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高精度定位研究:IMU向“域控集成化”和“軟硬服一體化”發(fā)展

02/21 15:26
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佐思汽研發(fā)布《2025年高精度定位行業(yè)研究報(bào)告》。

根據(jù)佐思汽研統(tǒng)計(jì),2024年,中國(guó)本土乘用車高階自動(dòng)駕駛(L2.5高速NOA、L2.9城區(qū)+高速NOA)滲透率達(dá)到11.4%,預(yù)計(jì)到2030年這一比例將提升至31.6%。在高速NOA場(chǎng)景下,只需要實(shí)現(xiàn)車道級(jí)/分米級(jí)的定位,識(shí)別出車輛所處的車道即可;而在城區(qū)NOA場(chǎng)景下,由于車道狹窄且路況復(fù)雜,則需要定位精度達(dá)到厘米級(jí)。

作為自動(dòng)駕駛感知的基石,高精度定位有著巨大的市場(chǎng)空間和技術(shù)進(jìn)步需求。

未來幾年,高精度定位的若干發(fā)展方向探討

方向1:面向端到端的智駕方案,IMU向“域控集成化”和“軟硬服一體化”發(fā)展

在端到端智駕方案中,IMU集成至域控的方案已成為主流選擇。伴隨自動(dòng)駕駛的演進(jìn),汽車對(duì)于感知及定位部分有著更高的準(zhǔn)確性和安全性要求,需要保證車輛位置信息高度準(zhǔn)確及可靠,尤其是L3及以上的自動(dòng)駕駛車輛需要擁有更高精度的定位,對(duì)于IMU的要求會(huì)越來越高。

通過貼片式將高精度定位模組集成到域控里,可以減少數(shù)據(jù)傳輸,有效降低信息的延遲,提升高精度定位的精度。具體包括幾類架構(gòu)設(shè)計(jì)模式:

IMU集成于自動(dòng)駕駛域控,GNSS放入T-BOX中;

自動(dòng)駕駛域控分別集成GNSS芯片和IMU模組;

IMU與GNSS組成INS模組,并集成到自動(dòng)駕駛域控內(nèi);

大疆慣導(dǎo)激目總成方案“激光雷達(dá)+視覺+IMU”集成,將GNSS芯片放入自動(dòng)駕駛域控中。

此外,IMU模組向自動(dòng)駕駛域控集成,仍有一系列工程問題需要解決:

時(shí)間同步高階智能駕駛車輛,對(duì)定位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與精度有剛性需求。同時(shí),定位的實(shí)時(shí)性不好,也會(huì)降低定位的精度;

功能安全:智能駕駛域控制器由于集成了眾多功能模塊,系統(tǒng)較為復(fù)雜,而且通常為多核多進(jìn)程的運(yùn)行環(huán)境以及復(fù)雜的應(yīng)用數(shù)據(jù)流,導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)功能安全的難度大增,主機(jī)廠需要完整的RTK&INS 組合算法部署在域控側(cè)的功能安全解決方案;

溫度補(bǔ)償:IMU對(duì)溫度變化非常敏感,將IMU、GNSS與域控集成在一起,需要考慮運(yùn)行溫度對(duì)產(chǎn)品的損害。

為助力主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品落地,六分科技于2024年上半年推出 “智駕軟硬服一體定位終端”,作為一個(gè)多條產(chǎn)品線靈活組合的有機(jī)體,除了可實(shí)現(xiàn)原有定位盒子P-BOX的功能外,也是高精度定位能力域控集成化方案的先驗(yàn)平臺(tái),高精度定位能力從P-BOX轉(zhuǎn)向域控,需要將各產(chǎn)品線化整為零,此終端可以大大加速集成化方案的推廣,未來會(huì)有越來越多的智駕軟硬服一體定位方案在各個(gè)域控落地。

