Araçların geleceği otonomluktur ve gelişmiş konum sensörü teknolojileri, kendiliğinden sürüş yapacak şekilde tasarlanmış araçların güvenli ve doğru bir şekilde hareket etmesine yardımcı olmaktadır. Gerçekten otonom araçların ne zaman gerçeğe dönüşeceğine dair birçok tahmin bulunmaktadır.
Ancak, beklerken, bugünün birçok aracı şerit ayrılma uyarıları, yardımlı park etme ve otomatik frenleme gibi çeşitli gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) ile donatılmıştır. Bu teknolojiler çok faydalı olsa da, hala sürücü katılımını %100 gerektiren SAE otonomi seviyesi 1 veya 2 olarak kabul edilir.
Büyük soru, ne zaman tamamen otonom araçları göreceğiz, yani sürücü müdahalesi gerektirmeyen seviye 5 teknolojik sıçramayı. Ne yazık ki, bu teknolojinin geniş çapta kabul görmesi ve her türlü araca benimsenmesi için hala birkaç yıl uzaktayız. Neden mi? Kritik zorluk güvenliği sağlamaktır.
Tam otonomiye ulaşmak, bir aracın her türlü hava veya yol koşulunda güvenli ve doğru bir şekilde çalışmaya devam edeceğine ve yolculara, yayalara veya mülke ciddi zarar vermekten kaçınacağına dair mutlak güven gerektirir.
Bu, araç algılama sensörleri gibi LiDAR, radar veya kameraların başarısız olması durumunda veya hava, arazi veya çevre nedeniyle GNSS uydu sinyallerinde aralıklı kesinti olduğunda aracın güvenli bir şekilde çalışmasını sağlayacak yerleşik bir rehberlik ve navigasyon teknolojisini gerektirir.
Otonom araçlar için güvenli duruş algılama sistemi
Bu araç algılama teknolojisi, İnertial Ölçüm Birimi sensörü veya IMU sensörüdür. Bir IMU sensörü, dış koşullar yerine yerçekimi ve fizik yasalarına dayandığı için, araç güvenli bir şekilde rotasını koruyarak veri göndermeye devam edebilir, güvenli bir duruşa gelene kadar veya diğer navigasyon sistemleri tekrar çalışmaya başlayana kadar, algılama sensörleri hava koşullarından dolayı başarısız olursa bile. Veri kesintisini ortadan kaldırarak ve işletimsel güvenliği artırarak, IMU, Seviye 5 tamamen otonom sürüşün gerçekleşmesini hızlandıracaktır. Güvenlik yastığı sağlamak için IMU sensörlerinin olmaması durumunda, otonom araçlar şehir sokaklarında ve otoyollarda etkili bir şekilde çalışamayacaktır.
IMU sensörü nedir ve nasıl çalışır?
Çoğu IMU sensörü, iki farklı sensör setinden oluşur - ivmeölçer sensörleri ve jiroskop sensörleri. İvmeölçer sensörleri, üç dik eksen boyunca lineer ivmeyi ölçer. Zaman içinde ivmeyi entegre etmek hızı sağlayacak ve zaman içinde hızı entegre etmek pozisyon değişikliğine neden olacaktır.
Jiroskop sensörleri, üç dik eksen boyunca açısal hızı ölçer. Üç eksen boyunca açısal hızı zaman içinde entegre etmek, nesnenin konumunun değişmesine neden olan yuvarlanma, yatay ve yön değişikliğini oluşturacaktır.
Bir jiroskopik ve ivmeölçer sensörler içeren bir IMU modülü, 6 serbestlik derecesi üzerinde ölçüm sağlayabilir.
Neden bazı IMU'lar ayrıca bir manyetometre içerir?
Bias kararsızlığı, jiroskopun en kritik performans parametrelerinden biridir. Zaman içinde jiroskopun ne kadar saptığının doğrudan bir ölçüsüdür. Jiroskopun hız çıkışı açı değişikliklerini hesaplamak için entegre edildiğinden, sapma ile ilişkili herhangi bir hata, göreceli açılarda birikmiş hata sonucunu doğurur. Ayrıca, bu açısal hatalar zamanla konum hatalarına dönüşür. Otomotiv uygulamaları için yüksek performanslı bir IMU, otonom aracın yüksek doğrulukta konumlandırma elde etmesi için gerekli bir bileşendir.Bir ivmeölçer, yerkürenin yerçekimi kuvvetine göre yuvarlanma ve pitch değerlerini başarılı bir şekilde hesaplamak ve jiroskop saptırmasını düzeltmek için kullanılabilir.
Ancak, yön (yaw) değişikliği yerçekimi vektörüne dik olduğundan, mutlak başlık (yaw) tespit etmek için kullanılamaz. Bir manyetometre, üç boyutta manyetik alan şiddetini ölçer. Dünya'nın manyetik alanını kullanarak, nesnenin başlık (yani, yaw) yanı sıra yuvarlanma ve pitch'ini belirlemeye yardımcı olabilir.
IMU'ya bir manyetometre entegre etmek, bir nesnenin başlangıç başlığının tespiti ve sensör füzyon algoritmasındaki yaw jiroskopunun entegrasyon hatalarının düzeltilmesine yardımcı olabilir.
IMU performans ölçümü
Manyetometre neden bazı IMU'ları da içerir?
Üçlü yedekli bir IMU'da, üç IMU kullanılarak ek güvenilirlik ve doğruluk seviyeleri sağlayan üçlü yedekli bir sensör mimarisi oluşturulur.
Eğer bir nedenle bir veya daha fazla sensör doğru bir şekilde çalışmıyorsa, sistem kusurlu sensör verilerini tanımak ve kullanmaktan kaçınmak için programlanabilir. Kusurlu sensör çıkışı veya hatalı veri kümesi yok sayılacak veya önem derecesi düşürülecektir. Bu mimari, sistemin güvenilirliğini sağlar ve aynı anda performansı artırır.
IMU sensörleri, diğer sensörler (örneğin LiDAR Radar ve kameralar) kadar dikkat ve medya kapsamı çekmeyebilir. Ancak birçok açıdan IMU'lar, önümüzdeki on yıl içinde sokaklarda görünecek olan Seviye 4 ve 5 otonom araçların başarılı işleyişi için gereken kritik güvenlik sensör bileşenidir.
