เซนเซอร์หน่วยวัดค่าความเคลื่อนไหวลดความเสี่ยงสำหรับยานพาหนะอัตโนมัติ

อนาคตของรถยนต์คือความอิสระ และเทคโนโลยีเซนเซอร์ตำแหน่งขั้นสูงกำลังช่วยให้รถยนต์ที่ออกแบบให้ขับเองได้ - อย่างปลอดภัยและแม่นยำ มีการคาดการณ์มากมายเกี่ยวกับเมื่อรถยนต์อัตโนมัติจริงๆ จะกลายเป็นความเป็นจริง

อย่างไรก็ตาม ในขณะที่เรารอ รถยนต์บางคันในปัจจุบันมีระบบช่วยการขับขี่ขั้นสูง (ADAS) ต่างๆ เช่น การเตือนเส้นทางออก, การช่วยจอด, และการเบรกอัตโนมัติ แม้ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้จะมีประโยชน์มาก แต่ยังถือว่าเป็นระดับความอิสระของ SAE เพียงระดับ 1 หรือ 2 ซึ่งหมายความว่ายังต้องการความสมัครใจจากคนขับ 100% ของเวลา

คำถามใหญ่คือเมื่อเราจะเห็นการกระโดดเทคโนโลยีไปสู่ระดับ 5 หรือรถยนต์อัตโนมัติที่ต้องการการกระทำจากคนขับ ไม่มี น่าเสียดายที่เรายังต้องรออีกหลายปีจนกว่าเทคโนโลยีนี้จะได้รับการยอมรับและนำเข้าสู่รถยนต์ประเภทใดๆ ทำไม? ความท้าทายที่สำคัญคือการรักษาความปลอดภัย

เพื่อให้ได้ความอิสระที่สมบูรณ์ต้องการความมั่นใจอย่างแน่นอนว่ารถยนต์จะยังคงทำงานอย่างปลอดภัยและแม่นยำในเงื่อนไขอากาศหรือถนนใดๆ และจะหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บอย่างมีนัยสำคัญต่อผู้โดยสาร คนเดินเท้า หรือทรัพย์สิน

นี้จะต้องมีเทคโนโลยีการนำทางและการเดินทางที่ซึ่งสามารถให้ความมั่นใจว่ารถยนต์จะทำงานอย่างปลอดภัยหากเมื่อเซนเซอร์การรับรู้รถยนต์เช่น LiDAR, radar หรือกล้องล้มเหลว หรือหากมีการขัดข้องชั่วคราวในสัญญาณดาวเทียม GNSS เนื่องจากสภาพอากาศ, ภูมิประเทศ หรือสภาพแวดล้อม

ระบบตรวจจับการหยุดอย่างปลอดภัยสำหรับรถยนต์อัตโนมัติ

เทคโนโลยีตรวจจับรถยนต์นี้คือเซนเซอร์หน่วยวัดความเร่งที่เรียกว่า IMU sensor ด้วย IMU sensor ที่ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงและกฎของฟิสิกส์มากกว่าเงื่อนไขภายนอก มันสามารถส่งข้อมูลต่อไปได้เพื่อให้รถยนต์สามารถรักษาทิศทางอย่างปลอดภัยจนกระทั่งมันสามารถหยุดอย่างปลอดภัยหรือระบบนำทางอื่นเริ่มทำงานอีกครั้ง แม้ว่าเซนเซอร์การรับรู้อาจล้มเหลวเนื่องจากสภาพอากาศ โดยการกำจัดการขัดข้องของข้อมูลและเพิ่มความปลอดภัยในการดำเนินการ IMU จะช่วยให้การขับขี่ระดับ 5 ที่เป็นอัตโนมัติเต็มรูปแบบเป็นจริงขึ้น โดยไม่มีเซนเซอร์ IMU เพื่อให้ความปลอดภัย รถยนต์อัตโนมัติจะไม่สามารถทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในถนนในเมืองและทางหลวง

IMU sensor คืออะไร และทำงานอย่างไร?

