ADXL202双轴加速度计在导航系统中有重要的作用

过去十年来，使用全球定位系统（GPS）的车辆导航越来越受到关注; GPS导航经常安装在当今的高端豪华车和许多商用车中。由于它们依赖于来自卫星的高频无线电信号，具有GPS导航系统的车辆可能会进入短时间内丢失GPS信号的情况。通过适当的算法，GPS可以与其他课程绘图技术集成，为用户提供持续准确的导航信息。

死亡（演绎）推算是车辆中广泛使用的一种方法导航。它利用三个不同的输入来预测位置：一组起始坐标，行程的方向以及行进速度。由于其相对定位方案，其准确性有限;绝对位置误差与行进距离成比例增长。非GPS车辆导航的其他方法包括地图匹配，惯性导航和Delta A测量。 地图匹配基于这样的原则：如果您在道路附近旅行或与其平行，那么您很可能确实在那条路上（在人口稠密的地区可能无法正常工作）。 惯性导航依靠加速度计来获取速度作为加速度的积分。在 Delta A测量中，随后从接收器恢复的GPS信号与来自非GPS系统的输入相关。该方法可以校正加速度计的不准确性，例如噪声和零 - g 在温度/时间上的偏移。这些技术中的一种以上可以与GPS结合使用，以更准确地显示位置。

虽然使用汽车安装的速度表会有所帮助，但也会出现一些困难。通常，速度表信息不可用，因为它不会被引出到发动机/ ABS /稳定性控制计算机之外的系统。因为在许多情况下它被认为是“安全关键”，所以速度表输出不会连接到任何可能导致总线下降的地方。此外，GPS系统通常由第三方建造，他们可能想要建立具有广泛潜在市场的通用产品。在这种应用中，ADXL202双轴加速度计可用于为导航系统开发准确的速度估算。数字罗盘或陀螺仪与加速度计一起使用以确定行进的近似方向。然后由导航系统（结合上述其他方法）转换信息，以确定相对于信号丢失点的位置。

此处描述的用于确定速度的方法使用加速度计来感测前轮和后轮在道路中遇到碰撞时的时间间隔（在直线前进时）。无论是在当地道路还是在高速公路上行驶，道路上总会存在不完美之处。这些瑕疵转化为汽车轮子立即感觉到的颠簸和颠簸，最终由乘客感知到。为了通过感测这些凸起来跟踪速度，使用加速度计来识别它们的大小和时间。因此，对于具有给定轴距（W）的汽车，两个车轴遇到碰撞的间隔（T 1 ）可用于计算汽车行驶的速度，使用以下等式:(见图1）。

速度 [mi / hr] =（ W [ft] / T 1 [s]）*（3600 s / hr）/（5280 ft / mi）。
速度 [km / hr] =（ W [m] / T 1 [s]）*（3600 s / hr）/（1000 m / km）。

样本数据日志
M xx =凸起的大小（占空比％）
t xx =瞬间凸起时间（秒）
T x =两个相关凸起之间的持续时间（秒）
S 0 =上一个有效速度（mph）
S 1 =当前计算速度（mph）

当在本地道路上的典型驾驶中记录数据以开发实验信息时，加速度计不容易区分汽车悬架系统中的弹跳和振动以及由于不规则引起的尖峰对。马路。因此，需要过滤系统来隔离凸块。 ADXL202EB-232评估板具有内部软件，可通过低通滤波对数据进行平滑处理。这提供了更好的机会识别道路颠簸并在计算中使用它们。该问题已经解决，出现了相关问题 - 例如，如果存在两个相距小于车长的类似凸起，则难以在短时间内对车辆经历的四个总凸起有所了解。因此有必要提出一种算法，将数据点干净地转换为有效的速度计读数。

