商用車ESC傳感器多布置場景信號解析與驗證

黃河　李娜

【摘? 要】主要闡述基于三軸加速度傳感器的商用車ESC傳感器工作原理，對整車環(huán)境下ESC傳感器的多種布置場景進行分析，并根據各布置場景梳理傳感器信號解析的方案后完成實車測試驗證，為智能駕駛及線控底盤開發(fā)過程獲取整車姿態(tài)的需求提供一種解決方案。

【關鍵詞】三軸加速度傳感器；多布置場景；信號解析；測試驗證

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）09-0076-02

Signal Analysis and Verification of Commercial Vehicle ESC Sensor's Multi Layout Scenarios

HUANG He LI Na

（1. Dechuang Weilai Automotive Technology Co.，Ltd.，Xi'an 713700；

2. Shannxi Heavy-duty Automobile Co.，Ltd.，Xi'an 710200，China）

【Abstract】This paper describes the working principle of commercial vehicle ESC sensor based on triaxial accelerometer，and analyzes the multiple layout scenarios of ESC sensors in the vehicle installation environment. For each layout scenario，the sensor signal analysis scheme is sorted out and the verification based on real vehicle test is completed. It provides a solution for acquiring the vehicle attitude requirements during the development of intelligent driving or chassis by wire.

【Key words】triaxial accelerometer；multiple layout scenarios；signal analysis；test verification

作者簡介

黃河（1989—），男，碩士，工程師，主要從事汽車底盤控制系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)設計工作；李娜（1991—），女，主要從事新能源與智能駕駛業(yè)務戰(zhàn)略管理工作。

近年來，隨著汽車智能化及主動安全技術的高速發(fā)展，智能駕駛技術正逐步落地。線控底盤作為智能駕駛落地的重要支撐，其中線控制動、線控轉向以及線控驅動技術均需要獲取車輛姿態(tài)信息作為控制邏輯的感知輸入、執(zhí)行反饋及閉環(huán)驗證?？紤]整車尺寸及質心分布特性等因素，商用車通常采用分體式的ESC傳感器作為車輛姿態(tài)傳感器之一。本文梳理整車環(huán)境下分體式ESC傳感器多種布置場景及各場景下傳感器信號解析方案，并進行實車驗證。

1? 傳感器基本原理與實現(xiàn)

為了實時獲取車輛行駛過程中的橫向加速度、縱向加速度以及橫擺角速度等信號，目前車載ESC傳感器多基于三軸加速度傳感器進行測量。

從檢測原理的角度，壓阻式、壓電式、變電容式測量系統(tǒng)等均能夠實現(xiàn)加速度的測量[1]；從構造與實現(xiàn)的角度，商用車ESC傳感器可以分為表面微機械（0MM）加速度傳感器、微機械容積式硅加速度傳感器、壓電式加速度傳感器等[2]。傳感器敏感組件在工作過程中引起電阻、電壓或者電容值產生變化，而加速度信號正比于這些信號值變化[3]，再經過專用集成電路進一步處理，如放大、濾波和為輸出接口做準備。各類型傳感器特點如表1所示。

2? 多場景布置需求

商用車因整車尺寸相對較大，且滿載情況下整車質心縱向位置靠近鞍座（牽引車）或者貨箱質心（自卸車），因此ESC傳感器多采用分體式安裝方式。通常，為了使傳感器最大程度表達車輛動態(tài)運動姿態(tài)，傳感器需要被安裝在車架上且在滿載質心位置半徑500mm范圍內。如果需要安裝支架，安裝位置應有較高的剛度，安裝支架的厚度應不低于5mm。

為準確測量實車運動過程的橫擺角速度，通常ESC傳感器安裝時會要求一個指定的面朝上并水平安裝，如在傳感器本體上做“箭頭朝上”標識等。在滿足上述條件的安裝要求（質心位置半徑500mm范圍內、箭頭朝上）后，將默認安裝方式指定為傳感器本體插接件朝向車尾，在整車布置時考慮線束布置及周邊件的安裝布置需求，ESC傳感器還存在可繞Z軸（垂直方向）旋轉的3類變種安裝方式，如表2所示。

