張起朋, 楊 楠, 吳飛燕

（中汽研汽車檢驗(yàn)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(dá)17%。據(jù)歐盟國家統(tǒng)計(jì)，由于交通事故產(chǎn)生的損失每年將近達(dá)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(dāng)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(shí)間內(nèi)趕赴現(xiàn)場進(jìn)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(shí)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(diǎn)（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(shí)間內(nèi)趕到現(xiàn)場，從而降低交通事故的人員傷亡和財(cái)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(qiáng)制性認(rèn)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(qiáng)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(qiáng)制性認(rèn)證。中國目前也正在加緊推進(jìn)國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的制定，預(yù)計(jì)3-5年強(qiáng)制實(shí)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(rèn)證流程的最后一項(xiàng)測試，是認(rèn)證中最為重要的實(shí)車測試，也是最貼近消費(fèi)者實(shí)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(diǎn) （PSAP） 進(jìn)行通信，通信鏈路使用移動(dòng)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(jìn)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(fēng)和揚(yáng)聲器。主要作用是，與PSAP進(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)控車載緊急呼叫系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)，其中觸發(fā)信號(hào)包含手動(dòng)按鈕觸發(fā)信號(hào)和傳感器自動(dòng)觸發(fā)信號(hào)。一旦有觸發(fā)信號(hào)輸入，立刻啟動(dòng)車載緊急呼叫系統(tǒng)。

5） 導(dǎo)航定位模塊，包含GNSS接收機(jī)及GNSS天線。其作用為，實(shí)時(shí)接收GNSS信息，獲取車輛最新的實(shí)時(shí)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(dāng)車輛發(fā)生事故或緊急狀況后，可以通過手動(dòng)觸發(fā)或傳感器自動(dòng)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(dòng)后，MSD數(shù)據(jù)處理單元會(huì)將車輛位置、事故時(shí)間等信息進(jìn)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(dòng)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(fēng)和揚(yáng)聲器），此時(shí)，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(xì)信息來啟動(dòng)相應(yīng)的救援機(jī)制，第一時(shí)間派遣救護(hù)人員和車輛到現(xiàn)場實(shí)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(shí)刻到排出救援人員的間隔時(shí)刻，為事故傷亡人員爭取最寶貴的搶救時(shí)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)域（例如車輛位置信息、事故時(shí)間、車型等信息），且車輛位置信息的定位誤差需滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

針對上述的標(biāo)準(zhǔn)要求，通常的測試方法是采用模擬PSAP平臺(tái)進(jìn)行測試，使用模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)代替真實(shí)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使用模擬PSAP平臺(tái)軟件對MSD信號(hào)進(jìn)行解析，使用模擬音頻卡實(shí)現(xiàn)和待測車輛的雙向語音通話測試。由于該試驗(yàn)通常需要碰撞試驗(yàn)室結(jié)合碰撞試驗(yàn)共同進(jìn)行，而碰撞試驗(yàn)室通常為非屏蔽電磁環(huán)境,且外界電磁環(huán)境復(fù)雜，試驗(yàn)中需要確保外界的電磁環(huán)境對本試驗(yàn)無干擾。同時(shí)，碰撞試驗(yàn)中待測車輛需在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持與模擬PSAP平臺(tái)保持無線信號(hào)連接，由于模擬PSAP與待測車輛的無線信號(hào)連接在測試過程中存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，因此除測試系統(tǒng)外同樣需要一套完整的信號(hào)監(jiān)測系統(tǒng)對測試現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)源、信號(hào)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(tái)，可對收發(fā)的MSD信號(hào)進(jìn)行解析并可與待測車載緊急呼叫系統(tǒng)進(jìn)行語音通話；②模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)能夠覆蓋碰撞試驗(yàn)室測試區(qū)域。圖4為模擬PSAP平臺(tái)測試軟件。

圖3 模擬PSAP測試系統(tǒng)原理圖

圖4 模擬PSAP平臺(tái)測試軟件

3.2 信號(hào)監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1 無線信號(hào)檢測系統(tǒng)

為了確保模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)能夠覆蓋碰撞試驗(yàn)室的試驗(yàn)區(qū)域，使用無線信號(hào)檢測系統(tǒng)對測試場地?zé)o線信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)前的檢測和試驗(yàn)中的實(shí)時(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)及外界蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。為了保證試驗(yàn)過程中模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連接的穩(wěn)定性，調(diào)整模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度使其始終大于外界蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測碰撞點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，確保其處于穩(wěn)定發(fā)射狀態(tài)。

3.2.2 觸發(fā)信號(hào)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(hào)檢測系統(tǒng)對碰撞后的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測。該系統(tǒng)主要使用頻譜儀等設(shè)備對模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信信號(hào)進(jìn)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(huì)有相應(yīng)的脈沖尖峰。

