肖翔 方勁 徐元科 李艷 趙鍇鍇

摘? 要：本文從車載緊急呼叫系統(tǒng)的發(fā)展歷史和方向出發(fā)，介紹ERA-GLONASS系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)、工作原理及出口認(rèn)證試驗，研究ERA-GLONASS系統(tǒng)自動呼叫觸發(fā)閾值與整車的匹配，確定閾值并使系統(tǒng)獲得及時準(zhǔn)確的有效觸發(fā);設(shè)計出一種分體式結(jié)構(gòu)，并在某車型上合理布置，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強;同時提出ERA-GLONASS系統(tǒng)研究面臨的試驗難度大、安裝方式復(fù)雜等問題，中國自主品牌汽車走向世界還需要很多探索研究。

關(guān)鍵詞：ERA-GLONASS系統(tǒng);觸發(fā)閾值;分體式結(jié)構(gòu);認(rèn)證試驗

中圖分類號：U463.61? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2018）06-0050-06

Design and research on Russian ERA-GLONASS system

XIAO Xiang， FANG Jing， XU Yuan-ke， LI Yan， ZHAO Kai-kai

（ Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan 430058， China ）

Abstract： From the development history and direction of the vehicle emergency call system， this paper introduces the main structure， working principle and export certification test of the ERA – GLONASSsystem. Meanwhile， in this paper， the matching between the automatic call trigger threshold of ERA-GLONASS system and the vehicle is studied. A split structure is designed and reasonably placed on a car with simple structure and strong universality. At the same time， it is pointed out that the research on the ERA-GLONASS system is faced with many problems， such as the difficulty of testing and the complexity of installation methods， etc.，so it still needs a lot of exploration and research on the path of Chinese independent brand of automobile to the world.

1? ? 引言

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車數(shù)量日益增多。作為人們?nèi)粘３鲂惺褂米钇毡榈慕煌üぞ?，汽車發(fā)生的各種交通事故數(shù)量也居高不下。據(jù)歐盟國家統(tǒng)計，由于交通事故產(chǎn)生的損失每年達(dá)到近2000億歐元，其中因未及時施救而造成的死亡人數(shù)占了相當(dāng)大的一個比例[1]。為了對事故人員及車輛進(jìn)行更迅速更高效的救援，緊急呼叫系統(tǒng)應(yīng)時而生。

2012年11月，歐盟委員會提出要建立緊急呼叫系統(tǒng)。2015年3月，歐盟理事會審議通過了自2018年3月31日開始，歐盟范圍內(nèi)所有新車強制安裝eCall緊急呼救系統(tǒng)的決定。

車載緊急呼叫系統(tǒng)是一種安裝在汽車上的、可以在汽車事故發(fā)生時及時有效地與救援機構(gòu)取得聯(lián)系的系統(tǒng)。當(dāng)汽車發(fā)生交通事故時，緊急呼叫系統(tǒng)可自動或手動將事故車輛的當(dāng)前位置，事故情況等信息發(fā)送給救援中心，從而使車上人員迅速得到救援，提高事故生還率，降低交通事故造成的人員及財產(chǎn)的損失。

早在1996年，通用汽車就建立了Onstar車載呼叫系統(tǒng)，隨后又誕生了既有類似車載呼叫功能的日產(chǎn)的CARWINGS系統(tǒng)和豐田的G-BOOK系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)都是各汽車廠商針對自有品牌建立的，相互之間沒有兼容性和通用性[2]。為了能針對所有車輛，提供及時迅速的車輛和人員救援，俄羅斯建立了ERA-GLONASS系統(tǒng)，這是第一個基于國家層面的車輛緊急呼叫系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以覆蓋所有的機動車輛[1]。

2013年1月30日，歐亞經(jīng)濟委員會發(fā)布第六號決議，增加了車輛裝用衛(wèi)星定位和緊急呼叫系統(tǒng)/設(shè)備的法規(guī)要求。根據(jù)俄羅斯聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定，自2015年1月1日，所有在俄羅斯市場銷售的新車型強制安裝ERA-GLONASS系統(tǒng)的車輛緊急呼叫系統(tǒng);2017年1月1日起，俄羅斯市場強制要求所有車輛安裝GLONASS緊急呼叫系統(tǒng)。