六分科技“智駕軟硬服一體定位終端” 具備高精度定位能力的完整閉環(huán),其包含的GNSS(衛(wèi)導(dǎo))、IMU(慣導(dǎo))、PE(終端算法)、CS(差分改正數(shù)服務(wù))四條產(chǎn)品基線整體歷經(jīng)了多年研發(fā)和驗(yàn)證,均實(shí)現(xiàn)六分自有化和產(chǎn)品化。其中,CS作為最先商業(yè)化的產(chǎn)品線目前已在乘用車、商用車、行業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域量產(chǎn),PE也完成了多個(gè)量產(chǎn)項(xiàng)目,GNSS和IMU作為較新的產(chǎn)品線也開始有量產(chǎn)項(xiàng)目的搭載。

六分科技“智駕軟硬服一體定位終端”

來源:六分科技

六分科技“智駕軟硬服一體定位終端” 首創(chuàng)一體化集成GNSS+IMU+PE+CS,相較傳統(tǒng)方案可實(shí)現(xiàn)降本30%。

六分科技“智駕軟硬服一體化解決方案”

來源:六分科技

此外,基于六分科技全球一體化的高精度定位服務(wù)覆蓋能力,可實(shí)現(xiàn)海內(nèi)外的定位方案的統(tǒng)一,車企出海無需更換軟硬件方案。六分科技智駕軟硬服一體定位終端基于全球差分服務(wù)和終端算法群,能夠充分滿足全球市場(chǎng)統(tǒng)一架構(gòu)和全系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的雙重標(biāo)準(zhǔn),形成穩(wěn)定、安全、可靠的系統(tǒng)閉環(huán)。

目前,六分科技已實(shí)現(xiàn)高精度定位服務(wù)日播發(fā)量超100億次,站點(diǎn)數(shù)量超過3000個(gè),定點(diǎn)車型超過40個(gè),定點(diǎn)車輛數(shù)超1500萬臺(tái)。

方向2:多傳感器融合定位,實(shí)現(xiàn)SLAM(即時(shí)定位與地圖構(gòu)建)

車載慣性測(cè)量單元(IMU)內(nèi)建在攝像頭模組中,采用視覺慣導(dǎo)融合定位技術(shù)(VINS),利用加速度數(shù)據(jù)提升雙目測(cè)距的精度和穩(wěn)定性。在一些極端環(huán)境,如急行急停的擁堵、暴雨、夜間、地下停車場(chǎng)等場(chǎng)景,均可保持高精度的車輛軌跡計(jì)算。

大疆依托無人機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)積淀,早在2016年就開始探索智能駕駛領(lǐng)域的慣導(dǎo)立體雙目視覺系統(tǒng)。經(jīng)過多年沉淀,系統(tǒng)不斷成熟,2025年將進(jìn)一步推出慣導(dǎo)三目及激光雷達(dá)總成(即“激目”系統(tǒng)),成本遠(yuǎn)低于目前的激光雷達(dá)+視覺+慣導(dǎo)P-Box組合方案。

國(guó)內(nèi)廠商除大疆外,六分科技也研發(fā)了視覺感知定位終端,將雙目相機(jī)、IMU、GNSS、RTK、視覺融合定位算法等技術(shù)集成為一體。

來源:佐思汽研《2025年高精度定位行業(yè)研究報(bào)告》

方向3:INS衛(wèi)慣一體,GNSS芯片和IMU模組集成

為了適應(yīng)智能駕駛系統(tǒng)集成化和降本的趨勢(shì),Tier1供應(yīng)商紛紛推出了INS衛(wèi)慣一體解決方案。

北云科技貼片式車規(guī)級(jí)GNSS/INS高精度組合導(dǎo)航模組:可以融入Tier1等廠商的域控和智駕方案中,提升智駕系統(tǒng)的整體集成度

