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无人驾驶定位的核心器件-闪光的IMU

无人驾驶定位的核心器件-闪光的IMU

  • 分类:行业聚焦
  • 作者:合肥开拓导航控制技术有限责任公司
  • 来源:
  • 发布时间:2020-06-02
  • 访问量:0

【概要描述】

无人驾驶定位的核心器件-闪光的IMU

【概要描述】

  • 分类:行业聚焦
  • 作者:合肥开拓导航控制技术有限责任公司
  • 来源:
  • 发布时间:2020-06-02
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任何新技术,要想实现应用就必须要具备两个关键因素,即具有能够创造价值的商业模式以及足够成熟的技术。对于无人驾驶来说,安全性、成本以及运营范围问题最受关注。运营范围越大,应用场景越复杂,对于技术要求越高,相对应的成本越高,安全性越难以保证。对于无人驾驶入局者,谁能在更大的运营范围内提供更安全、更低成本的解决方案,或者支持解决方案的核心器件,谁就能在这场群雄逐鹿中,独占鳌头。
  从封闭道路运营到开放道路运营;从适应单一场景到迁移至多类型场景;从恶劣天气下稳定运行,到对行人、动物、障碍物等目标的准确识别,无人驾驶面临的问题核心,在于如何保证驾驶安全。除了感知层面以外,高精定位以及突发事件预警和缓冲也是破局的关键。
   在无人驾驶纷繁复杂无法穷举的工况中,惯性测量单元以其高可靠性、无需外部依赖,更新频率高,以及强大的抗干扰能力,成为无人驾驶定位系统的核心器件,确保安全的最后一道防线。

 
惯性测量单元(Inertial measurement unit,简称 IMU)通常由陀螺仪、加速度计和算法处理单元组成,用于实时运动测量载体三个轴向的角速度和线加速度。严格来讲,IMU只提供相对定位信息,即自体从某时刻开始相对于某个起始位置的运动轨迹和姿态。
  众所周知,GPS可以为车辆提供精度为米级的绝对定位,差分GPS或RTK GPS可以为车辆提供精度为厘米级的绝对定位,然而并非所有的路段在所有时间都可以得到良好的GPS信号。因此,在无人驾驶领域,RTK GPS的输出一般都要与IMU,汽车自身的传感器(如轮速计、方向盘转角传感器等)进行融合。
在该图中,自动驾驶汽车驶入高楼林立的区域,失去了卫星信号,无法由GPS提供绝对定位,此时,IMU可以发挥其延续绝对定位的作用,在没有GPS信号的区域为汽车提供绝对定位信息,这些信息包括汽车的实时经纬度和海拔高度。
  IMU的相对定位与RTK GPS的绝对定位融合,为高精定位提供双重保险,并让失效过程变得缓慢,为车辆处理异常提供宝贵的缓冲时间。
  • 验证
    IMU可以验证RTK GPS结果的自洽性,对于无法自洽的绝对定位数据进行滤波和修正;
  • 辅助
    由于GPS的更新频率低(10Hz),在车辆快速行驶时很难给出精准的实时定位。IMU更新频率高,可以辅助GPS实现精准的实时定位。
  • 缓冲
    当车道线识别系统完全找不到任何车道线和道路边界时,汽车可以根据IMU的相对和绝对定位信息,配合之前感知到的车道线信息和高精地图,安全地减速或停车,并提示人工接管驾驶,在整个过程中可以确保安全。
在该图中,自动驾驶汽车通过车道线识别功能确保自身在道路中行驶。在遇到强烈太阳光照射的情况下,车道线识别功能失效。此时,IMU可以发挥其延续相对定位的作用,根据历史记录中的道路曲率与汽车相对于车道边界的历史位置,确保汽车在一段时间内继续行驶在车道中。
  对于高速场景下的乘用车和商用车来说,无论功能模块失效的概率有多低,都需要有一个技术来最后处理这个概率条件下的极端工况。IMU凭借独特的优势,成为无人驾驶的最后一道安全防线!
为什么选择IMU作为最后一道安全防线?
01 自主运转
IMU自主运转,不依赖外界任何信息。相比于GPS依赖于卫星信号;激光、毫米波依赖于外界的电磁波或光波,IMU自身功能完备,不受外界影响。
02 隐藏安装
可以被安装在汽车不外露的区域,对抗外来的电子和机械攻击。相比于必须接受外界信号的设备,IMU更加安全,难以被电磁波或强光信号攻击干扰而致盲,也避免了在行驶过程中被剐蹭造成意外损坏。
03 高置信度
IMU对角速度和加速度的测量值具有一定的冗余性,融合轮速计和方向盘转角等冗余信息,其输出结果的置信度高于其他传感器提供的绝对或相对定位的结果。
  IMU的局限性主要在于价格昂贵。能够在GPS丢失后,迅速提供车道级定位的IMU多为进口产品,价格高,且具有一定的潜在风险。目前开拓导控旗下的IMU均为具有自主知识产权的国产IMU,多种精度可选,且可提供包括量程、精度等在内的定制服务。

 

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