車載緊急呼叫系統(tǒng)整車觸發(fā)特性關(guān)鍵測試技術(shù)和方法研究

張起朋, 楊 楠, 吳飛燕

（中汽研汽車檢驗中心（天津） 有限公司， 天津 300300）

1 引言

自2000年以來，我國每年約有10萬人死于交通事故，平均每天有近300人死于交通事故，致死率高達17%。據(jù)歐盟國家統(tǒng)計，由于交通事故產(chǎn)生的損失每年將近達到2000億歐元［1-2］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，交通事故重傷者在30min內(nèi)獲救，其生存率為80%；在90min內(nèi)獲救，其生存率僅為10%。而我國交通事故死亡者中大約40%為當場死亡，60%死于送往醫(yī)院途中或在醫(yī)院中死亡［3］。因此，在道路交通事故發(fā)生后，如果救援人員能在最短時間內(nèi)趕赴現(xiàn)場進行救援，能有效降低事故的傷亡率和致死率。

因此，歐盟和俄羅斯等國家和地區(qū)，歷經(jīng)多年致力于研究應(yīng)對交通事故的緊急救援系統(tǒng)，并先后建立了各自的車載緊急呼叫系統(tǒng)體系。車載緊急呼叫系統(tǒng)在車輛發(fā)生事故或者緊急情況后，能夠在第一時間將車輛位置、車輛信息等重要事故信息發(fā)送到公共安全應(yīng)答點（PSAP），并通過將事故車輛與PSAP建立語音通話連接，獲取更多事故的直接信息，從而使得救援人員能夠在最短時間內(nèi)趕到現(xiàn)場，從而降低交通事故的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

歐盟法規(guī)規(guī)定，于2018年3月31日后上市的M1類和N1類車輛，必須配備車載eCall系統(tǒng)并通過規(guī)定的零部件及整車強制性認證。俄羅斯聯(lián)邦規(guī)定，自2017年1月1日起，所有在俄羅斯市場銷售的新車型，必須按照相應(yīng)法規(guī)規(guī)定，強制安裝ERA-GLONASS緊急呼叫系統(tǒng)，并通過相應(yīng)的零部件及整車強制性認證。中國目前也正在加緊推進國家強制性標準的制定，預計3-5年強制實行。

歐盟和俄羅斯的法規(guī)，都對車載緊急呼叫系統(tǒng)的零部件和整車性能提出了相應(yīng)的要求，其中整車觸發(fā)特性作為認證流程的最后一項測試，是認證中最為重要的實車測試，也是最貼近消費者實際駕駛的測試。由此可見，整車觸發(fā)特性測試是車載緊急呼叫系統(tǒng)測試的核心之一。因此，亟需建立一套完備的針對車載緊急呼叫系統(tǒng)整車觸發(fā)特性測試的方法。

2 概述

2.1 車載緊急呼叫系統(tǒng)組成

2.1.1 系統(tǒng)組成

車載緊急呼叫系統(tǒng)是一套完整的車載電子系統(tǒng)，主要包括以下功能模塊，如圖1所示。

圖1 車載緊急呼叫系統(tǒng)組成框圖

1） 通信模塊，包含射頻單元及射頻天線。其主要作用是與公共安全應(yīng)答點 （PSAP） 進行通信，通信鏈路使用移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

2） MSD （Minimum Data Set，最小數(shù)據(jù)集） 數(shù)據(jù)處理模塊，主要包括MSD數(shù)據(jù)處理單元、調(diào)制解調(diào)器和音頻編譯碼器。該模塊的主要作用是將GNSS信息、車輛相關(guān)信息及觸發(fā)信息等進行封裝處理，打包成MSD消息并通過音頻通路將MSD通過通信模塊發(fā)送到PSAP。

3） 音頻設(shè)備，主要包括麥克風和揚聲器。主要作用是，與PSAP進行音頻通話，獲取更多事故信息。

4） 微控制器 （MCU） 及觸發(fā)單元。其主要作用為，實時監(jiān)控車載緊急呼叫系統(tǒng)觸發(fā)信號，其中觸發(fā)信號包含手動按鈕觸發(fā)信號和傳感器自動觸發(fā)信號。一旦有觸發(fā)信號輸入，立刻啟動車載緊急呼叫系統(tǒng)。

5） 導航定位模塊，包含GNSS接收機及GNSS天線。其作用為，實時接收GNSS信息，獲取車輛最新的實時地理位置信息。

2.1.2 工作流程

車載緊急呼叫系統(tǒng)的基本工作原理如圖2所示。當車輛發(fā)生事故或緊急狀況后，可以通過手動觸發(fā)或傳感器自動觸發(fā)的方式觸發(fā)車載緊急呼叫系統(tǒng)。車載緊急呼叫系統(tǒng)觸發(fā)啟動后，MSD數(shù)據(jù)處理單元會將車輛位置、事故時間等信息進行打包封裝成MSD消息，經(jīng)編碼后通過音頻通道將MSD發(fā)送至通信單元，然后通過射頻天線將MSD通過移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至PSAP。隨后，音頻編譯碼器將內(nèi)部通道切換至音頻設(shè)備（麥克風和揚聲器），此時，車載緊急呼叫系統(tǒng)與PSAP建立語音通話連接。PSAP通過解析MSD中的事故信息，并通過音頻通話獲取的詳細信息來啟動相應(yīng)的救援機制，第一時間派遣救護人員和車輛到現(xiàn)場實施救援。

