汽车惯性推算 (ADR)

汽车惯性导航（ADR）简史

惯性导航（dead reckoning）一词来源于早期的海上导航方法，即在没有外部参照物的情况下，根据速度、方向和时间来估计位置。在这种情况下，"死 "字被认为来源于 "deduced"（推导），如推导推算法，一种在没有外部参照物的情况下估计位置的方法。在汽车领域，这一概念演变为汽车惯性导航（ADR），这是一种将全球导航卫星系统与车载传感器相结合的技术，可在卫星信号微弱或丢失时保持精确定位。

如今，ADR 已成为先进车辆定位系统的基石，即使在最具挑战性的环境中也能确保持续可靠的导航。

ADR 解决的问题

现代车辆经常在 GNSS 信号衰减或完全不可用的环境中工作，例如

• 高楼林立的城市峡谷
• 隧道和地下停车场
• 森林或多山地形
• 多层道路系统

在这些情况下，仅依靠 GNSS 可能会导致位置跳跃、信号丢失或航向估计不准确。ADR 通过将全球导航卫星系统数据与惯性传感器和车辆动力学融合来解决这些问题，从而确保

• 即使在没有卫星可见度的情况下也能持续定位（可用性
• 改进航向估计，尤其是在低速或静止状态下
• 高频率更新（如 50 赫兹），实现更平稳、反应更灵敏的导航

技术：汽车惯性导航（ADR）的工作原理

惯性导航（DR）也称为传感器融合，是根据车载传感器（包括加速度计和陀螺仪，统称为惯性测量单元（IMU））提供的运动数据估算位置。
汽车惯性导航（ADR）使用额外的输入，如车轮嘀嗒声或车速，以提高系统性能和可靠性。因此，ADR 需要接入车辆系统（如 CAN 总线），这在某些首装和售后市场应用中是可行的。

ADR 结合了不同的数据输入：

• 全球导航卫星系统（GNSS）信号，提供绝对速度和航向
• 惯性测量单元（IMU）：加速度计和陀螺仪
• 车辆传感器：车轮刻度（WT）或车速和驱动方向
• 动态模型：车辆动力学限制，即所谓的非人体工学行为（例如，汽车不能横向或纵向移动）

卡尔曼滤波器不断融合输入，并估算出未知值。在初始阶段，将全球导航卫星系统信号与惯性测量结果进行比较，以估计传感器偏差和漂移。如果未进行手动配置，还将对准进行估算。校准是自动进行的，在全球导航卫星系统信号较强的条件下，通常在几分钟内完成。速度和方向的频繁变化，如做八字形飞行，可加快校准速度。

完成校准后，滤波器会校正漂移、平滑噪声，并通过连续的预测和校正循环实现精确的位置、速度和航向估计。这样，即使在恶劣的城市环境和全球导航卫星系统完全中断的情况下，也能稳健地估计位置、速度和航向。

ADR 与 UDR

ADR 最早出现，而 UDR 则是在 ADR 的基础上发展起来的。"不受约束 "指的是没有直接的车速或车轮刻度输入，仅依靠惯性传感器和 GNSS 数据。 两种技术的主要区别如下。

特点	汽车惯性导航 (ADR)	无系绳惯性导航 (UDR)
传感器输入	全球导航卫星系统 IMU 车辆传感器	全球导航卫星系统 IMU
精度	更高、 特别是在全球导航卫星系统被忽视的地区	高、 在有限的中断期间 在全球导航卫星系统中断期间，静止检测精度较低
使用案例	汽车原始设备制造商 公共交通车队远程信息处理	各种车队管理（卡车运输、最后一英里配送、汽车共享、长期租赁） 售后市场导航
对齐	通常使用手动校准配置	通常完全自动校准
结论	最佳定位精度	最简单的集成 与不带 DR 的传统 GNSS 接收器相比，定位精度要高得多

ADR 的应用

ADR 广泛应用于各种移动解决方案：

汽车首次安装

• 集成到汽车 OEM 导航系统中
• 车对万物 (V2X) 系统 的重要输入，提高道路安全性
• 支持具有专用动态模型的摩托车

售后市场远程信息处理

• 用于公共汽车和火车的车队管理和乘客信息系统，实现高效的运营管理和流畅的客户体验

共享微型交通

• 应用于电动滑板车和电动自行车，配备专用动态模型，在管制区域内更安全、更合规

型号和产品等级

ADR 解决方案具有不同的性能和环境等级：

标准精度 (SPG) 与高精度 GNSS (HPG)

变体	标准精度 GNSS (SPG)	高精度 GNSS (HPG)
精度	米级	厘米至分米级 （使用 RTK/PPP）
使用案例	一般导航	车道级定位 自动驾驶
成本	较低	较高

产品等级

惯性导航产品有不同的 产品等级.汽车级产品通常由第一安装汽车客户选择，用于 OEM 集成，工作温度范围从 -40°C 到 105°C。专业级产品通常用于所有其他应用。

等级	工作温度	使用案例
汽车	-40°C 至 +105°C -40°C 至 +85°C	汽车首次安装（OEM 集成）
专业	40°C 至 +85°C	售后市场远程信息处理 共享微移动

按细分市场推荐的产品

下表列出了按细分市场推荐的产品。芯片产品也可用于大批量 OEM 应用（但未显示在本概览中）。我们建议每年订购几十万件产品的客户填写 项目信息表.

		m 级	cm- 至 dm 级
汽车	首次安装（OEM 集成）	NEO-M9L ZED-F9L	ZED-F9K ZED-X20K
工业	售后市场远程信息处理：轿车、卡车和公共汽车	NEO-M9V	ZED-F9R
	售后远程信息处理系统：火车	ZED-F9R	ZED-F9R*
	共享微型交通	NEO-M9V	ZED-F9R

^{* 列车上未说明 RTK 性能}

结论

城市环境将继续对基于 GNSS 的定位提出挑战。不受约束的惯性推算提供了一种弹性、可扩展的解决方案，可提高复杂环境中的定位可用性和准确性。通过将 GNSS 和惯性传感智能地结合在一起，ADR 可在各种移动应用中实现强大的性能。

一旦从上表中确定了合适的产品，最常见的做法是开始使用相应的评估套件和u-center。