เซนเซอร์ IMU ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซนเซอร์สองชุดที่แตกต่างกัน คือ เซนเซอร์อัตราเร่งและเซนเซอร์เก๊อปโรส ซึ่งเซนเซอร์อัตราเร่งจะวัดความเร่งเชิงเส้นในแกนสามแกน การบวกความเร่งตามเวลาจะให้ความเร็ว และการบวกความเร็วตามเวลาจะเปลี่ยนแปลงในตำแหน่ง

เซนเซอร์เก๊อปโรสโคปวัดอัตราการหมุนของแกนสามแกนที่ประกอบด้วย การบวกอัตราการหมุนตามแกนสามแกนตามเวลาจะสร้างการเปลี่ยนแปลงในการเอียง, การเอียงและการหมุน ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงในท่าทางของวัตถุ

โมดูล IMU ที่มีเซนเซอร์ยอดโรลและเซนเซอร์แรงเหวี่ยงสามารถให้การวัดได้มากถึง 6 องศาของเสรีภาพ

ทำไมบาง IMU รวมเมเจอร์เน็ตอมิเตอร์ด้วย?

เซ็นเซอร์แรงเหวี่ยงสามารถใช้คำนวณค่าโรลและพิตได้อย่างสำเร็จต่อกำหนดค่าแรงโน้มถ่วงของโลกและแก้ไขการเคลื่อนที่เซนเซอร์ยอดโรล

อย่างไรก็ตาม มันไม่สามารถใช้ในการตรวจจับทิศทางสมบูรณ์ (ยอด) เพราะการเปลี่ยนแปลงของยอดเป็นปกติกับเวกเตอร์แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กวัดความแข็งของสนามแม่เหล็กในทิศทางสามมิติ โดยใช้สนามแม่เหล็กของโลก มันสามารถช่วยในการกำหนดทิศทาง (ยอด) รวมถึงโรลและพิตของวัตถุ

การรวมเซ็นเซอร์แม่เหล็กใน IMU สามารถช่วยในการตรวจจับทิศทางเริ่มต้นของวัตถุและแก้ไขข้อผิดพลาดในการรวมข้อมูลเซนเซอร์ของเซนเซอร์ยอดโรลในอัลกอริทึมการผสมข้อมูล

การวัดประสิทธิภาพ IMU

Bias instability เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญของเซนเซอร์ยอดโรล มันเป็นการวัดโดยตรงของว่าเซนเซอร์ยอดโรลเคลื่อนที่ไปทิศทางใดในระยะเวลา โดยเพราะเอาท์พุตของเซนเซอร์ยอดโรลกำลังถูกรวมเพื่อคำนวณการเปลี่ยนแปลงในมุม (โรล พิตช์ และยอด) ข้อผิดพลาดใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่เป็นผลลัพธ์ในข้อผิดพลาดที่สะสมกันในมุมที่สัมพันธ์ นอกจากนี้ข้อผิดพลาดมุมเหล่านี้แปลงเป็นข้อผิดพลาดตำแหน่งตามเวลา สำหรับการประยุกต์ใช้ในยานยนต์ IMU ที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นส่วนสำคัญสำหรับรถยนต์อัตโนมัสที่จะให้ความแม่นยำสูงในการตำแหน่ง

ใน IMU ที่มีการสำรองซ้ำสามครั้ง จะใช้ IMU สามตัวเพื่อสร้างโครงสร้างเซ็นเซอร์ที่สำรองซ้ำสามระดับที่ให้ระดับความเชื่อถือและความแม่นยำเพิ่มเติม

หากด้วยเหตุผลใดเหตุหนึ่งเซนเซอร์หนึ่งหรือมากกว่าไม่ทำงานอย่างแม่นยำ ระบบสามารถถูกโปรแกรมให้รู้จักข้อมูลเซนเซอร์ที่เสียหายและหลีกเลี่ยงการใช้มัน ผลลัพธ์ของเซนเซอร์ที่เสียหายหรือชุดข้อมูลที่ผิดพลาดจะถูกละเลยหรือลดความสำคัญลง โครงสร้างนี้ช่วยให้ความเชื่อถือของระบบและพร้อมใช้งานพร้อมกันปรับปรุงประสิทธิภาพ

เซ็นเซอร์ IMU อาจไม่ได้รับความสนใจเท่าเทียมกับเซ็นเซอร์อื่น ๆ เช่น LiDAR Radar และกล้อง อย่างไรก็ตาม ในหลาย ๆ ด้าน IMUs เป็นส่วนสำคัญของเซ็นเซอร์ที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการอย่างปลอดภัยของรถยนต์อัตโนมัสระดับ 4 และ 5 ที่จะปรากฏบนถนนในรอบ 10 ปีข้างหน้า