O desenvolvimento da condução autónoma está a remodelar rapidamente a indústria automóvel mundial. Até 2026, prevê-se que o mercado dos veículos autónomos (AV) atinja 557 mil milhões de dólares, o que evidencia o enorme potencial de crescimento desta tecnologia. Mais de 500 empresas em todo o mundo estão atualmente envolvidas no desenvolvimento da tecnologia de veículos autónomos, com os principais intervenientes sediados nos Estados Unidos, na China e na Alemanha. Prevê-se que o número de veículos autónomos na estrada aumente de 8,5 milhões em 2019 para mais de 20 milhões em 2030.
Além disso, a indústria introduzirá a condução autónoma de Nível 3 (L3), que permite uma condução sem mãos em determinadas condições, com os fabricantes de automóveis de topo a planearem introduzir essas caraterísticas nos modelos emblemáticos até 2024. A partir de 2023, os quadros regulamentares que apoiam estes avanços estão a evoluir, particularmente na América do Norte, Europa e Ásia, abrindo caminho para uma adoção mais ampla.
Vários sensores proporcionam uma consciência ambiental instantânea para a condução autónoma
Navegar no futuro: Compreender os níveis de condução autónoma
O futuro dos transportes está a ser alimentado pela tecnologia de condução autónoma. Utilizando sistemas avançados de computação, inteligência artificial, mapeamento e sensores, os veículos autónomos pretendem atingir níveis de segurança e eficiência mais elevados do que os condutores humanos. A Society of Automotive Engineers (SAE) definiu seis níveis de automatização da condução, desde o Nível 0 (sem automatização) até ao Nível 5 (automatização total).
Atualmente, a maioria dos veículos equipados com sistemas de condução autónoma enquadra-se na categoria de Nível 2 (L2). Estes sistemas, muitas vezes designados por Sistemas Avançados de Assistência ao Condutor (ADAS), oferecem funcionalidades como a manutenção na faixa de rodagem e o controlo adaptativo da velocidade de cruzeiro. A condução autónoma L2 melhora a experiência de condução em cenários como a condução em autoestrada, mas não consegue lidar autonomamente com condições de estrada complexas. O condutor continua a ter de prestar atenção constante às informações da estrada e operar o veículo.
A automatização de nível 3 (L3), também conhecida como "automatização condicional", está a sair gradualmente do laboratório e a entrar na nossa vida quotidiana. Neste nível, os veículos podem realizar a maioria das tarefas de condução de forma autónoma, incluindo a navegação, a mudança de faixa e a resposta às condições de trânsito. Embora o condutor continue a ter de monitorizar o trabalho do veículo para evitar acidentes, o número de operações necessárias é bastante reduzido.
Robotaxi da Baidu, táxi de condução autónoma, equipado com sensor CHCNAV
O papel do GNSS nos ecossistemas de condução autónoma
Arquitetura simplificada de condução autónoma
Os sistemas de condução autónoma de nível 2 e superior requerem um ecossistema de sensores abrangente para fornecer as informações ambientais e os dados de posicionamento necessários para a tomada de decisões. Este ecossistema inclui normalmente:
Sensores de consciencialização situacional
- Câmaras RGB: Fornecem informações visuais.
- LiDAR (Light Detection and Ranging): Oferece mapeamento 3D preciso.
- Radar de ondas milimétricas: Detecta objectos e mede a velocidade.
- Sensores ultra-sónicos: Utilizados para a deteção de obstáculos a curta distância.
Posicionamento e navegação
- Sistemas GNSS/INS: Fornecem informações precisas sobre a localização e o tempo, essenciais para a navegação autónoma.
A combinação GNSS/INS é fundamental, uma vez que fornece a espinha dorsal para o conhecimento da situação do veículo e para a tomada de decisões. Esta tecnologia permite que os veículos determinem com exatidão a sua posição na estrada, naveguem em redes rodoviárias complexas, tomem decisões informadas sobre o percurso e as manobras e sincronizem com outros veículos e infra-estruturas.
Sensores GNSS/INS: Superar os desafios na navegação autónoma de veículos
Ao contrário dos receptores GNSS utilizados em aplicações de topografia, os receptores concebidos para a condução autónoma enfrentam um conjunto único de desafios:
- Maior precisão de posicionamento: Os veículos autónomos requerem uma precisão submilimétrica e até centimétrica para determinar em que faixa o veículo se encontra. Os edifícios altos nos centros das cidades podem bloquear os sinais de satélite, reduzindo o número de satélites visíveis para o recetor e potencialmente interrompendo as ligações cinemáticas em tempo real (RTK). Além disso, o multipercurso causado pela reflexão do sinal nos edifícios pode afetar a precisão do posicionamento.
- Adaptabilidade ambiental: Os receptores GNSS em veículos têm de lidar com vibrações constantes e variações extremas de temperatura. Para além da fiabilidade física, manter uma precisão de posicionamento consistente é crucial para uma condução segura.
- Posicionamento preciso em tempo real: Os veículos autónomos necessitam de manter dados de posicionamento precisos em tempo real, mesmo em ambientes desafiantes como desfiladeiros urbanos, debaixo de viadutos e em túneis onde a perda de sinal GNSS e as interrupções de ligação RTK são comuns.
Condições complexas de condução urbana
Sistemas GNSS + INS estreitamente acoplados: A espinha dorsal da navegação autónoma fiável
Um recetor GNSS (Sistema Global de Navegação por Satélite) + INS (Sistema de Navegação Inercial) fortemente acoplado é uma tecnologia avançada que melhora significativamente a precisão, fiabilidade e robustez da navegação. Este sistema integra o posicionamento baseado em satélite com medições inerciais, tornando-o essencial para aplicações que requerem uma navegação precisa, como veículos autónomos, aeroespacial e agricultura de precisão.