新納傳感高精度定位模組貼片式設(shè)計(jì)方案:支持將IMU與GNSS組成的INS模組集成到域控

六分科技衛(wèi)慣定位終端:六分GNSS與IMU產(chǎn)品將快速選代,賦能定位系統(tǒng)解決方案生態(tài)閉環(huán)。

六分科技衛(wèi)慣定位終端ROADMAP

來源:六分科技

方向4:MEMS IMU 芯片實(shí)現(xiàn)慣算一體,集成AI算法

意法半導(dǎo)體推出汽車級(jí)AI慣性模塊ASM330LHBG1,提高車輛導(dǎo)航定位準(zhǔn)確度和可靠性

意法半導(dǎo)體推出了汽車級(jí)慣性模塊ASM330LHBG1,集成三軸MEMS加速度計(jì)和三軸MEMS陀螺儀模塊及安全軟件庫;ASM330LHBG1配備意法半導(dǎo)體的機(jī)器學(xué)習(xí)核心(MLC)和可編程有限狀態(tài)機(jī)(FSM),可以運(yùn)行人工智能 (AI) 算法,具有極低的功耗和智能功能。

來源:意法半導(dǎo)體

導(dǎo)遠(yuǎn)科技內(nèi)置MCU的可編程MEMS IMU 芯片GST80

2024年4月北京車展上,導(dǎo)遠(yuǎn)科技亮相了其最新研發(fā)的MEMS IMU芯片GST80。這款芯片是業(yè)內(nèi)第一款內(nèi)置MCU的可編程汽車傳感器,具備高集成、性能和性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)。GST80完全由導(dǎo)遠(yuǎn)自主設(shè)計(jì)、研發(fā)、封測(cè)和生產(chǎn),且整個(gè)生產(chǎn)流程都在國(guó)內(nèi)進(jìn)行,有效保障了供應(yīng)鏈的安全,也補(bǔ)齊了國(guó)內(nèi)在高性能車規(guī)級(jí)MEMS IMU芯片的空缺。

從主機(jī)廠的視角看高精度定位:降低硬件成本,提升算法性能

降本增效是主機(jī)廠的永恒訴求,一方面通過強(qiáng)大的域控制器實(shí)現(xiàn)IMU集成,降低硬件成本,引入SD pro MAP取代昂貴的HD MAP,降低地圖成本;另一方面地圖算法復(fù)雜度大幅提升,比如做基于模型的IMU降噪、在線標(biāo)定和溫度補(bǔ)償?shù)?,并結(jié)合視覺、激光雷達(dá)和IMU以實(shí)現(xiàn)高精度地圖定位。

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷成熟,未來將有越來越多的車輛采用激光SLAM和視覺SLAM技術(shù),實(shí)現(xiàn)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)。激光雷達(dá)、視覺與慣導(dǎo)(IMU)的緊耦合融合,該技術(shù)方案能夠提高定位和姿態(tài)估計(jì)的精度、可靠性以及魯棒性,特別適用于高速動(dòng)態(tài)、復(fù)雜環(huán)境、遮擋多或 GPS 不可靠的場(chǎng)景。

OEM車企的智駕和高精度定位方案

來源:佐思汽研《2025年高精度定位行業(yè)研究報(bào)告》

以小鵬XPILOT 4.0為例,在定位層面做出了改變:第一,將定位精度從之前的分米級(jí)提升到了厘米級(jí);第二將定位的方式從「以 GPS 為主」變成了「以視覺、IMU 為主」。

小鵬為了解決城市定位的問題,選擇了與信號(hào)無關(guān)的視覺 + IMU 定位,優(yōu)點(diǎn)在于不受 GPS 信號(hào)的束縛,劣勢(shì)則是實(shí)現(xiàn)視覺定位的難度極高。

零跑升級(jí)了融合定位架構(gòu),利用原始的IMU和GNSS、視覺語義、毫米波雷達(dá)對(duì)環(huán)境的感知,再結(jié)合HD/SD map實(shí)現(xiàn)整體融合定位框架。

來源:零跑汽車

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