2? ? ERA-GLONASS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

GLONASS是“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”的縮寫。GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)作用類似于美國的GPS、歐洲的伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)和中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。ERA-GLONASS（Emergency Road Assistance-Global Navigation Satellite System）即緊急道路救援全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，是借助于GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號，確定車輛的坐標(biāo)、速度和方向;在交通事故發(fā)生時，自動發(fā)送關(guān)于車輛相關(guān)信息;通過移動式無線電話通信網(wǎng)絡(luò)，保障與緊急求助部門雙向語音通信。

根據(jù)法規(guī)要求，車輛翻車或碰撞后，按下緊急呼叫按鈕，車載終端設(shè)備將發(fā)出關(guān)于車輛的當(dāng)前位置、運動方向和車速等信息，車上人員可與救援中心進(jìn)行語音通信;同時，終端設(shè)備必須自動發(fā)出上述呼叫信息，終端設(shè)備可與氣囊傳感器或其它被動安全系統(tǒng)的傳感器相聯(lián)，當(dāng)氣囊打開，或其它安全系統(tǒng)啟動時，報警信號自動發(fā)出[3]。

2.1? ?主要結(jié)構(gòu)

ERA-GLONASS系統(tǒng)主要包含三部分，T-BOX控制單元、SOS緊急呼叫系統(tǒng)開關(guān)（含麥克風(fēng)）和揚聲器。ERA-GLONASS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖1所示。T-BOX控制單元為緊急呼叫系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，含有衛(wèi)星定位、緊急呼叫觸發(fā)、通訊、語音、存儲等緊急呼叫必備功能。緊急呼叫開關(guān)（帶麥克風(fēng)）和揚聲器分別通過線束與T-BOX接口連接。轉(zhuǎn)換連接器4和T-BOX控制單元相連，轉(zhuǎn)換連接器5和車身線束相連，車身線束主要為緊急呼叫系統(tǒng)供電、信息交換等。

T-BOX控制單元是ERA-GLONASS系統(tǒng)的核心部分，控制單元包含雙定位模塊（GPS定位和GLONASS定位）、雙觸發(fā)信號接收模塊（三軸向加速度計和CAN發(fā)收器）、控制器模塊、通訊模塊、語音模塊、存儲模塊等等。T-BOX控制單元組成框架示意圖如圖2所示：

2.2? ?工作原理

當(dāng)汽車發(fā)生碰撞等交通事故時，T-BOX控制單元被觸發(fā)，控制單元中的定位模塊定位事故發(fā)生位置，存儲單元存儲當(dāng)前位置信息，通訊單元自動將位置信息發(fā)送至救援機構(gòu)。同時，車上人員也可手動觸發(fā)SOS開關(guān)，通過通訊單元、語音單元、揚聲器及喇叭與救援機構(gòu)取得聯(lián)系。

GLONASS定位系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)為緊急呼叫系統(tǒng)提供定位功能，以目標(biāo)市場為優(yōu)先定位原則。如車輛目標(biāo)市場為俄羅斯地區(qū)，則第一定位系統(tǒng)為GLONASS系統(tǒng)，當(dāng)由于特殊原因或者故障導(dǎo)致無法搜索到GLONASS信號時，GPS定位系統(tǒng)才會啟用，用于傳輸車輛位置信號等。

三軸向加速度計和CAN發(fā)收器為緊急呼叫系統(tǒng)提供觸發(fā)功能。三軸向加速度計為緊急呼叫系統(tǒng)自身的觸發(fā)系統(tǒng)，可以檢測車輛前后、左右、上下三個方向的加速度，當(dāng)控制器檢測到車輛合成加速度大于設(shè)定的閾值時，控制器將觸發(fā)緊急呼叫系統(tǒng)。CAN發(fā)收器用于接收車輛碰撞信號，當(dāng)車輛發(fā)車嚴(yán)重交通事故，控制器監(jiān)測到CAN發(fā)收器傳輸?shù)目煽俊⒂行У呐鲎残盘枙r，如汽車安全氣囊起爆，控制器將會觸發(fā)緊急呼叫系統(tǒng)。緊急呼叫系統(tǒng)一旦觸發(fā)，將自動向救援機構(gòu)發(fā)送車輛發(fā)生事故的地點位置等信息，駕駛員也可通過緊急呼叫系統(tǒng)和社會緊急救助組織人員進(jìn)行通訊，溝通更詳細(xì)的救助信息。

