關于俄羅斯ERA-GLONASS系統的設計與研究

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的發展歷史和方向出發，介紹ERA-GLONASS系統的主要結構、工作原理及出口認證試驗，研究ERA-GLONASS系統自動呼叫觸發閾值與整車的匹配，確定閾值并使系統獲得及時準確的有效觸發;設計出一種分體式結構，并在某車型上合理布置，結構簡單，通用性強;同時提出ERA-GLONASS系統研究面臨的試驗難度大、安裝方式復雜等問題，中國自主品牌汽車走向世界還需要很多探索研究。

關鍵詞：ERA-GLONASS系統;觸發閾值;分體式結構;認證試驗

中圖分類號：U463.61? ? ?文獻標識碼：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

隨著汽車行業的迅猛發展，汽車數量日益增多。作為人們日常出行使用最普遍的交通工具，汽車發生的各種交通事故數量也居高不下。據歐盟國家統計，由于交通事故產生的損失每年達到近2000億歐元，其中因未及時施救而造成的死亡人數占了相當大的一個比例[1]。為了對事故人員及車輛進行更迅速更高效的救援，緊急呼叫系統應時而生。

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

車載緊急呼叫系統是一種安裝在汽車上的、可以在汽車事故發生時及時有效地與救援機構取得聯系的系統。當汽車發生交通事故時，緊急呼叫系統可自動或手動將事故車輛的當前位置，事故情況等信息發送給救援中心，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的損失。

早在1996年，通用汽車就建立了Onstar車載呼叫系統，隨后又誕生了既有類似車載呼叫功能的日產的CARWINGS系統和豐田的G-BOOK系統，但這些系統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，這是第一個基于國家層面的車輛緊急呼叫系統，該系統可以覆蓋所有的機動車輛[1]。

2013年1月30日，歐亞經濟委員會發布第六號決議，增加了車輛裝用衛星定位和緊急呼叫系統/設備的法規要求。根據俄羅斯聯邦法規規定，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系統的車輛緊急呼叫系統;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。

2? ? ERA-GLONASS系統的結構和工作原理

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

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

2.1? ?主要結構

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

T-BOX控制單元是ERA-GLONASS系統的核心部分，控制單元包含雙定位模塊（GPS定位和GLONASS定位）、雙觸發信號接收模塊（三軸向加速度計和CAN發收器）、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

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

GLONASS定位系統和GPS定位系統為緊急呼叫系統提供定位功能，以目標市場為優先定位原則。如車輛目標市場為俄羅斯地區，則第一定位系統為GLONASS系統，當由于特殊原因或者故障導致無法搜索到GLONASS信號時，GPS定位系統才會啟用，用于傳輸車輛位置信號等。

三軸向加速度計和CAN發收器為緊急呼叫系統提供觸發功能。三軸向加速度計為緊急呼叫系統自身的觸發系統，可以檢測車輛前后、左右、上下三個方向的加速度，當控制器檢測到車輛合成加速度大于設定的閾值時，控制器將觸發緊急呼叫系統。CAN發收器用于接收車輛碰撞信號，當車輛發車嚴重交通事故，控制器監測到CAN發收器傳輸的可靠、有效的碰撞信號時，如汽車安全氣囊起爆，控制器將會觸發緊急呼叫系統。緊急呼叫系統一旦觸發，將自動向救援機構發送車輛發生事故的地點位置等信息，駕駛員也可通過緊急呼叫系統和社會緊急救助組織人員進行通訊，溝通更詳細的救助信息。

三軸向加速度計和CAN發收器兩種觸發緊急呼叫系統的觸發機制為“或”的關系。即無論是檢測到超過設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，緊急呼叫系統都會觸發，該種機制能夠保證緊急呼叫系統的安全、可靠，避免了單一觸發機制失效或者故障時，緊急呼叫系統依然發揮作用。

3? ? ERA-GLONASS系統自動呼叫觸發閾值與整車的匹配確定

緊急呼叫系統的及時準確觸發是至關重要的。針對上述提到的加速度觸發和碰撞信號觸發兩種方式，加速度觸發更為準確有效。因此ERA-GLONASS系統自動呼叫觸發閾值與整車的匹配和確定是十分重要的。

3.1? ?自動呼叫觸發閾值的確定方法

將E-mark認證碰撞試驗（ECE R94、ECE R95）獲得的某車型正面偏置碰和側碰車身加速度（ax，ay，az）曲線按GLONASS系統的T-BOX控制單元實際空間布置位置進行向量變換，對變換后所得的加速度（ax，ay，az）按碰撞強度計算公式進行積分計算，根據計算結果選擇GLONASS系統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? ?自動呼叫觸發閾值與整車的匹配和確定

