技術(shù)領(lǐng)域有許多大趨勢，最有趣的是當(dāng)屬自動駕駛汽車的發(fā)展。自動駕駛技術(shù)除了應(yīng)用在汽車，公共汽車和卡車以外，還用于倉庫，工業(yè)園區(qū)，大型商業(yè)設(shè)施的送貨機(jī)器人，以及用于運(yùn)送餐食，藥品和較小包裝的“最后一英里”自動駕駛汽車和無人機(jī)。

盡管全自動駕駛汽車（5級）距離全面應(yīng)用與生產(chǎn)尚有很多年，但隨著傳感器，計(jì)算和連接基礎(chǔ)設(shè)施以及政策的不斷進(jìn)步，自動駕駛汽車的采用率正日益增大。

實(shí)際上，對自動駕駛汽車的等級有兩種主要的分類系統(tǒng)：國家公路安全管理局（NHTSA）將自動駕駛的連續(xù)性劃分為五個(gè)等級，而汽車工程師協(xié)會（SAE）則將其劃分為六個(gè)等級。

SAE和NHTSA的比例相當(dāng)相似。例如，特斯拉Model S的Autopilot是目前在售的，具有一定自治程度的最知名汽車，恰好在兩個(gè)等級上都處于同一等級。

自動駕駛汽車的成功是基于解決對快速響應(yīng)時(shí)間，精度以及隨著時(shí)間，溫度和使用的長期校準(zhǔn)的需求。

也許，對自動駕駛汽車采用率影響最大的是自動駕駛系統(tǒng)的成本和調(diào)試費(fèi)用仍然很高。此外，某些技術(shù)（如LIDAR）仍然難以使用，且在美學(xué)上對消費(fèi)者沒有吸引力。消費(fèi)者肯定會抵制LIDAR設(shè)備在車頂，窗戶和后視鏡上的笨拙外觀。此外，將需要進(jìn)行持續(xù)的維護(hù)和修理，因?yàn)檠�，煙霧和灰塵等環(huán)境挑戰(zhàn)必將對外部LiDAR模塊產(chǎn)生腐蝕影響。

盡管存在這些問題，但近年來對LIDAR等技術(shù)的投資仍不少。不過，特斯拉（Tesla）的Elon Musk等人則堅(jiān)持認(rèn)為并不需要LIDAR，取而代之的是結(jié)合了慣性測量單元（IMU）的視覺系統(tǒng)以及GPS等應(yīng)用。

自動駕駛位置感應(yīng)中的傳感器技術(shù)

農(nóng)用設(shè)備-拖拉機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)-是車輛自動駕駛的最早商業(yè)用途之一。在過去的幾十年中，地面自動駕駛汽車在市場上的接受度和技術(shù)進(jìn)步一直是積極的。

在全球范圍內(nèi)，智能農(nóng)業(yè)，重型建筑設(shè)備和最后一英里運(yùn)載工具的制造商都對其嵌入式GNSS和INS傳感器系統(tǒng)要求更高的準(zhǔn)確性，這些系統(tǒng)必須盡可能地準(zhǔn)確以確保高度準(zhǔn)確的定位和準(zhǔn)確性，以及確保操作人員和附近工人的安全。

除了用于測量相對于來自GNSS和GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的信號的位置的傳感器之外，還有一種鮮為人知但同樣至關(guān)重要的傳感技術(shù)——慣性測量單元（IMU）傳感器。

在大多數(shù)定位系統(tǒng)中，有一個(gè)IMU可以幫助定位引擎使用物理運(yùn)動來計(jì)算位置，作為定位計(jì)算的一部分。這對于高度精確的系統(tǒng)至關(guān)重要，該系統(tǒng)可以計(jì)算隨時(shí)間和溫度變化的系統(tǒng)力，角速度和方向。IMU用于許多GPS,GNSS和INS系統(tǒng)，并提供絕對航向，定位和航位推測。任何好的IMU的支柱都是傳感器的Allan偏差（特別是陀螺儀的偏置穩(wěn)定性和角度隨機(jī)游動）所測量的系統(tǒng)性能。