3.2.3 GNSS信號(hào)檢測系統(tǒng)

由于試驗(yàn)通常是在室內(nèi)進(jìn)行，因此在試驗(yàn)前需要對試驗(yàn)場地的GNSS信號(hào)進(jìn)行檢測，以保證試驗(yàn)場地GNSS信號(hào)處于良好的可定位狀態(tài)。因此，在試驗(yàn)前采用高精度的GNSS信號(hào)檢測系統(tǒng)對現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)行檢測，確保外界GNSS信號(hào)處于良好的可定位狀態(tài)。與此同時(shí)，需要在試驗(yàn)中對現(xiàn)場GNSS信號(hào)實(shí)時(shí)檢測，保證現(xiàn)場信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)。該系統(tǒng)采用高精度的GNSS接收機(jī)等設(shè)備進(jìn)行定位，通過軟件可對定位信息進(jìn)行保存。

4 整車觸發(fā)特性試驗(yàn)方法驗(yàn)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(yàn)中待測車輛是處于固定的位置處，而正碰試驗(yàn)中待測車輛需要從正碰跑道起始點(diǎn)通過牽引裝置以一定的速度進(jìn)行碰撞。正碰觸發(fā)試驗(yàn)中需要待測車輛在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持與模擬PSAP平臺(tái)保持無線信號(hào)連接，由此可見正碰觸發(fā)試驗(yàn)對于信號(hào)連接的可靠性要求更高。因此，本文以正碰觸發(fā)試驗(yàn)為例進(jìn)行方法驗(yàn)證。

4.1 正碰試驗(yàn)前準(zhǔn)備

試驗(yàn)前需確保現(xiàn)場信號(hào)滿足試驗(yàn)要求，需檢查試驗(yàn)區(qū)域模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和外界GNSS衛(wèi)星信號(hào)的覆蓋情況。

首先檢查模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋情況。由于正碰試驗(yàn)需要車輛在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持車載緊急呼叫系統(tǒng)與模擬PSAP平臺(tái)保持信號(hào)連接，因此使用無線信號(hào)檢測系統(tǒng)檢測正碰跑道和碰撞點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，是模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度在整個(gè)試驗(yàn)過程中始終高于外界蜂窩網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)實(shí)時(shí)檢測模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的強(qiáng)度，確保其在整個(gè)試驗(yàn)過程中處于穩(wěn)定的發(fā)射狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)中斷或者信號(hào)突變的情況。檢測結(jié)果如圖5所示。

圖5 碰撞點(diǎn)模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度 （模擬小區(qū)號(hào)： 26201）

同時(shí)，需要保證現(xiàn)場GNSS衛(wèi)星信號(hào)處于良好的覆蓋狀態(tài)，對于接收機(jī)來說可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。試驗(yàn)前，使用GNSS信號(hào)檢測系統(tǒng)檢測現(xiàn)場GNSS信號(hào)持續(xù)一段時(shí)間，確認(rèn)GNSS接收機(jī)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的定位。檢測結(jié)果如圖6所示。

圖6 碰撞點(diǎn)GNSS信號(hào)狀態(tài)

4.2 正碰觸發(fā)特性試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果

待現(xiàn)場模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和GNSS信號(hào)確認(rèn)可以滿足試驗(yàn)要求后，首先通過手動(dòng)觸發(fā)測試驗(yàn)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(dòng)觸發(fā)功能確認(rèn)正常后，開始車輛的碰撞試驗(yàn)。車輛碰撞后，通過觸發(fā)信號(hào)檢測系統(tǒng)檢測是否收到觸發(fā)信號(hào)。檢測結(jié)果如圖7所示。

圖7 緊急呼叫系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)檢測結(jié)果

同時(shí)，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(hào)，經(jīng)驗(yàn)證，解析后的MSD內(nèi)容符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容，定位誤差符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如圖8所示。

圖8 解析后的MSD內(nèi)容

通過GNSS信號(hào)檢測系統(tǒng)得到碰撞點(diǎn)的實(shí)時(shí)地理位置信息，從而計(jì)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(biāo)準(zhǔn)要求的定位精度 （標(biāo)準(zhǔn)要求定位誤差小于150m）。

驗(yàn)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(jià)的方式在單向通話模式下進(jìn)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(tái)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(jìn)行測試，經(jīng)驗(yàn)證，待測車輛音頻通話特性滿足標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制化進(jìn)程的日益推進(jìn)，各國紛紛出臺(tái)相應(yīng)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。車載緊急呼叫的認(rèn)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(yàn)共同完成，測試環(huán)境較為復(fù)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(tái)和多個(gè)現(xiàn)場信號(hào)檢測的測試系統(tǒng)，并提出了一種風(fēng)險(xiǎn)最小化的測試方法。經(jīng)驗(yàn)證，該測試系統(tǒng)和測試方法，可以最大程度降低試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，能夠很好地滿足針對多個(gè)國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化測試的認(rèn)證需求，同時(shí)可以為國內(nèi)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的制定提供有力的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)支撐，推進(jìn)國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。