4️⃣IMU传感器与自动驾驶
2021-7-2
| 2025-3-12
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随着自动驾驶技术的发展,越来越多的汽车制造商开始使用IMU(惯性测量单元)来帮助车辆定位和导航。IMU是一种能够在三个方向上(X,Y,Z)测量加速度和角速度的设备。在自动驾驶中,IMU可以帮助车辆确定其当前位置和方向,并跟踪车辆移动的变化。
IMU通过测量车辆的加速度和角速度来确定车辆的运动。加速度是车辆在三个方向上的运动速度的变化率,而角速度则是车辆绕三个轴旋转的速度。这些数据可以通过IMU传感器收集,然后被使用来确定车辆的位置和方向。
在自动驾驶中,IMU通常与其他传感器一起使用,如GPS、摄像头和激光雷达。这些传感器可以帮助车辆更准确地确定其当前位置和方向,并做出更好的决策来避免障碍物和其他危险。
然而,IMU并不是完美的。由于IMU只能测量车辆的加速度和角速度,而无法直接测量车辆的位置和方向,因此它可能会出现漂移问题。漂移是指IMU测量的运动数据与实际车辆运动之间的误差。为了减少漂移问题,IMU通常会与其他传感器一起使用,例如GPS和激光雷达。
总的来说,IMU在自动驾驶中发挥着重要的作用,帮助车辆确定其位置和方向。虽然IMU可能会出现漂移问题,但是通过与其他传感器的组合使用,可以减少这种问题的影响,并提高自动驾驶的精度和安全性。
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多传感器融合定位方案:
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GPS 给出的全局锚定,可以消除累计误差问题,不过它的更新频率低,并且信号容易被遮挡。IMU和轮盘里程计更新频率高,不过有累计误差问题,最容易想到的是收到GPS定位,使用GPS位置信息,误差就是GPS的精度,在下一次收到GPS定位间隔中,使用IMU(角度累加)和里程计(位移累加)进行位姿累加,中间的位姿误差是初值GPS定位误差和中间累加误差的积累。 改进的方法是使用非线性卡尔曼滤波,在收到GPS位置信息的时候,要结合IMU和里程计的积累预测值和GPS观测值,算出一个误差收敛的更优的位置估算值。
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GPS 给出全局锚定,中间使用雷达SLAM 前端里程计做累加,可以配合高精地图的图匹配,做类似后端回环优化的方式,将GPS、激光雷达及已知地图进行融合定位。
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这种方案成本低,更加考究的是算法,有很少的自动驾驶公司宣称自己主攻纯视觉方案,现在不是主流。
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满足室内定位的要求,个人理解可以分为浅融合和深融合。浅融合使用IMU+里程计的累加值作为推算雷达里程计的初值,在这个初值基础上进行连续帧的扫描匹配,会大大加速匹配速度。深融合会结合IMU和里程计的值作为约束条件,应用到后端回环约束矫正中。
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目前在手机的VR应用中已经初见端倪,如苹果公司的IphoneX以及Google 已经发布一段时间的Tango项目。深度视觉SLAM 与 IMU 进行深浅融合,达到一个比较不错的VR体验。
无人驾驶对可靠性和安全性要求非常高,除了GPS与惯性传感器外,我们通常还会使用LiDAR点云与高精地图匹配,以及视觉里程计算法等定位方法,让各种定位法互相纠正以达到更精准的效果。相信随着自动驾驶技术的发展,未来的定位技术也不会不断优化
 
自动驾驶新思路:对于IMU+高清地图方案,目前采用的很少,高清地图需要高频率的扫街,整体成本依然十分高昂,通过双目摄像头对司机经常重复的路线进行扫描,通过算法可以快速识别对应路线的特征,实现部分路段的准自动驾驶。
 
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一方面,高精地图的测绘难度高,信息量大,根据《智能网联汽车高精地图白皮书》的说法,采用传统测绘车方式,分米级地图的测绘效率约为每天每车500公里路,成本为每公里10 元左右。
而如果上升到厘米级地图,测绘效率就只能是为每天每车100公里,但是,测绘成本就要达到每公里1000元。
另一方面,城市道路建设快,施工占道、临时封路等现象层出不穷,交通事故、拥堵程度也会随时变化。
高精度地图中重要的动态地图图层需要以分钟为单位进行更新。这意味着传统采集车模式并不能够满足动态图层的更新需求。
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由于目前,IMU在自动驾驶领域并未大规模采用,IMU的使用范围在其他汽车领域寻找机会,包括车辆的翻滚检测,车辆的座椅在汽车颠簸时的摇摆检测补偿等。
 
这个冬天有点冷中汽协:2月汽车销量197.6万辆 产销明显增长
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