原極科技：自動(dòng)駕駛定位需求下的車規(guī)IMU應(yīng)用普及還缺什么？

杭義軍 | 原極（上海）科技有限公司總經(jīng)理

【資料圖】

原極（上海）科技有限公司總經(jīng)理杭義軍表示：在汽車行業(yè)電動(dòng)化、智能化的大趨勢(shì)下，自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的空間和機(jī)會(huì)都很大。根據(jù)國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車銷售情況來(lái)看：市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，但是盈利能力還有待提升。從自動(dòng)駕駛裝配比例來(lái)看，預(yù)測(cè)到2028-2029年L2+占比可能會(huì)超過60%，與此同時(shí)，低價(jià)車型自駕功能配置空間巨大。

當(dāng)前L2 輔助自駕體驗(yàn)現(xiàn)狀是驚嚇多于驚喜，而裝配IMU將有助于提升L2自動(dòng)駕駛的用戶體驗(yàn)。杭博士表示：當(dāng)下自駕中IMU的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為：

短時(shí)精度比長(zhǎng)時(shí)間精度更重要；

相對(duì)位置變化比絕對(duì)位置精度更重要；

IMU數(shù)據(jù)可靠性更重要。

原極科技為滿足車規(guī)級(jí)IMU的市場(chǎng)的需要，自研了一體式大規(guī)模分布式標(biāo)測(cè)技術(shù)，在大幅度提高IMU的綜合性能的同時(shí)又保障了IMU模組的產(chǎn)量。為了驗(yàn)證同時(shí)在大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)積累下，原極科技對(duì)數(shù)萬(wàn)套IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析。

以下為演講內(nèi)容整理：

自駕普及路上IMU的應(yīng)用發(fā)生變化

在電動(dòng)化和智能化趨勢(shì)下，在自動(dòng)駕駛普及的道路上，車規(guī)IMU的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)空間很大，機(jī)會(huì)也很大；當(dāng)前L2 輔助自動(dòng)駕駛體驗(yàn)現(xiàn)狀驚嚇多于驚喜；而乘用車重感知、輕地圖轉(zhuǎn)變對(duì)車載IMU需求變化產(chǎn)生了影響。因此，在重感知輕地圖的大趨勢(shì)下，作為IMU廠商需要更多的思考和改變發(fā)展方向。首先，從國(guó)內(nèi)整體電動(dòng)汽車銷售來(lái)看，國(guó)內(nèi)車廠競(jìng)爭(zhēng)力非常強(qiáng)，但從盈利水平來(lái)看，成本和盈利能力仍有很大提升空間；其次，在技術(shù)應(yīng)用體驗(yàn)方面，根據(jù)麥肯錫研報(bào)，國(guó)內(nèi)電動(dòng)車車主對(duì)于自動(dòng)駕駛技術(shù)的滿意度偏低，行業(yè)發(fā)展仍有很大進(jìn)步空間；從行業(yè)發(fā)展方面來(lái)看，2022年國(guó)內(nèi)乘用車電動(dòng)車銷量為550萬(wàn)，2023年可能達(dá)到800萬(wàn)，預(yù)測(cè)2030年可能達(dá)到2,800萬(wàn)。

從自動(dòng)駕駛裝配比例來(lái)看，大約在2028-2029年可以實(shí)現(xiàn)超過60%的L2+裝配率，其中50%以上的車輛仍由L2貢獻(xiàn)。因此，需要著重關(guān)注L2用戶的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)。目前標(biāo)配輔助自駕或高級(jí)輔助自駕功能主要集中在15萬(wàn)以上的車型上，15萬(wàn)以下的中低端車型仍有很大的配置空間。從整體來(lái)看，降本增效是長(zhǎng)期趨勢(shì)。在L2+的輔助自動(dòng)駕駛過程中，雖然許多車輛都裝備了L2功能，但實(shí)際上在雨、雪、霧、光線不佳等情況下，整體仍然會(huì)出現(xiàn)問題，給用戶帶來(lái)嚴(yán)重的心理負(fù)擔(dān)。使用輔助自動(dòng)駕駛原本是為了減輕駕駛緊張感，但頻繁的退出和急剎等情況會(huì)給用戶帶來(lái)更多的是驚嚇，而非驚喜。這也是目前推廣自動(dòng)駕駛的重要問題之一，原極希望普及IMU模組在L2級(jí)別的應(yīng)用，能幫助自動(dòng)駕駛行業(yè)真正提升用戶體驗(yàn)。

