淺析慣導(dǎo)單元在自動駕駛級導(dǎo)航要求中的重要意義

7月舉辦的百度AI開發(fā)者大會上，百度與廈門金龍合作全球首款L4級別的自動駕駛汽車阿波龍小巴車被宣布正式量產(chǎn)下線，這一新聞著實刷了一陣屏，引發(fā)業(yè)界廣泛熱議。美國機動車工程師協(xié)會（SAE）將汽車自動化劃分為5個等級。

L3級別為有條件的自動駕駛，需要駕駛員介入，L4級別為高度自動駕駛，已經(jīng)不需要駕駛員的介入，但是不能應(yīng)對全部工況，只能在設(shè)計工況下完成駕駛?cè)蝿?wù)?！鞍⒉垺卑褪繜o方向盤、無駕駛位，無油門和剎車踏板，駕駛過程中自然沒有駕駛員干預(yù)，實現(xiàn)了真正的L4級別無人駕駛。自動駕駛巴士被認為是解決城市“最后一公里”難題的有效方案，大多用于機場、旅游景區(qū)和辦公園區(qū)等封閉的場所。而業(yè)界普遍認為，自動駕駛技術(shù)在特定場所和公共交通領(lǐng)域的使用將早于在個人乘用車市場的普及。英國利玆大學(xué)公共交通研究學(xué)院教授Natasha Merat教授曾對媒體表示：“在組織和控制嚴密的場所更加適合成為自動駕駛技術(shù)發(fā)芽的土壤，因為從控制和管控方面都更容易被政策制定者監(jiān)管"。

ADI大中華區(qū)汽車電子市場經(jīng)理崔正昊（Jerry）也認為，自動駕駛會率先在共享租車、商用車、特種車輛等有限應(yīng)用場景條件車輛上實現(xiàn)。這些高度重視性能、對成本不敏感的行業(yè)市場，將帶動自動駕駛整體市場快速發(fā)展，推動技術(shù)成熟、硬件成本降低，最后在乘用車市場得以廣泛應(yīng)用。

據(jù)悉，作為百度Apollo的重要合作伙伴，ADI公司的慣性測量單元(IMU)被用于做阿波龍的慣性導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，不受外界天氣狀況等影響，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高精度地圖、礦車、港口車、特種車和商用車等領(lǐng)域。慣性測量單元（IMU）傳感器整合了精密陀螺儀、加速度計、磁力計和壓力傳感器的多軸組合，它們以智能方式融合在一起，為穩(wěn)定和導(dǎo)航應(yīng)用提供可靠的位置和運動識別。即使在復(fù)雜工作環(huán)境中以及在動態(tài)或極限運動動態(tài)下，精密MEMS IMU也能提供所需的精度水平。經(jīng)過獨特開發(fā)的ADI iSensor IMU技術(shù)產(chǎn)品組合具有戰(zhàn)術(shù)級穩(wěn)定性和超低噪聲，可提供高達十個運動自由度，并且全都經(jīng)過全面的工廠校準和優(yōu)化的嵌入式傳感器調(diào)節(jié)。iSensor IMU已在多個領(lǐng)域推動了向自主機器的快速進步。如今，借助這些戰(zhàn)術(shù)級IMU，已經(jīng)能夠可靠地引導(dǎo)無人駕駛的陸地車輛和航空器。

ADI的車用IMU產(chǎn)品方案是針對汽車應(yīng)用場景從戰(zhàn)術(shù)級降維至車規(guī)級而開發(fā)，將傳統(tǒng)的IMU和與車身、GPS等信息融合的算法組合在一起的系統(tǒng)稱為廣義的、針對自動駕駛的IMU，可以堪稱業(yè)界最強方案。

圖：ADI汽車慣導(dǎo)單元（IMU）秉承戰(zhàn)術(shù)級產(chǎn)品高品質(zhì)傳統(tǒng)，享譽業(yè)界。除了檢測周圍環(huán)境之外，自動駕駛車輛還需要能在各種氣候條件下感受路況并做出響應(yīng)。IMU連同板載ADAS和衛(wèi)星定位輸入，提供精確的車輛位置和航向畫面，同時抑制正常駕駛產(chǎn)生的沖擊和振動。目前的GPS有很多時候是精度不夠準確或者無效的，例如在隧道中經(jīng)常因為信號不好無法使用，或者在市中心的高樓里GPS信號容易被折射反射。這個時候IMU就可以增強GPS的導(dǎo)航能力。例如，在車道線識別模塊失效時，利用失效之前感知到的道路信息和IMU對汽車航跡的推演，仍然能夠讓汽車繼續(xù)在車道內(nèi)行駛。

此外，GPS更新頻率過低（僅有10Hz）不足以提供足夠?qū)崟r的位置更新，IMU的更新頻率可以達到100Hz或者更高完全能彌補GPS所欠缺的實時性。GPS/IMU組合系統(tǒng)通過高達100Hz頻率的全球定位和慣性更新數(shù)據(jù)，可以幫助自動駕駛完成定位。通過整合GPS與IMU，汽車可以實現(xiàn)既準確又足夠?qū)崟r的位置更新。

Jerry指出：“慣性導(dǎo)航是目前最有可能在車輛發(fā)生緊急狀況時幫助將車停到安全位置的技術(shù)。ADI擁有從戰(zhàn)術(shù)級降維至車規(guī)級開發(fā)的汽車IMU產(chǎn)品，系統(tǒng)性能業(yè)界最強。”而對于市面上部分從手機陀螺儀起步、向上提升性能以滿足汽車應(yīng)用的IMU產(chǎn)品，Jerry建議保持謹慎，“畢竟汽車關(guān)乎生命安全、不容輕忽，自動駕駛IMU可靠性要求遠遠高于消費類、工業(yè)類要求。”以ADIS16495系列為例，這款完整的戰(zhàn)術(shù)級、6自由度慣性傳感器系統(tǒng)內(nèi)置一個三軸陀螺儀和一個三軸加速度計。ADIS16495中內(nèi)置的每個慣性傳感器都實現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的iMEMS?技術(shù)與信號調(diào)理技術(shù)的完美結(jié)合，可提供優(yōu)化的動態(tài)性能。工廠校準針對各傳感器的靈敏度、偏置、對準和線性加速度（陀螺偏置）進行校準。因此，各傳感器均有其自己的動態(tài)補償公式，可提供精確的傳感器測量。與復(fù)雜且昂貴的分立設(shè)計方案相比，ADIS16495為精確的多軸慣性檢測與系統(tǒng)的集成提供了簡單而經(jīng)濟高效的方法。所有必需的運動測試及校準都是工廠生產(chǎn)過程的一部分，大大縮短了系統(tǒng)集成時間。嚴格的正交對準可簡化導(dǎo)航系統(tǒng)中的慣性坐標系對準。串行外設(shè)接口(SPI)和寄存器結(jié)構(gòu)針對數(shù)據(jù)收集和配置控制提供簡單的接口。

目前業(yè)界通過整合GNSS與IMU，汽車可以實現(xiàn)既準確又足夠?qū)崟r的位置更新。出來百度阿波龍，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)先OEM廠商諾瓦泰（NovAtel）的GNSS/INS產(chǎn)品也采用了ADI的IMU方案，目前已廣泛應(yīng)用于各種智能汽車或自動駕駛實驗車型中。

Jerry表示：“目前ADI在做的是，與更多合作伙伴合作重新定義IMU產(chǎn)品，從終端消費者對性能的追求反推成本承受度，共同努力將價格降到量產(chǎn)級，以最大范圍為更多的生命提供安全保障。”