三軸向加速度計和CAN發(fā)收器兩種觸發(fā)緊急呼叫系統(tǒng)的觸發(fā)機制為“或”的關(guān)系。即無論是檢測到超過設(shè)計安全值的合成加速度值，還是檢測到可靠、有效的車輛碰撞信號，緊急呼叫系統(tǒng)都會觸發(fā)，該種機制能夠保證緊急呼叫系統(tǒng)的安全、可靠，避免了單一觸發(fā)機制失效或者故障時，緊急呼叫系統(tǒng)依然發(fā)揮作用。

3? ? ERA-GLONASS系統(tǒng)自動呼叫觸發(fā)閾值與整車的匹配確定

緊急呼叫系統(tǒng)的及時準(zhǔn)確觸發(fā)是至關(guān)重要的。針對上述提到的加速度觸發(fā)和碰撞信號觸發(fā)兩種方式，加速度觸發(fā)更為準(zhǔn)確有效。因此ERA-GLONASS系統(tǒng)自動呼叫觸發(fā)閾值與整車的匹配和確定是十分重要的。

3.1? ?自動呼叫觸發(fā)閾值的確定方法

將E-mark認(rèn)證碰撞試驗（ECE R94、ECE R95）獲得的某車型正面偏置碰和側(cè)碰車身加速度（ax，ay，az）曲線按GLONASS系統(tǒng)的T-BOX控制單元實際空間布置位置進(jìn)行向量變換，對變換后所得的加速度（ax，ay，az）按碰撞強度計算公式進(jìn)行積分計算，根據(jù)計算結(jié)果選擇GLONASS系統(tǒng)TCU中適合的自動呼叫閾值。具體方式如下：

碰撞強度計算公式：

3.2? ?自動呼叫觸發(fā)閾值與整車的匹配和確定

某實車按ECE R94/R95進(jìn)行側(cè)面碰撞試驗，在試驗中采集的車身加速度數(shù)據(jù)如圖3所示。由于進(jìn)行側(cè)碰，在碰撞瞬時，ax 、az均為0，圖3所示為碰撞過程中加速度曲線，即ay。

將上圖中加速度按T-BOX控制單元在整車上的布置位置進(jìn)行加速度變換，得到ax 、ay 、az。按碰撞強度計算公式（1）、（2）、（3）進(jìn)行積分計算，得到如圖4所示經(jīng)加速度變換的碰撞加速度曲線。

因此，為了確保安裝在該實車上的ERA-GLONASS系統(tǒng)可以在受到觸發(fā)時及時準(zhǔn)確地自動呼叫，觸發(fā)時的加速度必須達(dá)到某一較高水平，并且觸發(fā)過程必須持續(xù)一定時間，因此該實車的觸發(fā)閾值確定為圖4中ASI15=0.5。

4? ? ERA-GLONASS系統(tǒng)的設(shè)計與整車布置

ERA-GLONASS系統(tǒng)包含T-BOX控制單元、緊急呼叫開關(guān)（帶麥克風(fēng)）、揚聲器及其線束。為了加強通用性與可操作性，將ERA-GLONASS系統(tǒng)設(shè)計成一種分體式緊急呼叫系統(tǒng)——即包含獨立的T-BOX控制單元、緊急呼叫開關(guān)和外置揚聲器。這種分體式結(jié)構(gòu)受原乘員艙機構(gòu)的影響不大，可以較為靈活地選擇布置方案，適用于多種車型，通用性強，開發(fā)周期短，且易于駕駛員及乘員操作。圖5所示為ERA-GLONASS系統(tǒng)的主要獨立部件示意圖。

若要將ERA-GLONASS系統(tǒng)安裝在整車上滿足緊急呼叫功能，并符合俄羅斯相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求，合理將T-BOX控制單元、緊急呼叫開關(guān)和外置揚聲器布置在整車上是至關(guān)重要的。

