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传感器融合实现2级以上自动驾驶

时间:2019-11-12 作者:TDK株式会社 阅读:
预计到2020年,大量中档车辆将配备自动驾驶2级系统,到2025年或之后,商用和高端车辆上将安装3级和4级系统。然而,从1级和2级跳跃到3级及以上级别将面临各种挑战,其中一项挑战是航位推算。

自动驾驶系统的发展正在快速推进,目的是创建一个在机动性方面具备全新概念的社会。然而,要实现2级以上的高水平自动驾驶技术,需要采用各种技术来完成航位推算和3D定位。TDK是一家能够提供各种复杂的传感器融合的制造商,其传感器融合可实现将多个独立传感器组合到一起所无法实现的功能,持续引领先进技术的发展。TDK利用其在这一领域的优势,提供运动传感器和InvenSense品牌下新开发的Coursa Drive软件以及大气压传感器,支持实现2级以上的自动化驾驶技术。

航位推算和3D定位在超越2级自动驾驶上面临的挑战

自动驾驶六级分类(0至5级)由美国汽车工程师协会(SAE)制定,现已在全球范围内采用。预计从2020年起,大量中档车辆将配备2级系统,同时预计在2025年或之后,将在商用和高端车辆上安装3级和4级系统。

3级及以上级别可称为真正的自动驾驶,也就是无人驾驶。这是因为这些级别的车辆配备了自动驾驶模式,无需人工控制即可驾驶。通俗地来说,这种模式可以让人们将驾驶权交给车辆,以便自己执行查看电子邮件等简单的任务。

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图1:自动驾驶水平。(来源:自动驾驶水平定义概述(SAE International J3016),《2017年公共-私人ITS计划/路线图》,日本内阁府)

然而,从1级和2级跳跃到3级及以上级别将面临各种挑战,其中一项挑战就是航位推算。即使在全球导航卫星系统(GNSS)范围之外的环境中[例如全球定位系统(GPS)],航位推算软件也会对来自一系列传感器的数据进行处理,以计算车辆位置和运动,以便能够自主导航到目的地,同时保持高度精确的定位。需要进一步发展传感器和软件技术来提升功能,以便将现有导航系统的水平提升到自动驾驶水平。

提升自动驾驶的另一项挑战是需要使用3D数字地图对传统导航系统的2D地图进行补充,该3D数字地图可显示呈现海拔差异的定位信息,例如与高架高速公路、多层立交桥和多层停车场下方地面道路相关的数据。目前在世界各地都正在开发和建立三维数字地图(也称为3D动态地图)3,这种地图不但能显示3D定位数据,还能显示各种动态变化因素,例如交通信号、行人和附近的车辆。随着5G电信服务的推出,这种技术预计将在不久的将来初具规模。

由运动传感器、先进软件和大气压传感器提供支持的复杂传感器融合解决方案

在航位推算所需的机载传感器中,由加速度传感器和陀螺仪传感器组成的运动传感器尤为重要。由于弯道、坡度和车道变化等因素的影响,车辆行进方向和朝向也会不时发生变化;加速度传感器和陀螺仪传感器可以检测到这些车辆行进方向和朝向的变化。TDK的IAM-20680HP是一款车内6轴运动传感器,它利用MEMS制造技术将3轴加速度传感器与3轴陀螺仪传感器封装在一起。产品运行温度范围从-40℃到+105℃,目前已售出的大量设备足以证明其卓越品质,且产品在世界各地均获得极高评价。

新开发的Coursa Drive软件支持自动驾驶车辆的高精度惯性定位。它不仅能以较高精度测量及维护车辆位置,甚至能够协助在GNSS信号范围之外及信号中断的环境中(例如隧道、地下停车场和多个建筑物之间的“城市峡谷”)进行自动驾驶。TDK 通过将运动传感器与Coursa Drive相结合的传感器融合技术,在航位推算技术方面取得了显著进展。

TDK还提供一系列MEMS电容式大气压传感器,具有超低噪音和优异的温度稳定性。这些传感器通过将从3D动态地图获得的数据添加到大气压传感器检测到的海拔差异数据中,实现了高精度的3D定位。TDK传感器解决方案通过推动航位推算和3D定位,将自动驾驶技术提升到2级以上。我们提供各种先进的传感器融合,即使将多个独立传感器组合到一起也无法实现这种融合效果。

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图2:运动传感器和Coursa Drive提供支持航位推算技术

当车辆进入隧道时,GPS/GNSS信号中断,无法确认车辆位置。然而,如果使用由运动传感器和Coursa Drive提供支持的航位推算技术,即使在隧道中也能实现高度精确的定位。

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图3:TDK传感器融合支持自动驾驶

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图4:IAM-20680HP 6轴运动传感器

TDK IAM-20680HP6轴传感器是IAM-20680的高性能版本,它将3轴陀螺仪传感器和3轴加速度传感器集成到LGA封装中,尺寸仅为3×3×0.75毫米。

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