【分享】導遠自動駕駛高精度組合定位技術

發布時間:2020-08-25

分享嘉賓:廣州導遠電子科技有限公司副總工程師司徒春輝

分享主題:關于高精度定位在HWP(HighWay Pilot,高速公路自動駕駛)場景下的需求分析。很多主機廠客戶經常問我們,怎樣的定位精度才能做好高速自動駕駛(HWP)的應用?今天會聚焦到一個很具體的話題:關于高精度定位在HWP場景下的需求分析。

今天的話題包括以后三部分:

1.如何滿足HWP下定位的安全條件;

2. HWP下有多大的概率可以順利通過1公里的隧道;

3. HWP應該選用雙頻還是單頻RTK方案;

4. 導遠電子的新品介紹。

首先,我們來探討一下,乘用車在高速公路的場景下實現L3+的HWP需要怎么樣的精度定位要求?根據中國高速公路設計基本參數和乘用車最大尺寸,對乘用車的橫向定位精度要求是0.2米,縱向的精度要求是1米,置信度95%。在車身剛好壓線的極限情況,橫向定位精度必須小于0.78米,縱向精度小于3米,置信度大于99.7%。在匝道、互通式立交,定位精度要求更高(表1)。

640.png

表1

如果定位超出了上述定位精度要求,會有怎么樣的危險?就如下第一種情況,車輛行駛在左車道,因定位偏差誤認為在右車道,在超車時就會駛向對面車道,產生碰撞危險。同樣、在交通擁堵、故障??康惹闆r下,定位的偏差也會導致危險情況的發生(圖1)。

640 (1).png

圖1 定位誤差可能導致的后果

在進入到具體參數要求的討論前,我們先來回顧一下典型的融合定位系統原理(圖2),主要由前融合和后融合兩部分組成:前融合的主要輸入包括IMU、GPS以及車輛信息。前融合中通過四元數積分、EKF等算法得到6自由度的位置、速度、姿態和時間消息;后融合根據前融合的定位結果,把地圖中的車道線、路標等幾何要素信息,與從ADAS攝像頭得到的同類信息進行匹配融合,最終形成一個高精確的定位結果。后融合的定位結果也可反饋到前融合,作為觀測量。

640 (2).png

圖2 基于HD-MAP的融合定位架構

HWP下定位的安全條件可以認定為需要保證任何情況下行駛300m內橫向位置誤差需要小于等于0.78米,,以確保車輛行駛的安全。對于300m行駛距離,在最高限速120km/h的情況下,不短于9秒的行駛時間。這意味著,一旦RTK定位和車道線識別異常,可以提供最短9秒的安全接管時間。高精度定位維持了位置坐標參考,可以在故障容錯時間內對RTK飛點和車道線異常識別提供了依據。這同時也是降低HWP的接管率的需求,根據統計,良好的雙頻RTK接收機在高速行駛中85%的RTK失鎖時段在5s以內,9秒以上的航位推算時間,可以覆蓋絕大部分的RTK定位短期中斷的情況,有效降低接管率,提高駕乘體驗。

要實現上述安全條件,我們接下來對DR航位推算的性能做如下分解。為了考慮較壞的情況,設定車速為60km/h,300m推算時間18s。

第一步:一般IMU參數為1 σ指標,假設誤差服從正態分布,3σ結果可以認為是1 σ指標的3倍,那么問題轉化為:要求300m航位推算,3σ橫向誤差要小于0.78米,主要由IMU、里程計和定位算法保證,相當于要求推算精度為2.6‰D(3σ);

第二步:對0.78m的橫向誤差做分解,假設50%來自零點漂移,50%來自于陀螺標度誤差,即各自造成0.39m的誤差。根據DR推算的簡化模型:

640 (10).png

可以算出允許的陀螺零漂是10°/h(1σ)。

第三步:對10°/h的零點漂移再進一步分解:假定零點漂移80%是由零偏不穩定性引起,剩余20%來自零位溫漂的影響。持續時間τ=18s,Allan方差值是8°/h,對應的100s零偏不穩定性是4°/h。如溫度漂移為對于2°/h,且假設溫度波動為1°C/min,可以得到對陀螺全溫零偏(1σ,-40~85°C)的要求±0.115°/s;

第四步:對于標度誤差引起的定位誤差,假設彎道半徑250米,時速60km/h,得到轉彎角速率3.78°/s,橫向誤差0.39米所對應陀螺標度誤差最大是2.2‰。

第五步:同時根據高程誤差和俯仰角的關系:

640 (11).png

在高程最大允許誤差1.4m的條件下計算得加速度零偏誤差=1.6mg(1σ);

