利用加速度計和陀螺儀測量車(chē)輛運動(dòng)

圖3顯示了一個(gè)軸的算法。實(shí)時(shí)對陀螺儀輸出積分得到原始角度。利用加速度計測量重力方向并推斷出傾斜角度。例如，如果在x軸上得到0.1G的加速度，這意味著(zhù)傾斜角為arcsin（0.1）=5.7°。為了避免震動(dòng)和沖擊造成傾斜角計算錯誤，使用截止頻率為100Hz或更底的低通濾波器。簡(jiǎn)單的單極RC濾波器即可。

圖3 穩定的角度計算

計算兩角度之差，為誤差信號。它可以用來(lái)更正角度計算。這里定義了一個(gè)增益參數，k，決定著(zhù)有多少誤差信號用于更正角速度積分。最后將角速度原始積分與誤差信號（已乘增益）相加。該過(guò)程的輸出是一個(gè)角度值，短時(shí)間看角速度值起主導作用，但長(cháng)時(shí)間看是由加速度值來(lái)修正的。時(shí)間尺度由k值決定。

計算增益參數k值：在設定的時(shí)間內角速度傳感器計算得到的角度被重力計算的角度穩定修正。您應該選擇一個(gè)比預期測試更長(cháng)的時(shí)間常數。然后將它除于測量速率，就是k值了。例如，如果你選了一個(gè)5s的時(shí)間常數，而且角速度和加速度計的工作速率是200Hz。那么，k=5/200=0.025。

一旦得到穩定的傾角，就可以用它修正原始的加速度數據。這樣能得到沿任一軸的真實(shí)（運動(dòng)）加速度。請注意， 一旦傾斜，重力分量就會(huì )被x和y軸的加速度計測量。解決這一問(wèn)題的辦法之一是建立一個(gè)旋轉矩陣，根據已求取的傾斜角，將加速度矢量（x，y和z軸與車(chē)輛一致）旋轉到地面坐標系（對車(chē)輛坐標系進(jìn)行坐標變換）。在水平系統中，重力是完全豎直的，所以水平方向上x(chóng)，y軸得到的將是純運動(dòng)加速度，沒(méi)有重力分量。

最終結果是得到車(chē)輛運動(dòng)的完整描述，包括角速度，穩定的傾斜角度和糾正了的線(xiàn)性加速度。以上描述的實(shí)時(shí)系統可以使用固態(tài)傳感器實(shí)現。這構成了一個(gè)可靠，廉價(jià)的車(chē)輛運動(dòng)檢測系統。