3? 信號解析方案

商用車ESC傳感器通過CAN接口輸出測量到的實時橫向加速度、縱向加速度以及橫擺角速度等信號，實時信號列表見表3所示。

對于表2所示的默認安裝方式A0，各信號正方向定義為：①橫向加速度，當車輛在垂直于車輛前進方向向右傾斜時（如車輛左轉），會產生一個正向的加速度信號，反之為負；②橫擺角速度，當車輛逆時針轉動時（如車輛左轉），會產生一個正偏航率信號，反之為負；③縱向加速度信號，當車輛正向停止在上坡（或水平加速）時，會產生一個正的縱向加速度信號，當車輛正向停止在下坡（或水平減速）時為負。由于表2梳理的4種安裝方式中安裝標定后初始位置不同，對橫擺角速度信號造成的影響被消除，橫擺角速度信號解析無差別，因此本文僅討論表2所示的各布置場景的橫向加速度信號和縱向角度信號。

信號解析時，[物理值]=[總線值]×[精度]+偏移量，因此相比A0狀態(tài)，A1場景下，由于縱向加速度信號的默認正方向與車輛前進方向相反，解析時需要將縱向加速度信號的偏移量和精度同時取反，同理橫向加速信號在解析時，也需要將偏移量和精度同時取反。

A2場景與A0、A1場景稍有不同，A2場景相對于A0場景傳感器繞Z軸逆時針旋轉了90°，這導致A2場景下傳感器默認的縱向加速度信息實際表征車輛的橫向加速度信息，而默認的橫向加速度信息則表征車輛的縱向加速度信息，信號解析時，第1步需要將橫縱向加速度2個信號的信號位置互換；第2步則需要考慮橫縱向加速度信號的正方向因素，調整各信號的偏移量和精度值（系數(shù)）。A3場景相對于A2場景，則與A1場景相對于A0場景情況類似。

綜上，各布置場景下的信號解析方案梳理如表4所示。

4? 實車驗證分析

為驗證上述信號解析方案，設計如圖1所示的支架安裝于某牽引車整車質心位置，并將4個ESC傳感器分別安裝在A0、A1、A2、A3場景中，逐一進行安裝標定后再進行實車測試。實車測試場景覆蓋直線行駛（靜止+加速+勻速+減速+停車）、彎道行駛（連續(xù)左轉彎、連續(xù)右轉彎）、坡道行駛（上坡坡道靜止+起步+加速+勻速+減速+停車、下坡坡道靜止+起步+加速+勻速+減速+停車）等工況[3]。

按照上述信號解析方案編制信號解析文件，針對上述各場景實車信號繪制信號曲線，如圖2所示。

數(shù)據顯示，各布置場景下ESC傳感器橫縱向加速度信號、橫擺角速度信號變化趨勢完全一致，信號值也非常接近，個別測試場景中信號值有微小差異的可能原因為傳感器安裝位置不完全相同，且各信號值與實車姿態(tài)基本一致。上述信號解析方案實車驗證通過。

5? 總結

本文闡述了基于三軸加速度傳感器的商用車ESC傳感器工作原理，分析了整車環(huán)境下ESC傳感器多種布置場景，針對各布置場景梳理了傳感器信號解析的方案，并實車測試驗證通過。本文闡述的信號解析思路和實車測試驗證方案為智能駕駛及線控底盤開發(fā)過程獲取整車姿態(tài)的需求提供了一種參考，希望對相關從業(yè)人員有一定幫助。

參考文獻：

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[2] 王利雙. ESC慣性測量單元的研究與開發(fā)[D]． 秦皇島：燕山大學，2014.

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[4] 彭邦煌，劉梓曼，劉倡廉. 基于雙軸加速度的車輛坡度優(yōu)化算法研究[J]． 汽車電器，2022（6）：34-37.

（編輯? 凌? 波）