在自動(dòng)駕駛發(fā)展過(guò)程中，車(chē)道級(jí)高精定位是L2+到L5級(jí)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵支撐，而高精衛(wèi)慣組合定位系統(tǒng)（INS）又是實(shí)現(xiàn)高精度定位的核心，它能確保車(chē)輛在各種復(fù)雜環(huán)境下實(shí)時(shí)清晰自己的具體位置。常見(jiàn)的高精度INS組合定位系統(tǒng)由GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航和IMU慣性測(cè)量單元及融合算法組成。

2018年以來(lái)，L2及L2+級(jí)別的智能駕駛車(chē)輛占比正迅速攀升，尤其在中國(guó)，封閉半封閉場(chǎng)景運(yùn)行的商用車(chē)無(wú)人駕駛已部分實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，這些車(chē)輛都需要用到高精度INS組合定位系統(tǒng)，因而也帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。據(jù)中信證券報(bào)告顯示，到2025年，IMU在L3及以上自動(dòng)駕駛車(chē)輛上裝載量將超過(guò)20%，而高精I(xiàn)NS組合定位市場(chǎng)容量將超過(guò)130億。

我們知道，INS組合定位系統(tǒng)存在的時(shí)間并不短，也有很多不同的發(fā)展趨勢(shì)，那么未來(lái)它將車(chē)載高精定位發(fā)展帶向何處？

在蓋世“2022第四屆自動(dòng)駕駛地圖與定位大會(huì)”上，新納傳感高級(jí)副總裁盧煒?lè)窒砹诵录{的見(jiàn)解與看法。

新納傳感高級(jí)副總裁盧煒

性能與安全性不斷提高

“首先，顯而易見(jiàn)的是性能和安全水平在不斷提高。”盧煒談到性能時(shí)表示，”INS組合定位重要的兩大模塊，GNSS和IMU， GNSS芯片已從原先的單頻、單模發(fā)展到現(xiàn)在的多頻多模，能夠更好的實(shí)現(xiàn)定位，同時(shí)也引入了功能安全的概念。

IMU，作為提高INS性能的重要環(huán)節(jié)，它也決定了INS性能的上限（在車(chē)輛實(shí)際行駛過(guò)程中，會(huì)遇到許多GNSS衛(wèi)星信號(hào)斷斷續(xù)續(xù)的情況，比如隧道、停車(chē)場(chǎng)、高架橋下、林蔭道等，這時(shí)系統(tǒng)更依賴(lài)IMU慣性傳感器自身推算），目前其趨勢(shì)則是在不斷提高性能的同時(shí)控制成本。

早期，IMU有機(jī)械式、光纖陀螺式，一輛無(wú)人車(chē)上使用一套慣導(dǎo)系統(tǒng)甚至需要幾十萬(wàn)光纖陀螺，顯然不適合大規(guī)模鋪開(kāi)。現(xiàn)在，基于MEMS技術(shù)的IMU不斷發(fā)展，就新納的產(chǎn)品線(xiàn)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)從第一代IMU 10°/h的零偏不穩(wěn)定性，提高到現(xiàn)在第三代1.5°/h，差不多提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，新納自研的下一代IMU產(chǎn)品，其性能水平已經(jīng)接近光纖陀螺IMU，并且可以將成本控制在非常好的水平內(nèi)。”

圖片來(lái)源：新納傳感

性能之外，INS系統(tǒng)在安全方面也在不斷提高。盧煒坦言，目前新納的INS組合定位系統(tǒng)都是基于ISO 26262、GBT34590等法規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，新納IMU產(chǎn)品也是業(yè)內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)功能安全設(shè)計(jì)的。GNSS也在快速地趕上，產(chǎn)品使用的GNSS芯片便是ST推出的第一款基于功能安全設(shè)計(jì)的9100。

模組化INS引領(lǐng)車(chē)載高精定位發(fā)展趨勢(shì)

“除了性能和安全，我主要分享的還是模組化INS的趨勢(shì)，這也是新納接下來(lái)非常重要的發(fā)展方向。”

那什么是模組化？

盧煒解釋道，下圖是新納INS401 P-BOX定位盒，是市面上最常見(jiàn)的INS組合定位系統(tǒng)方案，將IMU、GNSS、還有算法融合在一個(gè)防塵防水的盒子里，接入車(chē)載以太網(wǎng)或者車(chē)內(nèi)通信接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