在提升方面，前置傳感器融合、BEV/空間占用網(wǎng)格等技術(shù)都是自動(dòng)駕駛未來(lái)的方向。在乘用車重感知輕地圖背景下，還需要思考對(duì)車載IMU的定位或應(yīng)用有哪些影響。在自動(dòng)駕駛方面，首先需要解決三個(gè)問題，看得清、看得懂、開得好。IMU主要是為了提高定位和感知功能，特別是提高交通參與主體和道路建圖能力，因?yàn)橹馗兄又匾呔貓D在自動(dòng)駕駛決策方面則相對(duì)弱化。未來(lái)，短時(shí)精度比長(zhǎng)時(shí)間精度更重要，相對(duì)位置變化比絕對(duì)位置精度更重要，IMU數(shù)據(jù)可靠性也會(huì)更重要。IMU在車輛上的主要作用是多傳感器時(shí)空對(duì)齊，提高目標(biāo)預(yù)測(cè)、跟蹤性能，車載傳感器實(shí)現(xiàn)物理世界中相對(duì)位移和坐標(biāo)姿態(tài)的轉(zhuǎn)換

IMU如何滿足自駕需求

原極通過接觸到不同車廠和行業(yè)的需求，發(fā)現(xiàn)大家更關(guān)注IMU的性能指標(biāo)。而IMU性能指標(biāo)有幾十個(gè)，統(tǒng)一的指標(biāo)要求非常高，但成本卻無(wú)法下放，因?yàn)楹芏鄿y(cè)試選型都與最終成本有關(guān)。現(xiàn)狀就是需求不變，題目無(wú)法變化，答題方式有限。從行業(yè)未來(lái)普及的角度，融合中可觀、可估的Az（Z軸加速度）與Gxy（X和Y軸角速度）的誤差對(duì)應(yīng)IMU指標(biāo)可適當(dāng)放寬，不影響使用精度；融合算法中不可觀測(cè)的Axy和Gz的誤差對(duì)應(yīng)IMU指標(biāo)需要重點(diǎn)控制。因此，需要適當(dāng)對(duì)IMU指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，原極的IMU會(huì)重點(diǎn)標(biāo)注這些對(duì)行業(yè)有幫助的指標(biāo)，也會(huì)將更多的資源和精力投入到這一領(lǐng)域。此外還需要思考，百萬(wàn)元級(jí)別的慣導(dǎo)ISA-100C的加速度計(jì)零偏不穩(wěn)定性指標(biāo)，為什么僅需100ug。

圖源：嘉賓演講材料

ALLAN方差作為零偏不穩(wěn)定性指標(biāo)，其表示的相關(guān)時(shí)間，直接與我們需要IMU進(jìn)行DR推算的時(shí)間長(zhǎng)度相關(guān)，如10s或60s。在10秒-60秒?yún)^(qū)間，零偏不穩(wěn)定性指標(biāo)與現(xiàn)在車上使用的很多IMU芯片差異不大。因此，在自動(dòng)駕駛服務(wù)商提出更有針對(duì)性的指標(biāo)時(shí)，這些指標(biāo)會(huì)極大地影響DR推算的短時(shí)精度

此外，原極科技還對(duì)IMU進(jìn)行集成和標(biāo)定。從標(biāo)定前后的誤差來(lái)看，對(duì)于大部分IMU來(lái)說，加速度溫漂、陀螺儀溫漂、陀螺儀刻度系數(shù)、三軸非正交都會(huì)有大幅度提升。因此，在成本增加不太多的情況下，對(duì)于IMU模組進(jìn)行必要的標(biāo)定，是很有意義的。

