慣性測(cè)量單元為何是自動(dòng)駕駛的最后一道防線?IMU保證其安全運(yùn)行

在這篇文章中，小編將對(duì)慣性測(cè)量單元IMU的相關(guān)內(nèi)容和情況加以介紹以幫助大家增進(jìn)對(duì)慣性測(cè)量單元的了解程度，和小編一起來(lái)閱讀以下內(nèi)容吧。

一、為什么說(shuō)自動(dòng)駕駛的最后一道防線是慣性測(cè)量單元

慣性測(cè)量單元(IMU)是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。

為了提高可靠性，還可以為每個(gè)軸配備更多的傳感器。一般而言IMU要安裝在被測(cè)物體的重心上。

IMU大多用在需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)備，如汽車和機(jī)器人上，也被用于需要用姿態(tài)進(jìn)行精密位移推算的場(chǎng)合，如潛艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈和航天器的慣性導(dǎo)航設(shè)備等。

與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，慣導(dǎo)系統(tǒng)同時(shí)具有信息全面、完全自主、高度隱蔽、信息實(shí)時(shí)與連續(xù)，且不受時(shí)間、地域的限制和人為因素干擾等重要特性，可在空中、水中、地下等各種環(huán)境中正常工作。

例如，IMU的上述優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中表現(xiàn)的尤為明顯。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，IMU可作為其他傳感器數(shù)據(jù)缺失時(shí)的有效補(bǔ)充。通過(guò)計(jì)算車輛的姿態(tài)(俯仰角和滾動(dòng)角)、航向、速度和位置變化，IMU可用于填補(bǔ)GNSS信號(hào)更新之間的空白，甚至可在GNSS和系統(tǒng)中的其他傳感器失效時(shí)，進(jìn)行航位推算。因此，作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)源，IMU可用于短期導(dǎo)航，并驗(yàn)證來(lái)自其他傳感器的信息。

有人說(shuō)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在定位領(lǐng)域的最后一道防線是IMU，主要原因有三個(gè)：

首先，IMU對(duì)相對(duì)和絕對(duì)位置的推演沒(méi)有任何外部依賴，是一個(gè)類似于黑匣子的完備系統(tǒng);相比而言，基于GPS的絕對(duì)定位依賴于衛(wèi)星信號(hào)的覆蓋效果，基于高精地圖的絕對(duì)定位依賴于感知的質(zhì)量和算法的性能，而感知的質(zhì)量與天氣有關(guān)，都有一定的不確定性。

其次，同樣是由于IMU不需要任何外部信號(hào)，它可以被安裝在汽車底盤等不外露的區(qū)域，可以對(duì)抗外來(lái)的電子或機(jī)械攻擊;相比而言，視覺(jué)、激光和毫米波在提供相對(duì)或絕對(duì)定位時(shí)必須接收來(lái)自汽車外部的電磁波或光波信號(hào)，這樣就很容易被來(lái)自攻擊者的電磁波或強(qiáng)光信號(hào)干擾而致盲，也容易被石子、刮蹭等意外情況損壞。

最后，IMU對(duì)角速度和加速度的測(cè)量值之間本就具有一定的冗余性，再加上輪速計(jì)和方向盤轉(zhuǎn)角等冗余信息，使其輸出結(jié)果的置信度遠(yuǎn)高于其它傳感器提供的絕對(duì)或相對(duì)定位結(jié)果。

二、IMU助力自動(dòng)駕駛汽車的安全運(yùn)行

通過(guò)上面的介紹，想必大家對(duì)慣性測(cè)量單元是自動(dòng)駕駛的最后一道防線的原因已經(jīng)具備了初步的認(rèn)識(shí)。在這部分，我們主要來(lái)了解一下慣性測(cè)量單元IMU是如何助力自動(dòng)駕駛的安全運(yùn)行的。

IMU的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于它在任何天氣和地理?xiàng)l件下都能正常工作。作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)源，它可用于短期導(dǎo)航，并驗(yàn)證來(lái)自其他傳感器的信息，也不會(huì)因?yàn)樘鞖?、透鏡污垢、雷達(dá)和激光雷達(dá)信號(hào)反射或城市峽谷效應(yīng)而失效。作為一個(gè)獨(dú)立的傳感器，IMU被視為補(bǔ)充和證實(shí)其他傳感器的傳感器，即“最后的傳感器”，用于確保車輛行駛安全，并在其他傳感器受損或失效時(shí)以可控的方式使車輛停止，因此我們把IMU稱為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的定海神針。

目前市場(chǎng)上所有配備ESC(電子穩(wěn)定控制)的車輛都已經(jīng)配備了低精度低成本的IMU，而高精度IMU雖可滿足自動(dòng)駕駛慣性導(dǎo)航的性能要求，但過(guò)去數(shù)千美元的價(jià)格使其無(wú)法在汽車市場(chǎng)上大規(guī)模部署。

幸運(yùn)的是，就像業(yè)界在努力降低激光雷達(dá)的成本一樣，包括新納傳感在內(nèi)的諸多企業(yè)正在致力于把高精度IMU的成本降至100美元以下。

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