MEMS傳感器的粘滯性問題

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器具有固有的粘滯性問題——加速度計(jì)和陀螺儀結(jié)構(gòu)的微觀硅指可能會粘在一起。通常由震動或高加速度事件引起，一旦粘在一起，由于稱為范德華力的現(xiàn)象，它們可能很難分離。對于功能安全的應(yīng)用和ASIL B等級的應(yīng)用，這構(gòu)成了一個(gè)重大問題。

解決此問題的一種方法是使用IMU中嵌入的三重冗余傳感器。如果一個(gè)傳感器由于靜摩擦而發(fā)生故障，其他兩個(gè)傳感器將繼續(xù)起作用，并將車輛保持在其行駛路徑上。

偏置不穩(wěn)定性和ARW如此重要的原因可以由此解釋：自動駕駛汽車以一條完美的直線從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的行駛會由于IMU的偏置穩(wěn)定性等級而隨時(shí)間漂移。如果IMU每小時(shí)的偏置穩(wěn)定性為6度，則汽車可能從任一側(cè)的直線到達(dá)6度，這相當(dāng)于6-8英尺的誤差。

換句話說，如果自動駕駛汽車試圖以每小時(shí)6度的IMU穿過紐約市的荷蘭隧道，它可能不會成功……

汽車GPS接收器本身無法提供高精度的連續(xù)位置信息。通過從幾十個(gè)全球衛(wèi)星獲得最佳接收，GPS接收器可以將其位置計(jì)算到幾米之內(nèi)。通過還包括校正信號以校正衛(wèi)星時(shí)鐘誤差和大氣畸變，GPS接收機(jī)可以使用諸如實(shí)時(shí)運(yùn)動學(xué)（RTK）之類的算法技術(shù)將位置計(jì)算到2cm至4cm左右。計(jì)算要花一些時(shí)間才能完成，因此GPS接收機(jī)的更新速率通常約為1Hz或每秒一次，但對于動態(tài)性更高的應(yīng)用，更新速率可能高達(dá)10Hz至20Hz.在高速公路速度和最佳條件下，車輛可以在最佳條件下的GPS更新之間移動10英尺左右。

IMU用于許多高精度應(yīng)用

當(dāng)前，高精度和昂貴的IMU被用于許多高精度應(yīng)用中，從導(dǎo)彈，商用飛機(jī)到無人機(jī)控制和導(dǎo)航應(yīng)用。

在汽車應(yīng)用中，用于高性能IMU的選通項(xiàng)已增加了三倍，成本一直禁止汽車制造商采用更高性能的IMU用于自動駕駛應(yīng)用。即使IMU已經(jīng)用于導(dǎo)航，翻車檢測和安全氣囊控制的車輛中，但這類IMU設(shè)備的性能水平仍無法解決主要隧道或視力障礙情況下航位推算的問題，并且在白雪皚皚的條件下，由于大雪和霧氣以及太陽飽和問題，相機(jī)無法很好地支持IMU設(shè)備工作。

隨著對自主性的性能需求的增加，對功能安全設(shè)備的需求也隨之增加，與此同時(shí)，對低成本的追求幾乎呈線性增長。

總體而言，自主性使車輛，無人機(jī)和最后一英里的輸送機(jī)器人取得了巨大進(jìn)步，這將有助于減少我們的碳足跡，提高效率和生產(chǎn)率，同時(shí)有望挽救生命，但是有許多挑戰(zhàn)需要解決。不過使用目前市場上的技術(shù)以及不斷發(fā)展的傳感技術(shù)，十年左右的時(shí)間內(nèi)，自動駕駛汽車將能夠安全地在我們的高速公路和城市中心上行駛。

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