在經(jīng)過多方數(shù)據(jù)積累后，原極發(fā)現(xiàn)IMU是一個(gè)非常特殊的器件，相對(duì)于功能性器件，如CAN芯片或CPU等，IMU會(huì)受到很多集成焊接和外部機(jī)械安裝等形變的累計(jì)因素影響。這將導(dǎo)致，如果將其作為普通器件集成，就將會(huì)對(duì)生產(chǎn)芯片的提供商產(chǎn)生巨大要求。在實(shí)際操作過程中，也通常會(huì)出現(xiàn)諸多技術(shù)問題，包括在溫度環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，IMU陀螺儀的噪聲從零點(diǎn)幾度每秒變化到兩三度每秒，幅度變化異常；陀螺儀出現(xiàn)幾十度每秒的跳點(diǎn)情況；在某個(gè)溫度點(diǎn)附近開始劇烈振蕩；以及輸出數(shù)據(jù)中出現(xiàn)斷層現(xiàn)象。因此原極認(rèn)為，IMU可以組成模組進(jìn)行測(cè)試篩選，對(duì)降低后端應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

在過去大量應(yīng)用和數(shù)據(jù)積累過程中，原極對(duì)數(shù)萬(wàn)套IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)和分析，特別是溫度漂移指標(biāo)，關(guān)注xyz軸加表溫漂和陀螺溫漂及整體分布情況，包括量產(chǎn)后品控一致性情況。這些信息會(huì)反饋到原極的工藝及標(biāo)測(cè)部分，以進(jìn)一步提升工藝設(shè)計(jì)并降低標(biāo)測(cè)成本。

原極科技主要關(guān)注生產(chǎn)模塊化的貼片式模組，即貼片式模組的二次焊接和存儲(chǔ)老化后參數(shù)的變化。以溫漂為例，原極對(duì)IMU模組進(jìn)行了14天老化后的復(fù)測(cè)、貼片后的復(fù)測(cè)以及自然存儲(chǔ)三個(gè)月后的復(fù)測(cè)。在合理設(shè)計(jì)工藝下，整體偏差完全可控。因此，原極科技的IMU長(zhǎng)期可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證方法，值得推薦，并且量產(chǎn)成本上有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。

原極車規(guī)IMU方案

原極希望IMU模組和標(biāo)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅局限于高階的L3高端車型，而是讓所有平民車型都能夠用得起。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，原極充分考慮各環(huán)節(jié)成本優(yōu)化，其中包括選型成本、標(biāo)測(cè)成本以及集成方式的成本優(yōu)勢(shì)。

原極通過對(duì)自動(dòng)駕駛的定位推算和應(yīng)用，梳理出了車規(guī)IMU行業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向，以及在選型過程中應(yīng)該更加重視的參數(shù)：

Gz溫漂峰峰值替代標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行測(cè)試篩選；

Gz 刻度系數(shù)重復(fù)性，溫漂等指標(biāo)；

Gz 零偏穩(wěn)定性關(guān)注60s處的值而非最低點(diǎn)的指標(biāo)；

Axy的溫漂峰峰值與長(zhǎng)期零偏重復(fù)性指標(biāo)

并且?guī)ьI(lǐng)大家一起思考一個(gè)問題：

Gz零偏不穩(wěn)定性：8deg/h

Axy零偏誤差 10mg

真的不夠用嗎？

那些不可被觀測(cè)或觀測(cè)性較弱的IMU參數(shù)在生產(chǎn)端優(yōu)化參數(shù)，并通過算法來(lái)減少整體誤差，適當(dāng)弱化以降低需求端成本，或進(jìn)一步拓寬IMU芯片的可選型空間。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)逐步發(fā)展，也希望大家能多多交流，一起思考行業(yè)技術(shù)的上限。作為模塊和模組提供商，原極希望深度理解這個(gè)行業(yè)，在能做好的范圍內(nèi)，研發(fā)出成本不高、更適合行業(yè)未來(lái)發(fā)展的IMU產(chǎn)品。

