利用加速度計和陀螺儀測量車輛運動

圖3顯示了一個軸的算法。實時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，這意味著傾斜角為arcsin（0.1）=5.7°。為了避免震動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。簡單的單極RC濾波器即可。

圖3 穩(wěn)定的角度計算

計算兩角度之差，為誤差信號。它可以用來更正角度計算。這里定義了一個增益參數(shù)，k，決定著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。該過程的輸出是一個角度值，短時間看角速度值起主導作用，但長時間看是由加速度值來修正的。時間尺度由k值決定。

計算增益參數(shù)k值：在設(shè)定的時間內(nèi)角速度傳感器計算得到的角度被重力計算的角度穩(wěn)定修正。您應(yīng)該選擇一個比預(yù)期測試更長的時間常數(shù)。然后將它除于測量速率，就是k值了。例如，如果你選了一個5s的時間常數(shù)，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(wěn)定的傾角，就可以用它修正原始的加速度數(shù)據(jù)。這樣能得到沿任一軸的真實（運動）加速度。請注意， 一旦傾斜，重力分量就會被x和y軸的加速度計測量。解決這一問題的辦法之一是建立一個旋轉(zhuǎn)矩陣，根據(jù)已求取的傾斜角，將加速度矢量（x，y和z軸與車輛一致）旋轉(zhuǎn)到地面坐標系（對車輛坐標系進行坐標變換）。在水平系統(tǒng)中，重力是完全豎直的，所以水平方向上x，y軸得到的將是純運動加速度，沒有重力分量。

最終結(jié)果是得到車輛運動的完整描述，包括角速度，穩(wěn)定的傾斜角度和糾正了的線性加速度。以上描述的實時系統(tǒng)可以使用固態(tài)傳感器實現(xiàn)。這構(gòu)成了一個可靠，廉價的車輛運動檢測系統(tǒng)。