圖2 車載緊急呼叫系統(tǒng)工作原理示意圖

由此可見，車載緊急呼叫系統(tǒng)能夠大大縮短事故發(fā)生時刻到排出救援人員的間隔時刻，為事故傷亡人員爭取最寶貴的搶救時間。

2.2 整車觸發(fā)特性測試方法概述

根據(jù)歐盟和俄羅斯的車載緊急呼叫系統(tǒng)整車測試要求，車載緊急呼叫系統(tǒng)整車觸發(fā)特性應(yīng)滿足以下要求。

1） 車輛發(fā)生碰撞 （正碰或側(cè)碰） 后，應(yīng)能夠觸發(fā)車載緊急呼叫系統(tǒng)，發(fā)送MSD到PSAP。

2） 車輛發(fā)生碰撞 （正碰或側(cè)碰） 后，車載緊急呼叫系統(tǒng)應(yīng)能同PSAP建立雙向語音通話，且雙向語音通話應(yīng)清晰可懂。

3） 事故車輛發(fā)送的MSD中需包含標準規(guī)定的數(shù)據(jù)域（例如車輛位置信息、事故時間、車型等信息），且車輛位置信息的定位誤差需滿足標準規(guī)定的要求。

針對上述的標準要求，通常的測試方法是采用模擬PSAP平臺進行測試，使用模擬移動網(wǎng)絡(luò)代替真實移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使用模擬PSAP平臺軟件對MSD信號進行解析，使用模擬音頻卡實現(xiàn)和待測車輛的雙向語音通話測試。由于該試驗通常需要碰撞試驗室結(jié)合碰撞試驗共同進行，而碰撞試驗室通常為非屏蔽電磁環(huán)境,且外界電磁環(huán)境復雜，試驗中需要確保外界的電磁環(huán)境對本試驗無干擾。同時，碰撞試驗中待測車輛需在運動過程中始終保持與模擬PSAP平臺保持無線信號連接，由于模擬PSAP與待測車輛的無線信號連接在測試過程中存在很大的風險，因此除測試系統(tǒng)外同樣需要一套完整的信號監(jiān)測系統(tǒng)對測試現(xiàn)場進行實時監(jiān)控。

3 整車觸發(fā)特性測試技術(shù)和測試方法

3.1 模擬PSAP測試系統(tǒng)

如圖3所示，模擬PSAP測試系統(tǒng)主要包括模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號源、信號放大器、PSAP測試軟件、測試話筒終端和射頻天線［4］。模擬測試系統(tǒng)的主要作用為：①模擬PSAP平臺，可對收發(fā)的MSD信號進行解析并可與待測車載緊急呼叫系統(tǒng)進行語音通話；②模擬移動網(wǎng)絡(luò)，使移動網(wǎng)絡(luò)信號能夠覆蓋碰撞試驗室測試區(qū)域。圖4為模擬PSAP平臺測試軟件。

圖3 模擬PSAP測試系統(tǒng)原理圖

圖4 模擬PSAP平臺測試軟件

3.2 信號監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1 無線信號檢測系統(tǒng)

為了確保模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號能夠覆蓋碰撞試驗室的試驗區(qū)域，使用無線信號檢測系統(tǒng)對測試場地無線信號進行試驗前的檢測和試驗中的實時檢測。該系統(tǒng)主要使用掃頻儀和掃頻天線等設(shè)備，可以對模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號及外界蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號進行實時監(jiān)測。為了保證試驗過程中模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號連接的穩(wěn)定性，調(diào)整模擬移動網(wǎng)絡(luò)的信號強度使其始終大于外界蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號強度，同時，在整個試驗過程中，實時監(jiān)測碰撞點的信號強度，確保其處于穩(wěn)定發(fā)射狀態(tài)。

3.2.2 觸發(fā)信號檢測系統(tǒng)

為了檢測車輛碰撞后，車載緊急呼叫系統(tǒng)是否觸發(fā)，使用觸發(fā)信號檢測系統(tǒng)對碰撞后的觸發(fā)信號進行檢測。該系統(tǒng)主要使用頻譜儀等設(shè)備對模擬移動網(wǎng)絡(luò)的通信信號進行檢測，如果在該通信頻段上有通話建立，則在功率譜上的對應(yīng)頻段會有相應(yīng)的脈沖尖峰。

3.2.3 GNSS信號檢測系統(tǒng)

由于試驗通常是在室內(nèi)進行，因此在試驗前需要對試驗場地的GNSS信號進行檢測，以保證試驗場地GNSS信號處于良好的可定位狀態(tài)。因此，在試驗前采用高精度的GNSS信號檢測系統(tǒng)對現(xiàn)場信號進行檢測，確保外界GNSS信號處于良好的可定位狀態(tài)。與此同時，需要在試驗中對現(xiàn)場GNSS信號實時檢測，保證現(xiàn)場信號處于穩(wěn)定狀態(tài)。該系統(tǒng)采用高精度的GNSS接收機等設(shè)備進行定位，通過軟件可對定位信息進行保存。

