乘用車道路救援緊急呼叫終端開發(fā)

賴秋訓

（法雷奧汽車內部控制（深圳）有限公司，廣東 深圳 518103）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，全世界范圍內生產的乘用車數(shù)量逐年增加，隨之而來的汽車事故在世界各國家和地區(qū)造成的人員傷亡也越來越多。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計，全世界范圍內每年因道路交通事故死亡人數(shù)約有125萬，而在中國發(fā)生的汽車交通事故在2016年有145820起，死亡45990人，直接財產損失102970.6萬元［1］。據(jù)歐盟國家統(tǒng)計，由于交通事故產生的損失每年將近達到2000億歐元，其中因未及時施救而造成的死亡人數(shù)占了相當大的一個比例［2］。

為減少交通事故造成的人員傷亡和財產損失，縮短事故發(fā)生后救援的響應時間，各國政府正積極組建應用于乘用車的緊急呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡，其中車載緊急呼叫終端是該系統(tǒng)網(wǎng)絡中的核心部分。

1 緊急呼叫終端的功能框圖和工作原理

1.1 道路救援緊急呼叫服務系統(tǒng)

整個服務系統(tǒng)包括緊急呼叫車載終端、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）、公共安全應答中心（Public-safety Answering Point，PSAP）和救援服務4大部分，如圖1所示。

圖1 道路救援緊急呼叫服務系統(tǒng)

在車載終端的緊急呼叫被觸發(fā)后，車載終端通過蜂窩移動通信網(wǎng)絡將最簡事故數(shù)據(jù)（Minimum Set of Data，MSD）發(fā)送給PSAP，并與PSAP建立語音通信。MSD包含自動或手動觸發(fā)標識、車輛識別碼、車輛位置經(jīng)緯度、信息標識、緊急呼叫標識、位置信息可信度、動力系統(tǒng)狀況、時間戳等信息，其中經(jīng)緯度信息由車載終端通過GNSS獲得。目的是在救援服務被派出前獲得基本信息，即使在駕駛員失去意識的情況下也能夠在最短時間內獲得救援。

1.2 車載終端的功能模塊

該車載終端主要包含微控制器（Microcontroller，MCU）、GNSS接收機模塊、蜂窩網(wǎng)移動通信模塊（Network Access Device，NAD）、電源管理模塊、獨立的備用電源模塊等，如圖2所示，其中人機交互方面有功能按鍵和工作狀態(tài)指示燈，按鍵用于手動觸發(fā)緊急呼叫功能，指示燈通過燈光的顏色和閃爍的快慢來表示車載終端的工作狀態(tài)。MCU內置有控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）控制器，可將收發(fā)的信息轉換為符合CAN規(guī)范的數(shù)據(jù)，通過收發(fā)器實現(xiàn)車載終端與車輛之間的數(shù)據(jù)傳輸。CAN控制器局域網(wǎng)總線是目前應用最為廣泛的車輛總線系統(tǒng)，不僅適合于低速系統(tǒng)，而且也適合于高速系統(tǒng)［3］。目前市場上的各大MCU供應商的產品都內置了CAN控制器，可供選型的幾大供應商有飛思卡爾、瑞薩以及意法半導體。CAN收發(fā)器的技術也非常成熟，通常選用恩智浦半導體公司的TJA1043即可滿足產品需求。

圖2 車載終端功能框圖

為實現(xiàn)車輛與PSAP之間的語音通信和數(shù)據(jù)傳輸，車輛必須能夠接入蜂窩移動通信網(wǎng)絡，車載終端上的NAD模塊因此是個重要部件。本文介紹的車載終端所使用的NAD支持2G和3G通信，目前能夠滿足汽車電子領域要求的NAD供應商主要有華為、司亞樂無線通訊和佩科等。在車載終端的開發(fā)過程中，使用通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）接口將NAD與計算機連接，通過對AT指令集的操作進行工程調試。音頻功放使用數(shù)字功放，也就是D類功放，可滿足體積小、功耗低的需求，所驅動的揚聲器額定功率選用4W的即可滿足車載終端應用需求。麥克風方面需要注意其電源在EMC測試中容易受到輻射干擾，一般可通過在麥克風端的電源線路上串聯(lián)磁珠來避免。

在車輛發(fā)生事故后，為了能夠快速定位事故地點，車載終端需要具備獲取所處位置的地理坐標的能力，因此需要安裝GNSS接收機模塊。目前不同國家和地區(qū)使用不同的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，世界上4大GNSS有美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯以及歐盟的伽利略。盡管如此，大多數(shù)GNSS接收機都可以同時兼容各種衛(wèi)星導航系統(tǒng)。在緊急呼叫車載終端的應用上，定位精度在10～15m內可以滿足需求。目前主流的GNSS接收機芯片供應商有U-blox、Skylab和Marell。

