力求實(shí)現(xiàn)安全的無人駕駛汽車 追求慣性傳感器的高精度化

在前篇中，我們介紹了村田制作所（以下稱“村田”）利用其慣性傳感器所具備的低噪聲、高感度、高穩(wěn)定性的特長，正在進(jìn)行可應(yīng)用于高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）及無人駕駛汽車控制的技術(shù)開發(fā)。村田一直以來都致力于提高汽車傳感器供應(yīng)所需的安全性和可靠性，確保穩(wěn)定的供應(yīng)體制等。然而，在未來由系統(tǒng)掌管人身安全的無人駕駛汽車方面，慣性傳感器需具備比目前更高的安全性和可靠性。在后篇中，我們向負(fù)責(zé)產(chǎn)品開發(fā)的工程師們詢問了為實(shí)現(xiàn)用于無人駕駛汽車的更安全可靠的傳感器，村田正在進(jìn)行怎樣的努力。

深入開發(fā)傳感器的利用技術(shù)，強(qiáng)化安全性

――為了實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車，你們正在通過哪些技術(shù)開發(fā)工作來提高慣性傳感器的安全性和可靠性呢？首先，為了提高慣性傳感器元件本身的精度，必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上下一番工夫。另外，對于從接收自傳感器的信號獲取檢測位置的必要信息時(shí)的信號處理，也需要實(shí)現(xiàn)可應(yīng)用于無人駕駛的高精度，以及可承受惡劣環(huán)境的穩(wěn)定性。

在信號處理方面，我們還進(jìn)行了安全性和可靠性方面的處理，確保在接收自傳感器的信號中摻雜了異常信號時(shí)，可以判斷是應(yīng)該將其作為噪聲忽略，還是作為錯(cuò)誤處理。為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，我們需要開發(fā)一套處理方法，在考慮所使用的傳感器的特性的基礎(chǔ)上，確保能夠滿足客戶提出的技術(shù)要求。進(jìn)行這些信號處理的半導(dǎo)體晶片（ASIC）和固件都是由村田獨(dú)自開發(fā)的。

在性能安全方面，也需要加大開發(fā)力度。慣性傳感器是正確了解汽車位置和方向所不可或缺的元件，必須要確保其性能萬無一失。因此，客戶會制作將多個(gè)慣性傳感器安裝在一起的冗長結(jié)構(gòu)的慣性測量單元（Inertial Measurement Unit：IMU），以保證其中一個(gè)傳感器出現(xiàn)問題時(shí)整體性能不會失靈。實(shí)際安裝到汽車上時(shí)，有時(shí)可能也需要將安裝了村田的傳感器的控制模塊和其他模塊組合到一起整合系統(tǒng)。我們需要將這種利用方法也考慮在內(nèi)，理解運(yùn)用傳感器特性的使用方法和信號處理，以及客戶的使用方法，努力制造便于使用的傳感器。

通過在公路上的實(shí)際測試，提高加強(qiáng)安全性的技術(shù)

――為安全的無人駕駛汽車提供輔助作用的傳感器的開發(fā)原來不僅限于元件呢。為了實(shí)現(xiàn)更加安全的系統(tǒng)，你們正在進(jìn)行哪些工作呢？

我們使用已經(jīng)開發(fā)的慣性傳感器試著制作了IMU，并將其實(shí)際安裝到汽車中，然后在芬蘭進(jìn)行了公路測試。目前我們正在驗(yàn)證測試效果，同時(shí)正在加強(qiáng)元件和系統(tǒng)的開發(fā)。

在實(shí)際測試中，我們讓汽車在高速公路上以時(shí)速80km，在一般公路上以時(shí)速40km行駛，其間反復(fù)GPS開啟20秒、關(guān)閉10秒的過程，以驗(yàn)證僅依靠慣性傳感器讓汽車自行行駛時(shí)會產(chǎn)生多少誤差。目前，我們已檢測出汽車即使在關(guān)閉GPS的狀態(tài)下自行行駛，在高速公路上的實(shí)際位置誤差能保持在30cm之內(nèi)，而在路面狀況較差的一般公路上也能保持在50cm以內(nèi)。也就是說，這種誤差不會超出車道范圍。

使用慣性傳感器的IMU實(shí)際測試

但是，即使已經(jīng)證實(shí)汽車可以在10秒內(nèi)自行行駛，也還不能將慣性傳感器運(yùn)用于無人駕駛汽車。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)的道路上，會有一些地方在很長一段距離內(nèi)都接收不到GPS信號。

比如，首都高速公路中央環(huán)狀線上的山手隧道全長約18km。即使事先設(shè)想了在遇到危險(xiǎn)情況時(shí)汽車會靠到路肩避難或緊急停止，僅依靠慣性傳感器進(jìn)行無人駕駛的精度也至少需要保持?jǐn)?shù)公里。換算成時(shí)間的話，僅依靠慣性傳感器自行行駛時(shí)，至少需要維持幾分鐘的時(shí)間。另外，實(shí)際行駛時(shí)會接收許多外界干擾噪聲，對于這一點(diǎn)也必須采取相應(yīng)措施。

針對無人駕駛的技術(shù)將帶動其他領(lǐng)域的革新

――今后，村田的慣性傳感器會實(shí)現(xiàn)怎樣的進(jìn)步，并會在哪些領(lǐng)域中擴(kuò)大應(yīng)用范圍呢？

剛才提到了山手隧道，如果僅依靠慣性傳感器行駛完全程，需要汽車能保持10分鐘以上的高精度位置檢測。就算使用價(jià)格不菲的航空器用光纖陀螺，也不能保證能否實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。我們目前考慮的方法是提供可達(dá)到這種精度并且價(jià)格合理的MEMS慣性傳感器，為此我們將不懈努力。

此外，我們認(rèn)為隨著無人駕駛汽車的普及，運(yùn)用于其中的技術(shù)在成熟后也可以帶動農(nóng)業(yè)機(jī)械和建筑機(jī)械的革新。實(shí)現(xiàn)無人駕駛后，農(nóng)業(yè)機(jī)械就能減少機(jī)體體積，并根據(jù)農(nóng)作物的生長狀況和耕地狀態(tài)進(jìn)行極為細(xì)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我們在今后的技術(shù)開發(fā)過程中也會考慮到這些無人駕駛汽車技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。

推廣高精度傳感器技術(shù)的利用，為解決社會問題貢獻(xiàn)力量

我們預(yù)感在不久的將來，無駕駛員的完全無人駕駛汽車將作為生活、商業(yè)及社會活動的輔助工具得到普及。但是，在此之前還有許許多多的技術(shù)難題有待解決。其中一個(gè)難題就是慣性傳感器的高精度化、安全性和可靠性的提高。

負(fù)責(zé)開發(fā)慣性傳感器的村田的技術(shù)人員們將繼續(xù)提高技術(shù)，通過提供高精度、便于使用的傳感器為社會發(fā)展作出貢獻(xiàn)。對于村田推動無人駕駛汽車進(jìn)步的技術(shù)開發(fā)，今后也請拭目以待。

責(zé)任編輯：haq