关于俄罗斯ERA-GLONASS系统的设计与研究
肖翔;方劲;徐元科;李艳;赵锴锴
【摘 要】本文从车载紧急呼叫系统的发展历史和方向出发,介绍ERA-GLONASS系统的主要结构、工作原理及出口认证试验,研究ERA-GLONASS系统自动呼叫触发阈值与整车的匹配,确定阈值并使系统获得及时准确的有效触发;设计出一种分体式结构,并在某车型上合理布置,结构简单,通用性强;同时提出ERA-GLONASS系统研究面临的试验难度大、安装方式复杂等问题,中国自主品牌汽车走向世界还需要很多探索研究.
【期刊名称】《汽车科技》
【年(卷),期】2018(000)006
【总页数】6页(P50-55)
【关键词】ERA-GLONASS系统;触发阈值;分体式结构;认证试验
【作 者】肖翔;方劲;徐元科;李艳;赵锴锴
【作者单位】东风汽车集团有限公司技术中心,武汉430058;东风汽车集团有限公司技术中心,武汉430058;东风汽车集团有限公司技术中心,武汉430058;东风汽车集团有限公司技术中心,武汉430058;东风汽车集团有限公司技术中心,武汉430058
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.61
1 引言
随着汽车行业的迅猛发展，汽车数量日益增多。作为人们日常出行使用最普遍的交通工具，汽车发生的各种交通事故数量也居高不下。据欧盟国家统计，由于交通事故产生的损失每年达到近2000亿欧元，其中因未及时施救而造成的死亡人数占了相当大的一个比例 [1]。为了对事故人员及车辆进行更迅速更高效的救援，紧急呼叫系统应时而生。
2012年11月，欧盟委员会提出要建立紧急呼叫系统。2015年3月，欧盟理事会审议通过了自2018年3月31日开始，欧盟范围内所有新车强制安装eCall紧急呼救系统的决定。
车载紧急呼叫系统是一种安装在汽车上的、可以在汽车事故发生时及时有效地与救援机构取得联系的系统。当汽车发生交通事故时，紧急呼叫系统可自动或手动将事故车辆的当前位置，事故情况等信息发送给救援中心，从而使车上人员迅速得到救援，提高事故生还率，降低交通事故造成的人员及财产的损失。
汽车影音网早在1996年，通用汽车就建立了Onstar车载呼叫系统，随后又诞生了既有类似车载呼叫功能的日产的CARWINGS系统和丰田的G-BOOK系统，但这些系统都是各汽车厂商针对自有品牌建立的，相互之间没有兼容性和通用性 [2]。为了能针对所有车辆，提供及时迅速的车辆和人员救援，俄罗斯建立了ERA-GLONASS系统，这是第一个基于国家层面的车辆紧急呼叫系统，该系统可以覆盖所有的机动车辆[1]。
2013年1月30日，欧亚经济委员会发布第六号决议，增加了车辆装用卫星定位和紧急呼叫系统/设备的法规要求。根据俄罗斯联邦法规规定，自2015年1月1日，所有在俄罗斯市场销售的新车型强制安装ERA-GLONASS系统的车辆紧急呼叫系统；2017年1月1日起，俄罗斯市场强制要求所有车辆安装GLONASS紧急呼叫系统。
2 ERA-GLONASS系统的结构和工作原理
GLONASS是“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”的缩写。GLONASS导航系统作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统和中国的北斗卫星导航系统。ERA-GLONASS（Emergency Road Assistance-Global Navigation Satellite System）即紧急道路救援全球导航卫星系统，是借助于GLONASS全球导航卫星系统的信号，确定车辆的坐标、速度和方向；在交通事故发生时，自动发送关于车辆相关信息；通过移动式无线电话通信网络，保障与紧急求助部门双向语音通信。
根据法规要求，车辆翻车或碰撞后，按下紧急呼叫按钮，车载终端设备将发出关于车辆的当前位置、运动方向和车速等信息，车上人员可与救援中心进行语音通信；同时，终端设备必须自动发出上述呼叫信息，终端设备可与气囊传感器或其它被动安全系统的传感器相联，当气囊打开，或其它安全系统启动时，报警信号自动发出[3]。
