導(dǎo)遠(yuǎn)電子：什么樣的IMU更適合自動駕駛？

隨著汽車智能駕駛技術(shù)的發(fā)展，IMU得到越來越廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)遠(yuǎn)電子副總工程師李楠表示，IMU不僅僅是車載定位系統(tǒng)P-box的核心部件，也是智能汽車提升BEV性能，從而提升城市領(lǐng)航輔助駕駛（NOA）性能的重要部件。

李? ?楠 | 導(dǎo)遠(yuǎn)電子副總工程師

隨著汽車智能駕駛技術(shù)的發(fā)展，IMU得到越來越廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)遠(yuǎn)電子副總工程師李楠表示，IMU不僅僅是車載定位系統(tǒng)P-box的核心部件，也是智能汽車提升BEV性能，從而提升城市領(lǐng)航輔助駕駛（NOA）性能的重要部件。

IMU主要涉及兩種常用構(gòu)型，一種是獨(dú)立模塊形式，另一種是焊接到主板上的貼片形式。哪種構(gòu)型更適合智能駕駛？李楠坦言，導(dǎo)遠(yuǎn)針對影響車載IMU性能的四種典型環(huán)境和長期環(huán)境進(jìn)行模擬測試，結(jié)論顯示獨(dú)立IMU性能更穩(wěn)定，更安全可靠，適合高精度導(dǎo)航定位，安全應(yīng)用場景，以及具有航位推算需求場景；貼片IMU適合低精度導(dǎo)航定位，非安全應(yīng)用場景，以及衛(wèi)星導(dǎo)航算法插值場景。

以下為演講內(nèi)容整理：

IMU主要涉及兩種常用構(gòu)型，一種是獨(dú)立模塊形式，另一種是焊接到主板上的貼片形式。從行業(yè)發(fā)展來看，IMU在智能駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，不僅是車載智能駕駛導(dǎo)航定位系統(tǒng)P-box的核心部件，同時(shí)也是提升智能駕駛汽車BEV性能，以及進(jìn)一步提升城市領(lǐng)航輔助駕駛（NOA）性能的關(guān)鍵部件，這也要求IMU具備良好的穩(wěn)定性和可靠性。

獨(dú)立IMU具有高強(qiáng)度外殼保護(hù)，并且可以選擇易于維護(hù)和維修的位置安裝。最重要的是它采用全要素標(biāo)定補(bǔ)償技術(shù)，以及多物理場匹配技術(shù)，標(biāo)定參數(shù)持久穩(wěn)定，性價(jià)比高。國際大廠如ADI、霍尼韋爾，通常會使用獨(dú)立IMU構(gòu)型。

貼片IMU通過貼片方式將IMU直接焊接到主板固定位置，通常采用屏蔽罩保護(hù)或無保護(hù)，更容易受到環(huán)境影響，同時(shí)，經(jīng)過二次焊接后標(biāo)定參數(shù)可能會發(fā)生變化，但其制造成本低。

今天我們將通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這兩種構(gòu)型哪種更適合智能駕駛。

獨(dú)立IMU和貼片IMU——典型環(huán)境影響對比

對車載IMU性能產(chǎn)生影響的典型環(huán)境主要有4種，即升溫、降溫、預(yù)緊力和振動。導(dǎo)遠(yuǎn)通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M這四種典型環(huán)境，對兩種IMU進(jìn)行評估。

圖源：嘉賓演講材料

該實(shí)驗(yàn)通過可視化界面來展示IMU輸出的數(shù)據(jù)，可視化界面包含3個(gè)窗口，上方窗口展示IMU陀螺輸出的XYZ三軸角速度，中間窗口展示對角速度積分得到的車體姿態(tài)，下方窗口展示IMU輸出的溫度。

圖源：嘉賓演講材料

第一個(gè)是升溫影響實(shí)驗(yàn)。操作員采用熱風(fēng)機(jī)直接對IMU進(jìn)行加熱。實(shí)驗(yàn)顯示，加熱時(shí)，貼片IMU的溫度迅速上升，陀螺角速度輸出發(fā)生明顯變化，Y軸角速度產(chǎn)生零偏大約為0.2°/s。與之相反，獨(dú)立IMU沒有明顯變化。