Num sistema fortemente acoplado, os sensores GNSS e INS trabalham em estreita coordenação. O componente GNSS fornece dados de posicionamento global através da receção de sinais de vários satélites, enquanto o INS utiliza acelerómetros e giroscópios para seguir a posição, velocidade e orientação do recetor relativamente a um ponto de partida conhecido. Ao contrário de um sistema fracamente acoplado, em que o GNSS e o INS funcionam de forma independente e a integração ocorre ao nível da saída, um sistema fortemente acoplado funde os dados brutos de ambos os sensores numa fase muito anterior. Esta fusão ocorre normalmente no âmbito de um filtro de Kalman que processa continuamente as medições de pseudodistância e Doppler do GNSS, juntamente com os dados brutos de aceleração e taxa de rotação do INS.
A principal vantagem de um sistema fortemente acoplado é a sua capacidade de manter uma solução de navegação precisa, mesmo em ambientes difíceis, onde os sinais GNSS podem ser fracos ou obstruídos. O INS fornece dados de navegação contínuos que preenchem as lacunas na cobertura GNSS, enquanto os dados GNSS ajudam a corrigir a deriva inerente do INS ao longo do tempo. Esta sinergia resulta numa solução de navegação mais fiável e precisa do que um sistema pouco acoplado que pode ter dificuldades durante as falhas de sinal GNSS.
A solução avançada da CHCNAV: A série de sensores CGI GNSS+INS
A CHCNAV compreende a importância do posicionamento de alta precisão na condução autónoma. Os nossos sensores CGI GNSS+INS firmemente acoplados são especificamente concebidos para posicionamento e navegação precisos numa variedade de veículos. Por exemplo, o sensor CGI-610 GNSS/INS aborda estes desafios através de várias abordagens inovadoras:
- Precisão ao nível do centímetro: O CGI-610 proporciona uma precisão de posicionamento ao nível do centímetro, assegurando uma localização precisa do veículo para uma operação autónoma segura.
- Posicionamento robusto: Ao aproveitar várias constelações GNSS, o CGI-610 fornece um posicionamento robusto mesmo em ambientes urbanos desafiadores.
- Algoritmos avançados: Estes permitem uma rápida inicialização e reconvergência, minimizando o tempo de inatividade e aumentando a fiabilidade.
- Durabilidade: O CGI-610 foi construído para funcionar em diversas condições, desde temperaturas extremas até ambientes de alta vibração.
Sensor CHCNAV CGI-610 GNSS+INS
Provando a excelência: Testes de campo do CGI-610 em cenários do mundo real
Para validar o desempenho do CGI-610, o CHCNAV efectuou testes de campo em ambientes urbanos complexos no Japão. Estes testes avaliaram a exatidão e a facilidade de utilização do sistema em condições reais, incluindo cenários difíceis como ambientes urbanos, estradas elevadas, auto-estradas e túneis.
Veículo de teste
O CGI-610 foi montado num camião ligeiro e ligado a uma antena externa e a uma rede de correção GNSS RTK. Os resultados do teste mostraram um desempenho notável:
- Cenários rodoviários em zonas comerciais urbanas centrais: O CGI-610 manteve a precisão de posicionamento com um valor RMS dentro de 0,7 m e uma precisão de rumo de cerca de 0,1°.
- Cenários de estradas urbanas abertas: A precisão do posicionamento melhorou para um valor RMS de 0,1 m, com a precisão do rumo a manter-se em cerca de 0,1°.
- Cenários de Complexos de Distritos Comerciais Centrais de Edifícios Altos: O CGI-610 manteve a precisão do posicionamento dentro de 0,5-1m RMS e a precisão do rumo em torno de 0,1°.
- Túneis: Os erros de posicionamento aumentaram proporcionalmente ao comprimento do túnel, mas mantiveram-se dentro de 1,5‰ no máximo. Os valores globais de RMS nos túneis foram mantidos dentro de 0,5 m, com uma precisão de direção de cerca de 0,1°.
Ultrapassar os limites: O futuro da tecnologia GNSS+INS na condução autónoma
O desenvolvimento da tecnologia de condução autónoma enfrenta desafios técnicos significativos. Um dos mais prementes é garantir a fiabilidade dos sistemas de deteção ambiental em tempo real. Estes sensores têm de detetar e interpretar com precisão os dados de condições de condução diversas e complexas, incluindo variações meteorológicas e ambientes urbanos, colocando elevadas exigências aos fabricantes de componentes e integradores automóveis.
Como líder na tecnologia GNSS+INS, a CHCNAV está empenhada em responder a estas necessidades e em ultrapassar os limites da tecnologia GNSS para a condução autónoma. A nova geração de receptores da CHCNAV, o CGI-830, baseia-se nos pontos fortes do CGI-610 e oferece melhorias significativas na precisão INS e no suporte POS.
À medida que a tecnologia de veículos autónomos continua a evoluir, a procura de soluções GNSS+INS altamente precisas e fiáveis só irá aumentar. A CHCNAV permanece na vanguarda desta tecnologia, desenvolvendo soluções inovadoras para satisfazer as necessidades exigentes da indústria de condução autónoma.
CHCNAV CGI-830 GNSS+INS
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Acerca da CHC Navigation
A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento, concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Servindo sectores como o geoespacial, a agricultura, a construção e a autonomia, a CHCNAV fornece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço da indústria. Com uma presença global em mais de 130 países e uma equipa de mais de 1.900 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder na indústria geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: www.chcnav.com