根據(jù)車型乘員艙結(jié)構(gòu)特點及法規(guī)明確要求，緊急呼叫開關(guān)必須安裝在人眼前方180度范圍內(nèi)，并且駕駛員（及其他乘員）在不解開安全帶的情況下可以觸及的位置，方便受困人員操作。揚聲器一般安裝在駕駛員附近，以保證駕駛員與救援中心的對話質(zhì)量。獨立的揚聲器避免了車輛本身影音系統(tǒng)的干擾，緊急呼叫系統(tǒng)啟動后，車輛影音系統(tǒng)將會自動進(jìn)入靜音狀態(tài)，避免其對緊急呼叫系統(tǒng)的干擾。T-BOX控制器一般安裝在緊急呼叫開關(guān)及揚聲器附近的車身骨架上，通過線束連接，且安裝位置盡可能水平或者垂直以滿足側(cè)翻試驗的要求。

下面以某車型為例，設(shè)計一種已通過試驗驗證效果較為理想的布置方案。

4.1? ?T-BOX控制單元

T-BOX控制單元通過固定支架安裝在右儲物盒內(nèi)箱骨架上，具體安裝位置示意圖見圖6。T-BOX控制單元上有4個安裝孔，通過4個緊固件（如螺栓）與固定支架連接固定，再將固定支架通過緊固件（如螺栓）固定在右儲物盒內(nèi)箱骨架上即可。

4.2? ?緊急呼叫開關(guān)

緊急呼叫開關(guān)通過固定支架安裝在座艙中央儲物盒邊緣，具體安裝位置示意圖見圖7。緊急呼叫開關(guān)卡在其固定支架卡槽處，再將緊急呼叫開關(guān)固定支架通過3個緊固件（如螺釘）固定于座艙中央儲物盒邊緣。駕駛員及前排乘員都可以輕松目視并觸及緊急呼叫開關(guān)上的SOS按鍵，通過緊急呼叫開關(guān)上集成的麥克風(fēng)與救援中心通話，從而建立與救援中心的語音連接。

4.3? ?外置揚聲器

外置揚聲器通過固定支架安裝在左下裝飾板儲物盒處，具體安裝位置示意圖見圖8。外置揚聲器上有兩個安裝孔，通過緊固件（如螺釘）與揚聲器固定支架連接固定，再將揚聲器固定支架布置在左下裝飾板儲物盒處。當(dāng)車上人員按下SOS按鍵，緊急呼叫系統(tǒng)啟動后，車輛影音系統(tǒng)將會自動進(jìn)入靜音狀態(tài)，駕駛員及其他乘員可通過揚聲器接收到救援中心的語音信息。

最后，緊急呼叫開關(guān)和揚聲器分別通過線束與T-BOX控制單元連接，整個ERA-GLONASS系統(tǒng)就完整的安裝在整車上。按上述設(shè)計方案將這種分體式緊急呼叫系統(tǒng)布置在整車上，方案簡潔明了，對原車型周圍環(huán)境件設(shè)計變更影響小，較大降低了設(shè)計成本和周期，且具有良好的制造工藝性。

5? ? ERA-GLONASS系統(tǒng)研究面臨的問題

盡管我國自主車企在俄羅斯汽車市場已經(jīng)占有了一定的市場份額，對ERA-GLONASS系統(tǒng)的研究也有了一定的成果，但依然面臨許多問題。

我國車企若要將自主品牌車型投放俄羅斯市場，必須先進(jìn)行ERA-GLONASS系統(tǒng)的認(rèn)證試驗，試驗內(nèi)容包括整車試驗和零部件試驗。具體試驗項目和及其采用的GOST法規(guī)如下：

零部件試驗包電磁兼容、耐環(huán)境和機械力試驗、功能試驗和MSD數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議試驗、無線通信模塊試驗和導(dǎo)航模塊試驗。零部件供應(yīng)商只需通過測試拿到測試報告即可，無需單獨申請證書。

