下一代 MEMS IMU — 高性能、可扩展

为了了解 MEMS 汽车导航系统的未来发展方向，我采访了 ACEINNA, Inc.（马萨诸塞州波士顿）的 CEO Yang Zhao 和营销与业务发展副总裁 Teoman Ustun。

技术简介： 为什么称ACEINNA IMU为下一代？

杨钊： 在理想条件下，您可以使用一个摄像头导航汽车。但为了始终保持安全性和可用性，自动驾驶汽车越来越依赖额外的传感器技术。但是，视觉、雷达、激光雷达、GNSS、RTK 等传感器在某些情况下都可能失明。 IMU 是唯一一个即使在所有其他传感器都发生故障时仍能继续工作的传感器。我们面临的挑战是增加 IMU 航位推算可靠的时间。我们现在的产品更像是一个高端的工业级，但设计是为了融入乘客卡中。

提奥曼·乌斯顿： 我们正在开发的革命性 MEMS 技术将以硅 MEMS 解决方案的价格实现光纤陀螺仪的性能。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 在角度随机游走 (ARW)、偏差不稳定性和振动/冲击免疫方面的性能。对于最新一代，我们还添加了三重冗余架构，这非常重要，原因有两个。它提高了汽车级可靠性，也提高了 IMU 的性能。例如，据我所知，我们拥有市场上唯一一款通过 ASIL-B ISO 26262（汽车安全完整性等级）认证的 INS（惯性导航系统）与三重冗余 IMU 集成。这项资格基本上让汽车客户相信我们的传感器将在车辆的整个生命周期内可靠地生成数据。

我们最新的 IMU 还具有开放式架构功能，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施他们的秘诀。

赵： 航空航天级 IMU 具有出色的稳定性，但体积大、重量重且价格昂贵 - 请参见图 1 了解不同 IMU 等级的比较。我们的目标是将接近导航等级的 IMU 系统推向市场。今天可以买到导航级的IMU，但都是用光纤陀螺，价格在几万美元左右。它们又大又重，而且价格昂贵，但在航空电子设备和军事领域，这并不是一个致命的因素。

但是当你谈到在汽车中使用 IMU 时，没有人会花那么多钱。所以，我们要做的是开发新一代的MEMS IMU技术，可以达到导航级的性能，可以接近光纤陀螺的性能水平。与最初针对消费级 IMU 而现在正试图将其转移到更高性能应用的其他人不同，我们从高性能工业级应用开始考虑，为我们的汽车传感器设定要求。

我们推出的最新汽车产品具有成本效益。它们是自下而上设计和开发的，旨在为大批量应用提供性价比优化。我们的目标是价格低于 500 美元，最终甚至更低。

技术简介： 您能否解释一下提高新 IMU 的准确性、稳定性和可靠性的一些功能。

乌斯顿： 首先，我们的 IMU 传感器具有三重冗余——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，以及各个 IMU 的性能。拥有这种三重冗余使我们能够实施持续的自我测试。通过比较和对比这三组数据流，我们对陀螺仪和加速度计的性能有了很好的信心。

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。陀螺仪测量旋转速度，当集成时，它会产生角位置的变化。加速度计测量加速度，当积分时给出速度，再次积分时给出位置。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优化的滤波器和算法，我们可以获得非常准确的横滚、俯仰和偏航角度数据（参见图 2）。汽车应用最关键的数据是偏航，它表明汽车的漂移程度。俯仰指示您是上山还是下山。希望您永远不会看到车翻滚。

技术简介： 在什么时间段内你能维持什么样的准确度？

乌斯顿： 这很难说，因为它取决于许多不同的场景。目前我们必须达到车道水平精度。一条车道大约三米宽，一辆客车大约两米宽。由于您要确保自己不会越过车道，因此在漂移太远之前，您有大约正负半米的距离。在典型的汽车速度下，半米的校正可以在不到一秒的时间内完成。由于在航位推算下，您可以将所需的精度保持 60 到 90 秒，因此我们的 IMU 可以轻松地将汽车保持在车道内。

技术简介： 因此，IMU 可以为您提供相对准确度。绝对精度呢？

乌斯顿： 绝对位置数据通常来自 GNSS 信号。从历史上看，GNSS 接收器的定位精度一直是一米或更高。因此，GNSS 本身不足以满足低至 2 厘米的车道级精度要求。

实时运动学 (RTK) 是一种提高 GNSS 接收器定位精度的技术。它使用一个基站网络，可以向我们的车载 RTK 定位引擎发送修正，从而更准确地重新计算其位置。

RTK 是一项您可以从许多来源购买或订阅的服务。我们看到越来越多的是通信基础设施——甚至像 Verizon、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家 RTK 服务提供商，以帮助我们的客户实现他们正在寻找的准确度限制。我们提供的解决方案是硬件和软件。

虽然我们不提供服务，但我们让客户选择最适合他们的服务。但是，我们确实首先对这些服务进行了认证。我们确保它们与我们的硬件和软件兼容。然后我们将其发布在我们的网站上，让客户可以灵活地从服务提供商列表中进行选择。最常见的是，RTK 作为 4G LTE 网络上的服务提供。如果没有 4G LTE 接收，还有其他方式来接收校正信号，例如基于卫星的通信。

对于 RTK，您将基站放置在网络上：根据经验，通常您将基站放置在 50 英里半径范围内。定位这些基站，以便非常准确地知道它们的位置。通过测量 GNSS 信号与准确已知的基站位置之间的误差来产生校正。

因此，我们有一个全面的解决方案：惯性导航系统，包括我们的三重冗余高性能六自由度 IMU 以及双频 GNSS 接收器，具有两种不同的外形尺寸。一是模块外形。如果客户想在他们自己的发动机控制单元 (ECU) 中进行回流焊，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，只要接上 GPS/GNSS 天线，系统就可以运行在 CAN 总线或以太网上。

本文由 Sensor Technology 的编辑 Ed Brown 撰写。如需更多信息，请访问此处 .