当测试车辆时，人们通常需要测量车辆的动态运动和车辆相对于道路的倾角。我们可以通过加速度计获得车辆转弯、加速或制动的冲击，但侧面测试结果不准确，除非车辆在上述运动中保持水平。例如，你想用加速度计测量车辆的制动力，但车辆向前倾斜，测量结果中会有重力。
大多数倾斜传感器将重力方向作为参考方向。重力是一种加速度并不断变化（应随高度而变化）。当制动、加速和转弯时，车辆会产生加速度。然而，当倾斜测量时，我们只需要得到重力加速度；当测量车辆动力时，我们只想得到运动加速度。
当有运动加速度时，倾斜传感器会得到不准确的倾角。换句话说，当车辆倾斜时，只有加速度计才能得到准确的倾角。
陀螺仪通过测量车辆重心的旋转，有助于纠正车辆向前倾斜的不利影响。不幸的是，陀螺仪有自己的缺陷。它通过连续积分测量旋转速度，而不是旋转角度。当旋转速度的测量偏差时，得分后的角度会有很大的偏差。但是，您可以结合角速度值和加速度值来计算车辆动态运动的准确数据。角速度和加速度的缺点可以相互弥补。当我们有足够强的计算能力时，我们可以获得实时加速度和角度的准确值。
为了实现这一点，您需要测量沿三个轴的加速度和角度速度。因此，我们沿车身安装了三轴加速度计和与值应的三轴陀螺仪。见图1。如有可能，传感器应安装在车辆重心，以减少旋转加速度对测量的不利影响。
图1 车辆各轴上的传感器
用陀螺仪测量车辆绕给定轴的旋转。如果一直对角速度积分，将会得到角度关于时间的函数。例如，您可以使用陀螺仪跟踪沿X和X的车辆Y旋转轴，然后计算传感器信号积分俯仰角和滚动角。这是一个关于时间的函数。从加速度传感器信号中减去倾斜带来的重力重量，最终获得运动加速度。
要获得可靠的俯仰角和滚动角，您必须对角速度信号积分。因此，角速度信号的偏差会导致角度偏差，并随时间线性增加。此外，陀螺仪的随机噪声会导致计算角度的随机波动，使角度以与时间平方根成正比的速度漂移。这些影响将限制昂贵陀螺仪在几分钟以上测量时的应用。
幸运的是，我们可以利用陀螺仪短短时间内测量准确性的优点和加速度计的长时间稳定性来获得短时间稳定性和长时间稳定性的倾角。用陀螺仪测量短时间内角度变化，用加速度传感器作为倾角传感器测量倾角，迫使陀螺仪得到的倾角与加速度传感器得到的倾角慢慢匹配。
要执行这些操作，需要传感器和数据采集和处理设备。我们使用三轴加速度计和三轴陀螺仪。无论朝哪个方向，您都需要安装这些传感器，以测量车辆的完整运动。还可以添加一个温度传感器来补偿温度对加速度计和陀螺仪输出的影响。然后数字化传感器信号，并输入计算机或存储器。
您可以使用计算机计算获得的数据。但是，如果你想看到实时计算结果，你需要一个数字信号处理器(DSP)，作为信号采集设备之一。然后，用数据线将计算的角度数据、修正的加速度和角度信息传输到计算机。若发送二进制数据包，则工作在38.4K串行波特率RS-232数据线应超过200Hz传输速率。这比陀螺仪的带宽要快得多。
尽量将传感器安装在靠近车辆运动中心的地方。加速度计将测量侧旋转产生的离心力。请注意，我们使用加速度计来测量车辆重心的线性加速度，因此我们应该尽量减少旋转运动对加速度测量的耦合。
图2 测量车辆运动的硬件配置
图3显示了一个轴的算法。陀螺仪输出点的实时角度。用加速度计测量重力方向，推断倾斜角度。例如，如果在x轴上得到0.1G加速度意味着倾角为arcsin(0.1)=5.7°。为避免振动和冲击造成倾斜角计算错误，截止频率为100Hz或更底的低通滤波器。简单的单极RC滤波器。
图3 稳定计算稳定
计算两角度之差，为误差信号。它可以用来更正角度计算。这里定义了一个增益参数，k，它决定了有多少误差信号用于纠正角速度积分。最后，将角速度的原始积分添加到误差信号（已乘以增益）中。该过程的输出是一个角度值，在短时间内发挥主导作用，但在长时间内通过加速度值进行校正。时间尺度由K值决定。
计算增益参数k值：角速度传感器在设定时间内计算的角度被重力计算的角度稳定校正。您应该选择比预期测试更长的时间常数。然后除了测量速率，它是k值。例如，如果您选择5s角速度和加速度计的工作速率为200Hz。那么，k=5/200=0.025。
一旦得到稳定的倾角，就可以用它来修正原始的加速度数据。这样可以获得沿任何轴的真实(运动)加速度。请注意， 一旦倾斜，重力重量将被x和y测量轴的加速度计。解决这个问题的方法之一是建立一个旋转矩阵，根据所需的倾斜角加速度矢量(x，y与z轴与车辆一致)旋转到地面坐标系(改变车辆坐标系)。在水平系统中，重力完全垂直，因此水平方向x，y轴将获得纯运动加速度，无重力重量。
最终的结果是对车辆运动的完整描述，包括角速度、稳定的倾斜角度和纠正的线性加速度。固态传感器可以实现上述实时系统。这构成了一个可靠、廉价的车辆运动检测系统。