某實車按ECE R94/R95進行側面碰撞試驗，在試驗中采集的車身加速度數據如圖3所示。由于進行側碰，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行加速度變換，得到ax 、ay 、az。按碰撞強度計算公式（1）、（2）、（3）進行積分計算，得到如圖4所示經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系統可以在受到觸發時及時準確地自動呼叫，觸發時的加速度必須達到某一較高水平，并且觸發過程必須持續一定時間，因此該實車的觸發閾值確定為圖4中ASI15=0.5。

4? ? ERA-GLONASS系統的設計與整車布置

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

若要將ERA-GLONASS系統安裝在整車上滿足緊急呼叫功能，并符合俄羅斯相關的標準法規要求，合理將T-BOX控制單元、緊急呼叫開關和外置揚聲器布置在整車上是至關重要的。

根據車型乘員艙結構特點及法規明確要求，緊急呼叫開關必須安裝在人眼前方180度范圍內，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量。獨立的揚聲器避免了車輛本身影音系統的干擾，緊急呼叫系統啟動后，車輛影音系統將會自動進入靜音狀態，避免其對緊急呼叫系統的干擾。T-BOX控制器一般安裝在緊急呼叫開關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翻試驗的要求。

下面以某車型為例，設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）固定在右儲物盒內箱骨架上即可。

4.2? ?緊急呼叫開關

緊急呼叫開關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。緊急呼叫開關卡在其固定支架卡槽處，再將緊急呼叫開關固定支架通過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上的SOS按鍵，通過緊急呼叫開關上集成的麥克風與救援中心通話，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。當車上人員按下SOS按鍵，緊急呼叫系統啟動后，車輛影音系統將會自動進入靜音狀態，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系統就完整的安裝在整車上。按上述設計方案將這種分體式緊急呼叫系統布置在整車上，方案簡潔明了，對原車型周圍環境件設計變更影響小，較大降低了設計成本和周期，且具有良好的制造工藝性。

5? ? ERA-GLONASS系統研究面臨的問題

盡管我國自主車企在俄羅斯汽車市場已經占有了一定的市場份額，對ERA-GLONASS系統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，必須先進行ERA-GLONASS系統的認證試驗，試驗內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法規如下：

零部件試驗包電磁兼容、耐環境和機械力試驗、功能試驗和MSD數據傳輸協議試驗、無線通信模塊試驗和導航模塊試驗。零部件供應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系統碰撞預警性能測試、車輛側翻時自動觸發測試和音頻測試。前兩項測試是檢查車輛在發生碰撞或側翻時ERA-GLONASS系統是否能夠正常地呼叫救援并發送信息，這兩項測試的難點在于需要傳統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生緊急事故的情況下，車內人員與救援中心建立雙向通話時的通話質量，該項測試是ERA-GLONASS系統測試中最難通過的。

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，通過參數調整使項目B通過后可能會導致項目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質量、駕駛室內環境、麥克風和揚聲器的安裝位置，其中T-BOX質量的好壞是影響音效測試結果的決定性因素，而目前國內基本沒有滿足要求的T-BOX開發商;駕駛室內環境（包含駕駛室內空間分布、駕駛室內飾材料）也是影響音效測試結果的一個重要因素，它會音響聲音的傳播與吸收，但車輛一經出廠駕駛室內環境就已經決定，測試時無法調整與改變;麥克風和揚聲器的安裝位置則是可以進行調整與改變的一個因素，我們應該盡可能調整到合適的位置來保證音效測試的通過。

此外，ERA-GLONASS系統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系統包含獨立的T-BOX控制單元、緊急呼叫開關（帶麥克風）、揚聲器。為了避免麥克風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確定，此后生產車輛不允許再做更改，因此需慎重布置。

6? ? 結語

ERA-GLONASS系統在車輛發生事故時，可自動或手動地發送車輛當前位置、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絡，保障與救援中心進行雙向語音通信。本文介紹了ERA-GLONASS系統的主要結構及其工作原理，研究ERA-GLONASS系統自動呼叫觸發閾值與整車的匹配，確定閾值并使系統獲得及時準確的有效觸發;并研究設計出一種分體式結構，并在某車型上合理布置，結構簡單，通用性強。盡管我國自主車企在俄羅斯汽車市場已經占有了一定的市場份額，自主品牌車型出口量也日益增多，可是目前國內對ERA-GLONASS系統的研究還在起步階段，很多用于出口車輛的ERA-GLONASS系統都是從俄羅斯當地采購;另外，系統的認證試驗較為復雜，絕大部分認證試驗需要在俄羅斯當地進行，試驗費用高，周期長。因此，為了提高民族品牌汽車產業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系統的設計開發技術和法規認證中國本土化試驗，為中國汽車產業走向世界貢獻一份力量。

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