Revolusi Navigasi Otomotif: MEMS IMU Tingkat Tinggi dan Skalabel ACEINNA
Revolusi Navigasi Otomotif: MEMS IMU Tingkat Tinggi dan Skalabel ACEINNA
Untuk mengetahui perkembangan sistem navigasi mobil MEMS di masa depan, kami mewawancarai Yang Zhao, CEO, dan Teoman Ustun, VP Pemasaran dan Pengembangan Bisnis, ACEINNA, Inc. (Boston, MA).
Tech Briefs: Mengapa Anda menyebut IMU ACEINNA sebagai generasi berikutnya?
Yang Zhao: Dalam kondisi ideal, Anda dapat menavigasi mobil dengan satu kamera. Namun, untuk mencapai keselamatan dan ketersediaan sepanjang waktu, kendaraan otonom semakin bergantung pada teknologi sensor tambahan. Namun, sensor seperti Vision, Radar, Lidar, GNSS, RTK semua dapat terpental di bawah situasi tertentu. IMU adalah satu-satunya sensor yang terus beroperasi bahkan ketika semua sensor lain gagal. Tantangan kami adalah meningkatkan waktu di mana navigasi penyeberangan dengan IMU akan andal. Produk saat ini kami memiliki lebih seperti tingkat industri high-end tetapi dirancang untuk diintegrasikan ke dalam mobil penumpang.
Teoman Ustun: Teknologi MEMS revolusioner yang kami kembangkan akan mencapai performa giro serat optik pada titik harga solusi MEMS silikon. Itu adalah teknologi yang mengubah aturannya secara fundamental.
Setiap generasi kami telah meningkatkan performa IMU kami dalam hal Angular Random Walk (ARW), ketidakstabilan bias, dan kekebalikan getaran/kejutan. Dengan generasi terbaru ini kami juga menambahkan arsitektur redundan tiga, yang sangat penting untuk dua alasan. Ini meningkatkan keandalan tingkat otomotif dan juga meningkatkan performa IMU. Misalnya, sejauh pengetahuan kami, kami memiliki satu-satunya INS (sistem navigasi inersial) yang terintegrasi dengan IMU redundan tiga dan berkelayakan ASIL-B ISO 26262 (Tingkat Integritas Keselamatan Otomotif) di pasar. Kelayakan ini dasarnya memberikan kepercayaan kepada pelanggan otomotif bahwa sensor kami akan menghasilkan data yang andal selama umur kendaraan.
IMU terbaru kami juga memiliki fitur arsitektur terbuka yang memungkinkan pelanggan kami untuk memanfaatkan know-how mereka atau mengimplementasikan rahasia dagang mereka dalam perangkat keras kami.
Zhao: IMU grade penerbangan memiliki stabilitas yang sangat baik tetapi besar, berat, dan mahal — lihat Gambar 1 untuk perbandingan berbagai grade IMU. Kami bertujuan untuk menghadirkan sistem IMU ke pasar yang akan mendekati navigasi grade. Saat ini, Anda dapat mendapatkan IMU navigasi grade, tetapi mereka semua menggunakan giro serat optik dan berada dalam kisaran harga puluhan ribu dolar. Mereka besar, berat, dan mahal, tetapi dalam penerbangan dan militer, itu bukan faktor yang mematikan.
Tetapi ketika Anda berbicara tentang menggunakan IMU dalam mobil, tidak ada yang akan membayar sejumlah uang itu. Jadi, apa yang kami coba lakukan adalah mengembangkan teknologi MEMS IMU generasi baru yang dapat mencapai performa navigasi grade, yang dapat mendekati tingkat performa giro serat optik. Tidak seperti orang lain yang awalnya menargetkan IMU tingkat konsumen dan sekarang mencoba mengubahnya ke aplikasi performa lebih tinggi, kami memulai dengan aplikasi industri tingkat tinggi dalam pikiran, untuk menetapkan persyaratan untuk sensor otomotif kami.
Produk otomotif terbaru yang kami perkenalkan hemat biaya. Mereka sangat dirancang dan dikembangkan dari bawah ke atas untuk memiliki optimasi harga/performa untuk aplikasi volume tinggi. Kami bertujuan untuk harga kurang dari $500 dan akhirnya, bahkan lebih murah.
Tech Briefs: Bisakah Anda menjelaskan beberapa fitur yang meningkatkan akurasi, stabilitas, dan keandalan IMU baru Anda.
Ustun: Pertama-tama, sensor IMU kami memiliki redundansi tiga — terdapat tiga akselerometer dan tiga giro. Kami memantau semua parameter kritis, termasuk tegangan, arus, dan suhu, serta performa IMU individual. Dengan memiliki redundansi tiga ini memungkinkan kami untuk mengimplementasikan pengujian sendiri berkelanjutan. Kami mendapatkan kepercayaan yang baik tentang performa giro dan akselerometer dengan membandingkan dan mencontrasting aliran data tiga kali ini.
