IMU/ジャイロ

 

GNSS技術のエキスパート企業として、衛星測位に関する長年の経験と知見を生かしてお客様に最適なソリューションを提供

測位衛星技術株式会社測位衛星技術株式会社

弊社では、受信機やアンテナの選定とシステムの稼動に必要なGNSS関連機器を含めた全体システム構築ついて、長年の経験を生かし、コンサルテーションから設置工事、アフターサービスまで一貫したサービスを提供しています。とりわけ新規性の高い技術の応用分野については、iMESに代表されるJAXAとの共同プロジェクトのような政府、官公庁、研究機関への最新技術の提供やコラボレーションと、通信分野や海洋建設分野など業界特有のニーズへの対応のために、創業以来、独自のGNSS専門技術の粋を集めた自社開発製品やシステムインテグレーションを提供してきました。

さらに、GNSS技術を応用したIMU+GNSSやG、自動運転やADAS機能などの自動車開発に必要なデータロガー、GNSS解析ソフトのような幅広い種類の製品や、測定車により三次元で地図データを作成するサービス、衛星通信、衛星放送に欠かせないアップコンバータ、ダウンコンバータ、モジュレータ、GNSSだけでなく電波に関わるすべての製品やサービスに利用が可能なRFレコーダ、Wifi/Bluetoothの開発、生産工程に欠かせない無線機能テスター、そして、時刻標準器などの取り扱いを通じて、幅広い業種や用途に向けてソリューションを提供しています。

IMU+GNSS製品とデータロガー、自動車開発向けのGNSSシミュレータは、自動車開発向け製品のページでご紹介しています。また、アップコンバータ、ダウンコンバータ、モジュレータ、RFレコーダ、無線機能テスターは、通信機器関連製品のページ、タイムサーバー、周波数校正器、同期位相電力測定器、電力管理/電力校正器、テストリード、光ファイバー/銅線信号変換器は、タイムサーバー/スマートグリッド向け製品情報をご覧ください。

IMU製品

IMUとは、z軸方向のヨー、x軸方向のロール、y軸方向のピッチの回転について、ジャイロが角速度を計測し、角加速度計が、回転方向の加速度を計測する装置のことです。ジャイロについては精度の高い順に、リングレーザー方式、ファイバーオプティカル方式、MEMS方式が採用されています。IMUを利用することで、現時点の姿勢をリアルタイムで計測するだけでなく、過去の履歴に基づいて、未来のある一定の時間経過後に、どの座標に物体が移動しているかを推測することが可能です。IMUは、日本語で慣性計測装置と呼ばれており、IMUを利用した推測航法は、慣性航法と飛ばれています。

GNSS受信機の場合は、一旦、衛星からの信号が途切れると、推定値の精度は次第に低下していきます。そこで、これをIMUで補完することで、精度の低下を補う方式が開発されています。GNSSによる航法技術の世界では、衛星からの信号が途切れた際に、IMUで計測したデータで、測位を補うこの技術をデッドレコニング(自立航法またはDR)と呼んでいます。また、車両の挙動を制御する側からは、横滑り防止ブレーキなど、IMUが利用され挙動に対するフィードバック制御が行われています。

さて、ジャイロに関して簡単に解説を行いましょう。航空宇宙やミサイルや魚雷などの軍事分野では、精度のもっとも高いリングレーザーが利用されています。リングレーザーの内部では、2方向に発射された同一周波数のレーザー光線を複数の鏡で反射させることで装置の中で回転させています。装置自体が回転した際に、正反対の方向に進んでいる2つの光線に速度差が生じます。これはサニャック効果と呼ばれています。リングレーザーではこの物理現象を利用して、回転速度を求めています。リングレーザーと原理的にはほぼ同一ですが、鏡を使う代わりに、光ファイバーをコイル状に巻いて、その中を通過する、2方向のレーザー光線の速度差を測るのがファイバーオプティカル方式です。いずれも航空宇宙や軍事に用いられていますが、コストが安いために、自動車の自動運転用ではFOGが主に利用されています。しかし、最近ではリングレーザーも自動車向けに利用が始まっています。

カーナビやスマホ、ゲーム機にもジャイロは搭載されています。ジャイロは、慣性航法だけでなく、単に物体の挙動を検知するための用途にも利用されています。例として、スマホやゲーム機では主にジョイスティックとして利用されています。また、自動車の横滑り防止機能、エアバッグなどでも利用されています。これ以外にもさまざまな用途で利用されていますが、あまり高い精度が求められていないため、ほとんどが低価格なMEMSと呼ばれる半導体です。MEMSの場合は、コリオリ力というコマを回しているときに軸を保持しようとする力を利用して、回転が生じたときの軸のずれを検出することで角速度を計測しています。
 

IMUの基本知識

AI技術を駆使し危険回避を行う自動運転車や高度なADAS機能の開発にとって、今後、バイワイヤで駆動する自動車のビークルダイナミックスの正確な制御性能が非常に重要になります。そして、IMUとGNSS受信機を併用し、双方のシステムの出力データを結合させることで、双方の測定精度を向上することができるカップリング技術の登場したことで、6軸のMEMSジャイロとGNSS受信機が標準的に自動車に搭載されていくことが予想されています。

これらの自動車の開発には今までにも増してHILSが多用されていくことも予想されています。ビークルダイナミックスの計測、モデル化、シミュレーション設計、実車試験で、今後、ますます6軸のMEMSジャイロとGNSS受信機がの性能が重要となることは間違いがありません。そして、その開発、試験プロセスで、車載の6軸のMEMSジャイロとGNSS受信機の性能レフェレンスとなり得るより高精度なIMUとGNSS+IMUハイブリッドセンサが不可欠になリます。

FOGやリングレーザーのIMUは、高速運転時の横風や路面状況による横転性能など、ドイツのメルセデスでは、20年以上も高精度なビークルダイナミックスの測定、解析をおこなってきています。このような安全性能だけでなく、バイワイヤでもリアルな感覚で、ハンドル、アクセル、ブレーキ操作を行い運転者の感性にあった運転性能を実現するためにもIMUは重要な役割を演じています。

弊社では、今回、「IMUの基本知識」の内容をPDF形式の冊子にまとめました。ユーザー登録をしていただくと、「IMUの基本知識」の内容をご覧いただけます。ユーザー登録とPDFダウンロードはこちらのリンクから、「IMUの基本知識」ダウンロードページで行うことができます。

IMU製品メーカーと製品群

メーカー 製品群
アイマー社 IMU製品、GNSS+IMUハイブリッド受信機
セプテントリオ社 GNSS受信機、アンテナ、TerraStarサービス、IMUオプション
ジャバッドGNSS社 GNSS受信機、アンテナ、IMUオプション
スッキー社 CAN-BUS対応GPS受信機内蔵データロガー、IMUオプション