在大規(guī)模量產(chǎn)方面，現(xiàn)階段自動(dòng)駕駛IMU裝配的比例仍然很低，在未來(lái)IMU裝車量可能達(dá)到60%-70%，每年需要上千萬(wàn)臺(tái)。面對(duì)大規(guī)模的市場(chǎng)需要，原極科技針對(duì)IMU模組的生產(chǎn)流程進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，采用疊層式標(biāo)測(cè)框架，可以實(shí)現(xiàn)單批次最大可標(biāo)定數(shù)量達(dá)512片。原極堅(jiān)持推廣模組化產(chǎn)品形態(tài)，確保生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化，易于操作，可大規(guī)模生產(chǎn)和裝配，每月可交付產(chǎn)能為5萬(wàn)套。在結(jié)構(gòu)成本方面，原極選擇了貼片式IMU模組，這個(gè)模組方案做到了成本節(jié)約60%。另外，在標(biāo)測(cè)成本方面，原極還可以做到下降60%左右。在核心傳感器方面，結(jié)合原極對(duì)行業(yè)的理解，可以選擇更有針對(duì)性的傳感器配置方案，通過陣列式技術(shù)，多元融合技術(shù)生產(chǎn)出更適合行業(yè)的定制化傳感器，從而更好地平衡高性價(jià)比、高性能和高可靠性的量產(chǎn)保證。

原極的將A6Pro成到P-box中，并在城市復(fù)雜場(chǎng)景中進(jìn)行了跑車實(shí)驗(yàn)，其航向推算精度漂移可以控制在0.15度，位置漂移也可以控制在1.5‰-2‰以內(nèi)。總體來(lái)說，原極的IMU性能與行業(yè)上批量裝備的IMU性能相當(dāng)。

關(guān)于原極科技

原極科技成立于2019年，在過去三年多的時(shí)間里，原極科技不斷探索市場(chǎng)行業(yè)對(duì)IMU在農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛和汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域進(jìn)行了重點(diǎn)布局。

2022年，原極在農(nóng)機(jī)在自動(dòng)駕駛市場(chǎng)IMU的滲透率超過60%，出貨量突破15萬(wàn)套，目前公司IMU模組累計(jì)出貨量已超過20萬(wàn)套。在2023年，原極科技獲得了16949汽車行業(yè)質(zhì)量管理認(rèn)證體系，并推出了車規(guī)級(jí)IMU模組A6Pro以及車規(guī)組合導(dǎo)航NAV619。

同時(shí)，基于特有的IMU陣列技術(shù)，原極推出了應(yīng)用于不同行業(yè)，不同規(guī)格的全系IMU模組產(chǎn)品。

圖源：嘉賓演講材料

原極科技的研發(fā)目標(biāo)，即通過技術(shù)，提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這也是原極科技價(jià)值所在。2023年以來(lái)，原極科技不僅在國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)自動(dòng)駕駛市場(chǎng)取得了很好的成績(jī)，并且在許多客戶的推動(dòng)下，已經(jīng)將大量農(nóng)業(yè)自動(dòng)駕駛套件推廣到世界各地的農(nóng)場(chǎng)。原極科技通過技術(shù)和努力幫助農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛從中國(guó)走向世界。

原極公司的名稱是由“原”力——“極”客組成，表示原極愿意從行業(yè)底層的事做起，秉承崇尚科技創(chuàng)造價(jià)值的極客精神，致力于使用MEMS慣性傳感器解決世界范圍內(nèi)的，智能化、自動(dòng)化發(fā)展中的定位問題。。我們希望能制造一款適合乘用車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)化批量應(yīng)用的車規(guī)級(jí)IMU，并通過原極人的技術(shù)和努力，在自動(dòng)駕駛行業(yè)快速普及，讓更多用戶體驗(yàn)自動(dòng)駕駛樂趣。

（以上內(nèi)容來(lái)自原極（上海）科技有限公司總經(jīng)理杭義軍于2023年6月14日在2023第五屆自動(dòng)駕駛地圖與定位大會(huì)發(fā)表的《自動(dòng)駕駛定位需求下的車規(guī)IMU應(yīng)用普及還缺什么？》主題演講。）

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