世界快讯:导远电子：什么样的IMU更适合自动驾驶？

李 楠 | 导远电子副总工程师

随着汽车智能驾驶技术的发展，IMU得到越来越广泛的应用。导远电子副总工程师李楠表示，IMU不仅仅是车载定位系统P-box的核心部件，也是智能汽车提升BEV性能，从而提升城市领航辅助驾驶（NOA）性能的重要部件。

IMU主要涉及两种常用构型，一种是独立模块形式，另一种是焊接到主板上的贴片形式。哪种构型更适合智能驾驶？李楠坦言，导远针对影响车载IMU性能的四种典型环境和长期环境进行模拟测试，结论显示独立IMU性能更稳定，更安全可靠，适合高精度导航定位，安全应用场景，以及具有航位推算需求场景；贴片IMU适合低精度导航定位，非安全应用场景，以及卫星导航算法插值场景。

(资料图)

以下为演讲内容整理：

IMU主要涉及两种常用构型，一种是独立模块形式，另一种是焊接到主板上的贴片形式。从行业发展来看，IMU在智能驾驶领域的应用越来越广泛，不仅是车载智能驾驶导航定位系统P-box的核心部件，同时也是提升智能驾驶汽车BEV性能，以及进一步提升城市领航辅助驾驶（NOA）性能的关键部件，这也要求IMU具备良好的稳定性和可靠性。

独立IMU具有高强度外壳保护，并且可以选择易于维护和维修的位置安装。最重要的是它采用全要素标定补偿技术，以及多物理场匹配技术，标定参数持久稳定，性价比高。国际大厂如ADI、霍尼韦尔，通常会使用独立IMU构型。

贴片IMU通过贴片方式将IMU直接焊接到主板固定位置，通常采用屏蔽罩保护或无保护，更容易受到环境影响，同时，经过二次焊接后标定参数可能会发生变化，但其制造成本低。

今天我们将通过实验来验证这两种构型哪个更适合智能驾驶。

独立IMU和贴片IMU——典型环境影响对比

对车载IMU性能产生影响的典型环境主要有4种，即升温、降温、预紧力和振动。导远通过实验模拟这四种典型环境，对两种IMU进行评估。

图源：嘉宾演讲材料

该实验通过可视化界面来展示IMU输出的数据，可视化界面包含3个窗口，上方窗口展示IMU陀螺输出的XYZ三轴角速度，中间窗口展示对角速度积分得到的车体姿态，下方窗口展示IMU输出的温度。

图源：嘉宾演讲材料

第一个是升温影响实验。操作员采用热风机直接对IMU进行加热。实验显示，加热时贴片IMU的温度迅速上升，陀螺角速度输出发生明显变化，Y轴角速度产生零偏大约为0.2°/s。与之相反，独立IMU没有明显变化。

操作员继续提高温度，贴片IMU零偏继续增大，Y轴陀螺输出零偏已经达到0.4°/s。两个IMU均为静态放置于桌面，仅通过热风机加热升温，贴片IMU便产生了明显零偏值。正常状态下，零偏值应该零输出。

通过对陀螺角速度积分得到车体姿态，零偏越大，姿态误差也就越大。实验中，贴片IMU的车体姿态发生明显翻滚，产生了11°的侧翻，4°的俯仰。说明在智能驾驶时，升温所带来的姿态偏差会影响到智能驾驶系统对车体的控制，从而影响行驶安全。

图源：嘉宾演讲材料

第二个是降温影响实验。操作员使用速冻喷雾剂对IMU进行降温。可以看到下方窗口中IMU温度迅速下降，仅几秒钟时间就从30℃降到10℃左右。喷雾结束后，贴片IMU零偏已经发生明显变化，Y轴陀螺产生了0.2°/s的零偏值，Z轴陀螺产生0.15°/s的零偏值，而独立IMU零偏非常稳定。贴片IMU的车体姿态也产生了较大变化，横滚是8°，航向是4°。假设汽车在4°航向偏差下行驶100米，大约会产生6m的横向偏差，接近两条车道的偏差，如果在辅助驾驶状态下，安全性就面临挑战。

