惯性测量单元传感器降低了自动驾驶汽车的风险

位置传感器洞察

• 虽然许多车辆已经配备了辅助停车和自动制动等自动驾驶技术，但不需要驾驶员交互的全自动驾驶仍需要一段时间。
• 使用加速度计和陀螺仪的惯性测量传感器(imu)将加速全自动驾驶的发展。
• imu有助于降低车辆导航的风险，即使其他系统(如激光雷达、雷达和摄像机)出现故障。

---

汽车的未来是自动驾驶，先进的位置传感器技术正在帮助汽车实现安全、准确的自动驾驶。关于真正的自动驾驶汽车何时会成为现实，有很多预测。

然而，在我们等待的同时，今天的许多车辆都配备了各种先进的驾驶辅助系统(ADAS)，如车道偏离警告、辅助停车和自动制动。尽管这些技术非常有用，但SAE认为它们的自动驾驶级别仅为1或2级，这意味着它们仍然需要驾驶员100%的参与。

最大的问题是，我们什么时候能看到技术飞跃到第5级，或者不需要驾驶员交互的全自动驾驶汽车。不幸的是，这项技术要被广泛接受并应用于任何类型的车辆，我们还需要几年的时间。为什么?关键的挑战是确保安全。

要实现完全自动驾驶，需要对车辆在任何天气或路况下都能继续安全准确地运行，并避免对乘客、行人或财产造成重大伤害有绝对的信心。

这将需要内置的制导和导航技术，以确保车辆在激光雷达、雷达或摄像头等车辆感知传感器故障或GNSS卫星信号因天气、地形或环境而间歇性中断时能够安全运行。

自动驾驶汽车安全停车传感系统

这种车载传感技术就是惯性测量单元传感器，简称IMU传感器。由于IMU传感器是基于重力和物理定律，而不是外部条件，因此即使感知传感器因天气原因而失效，它也可以继续发送数据，使飞行器能够安全保持航向，直到安全停车或其他导航系统重新开始工作。通过消除数据中断和提高操作安全性，IMU将加速实现5级全自动驾驶。

底线是:如果没有IMU传感器提供安全缓冲，自动驾驶汽车将永远无法在城市街道和高速公路上有效工作。

什么是IMU传感器，它是如何工作的?

大多数IMU传感器由两组不同的传感器组成——加速度计传感器和陀螺仪传感器。加速度计传感器测量三个正交轴上的线性加速度。对加速度随时间积分会得到速度，对速度随时间积分会导致位置的变化。

陀螺仪传感器测量三个正交轴的角速度。沿三个轴随时间积分的角速度将产生滚转、俯仰和偏航的变化，这是一个物体的姿态变化。

带有陀螺仪和加速度计传感器的IMU模块可以提供超过6个自由度的测量(通常称为6- dof，见下文)。

为什么一些imu还包括磁力计?

加速度计可以用来成功地计算滚转和俯仰值相对于地球引力，并纠正陀螺仪漂移。

但是，由于偏航的变化与重力矢量正交，因此不能用于探测绝对航向(偏航)。磁力计测量三维磁场强度。通过利用地球磁场，它可以帮助确定物体的航向(即偏航)以及滚动和俯仰。

在IMU中集成磁力计有助于检测物体的初始航向，并在传感器融合算法中纠正偏航陀螺仪的集成误差。

IMU性能测量;IMU三冗余

偏压不稳定性是陀螺仪最重要的性能参数之一。

这是陀螺仪随时间漂移多少的直接测量。由于陀螺仪的速率输出被集成来计算角度(滚转、俯仰和偏航)的变化，任何与漂移相关的误差都会导致相对角度的累积误差。此外，随着时间的推移，这些角度误差会转化为位置误差。在汽车应用中，高性能的IMU是自动驾驶汽车实现高精度定位的必要部件。

在三冗余IMU中，使用三个IMU构建三冗余传感器架构，提供额外级别的可靠性和准确性。

如果由于某种原因，一个或多个传感器不能准确地工作，系统可以编程来识别有缺陷的传感器数据并避免使用它。有缺陷的传感器输出或错误的数据集将被忽略或降低重要性。这种架构在保证系统可靠性的同时，提高了系统的性能。

IMU传感器可能不会像其他传感器(如激光雷达雷达和摄像机)那样吸引同样多的关注和媒体报道。然而，在许多方面，imu是成功运行4级和5级自动驾驶汽车所需的关键安全传感器组件，这些自动驾驶汽车将在未来十年内出现在街道上。

詹姆斯茴香是产品经理，惯性测量系统．内容经理大卫·米勒编辑，控制工程， CFE媒体与技术，dmiller@cfemedia.com．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。