车载紧急呼叫系统整车触发特性关键测试技术和方法研究

张起朋, 杨 楠, 吴飞燕

（中汽研汽车检验中心（天津） 有限公司， 天津 300300）

1 引言

自2000年以来，我国每年约有10万人死于交通事故，平均每天有近300人死于交通事故，致死率高达17%。据欧盟国家统计，由于交通事故产生的损失每年将近达到2000亿欧元［1-2］。调查发现，交通事故重伤者在30min内获救，其生存率为80%；在90min内获救，其生存率仅为10%。而我国交通事故死亡者中大约40%为当场死亡，60%死于送往医院途中或在医院中死亡［3］。因此，在道路交通事故发生后，如果救援人员能在最短时间内赶赴现场进行救援，能有效降低事故的伤亡率和致死率。

因此，欧盟和俄罗斯等国家和地区，历经多年致力于研究应对交通事故的紧急救援系统，并先后建立了各自的车载紧急呼叫系统体系。车载紧急呼叫系统在车辆发生事故或者紧急情况后，能够在第一时间将车辆位置、车辆信息等重要事故信息发送到公共安全应答点（PSAP），并通过将事故车辆与PSAP建立语音通话连接，获取更多事故的直接信息，从而使得救援人员能够在最短时间内赶到现场，从而降低交通事故的人员伤亡和财产损失。

欧盟法规规定，于2018年3月31日后上市的M1类和N1类车辆，必须配备车载eCall系统并通过规定的零部件及整车强制性认证。俄罗斯联邦规定，自2017年1月1日起，所有在俄罗斯市场销售的新车型，必须按照相应法规规定，强制安装ERA-GLONASS紧急呼叫系统，并通过相应的零部件及整车强制性认证。中国目前也正在加紧推进国家强制性标准的制定，预计3-5年强制实行。

欧盟和俄罗斯的法规，都对车载紧急呼叫系统的零部件和整车性能提出了相应的要求，其中整车触发特性作为认证流程的最后一项测试，是认证中最为重要的实车测试，也是最贴近消费者实际驾驶的测试。由此可见，整车触发特性测试是车载紧急呼叫系统测试的核心之一。因此，亟需建立一套完备的针对车载紧急呼叫系统整车触发特性测试的方法。

2 概述

2.1 车载紧急呼叫系统组成

2.1.1 系统组成

车载紧急呼叫系统是一套完整的车载电子系统，主要包括以下功能模块，如图1所示。

图1 车载紧急呼叫系统组成框图

1） 通信模块，包含射频单元及射频天线。其主要作用是与公共安全应答点 （PSAP） 进行通信，通信链路使用移动蜂窝网络。

2） MSD （Minimum Data Set，最小数据集） 数据处理模块，主要包括MSD数据处理单元、调制解调器和音频编译码器。该模块的主要作用是将GNSS信息、车辆相关信息及触发信息等进行封装处理，打包成MSD消息并通过音频通路将MSD通过通信模块发送到PSAP。

3） 音频设备，主要包括麦克风和扬声器。主要作用是，与PSAP进行音频通话，获取更多事故信息。

4） 微控制器 （MCU） 及触发单元。其主要作用为，实时监控车载紧急呼叫系统触发信号，其中触发信号包含手动按钮触发信号和传感器自动触发信号。一旦有触发信号输入，立刻启动车载紧急呼叫系统。

5） 导航定位模块，包含GNSS接收机及GNSS天线。其作用为，实时接收GNSS信息，获取车辆最新的实时地理位置信息。

2.1.2 工作流程

车载紧急呼叫系统的基本工作原理如图2所示。当车辆发生事故或紧急状况后，可以通过手动触发或传感器自动触发的方式触发车载紧急呼叫系统。车载紧急呼叫系统触发启动后，MSD数据处理单元会将车辆位置、事故时间等信息进行打包封装成MSD消息，经编码后通过音频通道将MSD发送至通信单元，然后通过射频天线将MSD通过移动蜂窝网络发送至PSAP。随后，音频编译码器将内部通道切换至音频设备（麦克风和扬声器），此时，车载紧急呼叫系统与PSAP建立语音通话连接。PSAP通过解析MSD中的事故信息，并通过音频通话获取的详细信息来启动相应的救援机制，第一时间派遣救护人员和车辆到现场实施救援。