整車碰撞試驗包括ERA-GLONASS系統(tǒng)碰撞預(yù)警性能測試、車輛側(cè)翻時自動觸發(fā)測試和音頻測試。前兩項測試是檢查車輛在發(fā)生碰撞或側(cè)翻時ERA-GLONASS系統(tǒng)是否能夠正常地呼叫救援并發(fā)送信息，這兩項測試的難點在于需要傳統(tǒng)的機動車試驗室與通信方面的試驗室共同合作完成;音頻測試是檢驗在車輛發(fā)生緊急事故的情況下，車內(nèi)人員與救援中心建立雙向通話時的通話質(zhì)量，該項測試是ERA-GLONASS系統(tǒng)測試中最難通過的。

音效測試項目包含14個大項共70余個小項，各項目之間相互影響，若項目A通過，項目B未通過，通過參數(shù)調(diào)整使項目B通過后可能會導(dǎo)致項目A無法通過，最終70余項需全部通過才能保證音效測試正常通過。音效測試的影響因素包括T-BOX質(zhì)量、駕駛室內(nèi)環(huán)境、麥克風(fēng)和揚聲器的安裝位置，其中T-BOX質(zhì)量的好壞是影響音效測試結(jié)果的決定性因素，而目前國內(nèi)基本沒有滿足要求的T-BOX開發(fā)商;駕駛室內(nèi)環(huán)境（包含駕駛室內(nèi)空間分布、駕駛室內(nèi)飾材料）也是影響音效測試結(jié)果的一個重要因素，它會音響聲音的傳播與吸收，但車輛一經(jīng)出廠駕駛室內(nèi)環(huán)境就已經(jīng)決定，測試時無法調(diào)整與改變;麥克風(fēng)和揚聲器的安裝位置則是可以進(jìn)行調(diào)整與改變的一個因素，我們應(yīng)該盡可能調(diào)整到合適的位置來保證音效測試的通過。

此外，ERA-GLONASS系統(tǒng)在整車上的布置也存在一定難度。上文提出的一種分體式的ERA-GLONASS系統(tǒng)包含獨立的T-BOX控制單元、緊急呼叫開關(guān)（帶麥克風(fēng)）、揚聲器。為了避免麥克風(fēng)與揚聲器的互相干擾，兩者的安裝位置直線距離必須大于50公分，緊急呼叫開關(guān)的安裝位置也必須滿足50%男性假人可接觸等要求。此外，由于麥克風(fēng)與揚聲器的安裝位置對音頻測試有很大影響，并且測試通過位置一經(jīng)確定，此后生產(chǎn)車輛不允許再做更改，因此需慎重布置。

6? ? 結(jié)語

ERA-GLONASS系統(tǒng)在車輛發(fā)生事故時，可自動或手動地發(fā)送車輛當(dāng)前位置、運動方向和車速等信息到救援中心，同時車上人員可通過通信網(wǎng)絡(luò)，保障與救援中心進(jìn)行雙向語音通信。本文介紹了ERA-GLONASS系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及其工作原理，研究ERA-GLONASS系統(tǒng)自動呼叫觸發(fā)閾值與整車的匹配，確定閾值并使系統(tǒng)獲得及時準(zhǔn)確的有效觸發(fā);并研究設(shè)計出一種分體式結(jié)構(gòu)，并在某車型上合理布置，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強。盡管我國自主車企在俄羅斯汽車市場已經(jīng)占有了一定的市場份額，自主品牌車型出口量也日益增多，可是目前國內(nèi)對ERA-GLONASS系統(tǒng)的研究還在起步階段，很多用于出口車輛的ERA-GLONASS系統(tǒng)都是從俄羅斯當(dāng)?shù)夭少?另外，系統(tǒng)的認(rèn)證試驗較為復(fù)雜，絕大部分認(rèn)證試驗需要在俄羅斯當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，試驗費用高，周期長。因此，為了提高民族品牌汽車產(chǎn)業(yè)在國際市場上的競爭力，我們必須盡早全面地分析研究ERA-GLONASS系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)技術(shù)和法規(guī)認(rèn)證中國本土化試驗，為中國汽車產(chǎn)業(yè)走向世界貢獻(xiàn)一份力量。

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