1. Tính độc lập độc đáo của IMU
Xe tự hành dựa vào nhiều cảm biến nhận thức để nhận biết môi trường và định vị, bao gồm LiDAR, radar, camera và bản đồ có độ chính xác cao. Tuy nhiên, tất cả các cảm biến này đều phụ thuộc vào tín hiệu môi trường bên ngoài và phản hồi hình ảnh, khiến chúng dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết, vật cản, thay đổi ánh sáng và điều kiện đường xá phức tạp, dễ dẫn đến suy giảm hiệu suất hoặc lỗi tạm thời.
Khác với tất cả các thiết bị nhận thức bên ngoài, Đơn vị đo lường quán tính (IMU) hoạt động hoàn toàn độc lập. Nó không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài hoặc dữ liệu môi trường. Sự độc lập độc đáo này làm cho IMU trở thành sự đảm bảo cốt lõi cho an toàn lái xe tự hành và hợp nhất đa cảm biến, đóng vai trò là phương án dự phòng đáng tin cậy nhất cho việc định vị và ước tính tư thế của xe.
2. Khả năng định vị chính xác toàn diện
Một IMU ô tô tiêu chuẩn tích hợp gia tốc kế ba trục và con quay hồi chuyển ba trục, tạo thành một hệ thống cảm biến hoàn chỉnh 6 bậc tự do (6 DOF). Nó có thể nắm bắt đầy đủ mọi trạng thái chuyển động của xe, bao gồm dịch chuyển tuyến tính ba chiều và thay đổi quay ba chiều (lăn, chúc, ngoặt).
Ngoài các chức năng điều khiển ổn định xe cơ bản và kích hoạt túi khí, IMU hỗ trợ theo dõi thời gian thực và giải quyết liên tục vị trí và tư thế của xe. Sau khi hiệu chuẩn nhiệt độ chính xác và bù trừ độ trôi, kết hợp với thuật toán Bộ lọc Kalman mở rộng (EKF), IMU có thể thực hiện định vị độc lập có độ chính xác cao trong thời gian ngắn. Các hệ thống xe tiên tiến hơn nữa hợp nhất dữ liệu tốc độ bánh xe và góc lái để tối ưu hóa thuật toán lọc, cải thiện hiệu quả độ mượt và độ chính xác của định vị.
3. Dự phòng an toàn quan trọng cho lái xe tự hành
Thiết kế hệ thống lái xe tự hành tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn FMEA (Phân tích ảnh hưởng chế độ lỗi), yêu cầu các giải pháp dự phòng lỗi hoàn chỉnh cho các tình huống cực đoan. Một trong những thách thức an toàn cốt lõi là xử lý lỗi đồng thời của các hệ thống nhận thức LiDAR, radar và camera.
Trong các tình huống lỗi cảm biến cực đoan, IMU cho phép điều hướng ước tính. Nó có thể độc lập duy trì đầu ra vị trí và tư thế ổn định của xe trong một khoảng thời gian nhất định. Dựa vào dữ liệu quán tính liên tục, hệ thống có thể thực hiện giảm tốc có kiểm soát và đỗ xe an toàn, tránh các lỗi đột ngột và trạng thái lái xe nguy hiểm. Đây là giới hạn an toàn không thể thiếu đối với các hệ thống lái xe tự hành sản xuất hàng loạt.
4. Định vị kết hợp GNSS + IMU: Giải pháp chính xác cao phổ biến
Các bộ thu GPS tần số đơn chi phí thấp truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu định vị có độ chính xác cao của lái xe tự hành. Trong những năm gần đây, các chip GNSS đa tần số chi phí thấp đã được ứng dụng rộng rãi. Kết hợp với RTK, PPP và các công nghệ hiệu chỉnh vi sai mạng khác, độ chính xác định vị GNSS có thể đạt mức centimet trong điều kiện mở và lý tưởng.