2.1 主要结构
ERA-GLONASS系统主要包含三部分，TBOX控制单元、SOS紧急呼叫系统开关（含麦克风）和扬声器。ERA-GLONASS系统结构连接示意图如图1所示。T-BOX控制单元为紧急呼叫系统的控制系统，含有卫星定位、紧急呼叫触发、通讯、语音、存储等紧急呼叫必备功能。
紧急呼叫开关（带麦克风）和扬声器分别通过线束与TBOX接口连接。转换连接器4和T-BOX控制单元相连，转换连接器5和车身线束相连，车身线束主要为紧急呼叫系统供电、信息交换等。
图1 ERA-GLONASS系统结构连接示意图
T-BOX控制单元是ERA-GLONASS系统的核心部分，控制单元包含双定位模块（GPS定位和GLONASS定位）、双触发信号接收模块（三轴向加速度计和CAN发收器）、控制器模块、通讯模块、语音模块、存储模块等等。T-BOX控制单元组成框架示意图如图2所示：
图2 T-BOX控制单元组成框架示意图
2.2 工作原理
当汽车发生碰撞等交通事故时，T-BOX控制单元被触发，控制单元中的定位模块定位事故发生位置，存储单元存储当前位置信息，通讯单元自动将位置信息发送至救援机构。同时，车上人员也可手动触发SOS开关，通过通讯单元、语音单元、扬声器及喇叭与救援机构取得联系。
GLONASS定位系统和GPS定位系统为紧急呼叫系统提供定位功能，以目标市场为优先定位原则。如车辆目标市场为俄罗斯地区，则第一定位系统为GLONASS系统，当由于特殊原因或者故障导致无法搜索到GLONASS信号时，GPS定位系统才会启用，用于传输车辆位置信号等。
三轴向加速度计和CAN发收器为紧急呼叫系统提供触发功能。三轴向加速度计为紧急呼叫系统自身的触发系统，可以检测车辆前后、左右、上下三个方向的加速度，当控制器检测到车辆合成加速度大于设定的阈值时，控制器将触发紧急呼叫系统。CAN发收器用于接收车辆碰撞信号，当车辆发车严重交通事故，控制器监测到CAN发收器传输的可靠、有效的碰撞信号时，如汽车安全气囊起爆，控制器将会触发紧急呼叫系统。紧急呼叫系统一旦触发，将自动向救援机构发送车辆发生事故的地点位置等信息，驾驶员也可通过紧急呼叫系统和社会紧急救助组织人员进行通讯，沟通更详细的救助信息。
三轴向加速度计和CAN发收器两种触发紧急呼叫系统的触发机制为“或”的关系。即无论是检测到超过设计安全值的合成加速度值，还是检测到可靠、有效的车辆碰撞信号，紧急呼叫系统都会触发，该种机制能够保证紧急呼叫系统的安全、可靠，避免了单一触发机制失效或者故障时，紧急呼叫系统依然发挥作用。
3 ERA-GLONASS系统自动呼叫触发阈值与整车的匹配确定
紧急呼叫系统的及时准确触发是至关重要的。针对上述提到的加速度触发和碰撞信号触发两种方式，加速度触发更为准确有效。因此ERAGLONASS系统自动呼叫触发阈值与整车的匹配和确定是十分重要的。
3.1 自动呼叫触发阈值的确定方法
将E-mark认证碰撞试验（ECE R94、ECE R95）获得的某车型正面偏置碰和侧碰车身加速度（ax，ay，az）曲线按GLONASS系统的T-BOX控制单元实际空间布置位置进行向量变换，对变换后所得的加速度按碰撞强度计算公式进行积分计算，根据计算结果选择GLONASS系统TCU中适合的自动呼叫阈值。具体方式如下：
碰撞强度计算公式：
3.2 自动呼叫触发阈值与整车的匹配和确定
某实车按ECE R94/R95进行侧面碰撞试验，在试验中采集的车身加速度数据如图3所示。由 于进行侧碰，在碰撞瞬时，ax 、az均为0，图3所示为碰撞过程中加速度曲线，即ay。
图3 某实车碰撞试验车身加速度曲线
将上图中加速度按T-BOX控制单元在整车上的布置位置进行加速度变换，得到。按碰撞强度计算公式（1）、（2）、（3）进行积分计算，得到如图4所示经加速度变换的碰撞加速度曲线。
图4 经加速度变换的碰撞加速度曲线
因此，为了确保安装在该实车上的ERA-GLONASS系统可以在受到触发时及时准确地自动呼叫，触发时的加速度必须达到某一较高水平，并且触发过程必须持续一定时间，因此该实车的触发阈值确定为图4中ASI15=0.5。
4 ERA-GLONASS系统的设计与整车布置