車載姿態(tài)測量系統(tǒng)的開發(fā)

汽車運動狀態(tài)信息的測量和采集是汽車操縱穩(wěn)定性研究和設(shè)計的基本問題，也是實現(xiàn)汽車電子控制及輔助駕駛系統(tǒng)的必要條件。這就需要一種具有足夠精度和置信度的、快速的、操作簡便的和適用范圍廣的測量汽車運動狀態(tài)的方法[1]。本文研究設(shè)計了一種基于可編程邏輯陣列（FPGA）的捷聯(lián)式車載汽車姿態(tài)實時測量系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有體積小、使用方便、成本低廉等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由傳感器組模塊、數(shù)據(jù)采集卡、便攜式計算機、電源等組成，系統(tǒng)硬件如圖1所示。

1.1 微慣性測量單元（MIMU）

自主設(shè)計的微慣性測量單元。由2個ADXL203型雙向加速度計和3個ADXRS150型角速度陀螺組成，要求3個角速度陀螺安裝在3個正交平面上，其敏感軸相互垂直，組成測量體的三維坐標(biāo)系，2個雙向加速度計安裝在另外2個面上（剩下的1個面作為MIMU與汽車的安裝固定平面）。為了保證加速度計的敏感軸也組成三維坐標(biāo)系，要求測量垂向加速度的2個敏感軸相互平行（由于本MIMU在垂向測量了2次，因此在數(shù)據(jù)采集階段垂向加速度取兩者的均值）。

1.2 數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡是基于FPGA控制和USB2.0接口的采集卡，它可實時對6路模擬信號進(jìn)行不間斷的采集，輸入信號幅度范圍是0~5 V，AD轉(zhuǎn)換位數(shù)為16位，單通道采樣率為250 kS/s，所使用的USB傳輸方式為高速塊傳輸，應(yīng)用FPGA作為采集的控制單元，并采用USB總線供電，移動性好，內(nèi)置信號連接，可以滿足車載測量實時性和精準(zhǔn)性的需求[2]。圖2為該數(shù)據(jù)采集卡的組成框圖。

2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)采集軟件和數(shù)據(jù)處理軟件兩部分，其流程如圖3所示。本系統(tǒng)采用Visual Basic 2005語言編程實現(xiàn)，依次實現(xiàn)信號采集、初始信號濾波、姿態(tài)角解算、Kalman濾波融合、結(jié)果的顯示和存儲等功能。