为了了解MEMS汽车导航系统的原因,我采访了杨昭,首席执行官和Teoman Ustun,营销和业务发展副总裁,Aceinna,Inc。(波士顿,MA)。

金宝搏官网技术简介:为什么你称ACEINNA IMUs为下一代?

赵:杨在理想的条件下,您可以使用一台相机浏览一辆汽车。但要实现所有时间的安全,并且可用性,自动车辆越来越依赖额外的传感器技术。然而,这些传感器等视觉,雷达,激光雷达,GNSS,RTK都可以在某些情况下蒙蔽。IMU是唯一一个继续运行的传感器,即使所有其他传感器都发生故障。我们的挑战是增加随着IMU的死亡估算的时间。目前我们拥有的产品更像是高端工业水平,但旨在被纳入客运卡。

Teoman Ustun:我们开发的革命性MEMS技术将在硅MEMS解决方案的价格点实现光纤陀螺仪的性能。这基本上是一种变化的技术。

每一代我们都在改进IMU在角随机游走(ARW)、偏置不稳定性和抗振动/冲击方面的性能。在最新一代中,我们还添加了三重冗余架构,这非常重要,原因有二。它提高了汽车级可靠性,也提高了IMU的性能。例如,据我所知,我们有市场上唯一的ASIL-B ISO 26262(汽车安全完整性等级)合格的集成了三冗余IMU的INS(惯性导航系统)。这一资质基本上给了汽车客户信心,我们的传感器将在车辆的整个生命周期内生成可靠的数据。

我们最新的imu还具有开放架构特性,使我们的客户能够利用他们的专有技术或在我们的硬件中实现他们的秘方。

赵:航空航天级IMU具有出色的稳定性,但很大,重,昂贵 - 有关不同的IMU等级的比较,请参见图1。我们旨在为市场带来一个将接近导航等级的IMU系统。今天,您可以获得导航等级IMU,但它们都使用光纤陀螺仪,并在数万美元的价格范围内。它们是大,沉重,昂贵,但在航空电子和军队中,这不是抛杀因素。

但是,当你在汽车中使用IMU时,没有人会支付那种钱。因此,我们想要做的是开发一个新一代MEMS IMU技术,可以达到导航等级性能,这可以接近光纤陀螺性能水平。与最初针对消费者级IMU的其他人不同,现在正在尝试将它们转移到更高的性能应用程序,我们开始考虑到高性能的工业级应用,为我们的汽车传感器设置要求。

我们最新推出的汽车产品是具有成本效益的。它们是自下而上地设计和开发的,以便为大容量应用程序提供价格/性能优化。我们的目标是售价低于500美元,最终甚至更低。

金宝搏官网技术简介:您能解释一下您的新IMU有哪些提高精度、稳定性和可靠性的功能吗?

Ustun:首先,我们的IMU传感器有三重冗余——有三个加速度计和三个陀螺仪。我们监控所有关键参数,包括电压、电流和温度,以及单个imu的性能。有了这种三重冗余,我们就可以实现持续的自我测试。我们得到了良好的信心陀螺仪和加速度计的性能比较和对比的三重数据流。

图2.六个自由度。(由Aceinna,Inc。提供)

我们还有六个自由度:三个加速度计和三个陀螺仪测量XYZ轴。陀螺仪测量转速,当集成时,在角度位置变化。加速度计测量加速,当集成时提供速度并在再次集成时,给出位置。通过处理陀螺数据和加速度计数据,并使用针对给定应用程序优化的滤波器和算法,我们得到了卷,俯仰和偏航的真正准确的角度数据(参见图2)。汽车应用最关键的数据是偏航,这表明汽车漂移的程度。沥青表示您是否上山山上。希望你永远不会在你的车里看到一卷。

金宝搏官网技术简介:您可以在几个时间段维持什么样的准确性?

Ustun:这很难说,因为这取决于很多不同的情况。目前我们必须达到车道级别的精度。一条车道大约三米宽,一辆客车大约两米宽。因为你要确保你没有超出车道,在你漂移太远之前,你有大约正负半米。在典型的汽车速度下,不到一秒就能修正半米。因为,在航迹计算下,你可以保持60到90秒所需的准确性,我们的IMU可以轻松地保持汽车在它的车道内。

图3.实时运动学(RTK)是一种提高GNSS接收器的位置精度的技术。(由Aceinna,Inc。提供)

金宝搏官网技术简介:因此,IMU为您提供了相对的准确性。绝对准确性怎么样?

Ustun:绝对位置数据通常来自GNSS信号。历史上,GNSS接收机的位置精度一直是一米或更多。因此,GNSS本身不足以满足汽车车道水平精度要求,精度可达2厘米。

图4.完整定位系统。(由Aceinna,Inc。提供)

实时运动学(RTK)是一种提高GNSS接收器的位置精度的技术。它使用了一个基站网络,该网站可以向我们的车载RTK定位发动机发送校正,这将使用它们更准确地重新计算其位置。

RTK是您可以购买或订阅许多来源的服务。我们看到的越来越多的是通信基础设施 - 即使是电信服务提供商,如Verizon,Softbank或中国移动 - 已经开始提供RTK服务。从我们的产品角度来看,我们对服务提供商无所不在 - 我们打算支持任何和每一个RTK服务提供商,以帮助客户实现他们正在寻找的准确性限制。我们正在提供硬件和软件的解决方案。

虽然我们不提供服务,但我们使我们的客户能够选择最适合他们的客户。但是,我们首先符合这些服务。我们确保它们与我们的硬件和软件兼容。然后我们把它放在我们的网站上,为客户提供服务提供商列表中的灵活性。最常见的是,RTK作为4G LTE网络的服务。如果没有4G LTE接收,则存在接收校正信号的替代方法,例如基于卫星的通信。

对于RTK,你把基站放在一个网络上:有一个经验法则,你通常把基站放在50英里半径上。对这些基站进行了定位,因此可以非常准确地知道它们的位置。校正是通过测量GNSS信号与基站准确已知位置之间的误差产生的。

因此,我们有一个全面的解决方案:一个惯性导航系统,包括我们的三重冗余高性能六自由度IMU和双频GNSS接收机,在两个不同的形式因素。一个是模块的形状因素。如果客户想在他们自己的发动机控制单元(ECU)中回流,他们可以做到,或者他们可以使用我们的封装即插即用解决方案。基本上,你只需连接GPS/GNSS天线,系统将运行在CAN总线或以太网上。

本文是由Ed Brown编写的传感器技术编辑。有关更多信息,请访问这里


传感器技术杂志

本文首次发表于2021年6月号传感器技术杂志。

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