备注：喷雾过程中，可视化界面的第一个窗口陀螺输出曲线的噪声变大，是由于喷雾剂喷雾对IMU的撞击。

图源：嘉宾演讲材料

第三个是预紧力影响实验。操作员通过螺丝刀改变安装螺钉的松紧来调整预紧力。操作员先松开螺钉，右侧的贴片IMU已经在Z轴输出上产生明显变化，达到0.4°/s的零偏，此外，X轴Y轴也有明显变化，独立IMU则非常平稳。而后操作员拧紧螺钉，让预紧力回到初始状态。此时，贴片IMU的车体姿态仍存在近4°的航向偏差。

图源：嘉宾演讲材料

最后是振动影响实验。操作员采用手机振动影响IMU。在振动影响下，贴片IMUZ轴Y轴零偏产生明显变化，Z轴是0.15°/s，Y轴是0.1°/s。独立IMU无明显零偏变化，振动过程中只是出现微小波动。贴片IMU车体姿态产生1.6°横滚角，以及2°航向偏差。

图源：嘉宾演讲材料

在智能驾驶中，姿态的影响对导航定位精度至关重要。通过四组实验可以得出，独立IMU在升温、降温、预紧力和振动影响下表现稳定，不容易受到环境变化影响。

独立IMU和贴片IMU——长期环境影响对比

通过高温运行耐久、热冲击耐久、通电温度循环耐久三个耐久实验，导远对两种IMU构型进行长期环境影响测试。

高温运行耐久：在85℃环境中通电恒温运行1000小时；

热冲击耐久：在-40℃~85℃区间进行温度切换，温度交换时间≤30秒，每次保温20min，累计热冲击次数506次；

通电温度循环耐久：在-40℃~85℃区间进行温度循环，温变速率保持4℃/min，每次保温20min，累计循环次数190次。

图源：嘉宾演讲材料

首先分析陀螺标度误差变化，上方点图是独立IMU陀螺标度误差数据变化图，横轴是120只产品的编号，纵轴为标度误差。蓝色点是实验前的标度误差值。此时，独立IMU标度误差值是1.2‰，实验结束后变化为1.5‰。下方点图是贴片IMU数据变化图，实验前标度误差值是2.7‰，实验后变化为5.5‰，增幅超过一倍。

假设汽车开启城市领航辅助驾驶在十字路口掉头，由于IMU产生了5‰的标度误差，会导致将近1°航向偏差，当汽车继续直行100m后，横向偏差将达到约1.7m，会偏离车道。

图源：嘉宾演讲材料

接着观察陀螺零偏的变化。独立IMU的陀螺零偏实验前是0.15°/s，实验后仍旧保持0.15°/s。贴片IMU的陀螺零偏则出现显著变化，测试前是0.2°/s，测试后变为0.6°/s，增幅达到两倍。

图源：嘉宾演讲材料

可以看到，长期环境对于有保护的独立IMU影响并不明显；而贴片IMU由于缺乏保护，容易受到环境干扰。相较于贴片IMU，独立IMU在长期环境影响下更稳定。

总结

综上所述，独立IMU性能更稳定，更安全可靠，更适合高精度导航定位和安全相关场景。此外，也可以满足隧道或地库等航位推算场景的定位需求。

而贴片IMU则更适合低精度导航定位及非安全性应用场景，同时也适合卫星导航算法插值计算场景。

基于可靠性、稳定性和安全性的综合考量，独立IMU更适合智能驾驶。

关于导远电子

目前，导远已量产交付超60万套高精度定位产品，并获得20多家全球主机厂的超过70个车型量产定点，自主研发的高精度组合定位方案已被包括主机厂、智造企业、科技公司在内的数百家客户采用，赋能智能驾驶、智能机器人、工程机械、精准农业、智慧交通、无人机测绘等多个行业。

导远项目开发遵循IATF16949、ISO26262、ISO21434和ASPICE L2标准，高精度定位解决方案主要产品包括P-box系列、IMU模组和GNSS模组。导远P-box已实现全球量产，具有高性能特点，还满足功能安全和信息安全；IMU模组兼具高性能、高可靠性，同时满足功能安全；GNSS模组则具备全星座、全频点、抗干扰、兼容L-Band等多种优势。

图源：嘉宾演讲材料

导远电子总部位于广州，在上海、北京、武汉、苏州、南通设分支机构，并在美国、德国、日本布局国际化的技术和销售团队，赋能全球客户。

（以上内容来自导远电子副总工程师李楠于2023年6月14日在2023第五届自动驾驶地图与定位大会发表的《什么样的IMU更适合智能驾驶？》主题演讲。）

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