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)。

yabovip16.com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:我们正在开发的革命性MEMS技术将在硅MEMS解决方案的价格点上实现光纤陀螺的性能。这基本上是一项改变游戏规则的技术。

每一代我们都在改进IMU的性能,包括角随机游走(ARW)、偏置不稳定性和抗振动/冲击能力。在最新的一代中,我们还添加了三重冗余架构,这非常重要,原因有二。它提高了汽车级的可靠性,也提高了IMU的性能。例如,据我所知,我们在市场上拥有唯一的ASIL-B ISO 26262(汽车安全完整性等级)合格的惯导系统(INS),集成了三冗余IMU。这一资格基本上给了汽车客户信心,即我们的传感器将在车辆的整个使用寿命内稳定地生成数据。

我们最新的imu还具有开放的架构特性,使我们的客户能够利用他们的专业知识或在我们的硬件中实现他们的秘密调味酱。

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。

我们引进的最新汽车产品具有成本效益。它们基本上是自下而上设计和开发的,为高容量应用程序提供价格/性能优化。我们的目标是低于500美元,最终甚至更低。

yabovip16.com技术简介:你能解释一下提高你的新IMU的准确性、稳定性和可靠性的一些特性吗?

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。有了这个三重冗余,我们就可以实现持续的自我测试。通过对这三组数据流的比较,我们获得了陀螺和加速度计性能的良好可信度。

图2。6个自由度。(由Aceinna,Inc。提供)

我们还有6个自由度:3个加速度计和3个陀螺仪测量XYZ轴。陀螺仪测量转速,当积分时,给出角位置的变化。加速度计测量加速度,积分时给出速度,再积分时给出位置。通过处理陀螺仪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,我们可以获得真正精确的横摇、俯仰和偏航的角度数据(见图2)。对于汽车应用程序来说,最关键的数据是偏航,它表明汽车的漂移程度。螺距表示你是在上山还是下山。希望你永远不会看到车里的滚动。

yabovip16.com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。目前我们必须达到泳道水平的精度。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,你大约有正负半米的距离。在典型的汽车速度下,半米的修正可以在不到一秒的时间内实现。因为,根据航迹推算,你可以在60到90秒内保持所需的精度,我们的IMU可以很容易地让汽车保持在它的车道内。

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)

yabovip16.com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接收机的定位精度一直是一米以上。因此,GNSS本身不足以满足低于2cm的车道级精度要求。

图4。完整的定位系统。(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是一种可以从许多来源购买或订阅的服务。我们看到越来越多的通信基础设施——甚至像威瑞森、软银或中国移动这样的电信服务提供商——已经开始提供RTK服务。从我们的产品角度来看,我们与服务提供商无关——我们打算支持任何一个RTK服务提供商,以帮助我们的客户达到他们想要的精度限制。我们提供的解决方案包括硬件和软件。

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,将基站设置在一个网络中:根据经验,通常将基站设置在50英里半径内。这些基站的定位使它们的位置被非常准确地知道。修正是通过测量GNSS信号和一个基站的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:一个包括我们的三冗余高性能六自由度IMU和双频GNSS接收机两种不同形式因素的惯性导航系统。一个是模形式因子。如果客户想要在他们自己的引擎控制单元(ECU)中回流,他们可以这样做,或者他们可以使用我们打包的即插即用解决方案。基本上,你只需连接GPS/GNSS天线,系统将在CAN总线或以太网上运行。

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《华尔街日报》2021年6月号传感器技术杂志。

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