前言

对于自动驾驶来说,高精度定位必不可少。为了让自动驾驶系统更高频率的获取定位信息,就必须引入更高频率的传感器,这时就体现出了惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的重要性。本文基于工程角度出发,简述工业中IMU评估的方法,以供参考。

一、通讯要求

针对惯性传感器来说,目前的主流通信形式为can通信,需要根据自动驾驶系统架构确认是否支持CAN或者CAN FD通讯形式。

二、本体要求

针对IMU来说,评估时需区分是否为MU模组或者为惯性导航系统模组,本文主要从IMU模组的角度出发。IMU模组可用于导航、控制和动态测量,其具有体积小、多带宽、支持修改量程、噪声低、有一定的抗冲击性等,在苛刻的工作环境中能可靠的工作。

1、物理条件

评估物理条件主要需根据实际车身情况,选择合适的尺寸,且需要IMU具有良好的环境适应性。对于IMU本体来说,其质心位置应尽量与IMU物理中心贴近。

2、电气要求

常规的车辆供电为9-16V,选择IMU应从以下几个角度:

  • 常规工作电压范围是否符合;
  • 是否满足CAN通讯电压范围;
  • 是否有反向电压保护策略,及反向电压保护时间;
  • 当电压过载时,内部应有电路保护及诊断策略,保证IMU不会损坏。

3、外观要求

对于同一型号IMU,不同的软硬件配置需有明显的外观区分,例如打印标识、结构变更、颜色变更等区分方式。

4、性能参数要求

对于性能参数要求,主要从加速度计和陀螺仪两个方面评估:

|加速度计 | 陀螺仪 |--|--|--| | 激活时间 | 在规定的工作条件下,从供给电源开始至达到规定性能时所需要的时间 | 在规定的工作条件下,从供给电源开始至达到规定性能时所需要的时间 | | 零偏|输入加速度为零时加速度计的输出值|陀螺仪角速度输入为零时的输出量,描述陀螺仪的输出信号围绕其均值的起伏或波动| |零偏稳定性|当输入加速度为零时,衡量微加计输出量围绕其均值的离散程度。|当输入角速率为零时,陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度,即零偏稳定性表达零偏随时间的波动趋势| |零偏重复性|在相同条件下及规定的时间内,重复测量微加计零偏之间的一致程度,表征传输相同输出的能力。|表达多次测量下,零偏的平均波动| |零偏温度灵敏度|相对室温零偏,由温度变化引起的零偏变化与温度变化之比,取最大值表示,且数值越小表示零偏受温度变化影响越小|相对室温零偏,由温度变化引起的零偏变化与温度变化之比,取最大值表示,且数值越小表示零偏受温度变化影响越小| |标度因数分线性值|在输入加速度范围内,微加计输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差与最大输出量之比|表征了陀螺仪实际输入和输出数据的偏离程度,决定了该拟合数据的可信度 |标度因数温度灵敏度|相对于室温标度因数,有温度变化引起的微加计标度因数相对变化量与温度变化量之比|数值越小表示标度因数受温度变化影响越小 |随即游走系数|表征长时间下累积的速度误差|表征长时间下累积的角度误差 |带宽|指加速度计能够精确测量输入速度的频率范围,这个频段范围越大表明加速度计的动态响应能力越强|带宽是指陀螺能够精确测量输入角速度的频率范围,这个频段范围越大表明陀螺的动态响应能力越强。 |分辨率|在设定好的量程范围下,传感器可以感应到的最小输入加速度增量,一般通过数据转换精度来表示。精度越高,分辨率越高,噪声越小|陀螺仪在规定的输入角速率下,能够敏感的最小角速率增量 |量程|指加速度计能测量到的正反方向最大加速度的额定值|陀螺仪正反两个方向输入角速率的最大值 |灵敏度重复性|多次测量下,温度灵敏度的平均变化|多次测量下,温度灵敏度的平均变化| |轴对准误差|即加速度计三轴不正交时产生的误差|即陀螺仪三轴不正交时产生的误差 |噪声|通过AD采集把连续时间信号000采集成离散信号,在这个过程中,精度的损失程度|通过AD采集把连续时间信号采集成离散信号,在这个过程中,精度的损失程度  

三、功能安全要求

1、相关规范要求

  • 是否满足功能安全标准(ISO 26262 2018)
  • 是否满足AUTOSAR规范
  • 是否符合中端到端(E2E)通信的保护措施

2、诊断刷写要求

  • 是否支持内部故障自诊断
  • 是否做过电源监控策略
  • 是否支持FOTA刷写

四、标定要求

1、内参标定要求

常见的内参标定为静置得到标定参数,根据偏置标定,具体的标定方法详见文献:《A robust and easy to implement method for IMU calibration without external equipments 》 一般的标定流程:

2、外参标定要求

关于外参标定要求,一般需从三个角度评估:

  1. 预安装后的对准误差
  2. 对准误差对系统精度的影响
  3. 电子对准

结语

本文参照相关文献,对IMU的评估方法进行相关概述,后续将更新具体的实践方法以及分享一些相关工程经验,以供大家参考。