乘用車道路救援緊急呼叫終端開發

賴秋訓

（法雷奧汽車內部控制（深圳）有限公司，廣東 深圳 518103）

隨著汽車工業的發展，全世界范圍內生產的乘用車數量逐年增加，隨之而來的汽車事故在世界各國家和地區造成的人員傷亡也越來越多。根據世界衛生組織的統計，全世界范圍內每年因道路交通事故死亡人數約有125萬，而在中國發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］。據歐盟國家統計，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網絡，其中車載緊急呼叫終端是該系統網絡中的核心部分。

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

整個服務系統包括緊急呼叫車載終端、全球導航衛星系統（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

在車載終端的緊急呼叫被觸發后，車載終端通過蜂窩移動通信網絡將最簡事故數據（Minimum Set of Data，MSD）發送給PSAP，并與PSAP建立語音通信。MSD包含自動或手動觸發標識、車輛識別碼、車輛位置經緯度、信息標識、緊急呼叫標識、位置信息可信度、動力系統狀況、時間戳等信息，其中經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指示燈，按鍵用于手動觸發緊急呼叫功能，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。MCU內置有控制器局域網（Controller Area Network，CAN）控制器，可將收發的信息轉換為符合CAN規范的數據，通過收發器實現車載終端與車輛之間的數據傳輸。CAN控制器局域網總線是目前應用最為廣泛的車輛總線系統，不僅適合于低速系統，而且也適合于高速系統［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

為實現車輛與PSAP之間的語音通信和數據傳輸，車輛必須能夠接入蜂窩移動通信網絡，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磁珠來避免。

在車輛發生事故后，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使用不同的衛星定位系統，世界上4大GNSS有美國的全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、中國的北斗衛星導航系統、俄羅斯的格洛納斯以及歐盟的伽利略。盡管如此，大多數GNSS接收機都可以同時兼容各種衛星導航系統。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。

為實現自動觸發緊急呼叫的功能，車載終端需要具備探測車輛是否發生事故的能力，可通過檢測乘員保護輔助裝置（Supplemental Restraint System，SRS）的信號來實現，此信號為安全氣囊狀態信號。各汽車品牌的安全氣囊信號規格不盡相同，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，位于發動機艙的車輛電池往往已經不能再正常工作，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，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

在車輛發生事故后，車載終端將自動觸發緊急呼叫功能。在與PSAP建立通信后，首先通過移動通信網絡傳送MSD（其中包含事故發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緊急呼叫功能。表1為車載終端各工作模式與觸發條件。

表1 車載終端各工作模式與觸發條件

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的生態圈還未能有效建立，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，可以參考俄羅斯發布的以下標準：①GOST 28751-90—在線系統傳導噪聲范圍；②GOST 28751-90—ECU應能經受在線系統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的方式使車載終端呼叫試驗用虛擬PSAP，通過登錄虛擬PSAP網站（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揮著重要作用，在車輛發生事故后，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，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建設的國家還不多，但已得到越來越多的國家和地區的關注。此外，此車載終端經過升級還可應用于電動車領域和車聯網系統中。