Tuy nhiên, tín hiệu GNSS cực kỳ dễ bị che khuất bởi các tòa nhà, đường hầm, cầu và thảm thực vật dày đặc, dẫn đến mất tín hiệu và suy giảm độ chính xác đột ngột. Giải pháp cốt lõi cho vấn đề này là công nghệ hợp nhất GNSS/INS, sử dụng IMU hiệu suất cao để lấp đầy khoảng trống định vị trong các bất thường tín hiệu GNSS.
GNSS có độ chính xác định vị tuyệt đối nhưng tần số cập nhật thấp (1-20 Hz) và độ liên tục kém. Ngược lại, IMU hỗ trợ lấy mẫu tần số cao và đầu ra liên tục. Nó có thể nội suy dữ liệu định vị giữa các lần cập nhật GNSS để đạt được đầu ra định vị mượt mà và tần số cao. Trong các tình huống bị che khuất phức tạp, IMU có thể duy trì ước tính hiệu quả trong 10 đến 30 giây.
Các IMU MEMS cấp ô tô phổ biến hiện nay có độ bất ổn định độ lệch con quay hồi chuyển là 5°/h và độ nhiễu góc ngẫu nhiên là 0,5°/√h, có thể đảm bảo định vị mượt mà trong các khoảng thời gian làm mới GNSS. Tuy nhiên, chúng gặp khó khăn trong việc duy trì độ chính xác ở mức centimet trong thời gian dài ở các tình huống bị chặn hoàn toàn như đường hầm. Các IMU MEMS hiệu suất cao thế hệ tiếp theo đang nhắm đến các chỉ số độ bất ổn định độ lệch là 1°/h và độ nhiễu góc ngẫu nhiên là 0,1°/√h, sẽ đáp ứng đầy đủ nhu cầu định vị hợp nhất có độ chính xác cao trong thời gian dài của hệ thống lái xe tự hành cấp cao.
5. Thách thức ngành & Triển vọng phát triển
Các cảm biến MEMS tiêu dùng và công nghiệp cho phép một tỷ lệ lỗi nhất định, nhưng IMU cấp ô tô yêu cầu độ tin cậy cực cao, tuổi thọ dài và khả năng thích ứng với môi trường khắc nghiệt. Độ ổn định cao, độ trôi thấp và khả năng chịu lỗi cao đã trở thành ngưỡng kỹ thuật cốt lõi cho các thiết bị quán tính gắn trên xe.
Là phần cứng nền tảng cốt lõi của lái xe tự hành, công nghệ IMU và định vị quán tính INS tuy không nổi bật nhưng không thể thiếu. Với sự lặp lại liên tục của công nghệ MEMS và các thuật toán hợp nhất, IMU gắn trên xe hiệu suất cao sẽ tiếp tục cải thiện sự an toàn, ổn định và độ tin cậy của các hệ thống lái xe thông minh.
6. Giới thiệu sản phẩm: LIKOV MG-200 MEMS IMU
Ưu điểm cốt lõi
-
Hiệu chuẩn và bù trừ toàn nhiệt độ, thích ứng với môi trường nhiệt độ khắc nghiệt từ -45℃ đến +80℃
-
100% linh kiện kiểm soát độc lập trong nước
-
Hiệu suất cao, thu nhỏ, trọng lượng nhẹ và tiêu thụ điện năng thấp
-
Khả năng chống rung và va đập cơ học khắc nghiệt mạnh mẽ
-
Lấy mẫu tốc độ cao 1KHz, hỗ trợ theo dõi chuyển động động cao
-
Hỗ trợ nâng cấp phần mềm trực tuyến, thuận tiện cho việc tối ưu hóa lặp lại
Độ chính xác cốt lõi
Độ bất ổn định độ lệch con quay hồi chuyển: 0,3°/h (làm mịn 10 giây), đạt hiệu suất cấp chiến thuật cao.
Ứng dụng điển hình
Xe tự hành, hệ thống tham chiếu tư thế, hệ thống dẫn đường và điều khiển, đo lường tư thế tàu và xe, định vị kết hợp quán tính/vệ tinh, hệ thống khoan và khai thác, lập bản đồ di động, thiết bị đầu cuối di động truyền thông vệ tinh, hệ thống ổn định đầu dò.
