本文旨在探討如何用組合器件一類(lèi)的加速度計(jì)提高傾角測(cè)量的精度。在乘用車(chē)上，電動(dòng)駐車(chē)制動(dòng)器(EPB)被用于使汽車(chē)在平坦的分級(jí)道路上保持靜止。這是通過(guò)用一個(gè)單軸或雙軸加速度計(jì)測(cè)量?jī)A角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般做法是將一個(gè)X軸/Y軸或Z軸低g加速度計(jì)裝在EPB控制單元中一個(gè)專(zhuān)門(mén)的模塊中。

現(xiàn)在，越來(lái)越多的汽車(chē)配有ESC（電子穩(wěn)定控制）功能，在單個(gè)芯片中集成了組合式低g加速度計(jì)和陀螺儀。這樣做是為了防止汽車(chē)側(cè)滑和翻車(chē)；如今，ESC功能已經(jīng)成為世界各國(guó)或地區(qū)法律的強(qiáng)制要求。如果通過(guò)組合器件（單芯片、組合式加速度計(jì)和陀螺儀）實(shí)現(xiàn)傾角測(cè)量，則不必在車(chē)上安裝一個(gè)獨(dú)立的EPB模塊，結(jié)果可以大幅降低汽車(chē)的成本。由于組合器件通常用于ESC，所以并未針對(duì)傾角檢測(cè)優(yōu)化，并且通過(guò)組合器件測(cè)量?jī)A角時(shí)，測(cè)量精度有時(shí)無(wú)法達(dá)到要求。由于組合器件是XY軸或XYZ軸，所以通常用X軸進(jìn)行傾角測(cè)量，EPB模塊中的部分傳統(tǒng)型低-g加速度計(jì)使用的是Z軸，因?yàn)樗谴怪卑惭b在發(fā)動(dòng)機(jī)艙里的。檢測(cè)軸應(yīng)該與重力垂直，才能取得更高的精度——我們稍后會(huì)討論這一點(diǎn)。

圖1. X軸和Z軸加速度計(jì)的安裝示意圖。

對(duì)于汽車(chē)中的傾角測(cè)量，評(píng)估精度是非常重要的。不妨想像，您的車(chē)停在絕對(duì)平坦的地面，因此，加速度計(jì)計(jì)算的傾角應(yīng)該是0°。如果您的車(chē)停在斜坡上，就應(yīng)該精確地檢測(cè)出傾角，以便正確地激活剎車(chē)系統(tǒng)。

因此

其中：

AOUT 為加速度計(jì)的輸出，單位為g。

θ 為斜坡的傾角，單位為度。

圖3. sin θ對(duì)θ隨θ增大而下降的靈敏度。

由于sin θ是一個(gè)非線性函數(shù)，所以，AOUT與θ之間的關(guān)系是非線性 的，在接近零時(shí)其線性度處于最佳狀態(tài)，即其此時(shí)具有最佳的測(cè)量精度。隨著θ的增大，測(cè)量精度下降。這正是檢測(cè)軸應(yīng)與重力垂直的原因，因?yàn)榈缆菲露葘⒔咏?/span>

對(duì)于汽車(chē)傾角測(cè)量，不必在全斜坡坡度的條件下考慮系統(tǒng)?，F(xiàn)實(shí)世界中，道路上的絕大多數(shù)斜坡坡度不會(huì)超過(guò)30°。我們只需要分析在±30°的范圍內(nèi)分析貢獻(xiàn)因素的精度即可。

影響系統(tǒng)級(jí)測(cè)量精度的貢獻(xiàn)因素有多個(gè)：

靈敏度誤差和初始絕對(duì)失調(diào)

非線性度

與初始絕對(duì)失調(diào)的總失調(diào)變化

噪聲

靈敏度誤差和初始絕對(duì)失調(diào)

靈敏度誤差

靈敏度是對(duì)輸入-輸出測(cè)得的傳遞函數(shù)的斜率，通常為+1g和–1g。靈敏度誤差為器件間的靈敏度偏差。例如，有些加速度計(jì)的最大靈敏度為3%。