操作員繼續(xù)提高溫度，貼片IMU零偏繼續(xù)增大，Y軸陀螺輸出零偏已經(jīng)達(dá)到0.4°/s。兩個(gè)IMU均為靜態(tài)放置于桌面，僅通過熱風(fēng)機(jī)加熱升溫，貼片IMU便產(chǎn)生了明顯零偏值。正常狀態(tài)下，零偏值應(yīng)該零輸出。

通過對陀螺角速度積分得到車體姿態(tài)，零偏越大，姿態(tài)誤差也就越大。實(shí)驗(yàn)中，貼片IMU的車體姿態(tài)發(fā)生明顯翻滾，產(chǎn)生了11°的側(cè)翻，4°的俯仰。說明在智能駕駛時(shí)，升溫所帶來的姿態(tài)偏差會影響到智能駕駛系統(tǒng)對車體的控制，從而影響行駛安全。

圖源：嘉賓演講材料

第二個(gè)是降溫影響實(shí)驗(yàn)。操作員使用速凍噴霧劑對IMU進(jìn)行降溫。可以看到下方窗口中IMU溫度迅速下降，僅幾秒鐘時(shí)間就從30℃降到10℃左右。噴霧結(jié)束后，貼片IMU零偏已經(jīng)發(fā)生明顯變化，Y軸陀螺產(chǎn)生了0.2°/s的零偏值，Z軸陀螺產(chǎn)生0.15°/s的零偏值，而獨(dú)立IMU零偏非常穩(wěn)定。貼片IMU的車體姿態(tài)也產(chǎn)生了較大變化，橫滾是8°，航向是4°。假設(shè)汽車在4°航向偏差下行駛100米，大約會產(chǎn)生6m的橫向偏差，接近兩條車道的偏差，在智能駕駛中，安全性就面臨挑戰(zhàn)。安全性就面臨挑戰(zhàn)。

備注：噴霧過程中，可視化界面的第一個(gè)窗口陀螺輸出曲線的噪聲變大，是由于噴霧劑噴霧對IMU的撞擊。

圖源：嘉賓演講材料

第三個(gè)是預(yù)緊力影響實(shí)驗(yàn)。操作員通過螺絲刀改變安裝螺釘?shù)乃删o來調(diào)整預(yù)緊力。操作員先松開螺釘，右側(cè)的貼片IMU已經(jīng)在Z軸輸出上產(chǎn)生明顯變化，達(dá)到0.4°/s的零偏，此外，X軸Y軸也有明顯變化，獨(dú)立IMU則非常平穩(wěn)。而后操作員擰緊螺釘，讓預(yù)緊力回到初始狀態(tài)。此時(shí)，貼片IMU的車體姿態(tài)仍存在近4°的航向偏差。

圖源：嘉賓演講材料

最后是振動影響實(shí)驗(yàn)。操作員采用手機(jī)振動影響IMU。在振動影響下，貼片IMUZ軸Y軸零偏產(chǎn)生明顯變化，Z軸是0.15°/s，Y軸是0.1°/s。獨(dú)立IMU無明顯零偏變化，振動過程中只是出現(xiàn)微小波動。貼片IMU車體姿態(tài)產(chǎn)生1.6°橫滾角，以及2°航向偏差。

圖源：嘉賓演講材料

在智能駕駛中，航向?qū)Χㄎ痪戎陵P(guān)重要。通過四組實(shí)驗(yàn)可以得出，獨(dú)立IMU在升溫、降溫、預(yù)緊力和振動影響下表現(xiàn)穩(wěn)定，不容易受到環(huán)境變化影響。

獨(dú)立IMU和貼片IMU——長期環(huán)境影響對比

通過高溫運(yùn)行耐久、熱沖擊耐久、通電溫度循環(huán)耐久三個(gè)耐久實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)遠(yuǎn)對兩種IMU構(gòu)型進(jìn)行長期環(huán)境影響測試。

高溫運(yùn)行耐久：在85℃環(huán)境中通電恒溫運(yùn)行1000小時(shí)；

熱沖擊耐久：在-40℃~85℃區(qū)間進(jìn)行溫度切換，溫度交換時(shí)間≤30秒，每次保溫20min，累計(jì)熱沖擊次數(shù)506次；

通電溫度循環(huán)耐久：在-40℃~85℃區(qū)間進(jìn)行溫度循環(huán)，溫變速率保持4℃/min，每次保溫20min，累計(jì)循環(huán)次數(shù)190次。

