技術(shù)領(lǐng)域有許多大趨勢(shì)，最有趣的是當(dāng)屬自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展。自動(dòng)駕駛技術(shù)除了應(yīng)用在汽車(chē)，公共汽車(chē)和卡車(chē)以外，還用于倉(cāng)庫(kù)，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(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)人機(jī)。

盡管全自動(dòng)駕駛汽車(chē)（5級(jí)）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(dòng)駕駛汽車(chē)的采用率正日益增大。

實(shí)際上，對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的等級(jí)有兩種主要的分類(lèi)系統(tǒng)：國(guó)家公路安全管理局（NHTSA）將自動(dòng)駕駛的連續(xù)性劃分為五個(gè)等級(jí)，而汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（SAE）則將其劃分為六個(gè)等級(jí)。

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(chē)，恰好在兩個(gè)等級(jí)上都處于同一等級(jí)。

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

也許，對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)采用率影響最大的是自動(dòng)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(duì)消費(fèi)者沒(méi)有吸引力。消費(fèi)者肯定會(huì)抵制LIDAR設(shè)備在車(chē)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(duì)外部LiDAR模塊產(chǎn)生腐蝕影響。

盡管存在這些問(wèn)題，但近年來(lái)對(duì)LIDAR等技術(shù)的投資仍不少。不過(guò)，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(cè)量單元（IMU）的視覺(jué)系統(tǒng)以及GPS等應(yīng)用。

自動(dòng)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(chē)輛自動(dòng)駕駛的最早商業(yè)用途之一。在過(guò)去的幾十年中，地面自動(dòng)駕駛汽車(chē)在市場(chǎng)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(duì)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(cè)量相對(duì)于來(lái)自GNSS和GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)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(cè)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(dòng)來(lái)計(jì)算位置，作為定位計(jì)算的一部分。這對(duì)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(duì)航向，定位和航位推測(cè)。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(dòng)）所測(cè)量的系統(tǒng)性能。

MEMS傳感器的粘滯性問(wèn)題

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

解決此問(wèn)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(chē)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?zhuān)鹤詣?dòng)駕駛汽車(chē)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(huì)由于IMU的偏置穩(wěn)定性等級(jí)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(chē)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(shuō)，如果自動(dòng)駕駛汽車(chē)試圖以每小時(shí)6度的IMU穿過(guò)紐約市的荷蘭隧道，它可能不會(huì)成功……

汽車(chē)GPS接收器本身無(wú)法提供高精度的連續(xù)位置信息。通過(guò)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(guò)還包括校正信號(hào)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(dòng)學(xué)（RTK）之類(lèi)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(duì)于動(dòng)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(chē)輛可以在最佳條件下的GPS更新之間移動(dòng)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(wú)人機(jī)控制和導(dǎo)航應(yīng)用。

在汽車(chē)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(chē)制造商采用更高性能的IMU用于自動(dòng)駕駛應(yīng)用。即使IMU已經(jīng)用于導(dǎo)航，翻車(chē)檢測(cè)和安全氣囊控制的車(chē)輛中，但這類(lèi)IMU設(shè)備的性能水平仍無(wú)法解決主要隧道或視力障礙情況下航位推算的問(wèn)題，并且在白雪皚皚的條件下，由于大雪和霧氣以及太陽(yáng)飽和問(wèn)題，相機(jī)無(wú)法很好地支持IMU設(shè)備工作。

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

總體而言，自主性使車(chē)輛，無(wú)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(guò)使用目前市場(chǎng)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(dòng)駕駛汽車(chē)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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