图2 车载紧急呼叫系统工作原理示意图

由此可见，车载紧急呼叫系统能够大大缩短事故发生时刻到排出救援人员的间隔时刻，为事故伤亡人员争取最宝贵的抢救时间。

2.2 整车触发特性测试方法概述

根据欧盟和俄罗斯的车载紧急呼叫系统整车测试要求，车载紧急呼叫系统整车触发特性应满足以下要求。

1） 车辆发生碰撞 （正碰或侧碰） 后，应能够触发车载紧急呼叫系统，发送MSD到PSAP。

2） 车辆发生碰撞 （正碰或侧碰） 后，车载紧急呼叫系统应能同PSAP建立双向语音通话，且双向语音通话应清晰可懂。

3） 事故车辆发送的MSD中需包含标准规定的数据域（例如车辆位置信息、事故时间、车型等信息），且车辆位置信息的定位误差需满足标准规定的要求。

针对上述的标准要求，通常的测试方法是采用模拟PSAP平台进行测试，使用模拟移动网络代替真实移动蜂窝网络，使用模拟PSAP平台软件对MSD信号进行解析，使用模拟音频卡实现和待测车辆的双向语音通话测试。由于该试验通常需要碰撞试验室结合碰撞试验共同进行，而碰撞试验室通常为非屏蔽电磁环境,且外界电磁环境复杂，试验中需要确保外界的电磁环境对本试验无干扰。同时，碰撞试验中待测车辆需在运动过程中始终保持与模拟PSAP平台保持无线信号连接，由于模拟PSAP与待测车辆的无线信号连接在测试过程中存在很大的风险，因此除测试系统外同样需要一套完整的信号监测系统对测试现场进行实时监控。

3 整车触发特性测试技术和测试方法

3.1 模拟PSAP测试系统

如图3所示，模拟PSAP测试系统主要包括模拟移动网络信号源、信号放大器、PSAP测试软件、测试话筒终端和射频天线［4］。模拟测试系统的主要作用为：①模拟PSAP平台，可对收发的MSD信号进行解析并可与待测车载紧急呼叫系统进行语音通话；②模拟移动网络，使移动网络信号能够覆盖碰撞试验室测试区域。图4为模拟PSAP平台测试软件。

图3 模拟PSAP测试系统原理图

图4 模拟PSAP平台测试软件

3.2 信号监测系统

3.2.1 无线信号检测系统

为了确保模拟移动网络信号能够覆盖碰撞试验室的试验区域，使用无线信号检测系统对测试场地无线信号进行试验前的检测和试验中的实时检测。该系统主要使用扫频仪和扫频天线等设备，可以对模拟移动网络信号及外界蜂窝网络信号进行实时监测。为了保证试验过程中模拟移动网络信号连接的稳定性，调整模拟移动网络的信号强度使其始终大于外界蜂窝网络信号强度，同时，在整个试验过程中，实时监测碰撞点的信号强度，确保其处于稳定发射状态。

3.2.2 触发信号检测系统

为了检测车辆碰撞后，车载紧急呼叫系统是否触发，使用触发信号检测系统对碰撞后的触发信号进行检测。该系统主要使用频谱仪等设备对模拟移动网络的通信信号进行检测，如果在该通信频段上有通话建立，则在功率谱上的对应频段会有相应的脉冲尖峰。

3.2.3 GNSS信号检测系统

由于试验通常是在室内进行，因此在试验前需要对试验场地的GNSS信号进行检测，以保证试验场地GNSS信号处于良好的可定位状态。因此，在试验前采用高精度的GNSS信号检测系统对现场信号进行检测，确保外界GNSS信号处于良好的可定位状态。与此同时，需要在试验中对现场GNSS信号实时检测，保证现场信号处于稳定状态。该系统采用高精度的GNSS接收机等设备进行定位，通过软件可对定位信息进行保存。