為實現(xiàn)自動觸發(fā)緊急呼叫的功能，車載終端需要具備探測車輛是否發(fā)生事故的能力，可通過檢測乘員保護輔助裝置（Supplemental Restraint System，SRS）的信號來實現(xiàn)，此信號為安全氣囊狀態(tài)信號。各汽車品牌的安全氣囊信號規(guī)格不盡相同，一般是脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）信號。為提高對SRS的探測能力，通常車輛制造商除了使用專用的線束來傳輸信號之外，還會在CAN通信上也傳輸此信號。安全氣囊的觸發(fā)需要合適的車速和碰撞角度，為增加車輛事故的探測能力，還需要探測車輛側翻的情況，因此在功能上增加三軸加速度傳感器。

備用電池是緊急呼叫終端的緊急電源保障。在嚴重的車輛事故中，位于發(fā)動機艙的車輛電池往往已經(jīng)不能再正常工作，因此對于緊急呼叫終端來說專用的備用電池非常必要。雖然目前市場上鋰離子電池的能量密度非常高，但是在車載應用領域其安全性卻不及鎳氫電池。選用可充電的鎳氫電池是目前比較通用的方案，通常其電量目標為能夠堅持10 min的語音通話以及1h的被叫待機。

電源管理模塊為整個車載終端的各功能模塊提供電源供應，管理各個工作模式下的電源分配。除此之外，為保持備用電池的健康狀態(tài)，還為備用電池的充放電提供合適的條件。在鎳氫電池充電過程中，為了避免電池內部溫度過高損害電池循環(huán)使用壽命，對電池溫度的檢測和控制很有必要［4］。

1.3 車載終端的工作原理

在車輛發(fā)生事故后，車載終端將自動觸發(fā)緊急呼叫功能。在與PSAP建立通信后，首先通過移動通信網(wǎng)絡傳送MSD（其中包含事故發(fā)生位置的地理坐標等關鍵信息），然后建立語音通話，PSAP將根據(jù)MSD和通話情況派出合適的救援服務。通話結束后車載終端將會進入回撥等待模式，如果在此模式下被PSAP呼叫將會自動接通而不需要手動操作。此外，車輛的駕乘人員在有需要的情況下也可通過功能按鍵手動觸發(fā)緊急呼叫功能。表1為車載終端各工作模式與觸發(fā)條件。

表1 車載終端各工作模式與觸發(fā)條件

在車載終端的運行模式下，出于對車輛駕乘人員隱私的考慮，PSAP不能獲取車輛位置的地理坐標信息。

2 電磁兼容性需求

目前中國的道路救援緊急呼叫服務系統(tǒng)的生態(tài)圈還未能有效建立，對適用于車載緊急呼叫終端的電磁兼容性測試標準也還未制訂，可以參考俄羅斯發(fā)布的以下標準：①GOST 28751-90—在線系統(tǒng)傳導噪聲范圍；②GOST 28751-90—ECU應能經(jīng)受在線系統(tǒng)過壓及車輛蓄電池反電壓連接；③GOST 28751-91—噪聲阻尼控制范圍及電容、電感連接的信號電路板；④GOST R50607-93—電脈沖的噪聲阻尼范圍；⑤GOST R41.10-99—安裝在車輛上的設備音頻噪聲范圍；⑥GOST 28279-89—車輛前裝設備及用戶無線電設備的電磁兼容性范圍［5］。

3 車載終端的功能試驗

為驗證車載終端的功能，分別對其呼叫PSAP的功能和GNSS定位功能做試驗。在試驗中使用按鍵手動觸發(fā)的方式使車載終端呼叫試驗用虛擬PSAP，通過登錄虛擬PSAP網(wǎng)站（http：//www.oecon-line.de）來驗證緊急呼叫是否成功。如圖3所示，試驗中的緊急呼叫被成功接收，信息中包含地理坐標（北緯22.66626°，東經(jīng)113.82596°），車輛類型PASSENGER_VEHICLE_M1，車輛識別碼LB37742S2GC290871以及事件時間等信息。

此外還試驗了行駛車輛中的車載終端獲取GNSS信號的功能，圖4為試驗車輛行駛軌跡。

圖3 虛擬PSAP網(wǎng)站頁面

圖4 試驗車輛行駛軌跡

4 結語

緊急呼叫車載終端在道路救援中發(fā)揮著重要作用，在車輛發(fā)生事故后，準確快速的道路救援能夠有效地減少人員傷亡和降低財產損失。本文介紹了一種具備基本功能的車載終端的開發(fā)，能夠滿足目前的市場需求。雖然目前積極推動緊急呼叫系統(tǒng)建設的國家還不多，但已得到越來越多的國家和地區(qū)的關注。此外，此車載終端經(jīng)過升級還可應用于電動車領域和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。