摘要：為了得到汽車在行駛過程中的橫擺角速度與側向加速度，設計了基于ARM微控制器和ADIS16355傳感器的數據采集系統。介紹了該采集系統的工作原理和ADIS16355的SPI通信協議。采用實車實驗的方法得到了汽車的橫擺角速度與側向加速度，并且通過統計方法對采集到的數據進行了分析。選用卡爾曼濾波方法對采集的數據進行了濾波，成功地濾除了白噪聲，實驗證明得到的數據是可靠的。
關鍵詞：ADIS16355；數據采集系統；SPI；卡爾曼濾波

引言
汽車的二自由度橫擺角速度與側向加速度這兩個參數對汽車的穩定性分析具有重要作用，是汽車主動安全的重要組成部分，可以通過預測與實測兩種方式獲得。為了得到更真實的數據，本文設計了基于ARM微控制器和ADIS16355傳感器的數據采集系統，通過實車測試得到了汽車的橫擺角速度與側向加速度的數據，分析了干擾源，并且對數據采用卡爾曼濾波方法進行處理。

1 系統工作原理
ADIS16355傳感器裝在接近汽車的中心位置上(接近汽車的質心位置)，建立汽車的三維坐標系如圖1所示。

即相當于從控制器的從機選擇端，在通信過程中要使它一直保持低電平，處于有效狀態；然后，通過主控制器把需要采集信號的地址發送到從控制器中。SPI時序圖如圖4所示。

然而汽車運行中不可避免會受到其他因素的干擾，采集到的數據可能存在一定程度上的失真性，因此需要找出干擾源的類型，從而選擇適當的方法把雜波濾掉，得到相對準確的數據。為此設計汽車怠速與正常運行兩種模式。汽車在怠速狀態下，由于汽車是相對靜止狀態，理論上測到的汽車橫擺角速度與側向加速度為0，然而由于存在其他的干擾因素，因而實際測得的數據并不為0。通過對測試數據的分析可以得到干擾源的類型，從而根據干擾類型而設計出相應的濾波方式。下面分別就汽車的怠速模式與正常運行模式兩種運動方式具體分析。
3．1 汽車怠速模式
汽車怠速模式是指發動機處于啟動狀態，但是汽車處于停止不前的狀態，可以測得相應的數據。這里以汽車的橫擺角速度數據進行分析，取了2500個采樣點，利用數據的統計特性對數據分別求均值、協方差與功率譜密度，求得的均值為-7．7682e-005，近似為0。為了直觀，把采集到的源數據、協方差與功率譜密度通過MATLAB作圖的方式顯示出來，如圖6所示。

由圖可知，自相關函數只有在橫坐標為0時候才有取值，功率譜密度分布比較均勻，而且采集到的數據均值近似為0，這與高斯白噪聲的統汁特性相似，因而斷定干擾源類型為高斯白噪聲。
3．2 汽車正常運行模式
汽車正常運行模式是汽車勻速行駛在水平、下燥、水泥路面上，測得此時的汽車橫擺角速度與側向加速度。從傳感器采集到的數據不可避免地受到干擾源的影響，由上面給出的結論可知干擾源類型為白噪聲。卡爾曼濾波前的數據與濾波后的數據如圖7所示。卡爾曼濾波對白噪聲具有很好的濾波能力，它的濾波原理是最小均差原理，并且當前的數據只與前一個數據有關，數據存儲量小，有利于計算機求解，所以選用卡爾曼濾波方式對采集到的數據進行濾波，從而得到相對準確的數據。這里采集了10 000個數據點。

由圖7可以看到，通過卡爾曼濾波后，曲線更加平滑，有效地剔除了雜波，從而為控制系統提供更準確的數據。

結語
本文采用ARM微控制器和ADIS16355傳感器設計了一種數據采集系統，不但能夠采集汽車的橫擺角速度與側向加速度兩個參數，而且用卡爾曼濾波方式對采集到的數據濾掉了雜波，使得到的數據更為準確。經分析表明，該設計方案是可行的。這種數據采集系統在汽車主動安全方面有很好的應用價值，能為汽車穩定性分析供準確的數據。