想象一下，假如把這種需要單獨(dú)安裝的盒子變成一塊貼片式芯片模組，直接集成在智駕域控制器內(nèi)，這將給車(chē)輛節(jié)省一個(gè)零部件，減少相應(yīng)的接口和線(xiàn)束，簡(jiǎn)化整車(chē)布置。同時(shí)這種高集成度的做法可以降低INS和域控制器之間的通訊時(shí)延，從而提升高精定位的精度。最后相比于傳統(tǒng)的P-BOX, INS模組的標(biāo)定效率更高，硬件簡(jiǎn)化，自身的成本上也更有優(yōu)勢(shì)。

圖片來(lái)源：新納傳感

模組化INS大規(guī)模應(yīng)用，需攻克兩大難點(diǎn)

模組化優(yōu)點(diǎn)非常明顯，但是在行業(yè)內(nèi)卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，這主要局限于兩個(gè)挑戰(zhàn)。

“一個(gè)是高溫對(duì)于IMU模塊的影響。現(xiàn)在自動(dòng)駕駛用到的算力越來(lái)越多，傳感器數(shù)量、等級(jí)不斷提升，對(duì)大算力芯片的功耗極大。諸如英偉達(dá)的芯片，典型功耗在30-60瓦，而目前很多新車(chē)?yán)飼?huì)裝多個(gè)集成在一個(gè)域控制器中，產(chǎn)生的熱量可想而知。對(duì)于INS系統(tǒng)而言，其IMU模塊屬于半導(dǎo)體器件，高溫對(duì)其精度有極大影響，要將貼片式的模組裝在域控制器這樣高溫挑戰(zhàn)越來(lái)越大的器件里面，就需要企業(yè)做好溫度補(bǔ)償和校對(duì)工作。”

“另外一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)是貼片回流焊帶來(lái)的應(yīng)力變化。將貼片式模組貼到域控制器板上會(huì)涉及焊接，焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫可能會(huì)影響IMU元件，焊點(diǎn)冷卻固化時(shí)也會(huì)給電路板造成額外的應(yīng)力。高精度IMU對(duì)外部應(yīng)力是非常敏感的，電路板的應(yīng)力可能會(huì)影響其測(cè)量精度。除此之外還有一些問(wèn)題，比如震動(dòng)、電磁干擾、提高集成度等等。”

圖片來(lái)源：新納傳感

新納貼片式INS組合定位模組RTK330LA實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用

雖然面臨諸多挑戰(zhàn)，但基于二十多年的技術(shù)積累，新納仍然投入了非常多的資源，成功研發(fā)出了模塊化INS系統(tǒng)并已投入了量產(chǎn)，這就是新納貼片式INS組合定位模組RTK330LA。

據(jù)盧煒介紹，RTK330LA主要采用了ST 9100車(chē)規(guī)級(jí)功能安全芯片，新納自研RTK算法。IMU模塊使用的是自研 IMU算法和全溫校準(zhǔn)補(bǔ)償，采用三重IMU冗余陣列達(dá)成功能安全要求。

而RTK330LA的實(shí)測(cè)性能也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。新納基于一條固定測(cè)試線(xiàn)路對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，里面涵蓋了豐富地理場(chǎng)景如開(kāi)闊道路、過(guò)橋、高架橋下等不同信號(hào)強(qiáng)度的路段，基本上同現(xiàn)在市面主流的P-BOX性能上可以達(dá)到同樣的水平。在完全沒(méi)有GNSS信號(hào)的場(chǎng)景里，業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的INS系統(tǒng)定位精度在2.5‰左右，也就是行駛一公里偏離不超過(guò)2.5米，新納RTK330LA可以做到2‰，完全符合現(xiàn)在主流L2+汽車(chē)的輔助駕駛要求。

“目前RTK330LA已經(jīng)實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用，集成在頭部自動(dòng)駕駛卡車(chē)的域控制器上，已穩(wěn)定運(yùn)行超1000萬(wàn)公里，性能經(jīng)受住了實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。”

最后，盧煒?lè)窒砹诵录{在定位完好性方面的領(lǐng)先工作。據(jù)悉，新納傳感致力于提供高精定位軟硬件一棧式解決方案，具備完整的從模組到系統(tǒng)、從硬件到算法的自研能力，在乘用車(chē)、商用車(chē)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)駕駛中已取得了廣泛的量產(chǎn)應(yīng)用和驗(yàn)證，至今已獲得國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先乘用車(chē)企多個(gè)車(chē)型定點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

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