第六步:在算法模型、彎道曲率和路面狀態良好時,結合車輛的輪速、檔位等信息,縱向的推算精度可達到1‰(95%)或1.5‰(99.7%)。

640 (3).png

表2

可見INS570的規格(表2)不低于上述估計的需求指標,部分指標較優。我們繼續隨機抽取了6臺INS570D,在廣深高速進行了500+次的航位測算測試,橫向累積誤差達到0.78m時的里程和時間分布如下(表3):

640 (4).png

表3

得到偏差小于0.78米所經歷的里程,在3σ的結果是414m,意味有99.7%的結果行駛里程超過414m。1σ可以達到900m行駛里程。偏差

640 (5).png

圖3 橫向累積偏差達0.78m時所歷經的里程(左圖)和時間(右圖)

綜合上述分析,要滿足HWP下定位的安全條件,首先需要有模型完備融合定位算法;并且需要使用高性能 IMU,相關指標包括:陀螺零偏不穩定性

導遠的INS570D組合導航設備能保證400m距離航位推算的橫向誤差≤0.78m(置信度>99.7%),在硬件設備滿足了安全條件的基礎上,我們再來看HWP下有多大概率可以順利通過1km的隧道?我們對1km的隧道場景做了6種合理化的假設:

640 (6).png

圖4: 1km INS570D隧道內定位推算紅色軌跡:RTK,藍色軌跡:組合定位

  • 隧道中(RTK/GNSS不可用)

1、車道線識別正常(概率90%)

2、車道線連續識別異常

3、車道線連續識別異常>400m(車道線缺損、擁堵、積水等,概率2%)

  • 隧道內車道線正常, 出隧道后

4、RTKINT恢復&車道線識別正常(概率70%)

5、RTKINT未恢復 & 車道線線識別正常(網絡信號恢復延遲、遮擋等,概率20%)

6、RTKINT未恢復& 車道線線識別異常(網絡信號恢復延遲、遮擋加上車道線缺損或雨天,概率10%)

下面是詳細分析:

1)隧道中車道線識別正常時,是能夠滿足HWP安全要求的;

2)隧道中車道線識別異常,但推算里程

3)而在隧道中車道線識別異常且推算距離超過400m的場景下,橫向偏差>0.78m,不能滿足HWP的安全要求。

4)當出隧道后,車道線識別正常,RTK也恢復正常,能夠滿足HWP的定位要求;

5)出隧道之后車道線識別正常,但GPS還沒有恢復到RTK狀態下,通過單點GPS+IMU+輪速+車道線匹配的融合方法,橫向精度能夠滿足HWP要求,對于縱向精度,持續推算時間過長,縱向精度會逐漸降低——假設在隧道內已經推算了1公里的距離,在隧道外再繼續推算1公里,縱向誤差可能就會達到3m(置信度99.7%),此后只有單點GNSS保持縱向位置,沒法滿足置信度和安全要求,因此超過1公里后,縱向精度就可能不能滿足HWP的要求,需要做降級處理;

6)出隧道后車道線識別異常,RTK也未恢復,航位推算的距離超過400米后,HWP將做降級處理。

對上述場景進行匯總(表4),在隧道內,車道線識別異常而且航位推算距離>400m不能滿足HWP的安全要求,在出隧道之后車道線異常,RTK沒有恢復的情況下,航位推算距離大于400m,也不能滿足HWP的安全要求。

隧道中,98%的概率HWP可用

640 (7).png

出隧道后,93%概率HWP可用

640 (8).png

表4

最后關于雙頻和單頻的選擇,我們也做了三種組合的測試,來回答這個提出頻率很高的問題。第一種是雙頻車規GNSS+雙頻RTK服務,第二種是雙頻車規GNSS+單頻RTK服務,第三種是測繪級接收機+雙頻RTK服務(表5)。不管是從定位精度還是恢復時間,單頻RTK結果差恢復時間和固定解定位精度都比較差。單頻RTK比較差的定位精度也會導致允許的安全推算距離會降低。所以雙頻GNSS接收機和雙頻RTK服務會是較優的選擇。


640 (9).png

表5

關于導遠電子,公司總部位于深圳,在廣州、蘇州、海門設有子公司,北京設有分公司,目前在廣州和海門的工廠均滿足IAFT16949車規級質量體系,同時公司開發流程遵循ISO26262和ASPICE體系。針對不同行業客戶對性能和成本的要求,我們相應推出了兩款新的產品:1)高精度定位產品INS570H,零偏不穩定性0.8°/h,全溫零偏

公司OEM合作案例包括,乘用車、小巴、貨車,和商用車,其中乘用車項目已于2018年實現SOP,目前也已增至數款SOP產品,具備豐富的前裝量產管理經驗。

Copyright @2021 廣州導遠電子科技有限公司 版權所有 粵ICP備14056836號

av片子在线看,五月天在线视频国产在线,国内自拍欧美的在线,国产欧美亚洲综合第,欧美激情网