4 整车触发特性试验方法验证

欧盟和俄罗斯的车载紧急呼叫系统整车测试的碰撞形式有正碰和侧碰，由于侧碰试验中待测车辆是处于固定的位置处，而正碰试验中待测车辆需要从正碰跑道起始点通过牵引装置以一定的速度进行碰撞。正碰触发试验中需要待测车辆在运动过程中始终保持与模拟PSAP平台保持无线信号连接，由此可见正碰触发试验对于信号连接的可靠性要求更高。因此，本文以正碰触发试验为例进行方法验证。

4.1 正碰试验前准备

试验前需确保现场信号满足试验要求，需检查试验区域模拟移动网络信号和外界GNSS卫星信号的覆盖情况。

首先检查模拟移动网络信号的覆盖情况。由于正碰试验需要车辆在运动过程中始终保持车载紧急呼叫系统与模拟PSAP平台保持信号连接，因此使用无线信号检测系统检测正碰跑道和碰撞点的信号强度，是模拟移动网络信号强度在整个试验过程中始终高于外界蜂窝网信号强度。同时实时检测模拟移动网络信号的强度，确保其在整个试验过程中处于稳定的发射状态，不会出现中断或者信号突变的情况。检测结果如图5所示。

图5 碰撞点模拟移动网络信号强度 （模拟小区号： 26201）

同时，需要保证现场GNSS卫星信号处于良好的覆盖状态，对于接收机来说可以实现实时定位。试验前，使用GNSS信号检测系统检测现场GNSS信号持续一段时间，确认GNSS接收机可实现稳定的定位。检测结果如图6所示。

图6 碰撞点GNSS信号状态

4.2 正碰触发特性试验及试验结果

待现场模拟移动网络信号和GNSS信号确认可以满足试验要求后，首先通过手动触发测试验证模拟PSAP系统可以接收待测车辆发送的MSD以及可以完成于待测车辆的双向语音通话。

待测车辆的手动触发功能确认正常后，开始车辆的碰撞试验。车辆碰撞后，通过触发信号检测系统检测是否收到触发信号。检测结果如图7所示。

图7 紧急呼叫系统触发信号检测结果

同时，通过模拟PSAP测试软件查看收到的车载紧急呼叫系统发出的MSD信号，经验证，解析后的MSD内容符合标准规定的内容，定位误差符合标准要求。如图8所示。

图8 解析后的MSD内容

通过GNSS信号检测系统得到碰撞点的实时地理位置信息，从而计算得到车载紧急呼叫系统发出的MSD中的位置误差为14.5m，满足标准要求的定位精度 （标准要求定位误差小于150m）。

验证车载紧急呼叫系统与模拟PSAP的双向语音通话是否清晰，主要采用主观评价的方式在单向通话模式下进行判定。

最后，通过两名测试人员测试车载紧急呼叫系统与模拟PSAP平台的双向语音通话是否清晰，通过选取如图9所示的测试语句组进行测试，经验证，待测车辆音频通话特性满足标准要求。

图9 测试语句组

5 结束语

随着车载紧急呼叫系统国际标准强制化进程的日益推进，各国纷纷出台相应的强制性标准。车载紧急呼叫的认证过程中，车载紧急呼叫系统的整车触发特性测试尤为重要。由于整车触发特性测试是结合碰撞试验共同完成，测试环境较为复杂，因此需要搭建一套完备的测试方法和测试环境。本文针对整车触发特性的测试，搭建了一套包含模拟PSAP平台和多个现场信号检测的测试系统，并提出了一种风险最小化的测试方法。经验证，该测试系统和测试方法，可以最大程度降低试验的风险，能够很好地满足针对多个国家和地区标准化测试的认证需求，同时可以为国内强制性标准的制定提供有力的试验和数据支撑，推进国内相关技术的发展。