如果加速度计放置在轴之间的中间位置，X轴平行于地球表面并直接向前瞄准并且Y轴垂直于地球表面，由前轮和后轮产生的碰撞脉冲的大小大致相等（取决于车辆的悬架系统）。为了识别凸块对，有必要进行幅度比较以匹配源自前轴和后轴的凸块。同时，必须将当前列表速度与最后有效速度进行比较，以确定当前计算的速度是否可行。例如，如果车辆在大约一秒钟前以25英里/小时的速度行驶，那么目前的速度极不可能达到45英里/小时或更高。因此，通过使用时序和速度比较，任何无意义的输出都将被合理化或忽略。

数据分析。 ADXL202的数字输出是占空比调制的;准时与加速度成正比。 50％占空比（方波输出）代表标称0-g加速度;比例因子是每克加速度±12.5％的占空比变化。这些标称值受器件初始容差的影响，包括零g偏移误差和灵敏度误差。

在此处描述的应用中，50％占空比输出对应于完全平稳的行驶 - 无加速度计检测到的碰撞或振动。通常，由于其悬架动力学，车辆在较低速度下对颠簸更敏感。因此，对于较低的速度，需要对凸块的大小（M xx ）的灵敏度较低，并且阈值水平可以更高。小于阈值水平的幅度将被视为无效数据，而高于阈值（有效幅度）的幅度将传递到下一个过滤阶段。

下一个目的阶段是阻止由两个相邻的凸起所暗示的不可行的速度，这两个凸起比车辆的轴距更靠近。为了解决这个问题，如果S 1 （定义如下）与S0相比超出20 mph / s的一般加速度限制，则该组数据无效。但是，通过配对第一个和第三个凸起以及第二个和第四个凸起（图2），可以将四个凸起的配置转换为合法的速度。

答：M 01 = 52.41％，t 01 = 135.862s
B：M 11 = 52.15％，t 11 = 135.938s
C：M02 = 53.08％，t 02 = 136.179s
D：M 12 = 51.66％，t12 = 136.242s

图2显示了ADXL202EB在以20英里/小时的恒定速度行驶的汽车中记录的最新数据。乍一看，似乎A和B是两个相关的凸起，以及C和D.但是，t 11 - t 01 = 0.076秒，这意味着速度约为81英里/小时。这将使用Delta A测量方法与最后的有效速度进行比较，并且将否定A＆amp; A的相关性。 B.然后A和C配对：t 02 - t 01 = 0.317秒，B和D（0.304 s）也是如此，它们分别转化为约19.4。英里每小时和20.2英里每小时。从等式1和9英尺的轴距，T x 20英里/小时等于0.307秒。这里的结果分别显示了3.2％和1％的差异。

这个简单的解决方案处理最常见的错误读数来源。但当然还有许多其他凸点配置可能导致错误的速度读数。其中许多可以通过越来越聪明的算法和信号调节来处理，但最后，必须意识到这个计算是系统的一部分，以替代临时 GPS信号丢失，旨在在短时间内保持合理的准确性。

哪个轴？可以考虑使用X轴或Y轴（或两者）来加速数据来测量道路上的颠簸。 Y-（垂直）轴测量实际幅度，经过修改 - 经常混淆 - 由汽车的悬架系统动力学，而X轴测量前后加速度分量（加速度计横轴）的幅度为汽车越过颠簸。

第一种方法（图3）测量Y轴加速度（垂直于地球表面）。在无碰撞情况下，测量值为1 g，由地球的静态重力确定。这个标称62.5％的输出（50％+ 12.5％/ g）可以偏移到读数50％，作为正或负垂直偏转力的起点。

第二种方法（见图2）使用X轴（平行于地球表面）来测量前后加速度。在无碰撞情况下，测量值为0 g。由于汽车的运动受到碰撞的影响，而加速度计会加速Y轴加速度峰值，并被汽车的悬架系统强烈过滤。与此同时，由于凸起（以及加速度计的横轴灵敏度）引起的前后运动，X轴也可以获得较小但“更干净”的加速度尖峰的前向分量。在试运行期间，后一种方法（图2）给出了更好的结果。

此方法有助于滤除不需要的噪音。此外，在图3中可以看到，在撞击凸起时，加速度的垂直分量倾向于显示相当低的阻尼系数。依靠前后运动可以克服这些并发症。