圖源：嘉賓演講材料

首先分析陀螺標(biāo)度誤差變化，上方點(diǎn)圖是獨(dú)立IMU陀螺標(biāo)度誤差數(shù)據(jù)變化圖，橫軸是120只產(chǎn)品的編號，縱軸為標(biāo)度誤差。藍(lán)色點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)前的標(biāo)度誤差值。此時(shí)，獨(dú)立IMU標(biāo)度誤差值是1.2‰，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后變化為1.5‰。下方點(diǎn)圖是貼片IMU數(shù)據(jù)變化圖，實(shí)驗(yàn)前標(biāo)度誤差值是2.7‰，實(shí)驗(yàn)后變化為5.5‰，增幅超過一倍。

假設(shè)汽車開啟城市領(lǐng)航輔助駕駛在十字路口掉頭，由于IMU產(chǎn)生了5‰的標(biāo)度誤差，會導(dǎo)致將近1°航向偏差，當(dāng)汽車?yán)^續(xù)直行100m后，橫向偏差將達(dá)到約1.7m，會偏離車道。

圖源：嘉賓演講材料

接著觀察陀螺零偏的變化。獨(dú)立IMU的陀螺零偏實(shí)驗(yàn)前是0.15°/s，實(shí)驗(yàn)后仍舊保持0.15°/s。貼片IMU的陀螺零偏則出現(xiàn)顯著變化，測試前是0.2°/s，測試后變?yōu)?.6°/s，增幅達(dá)到兩倍。

圖源：嘉賓演講材料

可以看到，長期環(huán)境對于有保護(hù)的獨(dú)立IMU影響并不明顯；而貼片IMU由于缺乏保護(hù)，容易受到環(huán)境干擾。相較于貼片IMU，獨(dú)立IMU在長期環(huán)境影響下更穩(wěn)定。

總結(jié)

綜上所述，獨(dú)立IMU性能更穩(wěn)定，更安全可靠，更適合高精度導(dǎo)航定位和安全相關(guān)場景。此外，也可以滿足隧道或地庫等航位推算場景的定位需求。

而貼片IMU則更適合低精度導(dǎo)航定位及非安全性應(yīng)用場景，同時(shí)也適合衛(wèi)星導(dǎo)航算法插值計(jì)算場景。

基于可靠性、穩(wěn)定性和安全性的綜合考量，獨(dú)立IMU更適合智能駕駛。

關(guān)于導(dǎo)遠(yuǎn)電子

目前，導(dǎo)遠(yuǎn)已量產(chǎn)交付超60萬套高精度定位產(chǎn)品，并獲得20多家全球主機(jī)廠的超過70個(gè)車型量產(chǎn)定點(diǎn)，自主研發(fā)的高精度組合定位方案已被包括主機(jī)廠、智造企業(yè)、科技公司在內(nèi)的數(shù)百家客戶采用，賦能智能駕駛、智能機(jī)器人、工程機(jī)械、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧交通、無人機(jī)測繪等多個(gè)行業(yè)。

導(dǎo)遠(yuǎn)項(xiàng)目開發(fā)遵循IATF16949、ISO26262、ISO21434和ASPICE L2標(biāo)準(zhǔn)，高精度定位解決方案主要產(chǎn)品包括P-box系列、IMU模組和GNSS模組。導(dǎo)遠(yuǎn)P-box已實(shí)現(xiàn)全球量產(chǎn)，具有高性能特點(diǎn)，還滿足功能安全和信息安全；IMU模組兼具高性能、高可靠性，同時(shí)滿足功能安全；GNSS模組則具備全星座、全頻點(diǎn)、抗干擾、兼容L-Band等多種優(yōu)勢。

圖源：嘉賓演講材料

導(dǎo)遠(yuǎn)電子總部位于廣州，在上海、北京、武漢、蘇州、南通設(shè)分支機(jī)構(gòu)，并在美國、德國、日本布局國際化的技術(shù)和銷售團(tuán)隊(duì)，賦能全球客戶。

（以上內(nèi)容來自導(dǎo)遠(yuǎn)電子副總工程師李楠于2023年6月14日在2023第五屆自動駕駛地圖與定位大會發(fā)表的《什么樣的IMU更適合智能駕駛？》主題演講。）