次世代MEMSIMU—高性能、スケーラブル

MEMSカーナビゲーションシステムの今後について知るために、ACEINNA、Inc.（ボストン、マサチューセッツ州）のCEOであるYangZhaoとマーケティングおよび事業開発担当副社長のTeomanUstunにインタビューしました。

技術概要： なぜACEINNAIMUを次世代と呼ぶのですか？

ヤン・ジャオ： 理想的な条件では、1台のカメラで車をナビゲートできます。しかし、常に安全性と可用性を実現するために、自動運転車はますます追加のセンサー技術に依存しています。ただし、Vision、Radar、Lidar、GNSS、RTKなどのセンサーは、特定の状況下ではすべてブラインドされる可能性があります。 IMUは、他のすべてのセンサーに障害が発生した場合でも動作し続ける唯一のセンサーです。私たちの課題は、IMUでの推測航法が信頼できる時間を増やすことです。私たちが持っている現在の製品は、よりハイエンドの産業レベルに似ていますが、乗客カードに組み込まれるように設計されています。

テオマンUstun： 私たちが開発している革新的なMEMSテクノロジーは、シリコンMEMSソリューションの価格で光ファイバージャイロのパフォーマンスを実現します。それは基本的にゲームを変えるテクノロジーです。

世代を重ねるごとに、Angular Random Walk（ARW）、バイアスの不安定性、振動/衝撃に対する耐性の観点から、IMUのパフォーマンスを向上させてきました。この最新世代では、三重冗長アーキテクチャも追加しました。これは、2つの理由から非常に重要です。自動車レベルの信頼性が向上し、IMUのパフォーマンスも向上します。たとえば、私の知る限り、市場には、三重冗長IMUと統合された唯一のASIL-B ISO 26262（自動車安全完全性レベル）認定INS（慣性航法システム）があります。この資格は基本的に、自動車の顧客に、当社のセンサーが車両の寿命にわたって堅牢にデータを生成するという自信を与えます。

最新のIMUには、お客様がノウハウを活用したり、ハードウェアに秘密のソースを実装したりできるオープンアーキテクチャ機能もあります。

趙： 航空宇宙グレードのIMUは優れた安定性を備えていますが、大きく、重く、高価です。さまざまなIMUグレードの比較については、図1を参照してください。ナビゲーショングレードに近いIMUシステムの市場投入を目指しています。今日、ナビゲーショングレードのIMUを入手できますが、それらはすべて光ファイバージャイロを使用しており、数万ドルの価格帯にあります。それらは大きく、重く、高価ですが、航空電子工学や軍隊では、それは取引を殺す要因ではありません。

しかし、車でIMUを使用することについて話すとき、誰もそのようなお金を払うことはありません。そこで、私たちがやろうとしているのは、光ファイバジャイロのパフォーマンスレベルに近づくことができるナビゲーショングレードのパフォーマンスに到達できる新世代のMEMSIMUテクノロジーを開発することです。当初は消費者向けIMUを対象としていたが、現在はより高性能なアプリケーションに移行しようとしている他の企業とは異なり、自動車センサーの要件を設定するために、高性能の産業用グレードのアプリケーションを念頭に置いて開始しました。

私たちが紹介した最新の自動車製品は費用対効果が高いです。これらは、大量のアプリケーション向けに価格/パフォーマンスを最適化するために、ボトムアップで設計および開発されています。 500ドル未満、最終的にはさらに安い価格を目指しています。

技術概要： 新しいIMUの精度、安定性、信頼性を向上させる機能のいくつかを説明してください。

Ustun： まず第一に、私たちのIMUセンサーには三重の冗長性があります—3つの加速度計と3つのジャイロがあります。電圧、電流、温度などのすべての重要なパラメータと、個々のIMUのパフォーマンスを監視します。この三重冗長性により、継続的なセルフテストを実装できます。このトリプルデータストリームを比較対照することで、ジャイロと加速度計のパフォーマンスについて十分な信頼を得ることができます。