4 整車觸發(fā)特性試驗方法驗證

歐盟和俄羅斯的車載緊急呼叫系統(tǒng)整車測試的碰撞形式有正碰和側(cè)碰，由于側(cè)碰試驗中待測車輛是處于固定的位置處，而正碰試驗中待測車輛需要從正碰跑道起始點通過牽引裝置以一定的速度進行碰撞。正碰觸發(fā)試驗中需要待測車輛在運動過程中始終保持與模擬PSAP平臺保持無線信號連接，由此可見正碰觸發(fā)試驗對于信號連接的可靠性要求更高。因此，本文以正碰觸發(fā)試驗為例進行方法驗證。

4.1 正碰試驗前準備

試驗前需確?，F(xiàn)場信號滿足試驗要求，需檢查試驗區(qū)域模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號和外界GNSS衛(wèi)星信號的覆蓋情況。

首先檢查模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋情況。由于正碰試驗需要車輛在運動過程中始終保持車載緊急呼叫系統(tǒng)與模擬PSAP平臺保持信號連接，因此使用無線信號檢測系統(tǒng)檢測正碰跑道和碰撞點的信號強度，是模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號強度在整個試驗過程中始終高于外界蜂窩網(wǎng)信號強度。同時實時檢測模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號的強度，確保其在整個試驗過程中處于穩(wěn)定的發(fā)射狀態(tài)，不會出現(xiàn)中斷或者信號突變的情況。檢測結(jié)果如圖5所示。

圖5 碰撞點模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號強度 （模擬小區(qū)號： 26201）

同時，需要保證現(xiàn)場GNSS衛(wèi)星信號處于良好的覆蓋狀態(tài)，對于接收機來說可以實現(xiàn)實時定位。試驗前，使用GNSS信號檢測系統(tǒng)檢測現(xiàn)場GNSS信號持續(xù)一段時間，確認GNSS接收機可實現(xiàn)穩(wěn)定的定位。檢測結(jié)果如圖6所示。

圖6 碰撞點GNSS信號狀態(tài)

4.2 正碰觸發(fā)特性試驗及試驗結(jié)果

待現(xiàn)場模擬移動網(wǎng)絡(luò)信號和GNSS信號確認可以滿足試驗要求后，首先通過手動觸發(fā)測試驗證模擬PSAP系統(tǒng)可以接收待測車輛發(fā)送的MSD以及可以完成于待測車輛的雙向語音通話。

待測車輛的手動觸發(fā)功能確認正常后，開始車輛的碰撞試驗。車輛碰撞后，通過觸發(fā)信號檢測系統(tǒng)檢測是否收到觸發(fā)信號。檢測結(jié)果如圖7所示。

圖7 緊急呼叫系統(tǒng)觸發(fā)信號檢測結(jié)果

同時，通過模擬PSAP測試軟件查看收到的車載緊急呼叫系統(tǒng)發(fā)出的MSD信號，經(jīng)驗證，解析后的MSD內(nèi)容符合標準規(guī)定的內(nèi)容，定位誤差符合標準要求。如圖8所示。

圖8 解析后的MSD內(nèi)容

通過GNSS信號檢測系統(tǒng)得到碰撞點的實時地理位置信息，從而計算得到車載緊急呼叫系統(tǒng)發(fā)出的MSD中的位置誤差為14.5m，滿足標準要求的定位精度 （標準要求定位誤差小于150m）。

驗證車載緊急呼叫系統(tǒng)與模擬PSAP的雙向語音通話是否清晰，主要采用主觀評價的方式在單向通話模式下進行判定。

最后，通過兩名測試人員測試車載緊急呼叫系統(tǒng)與模擬PSAP平臺的雙向語音通話是否清晰，通過選取如圖9所示的測試語句組進行測試，經(jīng)驗證，待測車輛音頻通話特性滿足標準要求。

圖9 測試語句組

5 結(jié)束語

隨著車載緊急呼叫系統(tǒng)國際標準強制化進程的日益推進，各國紛紛出臺相應(yīng)的強制性標準。車載緊急呼叫的認證過程中，車載緊急呼叫系統(tǒng)的整車觸發(fā)特性測試尤為重要。由于整車觸發(fā)特性測試是結(jié)合碰撞試驗共同完成，測試環(huán)境較為復雜，因此需要搭建一套完備的測試方法和測試環(huán)境。本文針對整車觸發(fā)特性的測試，搭建了一套包含模擬PSAP平臺和多個現(xiàn)場信號檢測的測試系統(tǒng)，并提出了一種風險最小化的測試方法。經(jīng)驗證，該測試系統(tǒng)和測試方法，可以最大程度降低試驗的風險，能夠很好地滿足針對多個國家和地區(qū)標準化測試的認證需求，同時可以為國內(nèi)強制性標準的制定提供有力的試驗和數(shù)據(jù)支撐，推進國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。