1. L'indépendance unique de l'IMU
Les véhicules autonomes s'appuient sur une variété de capteurs de perception pour la conscience de l'environnement et le positionnement, notamment le LiDAR, le radar, les caméras et les cartes de haute précision. Cependant, tous ces capteurs dépendent de signaux environnementaux externes et de retours visuels, ce qui les rend sensibles aux interférences météorologiques, aux abris, aux changements de lumière et aux conditions routières complexes, entraînant facilement une dégradation des performances ou une défaillance temporaire.
Contrairement à tous les dispositifs de perception externes, l'unité de mesure inertielle (IMU) fonctionne de manière totalement indépendante. Elle ne dépend pas de signaux externes ni de données environnementales. Cette indépendance unique fait de l'IMU la garantie principale de la sécurité de la conduite autonome et de la fusion multi-capteurs, servant de sauvegarde redondante la plus fiable pour le positionnement et l'estimation de l'attitude du véhicule.
2. Capacité de positionnement de précision multidimensionnelle
Une IMU automobile standard intègre un accéléromètre à trois axes et un gyroscope à trois axes, formant un système de détection complet à 6 degrés de liberté (6 DOF). Elle peut capturer pleinement tous les états de mouvement du véhicule, y compris le déplacement linéaire tridimensionnel et les changements de rotation tridimensionnelle (roulis, tangage, lacet).
Au-delà des fonctions de base de contrôle de la stabilité du véhicule et de déclenchement des airbags, l'IMU prend en charge le suivi en temps réel et la résolution continue de la position et de l'attitude du véhicule. Après un étalonnage précis de la température et une compensation de la dérive, combinés à l'algorithme du filtre de Kalman étendu (EKF), l'IMU peut réaliser un positionnement indépendant de haute précision en peu de temps. Les systèmes de véhicules avancés fusionnent davantage les données de vitesse des roues et d'angle de braquage pour optimiser l'algorithme de filtrage, améliorant ainsi efficacement la fluidité et la précision du positionnement.
3. Redondance de sécurité critique pour la conduite autonome
La conception du système de conduite autonome suit strictement la norme FMEA (Analyse des modes de défaillance et de leurs effets), exigeant des solutions de sauvegarde complètes en cas de défaillance pour les scénarios extrêmes. L'un des principaux défis de sécurité consiste à gérer la défaillance simultanée des systèmes de perception LiDAR, radar et caméra.
Dans les scénarios de défaillance de capteurs extrêmes, l'IMU permet la navigation par extrapolation. Elle peut maintenir indépendamment une sortie stable de la position et de l'attitude du véhicule pendant une certaine période. En s'appuyant sur des données inertielles continues, le système peut effectuer une décélération contrôlée et un stationnement en toute sécurité, évitant ainsi les défaillances soudaines et les états de conduite dangereux. C'est une ligne de sécurité indispensable pour les systèmes de conduite autonome produits en série.
4. Navigation combinée GNSS + IMU : solution de haute précision courante
Les récepteurs GPS monofréquence traditionnels à faible coût ne peuvent pas répondre aux exigences de positionnement de haute précision de la conduite autonome. Ces dernières années, les puces GNSS multifréquences à faible coût ont été largement appliquées. Combiné au RTK, au PPP et à d'autres technologies de correction différentielle réseau, la précision du positionnement GNSS peut atteindre le niveau centimétrique dans des conditions ouvertes et idéales.
Cependant, les signaux GNSS sont extrêmement vulnérables à l'occlusion par les bâtiments, les tunnels, les ponts et la végétation dense, entraînant une perte de signal et une forte dégradation de la précision. La solution principale à ce problème est la technologie de fusion GNSS/INS, qui utilise une IMU haute performance pour combler le manque de positionnement pendant les anomalies du signal GNSS.
Le GNSS offre une précision de positionnement absolue mais une faible fréquence de mise à jour (1 à 20 Hz) et une faible continuité. En revanche, l'IMU prend en charge l'échantillonnage à haute fréquence et la sortie continue. Elle peut interpoler les données de positionnement entre les mises à jour GNSS pour obtenir une sortie de positionnement fluide et à haute fréquence. Dans les scénarios complexes abrités, l'IMU peut maintenir une extrapolation efficace pendant 10 à 30 secondes.
Les IMU MEMS automobiles de qualité courantes actuelles ont une instabilité de biais de gyroscope de 5°/h et une marche aléatoire angulaire de 0,5°/√h, ce qui peut assurer un positionnement fluide pendant les intervalles de rafraîchissement GNSS. Cependant, elles peinent à maintenir une précision centimétrique pendant une longue période dans des scénarios entièrement bloqués tels que les tunnels. Les IMU MEMS haute performance de nouvelle génération visent des indicateurs d'instabilité de biais de 1°/h et de marche aléatoire angulaire de 0,1°/√h, ce qui répondra pleinement aux besoins de navigation fusionnée de haute précision à long terme des systèmes de conduite autonome de haut niveau.
5. Défis de l'industrie et perspectives de développement
Les capteurs MEMS grand public et industriels tolèrent un certain taux de défaillance, mais les IMU de qualité automobile exigent une fiabilité ultra-élevée, une longue durée de vie et une adaptabilité environnementale extrême. Une stabilité élevée, une faible dérive et une tolérance aux pannes élevée sont devenues les seuils techniques clés pour les dispositifs inertiels montés sur véhicule.
En tant que matériel sous-jacent essentiel de la conduite autonome, la technologie de navigation inertielle IMU et INS est discrète mais indispensable. Avec l'itération continue de la technologie MEMS et des algorithmes de fusion, les IMU haute performance montées sur véhicule amélioreront encore la sécurité, la stabilité et la fiabilité des systèmes de conduite intelligents.
6. Présentation du produit : IMU MEMS LIKOV MG-200
Avantages clés
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Étalonnage et compensation sur toute la plage de température, s'adaptant aux environnements à températures extrêmes de -45°C à +80°C
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Composants 100% contrôlables indépendamment au niveau national
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Haute performance, miniaturisation, légèreté et faible consommation d'énergie
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Forte résistance aux vibrations mécaniques et aux chocs sévères
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Échantillonnage à haute vitesse de 1 KHz, prenant en charge le suivi de mouvement à haute dynamique
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Prise en charge de la mise à niveau logicielle en ligne, pratique pour l'optimisation itérative
Précision de base
Instabilité de biais du gyroscope : 0,3°/h (lissage sur 10 s), atteignant des performances de niveau tactique élevé.
Applications typiques
Véhicules autonomes, systèmes de référence d'attitude, systèmes de guidage et de contrôle, mesure d'attitude de navires et de véhicules, navigation combinée inertielle/satellite, systèmes de forage et d'exploitation minière, cartographie mobile, terminaux mobiles de communication par satellite, systèmes de stabilisation de chercheur.
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