم الانقلاب والميل بالنسبة لقوة الجاذبية الأرضية، وتصحيح انحراف المقياس الدوراني.
ومع ذلك، لا يمكن استخدامه لاكتشاف الاتجاه المطلق (الميل) لأن تغيير الميل متعامد على متجه الجاذبية. يقيس مقياس المغناطيسية قوة الحقل المغناطيسي في ثلاثة أبعاد. من خلال استخدام الحقل المغناطيسي للأرض، يمكن أن يساعد في تحديد الاتجاه (أي، الميل) بالإضافة إلى الميل والانقلاب للجسم.
تكامل مقياس المغناطيس في IMU يمكن أن يساعد في اكتشاف الاتجاه الأولي للجسم وتصحيح أخطاء التكامل لمقياس الدوران (yaw) في خوارزمية الدمج الحساس.
قياس أداء IMU
عدم استقرارية الانحياز هي واحدة من أهم معلمات الأداء للمقياس الدوراني. إنها قياس مباشر لكمية انحراف المقياس الدوراني مع مرور الوقت. نظرًا لأن مخرجات معدل المقياس الدوراني تتم دمجها لحساب التغيير في الزوايا (الانقلاب، الميل، والميل)، فإن أي خطأ مرتبط بالانحراف يؤدي إلى تراكم الخطأ في الزوايا النسبية. علاوة على ذلك، تترجم هذه الأخطاء الزاوية إلى أخطاء في الموضع مع مرور الوقت. بالنسبة لتطبيقات السيارات، فإن IMU عالية الأداء هي مكون ضروري للمركبة الذاتية لتحقيق دقة عالية في التحديد الموضعي.
في IMU ثلاثية الاحتياط، يتم استخدام ثلاثة IMUs لبناء بنية معمارية للمستشعر ثلاثية الاحتياط التي توفر مستويات إضافية من الموثوقية والدقة.
إذا كان أحد الأسباب لا تعمل بدقة، يمكن برمجة النظام للاعتراف بالبيانات المعطلة للمستشعر وتجنب استخدامها. سيتم تجاهل إخراج المستشعر المعيب أو مجموعة البيانات الخاطئة أو تقليل أهميتها. تضمن هذه البنية الأمان للنظام وتحسن في نفس الوقت الأداء.
قد لا تجذب أجهزة الاستشعار IMU نفس القدر من الاهتمام والتغطية الإعلامية مثل أجهزة الاستشعار الأخرى - أي LiDAR Radar والكاميرات. ومع ذلك، بكل الطرق، تعتبر IMUs المكون الحساس الأمني الحرج الذي يتطلب لتشغيل بنجاح المركبات الذاتية المستوى 4 و 5 التي ستظهر في الشوارع خلال العقد القادم.
