當(dāng)測試車輛時，人們常常需要測量車輛的動態(tài)運動以及車輛相對于道路的傾角。我們可以通過加速度計來獲得車輛轉(zhuǎn)彎、加速或者制動時產(chǎn)生的沖擊力，但是，除非車輛在進行上述運動時保持水平，否側(cè)測試結(jié)果是不準確的。比如，你想用加速度計測量車輛的制動力，但車輛是向前傾斜的，測量結(jié)果中就會有重力分量。

大多數(shù)傾斜傳感器把重力方向當(dāng)作參考方向。重力是一種加速度，并且不斷變化（應(yīng)該是隨高度變化吧）。制動、加速和轉(zhuǎn)彎時，車輛會產(chǎn)生加速度。然而當(dāng)進行傾斜測量時，我們只需要得到重力加速度；當(dāng)進行車輛動力測量時，卻又只想得到運動加速度。

有運動加速度時，傾斜傳感器將得到一個不準確的傾角。也就是說，在車輛傾斜時只通過加速度計將無法得到準確的傾角。

通過測量繞車輛重心的旋轉(zhuǎn)，陀螺儀有助于糾正車倆向前傾斜帶來的不利影響。不幸的是，陀螺儀有其自身的缺陷。它測量旋轉(zhuǎn)速度，不是旋轉(zhuǎn)角度，通過不斷積分得到角度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度的測量出現(xiàn)偏差，積分后所得的角度將會有很大的偏差。但是，你可以結(jié)合角速度值和加速度值，計算出車輛動態(tài)運動時的精確數(shù)據(jù)。角速度和加速度的缺點可以相互彌補。當(dāng)擁有足夠強的計算能力，我們就可以得到實時的加速度和角度的精確值。

要實現(xiàn)這一點，你需要測量沿三個軸的加速度和角速度。于是我們沿著車身安裝了三軸加速度計，和與值對應(yīng)的三軸陀螺儀。見圖1。如果可能，傳感器最好安裝在車輛重心，盡量減少旋轉(zhuǎn)加速度對測量帶來的不利影響。

圖1 車輛各軸上的傳感器

我們可以用陀螺儀測量車輛繞給定軸的旋轉(zhuǎn)。如果一直對角速度積分，將會得到角度關(guān)于時間的函數(shù)。例如，您可以使用陀螺儀來跟蹤車輛沿著X和Y軸的旋轉(zhuǎn)，然后對傳感器信號積分，計算出車輛俯仰角和翻滾角。這是一個關(guān)于時間的函數(shù)。根據(jù)這個計算得到的俯仰角和翻滾角，從加速度傳感器信號中減去由于傾斜帶來的重力分量，最終得到運動加速度。

要得到可靠的俯仰角和翻滾角，你必須對角速度信號積分。結(jié)果是，角速度信號的偏差，會造成角度的偏差，并且隨時間線性增加。此外，陀螺儀的隨機噪聲會導(dǎo)致計算角度的隨機波動，這種波動使得角度以與時間的平方根成正比的速度漂移。這些影響將限制昂貴的陀螺儀在超過幾分鐘測量時的應(yīng)用。

幸運的是，我們可以利用陀螺儀短時測量準確的優(yōu)勢和加速度計長時穩(wěn)定的特點，兩者結(jié)合，得到即能短時穩(wěn)定又能長時穩(wěn)定的傾角。用陀螺儀測量短時內(nèi)角度變化，把加速度傳感器當(dāng)做傾角傳感器測量傾角，并在一個長時間范圍內(nèi)，迫使陀螺儀得到的傾角慢慢匹配加速度傳感器得到的傾角。

要執(zhí)行這些操作，需要有傳感器，以及數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備。我們使用一個三軸加速度計和（三個）3軸陀螺儀。不管沿哪個方向，你都需要以能測量車輛完整運動的目的來安裝這些傳感器。還可以添加一個溫度傳感器，用其采集的數(shù)據(jù)補償溫度對加速度計和陀螺儀輸出的影響。然后將傳感器信號數(shù)字化，并輸入計算機或存儲器。

可以使用電腦對得到的數(shù)據(jù)進行計算。但是，如果想看到實時的計算結(jié)果，那得需要一臺數(shù)字信號處理器（DSP），作為信號采集設(shè)備之一。然后，將計算得到的角度數(shù)據(jù)、已修正的加速度和角速度信息用數(shù)據(jù)線傳送到電腦。如果發(fā)送的是二進制數(shù)據(jù)包，工作在38.4K波特率的串行RS-232數(shù)據(jù)線應(yīng)該滿足超過200Hz的傳輸速率。這大大快于陀螺儀的帶寬。

盡量把傳感器安裝在靠近車輛運動中心的地方。否側(cè)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將會被加速度計測量。請注意，我們使用加速度計只是測量車輛重心的線性加速度，所以要盡量減少旋轉(zhuǎn)運動對加速度測量的耦合。