また、6つの自由度があります。3つの加速度計と3つのジャイロがXYZ軸を測定します。ジャイロは回転速度を測定します。回転速度は、統合されると角位置の変化をもたらします。加速度計は加速度を測定します。加速度は、統合されると速度を示し、再度統合されると位置を示します。ジャイロデータと加速度計データを処理し、特定のアプリケーション用に最適化されたフィルターとアルゴリズムを使用することで、ロール、ピッチ、ヨーの非常に正確な角度データを取得します（図2を参照）。自動車アプリケーションの最も重要なデータはヨーです。これは、車がドリフトしている度合いを示します。ピッチは、丘を上り下りするかどうかを示します。うまくいけば、あなたはあなたの車の中でロールを見ることは決してないでしょう。

技術概要： どのような精度をどの期間にわたって維持できますか？

Ustun： それは非常に多くの異なるシナリオに依存するため、それを言うのは非常に困難です。現在、レーンレベルの精度を達成する必要があります。車線の幅は約3メートル、乗用車の幅は約2メートルです。車線を超えないようにしたいので、ドリフトしすぎる前に約プラスマイナス0.5メートルの距離があります。通常の自動車の速度では、0.5メートルの補正を1秒未満で達成できます。推測航法では、必要な精度を60〜90秒間維持できるため、IMUは車を車線内に簡単に維持できます。

技術概要： したがって、IMUは相対的な精度を提供します。絶対精度はどうですか？

Ustun： 絶対位置データは通常、GNSS信号から取得されます。歴史的に、GNSS受信機の位置精度は1メートル以上でした。したがって、GNSSだけでは、必要な自動車の車線レベルの精度を2cmまで下げるには不十分です。

リアルタイムキネマティクス（RTK）は、GNSS受信機の位置精度を向上させる手法です。基地局のネットワークを使用して、車両に搭載されたRTKポジショニングエンジンに補正を送信し、それらを使用して位置をより正確に再計算します。

RTKは、さまざまなソースから購入またはサブスクライブできるサービスです。私たちがますます目にしているのは、通信インフラストラクチャです。Verizon、Softbank、China Mobileなどの通信サービスプロバイダーでさえ、RTKサービスの提供を開始しています。当社の製品の観点から、当社はサービスプロバイダーにとらわれません。お客様が求めている精度の限界を達成できるように、これらのRTKサービスプロバイダーのすべてをサポートする予定です。ハードウェアとソフトウェアの両方のソリューションを提供しています。

サービスは提供していませんが、お客様に最適なサービスをお選びいただけます。ただし、これらのサービスを最初に認定します。それらが当社のハードウェアおよびソフトウェアと互換性があることを確認します。そして、それを当社のWebサイトに掲載して、お客様がサービスプロバイダーのリストから柔軟に選択できるようにします。最も一般的には、RTKは4GLTEネットワークを介したサービスとして提供されます。 4G LTE受信がない場合は、衛星ベースの通信など、補正信号を受信する別の方法があります。

RTKの場合、ネットワーク全体に基地局を配置します。通常、半径50マイルに基地局を配置するという経験則があります。これらの基地局は、それらの位置が非常に正確にわかるように配置されています。補正は、GNSS信号と基地局の正確にわかっている位置との間の誤差を測定することによって生成されます。

したがって、包括的なソリューションがあります。2つの異なるフォームファクタで、三重冗長高性能6自由度IMUとデュアル周波数GNSS受信機を組み合わせた慣性航法システムです。 1つはモジュールフォームファクタです。お客様が自分のエンジンコントロールユニット（ECU）でリフローしたい場合は、それを行うことができます。そうでない場合は、パッケージ化されたプラグアンドプレイソリューションを使用できます。基本的には、GPS / GNSSアンテナを接続するだけで、システムはCANバスまたはイーサネットで動作します。

この記事は、SensorTechnologyの編集者であるEdBrownによって書かれました。詳細については、こちらをご覧ください 。