商用车ESC传感器多布置场景信号解析与验证

黄河　李娜

【摘  要】主要阐述基于三轴加速度传感器的商用车ESC传感器工作原理，对整车环境下ESC传感器的多种布置场景进行分析，并根据各布置场景梳理传感器信号解析的方案后完成实车测试验证，为智能驾驶及线控底盘开发过程获取整车姿态的需求提供一种解决方案。

【关键词】三轴加速度传感器；多布置场景；信号解析；测试验证

中图分类号：U463.6    文献标志码：A    文章编号：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

作者简介

黄河（1989—），男，硕士，工程师，主要从事汽车底盘控制系统、智能驾驶系统设计工作；李娜（1991—），女，主要从事新能源与智能驾驶业务战略管理工作。

近年来，随着汽车智能化及主动安全技术的高速发展，智能驾驶技术正逐步落地。线控底盘作为智能驾驶落地的重要支撑，其中线控制动、线控转向以及线控驱动技术均需要获取车辆姿态信息作为控制逻辑的感知输入、执行反馈及闭环验证。考虑整车尺寸及质心分布特性等因素，商用车通常采用分体式的ESC传感器作为车辆姿态传感器之一。本文梳理整车环境下分体式ESC传感器多种布置场景及各场景下传感器信号解析方案，并进行实车验证。

1  传感器基本原理与实现

为了实时获取车辆行驶过程中的横向加速度、纵向加速度以及横摆角速度等信号，目前车载ESC传感器多基于三轴加速度传感器进行测量。

从检测原理的角度，压阻式、压电式、变电容式测量系统等均能够实现加速度的測量[1]；从构造与实现的角度，商用车ESC传感器可以分为表面微机械（0MM）加速度传感器、微机械容积式硅加速度传感器、压电式加速度传感器等[2]。传感器敏感组件在工作过程中引起电阻、电压或者电容值产生变化，而加速度信号正比于这些信号值变化[3]，再经过专用集成电路进一步处理，如放大、滤波和为输出接口做准备。各类型传感器特点如表1所示。

2  多场景布置需求

商用车因整车尺寸相对较大，且满载情况下整车质心纵向位置靠近鞍座（牵引车）或者货箱质心（自卸车），因此ESC传感器多采用分体式安装方式。通常，为了使传感器最大程度表达车辆动态运动姿态，传感器需要被安装在车架上且在满载质心位置半径500mm范围内。如果需要安装支架，安装位置应有较高的刚度，安装支架的厚度应不低于5mm。

为准确测量实车运动过程的横摆角速度，通常ESC传感器安装时会要求一个指定的面朝上并水平安装，如在传感器本体上做“箭头朝上”标识等。在满足上述条件的安装要求（质心位置半径500mm范围内、箭头朝上）后，将默认安装方式指定为传感器本体插接件朝向车尾，在整车布置时考虑线束布置及周边件的安装布置需求，ESC传感器还存在可绕Z轴（垂直方向）旋转的3类变种安装方式，如表2所示。

3  信号解析方案

商用车ESC传感器通过CAN接口输出测量到的实时横向加速度、纵向加速度以及横摆角速度等信号，实时信号列表见表3所示。

对于表2所示的默认安装方式A0，各信号正方向定义为：①横向加速度，当车辆在垂直于车辆前进方向向右倾斜时（如车辆左转），会产生一个正向的加速度信号，反之为负；②横摆角速度，当车辆逆时针转动时（如车辆左转），会产生一个正偏航率信号，反之为负；③纵向加速度信号，当车辆正向停止在上坡（或水平加速）时，会产生一个正的纵向加速度信号，当车辆正向停止在下坡（或水平减速）时为负。由于表2梳理的4种安装方式中安装标定后初始位置不同，对横摆角速度信号造成的影响被消除，横摆角速度信号解析无差别，因此本文仅讨论表2所示的各布置场景的横向加速度信号和纵向角度信号。

信号解析时，[物理值]=[总线值]×[精度]+偏移量，因此相比A0状态，A1场景下，由于纵向加速度信号的默认正方向与车辆前进方向相反，解析时需要将纵向加速度信号的偏移量和精度同时取反，同理横向加速信号在解析时，也需要将偏移量和精度同时取反。

A2场景与A0、A1场景稍有不同，A2场景相对于A0场景传感器绕Z轴逆时针旋转了90°，这导致A2场景下传感器默认的纵向加速度信息实际表征车辆的横向加速度信息，而默认的横向加速度信息则表征车辆的纵向加速度信息，信号解析时，第1步需要将横纵向加速度2个信号的信号位置互换；第2步则需要考虑横纵向加速度信号的正方向因素，调整各信号的偏移量和精度值（系数）。A3场景相对于A2场景，则与A1场景相对于A0场景情况类似。

综上，各布置场景下的信号解析方案梳理如表4所示。

4  实车验证分析

为验证上述信号解析方案，设计如图1所示的支架安装于某牵引车整车质心位置，并将4个ESC传感器分别安装在A0、A1、A2、A3场景中，逐一进行安装标定后再进行实车测试。实车测试场景覆盖直线行驶（静止+加速+匀速+减速+停车）、弯道行驶（连续左转弯、连续右转弯）、坡道行驶（上坡坡道静止+起步+加速+匀速+减速+停车、下坡坡道静止+起步+加速+匀速+减速+停车）等工况[3]。

按照上述信号解析方案编制信号解析文件，针对上述各场景实车信号绘制信号曲线，如图2所示。

数据显示，各布置场景下ESC传感器横纵向加速度信号、横摆角速度信号变化趋势完全一致，信号值也非常接近，个别测试场景中信号值有微小差异的可能原因为传感器安装位置不完全相同，且各信号值与实车姿态基本一致。上述信号解析方案实车验证通过。

5  总结

本文闡述了基于三轴加速度传感器的商用车ESC传感器工作原理，分析了整车环境下ESC传感器多种布置场景，针对各布置场景梳理了传感器信号解析的方案，并实车测试验证通过。本文阐述的信号解析思路和实车测试验证方案为智能驾驶及线控底盘开发过程获取整车姿态的需求提供了一种参考，希望对相关从业人员有一定帮助。

参考文献：

[1] [德]康拉德·莱夫． BOSCH汽车电气与电子（中文第2版）[M]． 北京：北京理工大学出版社，2014．

[2] 王利双. ESC惯性测量单元的研究与开发[D]． 秦皇岛：燕山大学，2014.

[3] 程菲. 基于三轴加速度的奶牛采食行为监测与分析方法研究[D]． 哈尔滨：东北农业大学，2021.

[4] 彭邦煌，刘梓曼，刘倡廉. 基于双轴加速度的车辆坡度优化算法研究[J]． 汽车电器，2022（6）：34-37.

（编辑  凌  波）