Kami juga memiliki enam derajat kebebasan: tiga akselerometer dan tiga giro mengukur sumbu XYZ. Giro mengukur kecepatan rotasi, yang saat diintegrasikan, memberikan perubahan posisi sudut. Akselerometer mengukur percepatan, yang saat diintegrasikan memberikan kecepatan dan saat diintegrasikan lagi memberikan posisi. Dengan memproses data giro dan data akselerometer, dan menggunakan filter serta algoritma yang dioptimalkan untuk aplikasi tertentu, kami mendapatkan data sudut yang sangat akurat untuk roll, pitch, dan yaw (Lihat Gambar 2). Data yang paling kritis untuk aplikasi otomotif adalah yaw, yang menunjukkan derajat mobil sedang menyimpang. Pitch menunjukkan apakah Anda naik atau turun bukit. Semoga, Anda tidak akan pernah melihat roll dalam mobil Anda.
Tech Briefs: Seberapa akurat Anda dapat mempertahankan selama berapa waktu?
Ustun: Itu sangat sulit untuk dikatakan karena tergantung pada begitu banyak skenario yang berbeda. Saat ini kami harus mencapai akurasi tingkat jalur. Sebuah jalur lebarnya sekitar tiga meter, dan mobil penumpang lebarnya sekitar dua meter. Karena Anda ingin memastikan bahwa Anda tidak melewati jalur, Anda memiliki sekitar lebih kurang setengah meter sebelum Anda menyimpang terlalu jauh. Pada kecepatan mobil tipikal, koreksi setengah meter dapat dicapai dalam kurang dari satu detik. Karena, di bawah navigasi penyeberangan, Anda dapat mempertahankan akurasi yang diperlukan selama 60 hingga 90 detik, IMU kami dapat dengan mudah menjaga mobil dalam jalurnya.
Tech Briefs: Jadi, IMU memberikan akurasi relatif. Bagaimana dengan akurasi mutlak?
Ustun: Data lokasi umumnya berasal dari sinyal GNSS. Secara historis, akurasi posisi penerima GNSS adalah satu meter atau lebih. Jadi, GNSS sendiri tidak cukup baik untuk akurasi tingkat jalur mobil yang diperlukan hingga 2 cm.
Real-Time Kinematics (RTK) adalah teknik untuk meningkatkan akurasi posisi penerima GNSS. Ini menggunakan jaringan stasiun dasar yang dapat mengirim koreksi ke mesin posisi RTK yang dipasang pada kendaraan kami, yang menggunakannya untuk menghitung ulang posisinya dengan lebih akurat.
RTK adalah layanan yang dapat Anda beli atau langganan dari banyak sumber. Apa yang kami lihat lebih dan lebih adalah infrastruktur komunikasi — bahkan penyedia layanan telekomunikasi seperti Verizon, Softbank, atau China Mobile — telah mulai menawarkan layanan RTK. Dari perspektif produk kami, kami netral terhadap penyedia layanan — kami berniat untuk mendukung semua penyedia layanan RTK untuk membantu pelanggan kami mencapai batas akurasi yang mereka cari. Kami menyediakan solusi yang baik perangkat keras dan perangkat lunak.
Meskipun kami tidak menyediakan layanan, kami memungkinkan pelanggan kami untuk memilih yang paling sesuai untuk mereka. Namun, kami memastikan layanan tersebut terlebih dahulu. Kami memastikan bahwa mereka kompatibel dengan perangkat keras dan perangkat lunak kami. Dan kemudian kami memuatnya di situs web kami untuk memberi pelanggan fleksibilitas untuk memilih dari daftar penyedia layanan. Secara umum, RTK datang sebagai layanan melalui jaringan 4G LTE. Jika tidak ada penerimaan 4G LTE, ada cara alternatif untuk menerima sinyal koreksi, seperti komunikasi berbasis satelit.
Untuk RTK, Anda menempatkan stasiun dasar di seluruh jaringan: ada aturan praktis bahwa biasanya Anda menempatkan stasiun dasar pada radius 50 mil. Stasiun dasar ini diposisikan sehingga lokasinya diketahui dengan sangat akurat. Koreksi dihasilkan dengan mengukur kesalahan antara sinyal GNSS dan lokasi yang diketahui akurat dari stasiun dasar.
Jadi, kami memiliki solusi yang komprehensif: Sistem navigasi inersial yang mencakup IMU redundan tiga performa tinggi enam derajat kebebasan kami yang digabungkan dengan penerima GNSS frekuensi ganda, dalam dua bentuk faktor yang berbeda. Salah satunya adalah bentuk faktor modul. Jika pelanggan ingin mereflow itu di Engine Control Unit (ECU) mereka sendiri mereka dapat melakukannya, atau jika tidak mereka dapat menggunakan solusi plug and play yang dikemas kami. Dasarnya, Anda hanya menghubungkan antena GPS/GNSS, dan sistem akan berjalan pada CAN bus atau Ethernet.
Artikel ini ditulis oleh Ed Brown, Editor of Sensor Technology. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini.
