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。

关键词：ERA-GLONASS系统;触发阈值;分体式结构;认证试验

中图分类号：U463.61     文献标识码：A    文章编号：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

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。

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進行语音通信;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，T-BOX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T-BOX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。

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：

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ERA-GLONASS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（ax，ay，az）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。

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ax 、ay 、az。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。

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

ERA-GLONASS系统包含T-BOX控制单元、紧急呼叫开关（带麦克风）、扬声器及其线束。为了加强通用性与可操作性，将ERA-GLONASS系统设计成一种分体式紧急呼叫系统——即包含独立的T-BOX控制單元、紧急呼叫开关和外置扬声器。这种分体式结构受原乘员舱机构的影响不大，可以较为灵活地选择布置方案，适用于多种车型，通用性强，开发周期短，且易于驾驶员及乘员操作。图5所示为ERA-GLONASS系统的主要独立部件示意图。

若要将ERA-GLONASS系统安装在整车上满足紧急呼叫功能，并符合俄罗斯相关的标准法规要求，合理将T-BOX控制单元、紧急呼叫开关和外置扬声器布置在整车上是至关重要的。

根据车型乘员舱结构特点及法规明确要求，紧急呼叫开关必须安装在人眼前方180度范围内，并且驾驶员（及其他乘员）在不解开安全带的情况下可以触及的位置，方便受困人员操作。扬声器一般安装在驾驶员附近，以保证驾驶员与救援中心的对话质量。独立的扬声器避免了车辆本身影音系统的干扰，紧急呼叫系统启动后，车辆影音系统将会自动进入静音状态，避免其对紧急呼叫系统的干扰。T-BOX控制器一般安装在紧急呼叫开关及扬声器附近的车身骨架上，通过线束连接，且安装位置尽可能水平或者垂直以满足侧翻试验的要求。

下面以某车型为例，设计一种已通过试验验证效果较为理想的布置方案。

4.1   T-BOX控制单元

T-BOX控制单元通过固定支架安装在右储物盒内箱骨架上，具体安装位置示意图见图6。T-BOX控制单元上有4个安装孔，通过4个紧固件（如螺栓）与固定支架连接固定，再将固定支架通过紧固件（如螺栓）固定在右储物盒内箱骨架上即可。

4.2   紧急呼叫开关

紧急呼叫开关通过固定支架安装在座舱中央储物盒边缘，具体安装位置示意图见图7。紧急呼叫开关卡在其固定支架卡槽处，再将紧急呼叫开关固定支架通过3个紧固件（如螺钉）固定于座舱中央储物盒边缘。驾驶员及前排乘员都可以轻松目视并触及紧急呼叫开关上的SOS按键，通过紧急呼叫开关上集成的麦克风与救援中心通话，从而建立与救援中心的语音连接。

4.3   外置扬声器

外置扬声器通过固定支架安装在左下装饰板储物盒处，具体安装位置示意图见图8。外置扬声器上有两个安装孔，通过紧固件（如螺钉）与扬声器固定支架连接固定，再将扬声器固定支架布置在左下装饰板储物盒处。当车上人员按下SOS按键，紧急呼叫系统启动后，车辆影音系统将会自动进入静音状态，驾驶员及其他乘员可通过扬声器接收到救援中心的语音信息。

最后，紧急呼叫开关和扬声器分别通过线束与T-BOX控制单元连接，整个ERA-GLONASS系统就完整的安装在整车上。按上述设计方案将这种分体式紧急呼叫系统布置在整车上，方案简洁明了，对原车型周围环境件设计变更影响小，较大降低了设计成本和周期，且具有良好的制造工艺性。

5    ERA-GLONASS系统研究面临的问题

尽管我国自主车企在俄罗斯汽车市场已经占有了一定的市场份额，对ERA-GLONASS系统的研究也有了一定的成果，但依然面临许多问题。

我国车企若要将自主品牌车型投放俄罗斯市场，必须先进行ERA-GLONASS系统的认证试验，试验内容包括整车试验和零部件试验。具体试验项目和及其采用的GOST法规如下：

零部件试验包电磁兼容、耐环境和机械力试验、功能试验和MSD数据传输协议试验、无线通信模块试验和导航模块试验。零部件供应商只需通过测试拿到测试报告即可，无需单独申请证书。

整车碰撞试验包括ERA-GLONASS系统碰撞预警性能测试、车辆侧翻时自动触发测试和音频测试。前两项测试是检查车辆在发生碰撞或侧翻时ERA-GLONASS系统是否能够正常地呼叫救援并发送信息，这两项测试的难点在于需要传统的机动车试验室与通信方面的试验室共同合作完成;音频测试是检验在车辆发生紧急事故的情况下，车内人员与救援中心建立双向通话时的通话质量，该项测试是ERA-GLONASS系统测试中最难通过的。

音效测试项目包含14个大项共70余个小项，各项目之间相互影响，若项目A通过，项目B未通过，通过参数调整使项目B通过后可能会导致项目A无法通过，最终70余项需全部通过才能保证音效测试正常通过。音效测试的影响因素包括T-BOX质量、驾驶室内环境、麦克风和扬声器的安装位置，其中T-BOX质量的好坏是影响音效测试结果的决定性因素，而目前国内基本没有满足要求的T-BOX开发商;驾驶室内环境（包含驾驶室内空间分布、驾驶室内饰材料）也是影响音效测试结果的一个重要因素，它会音响声音的传播与吸收，但车辆一经出厂驾驶室内环境就已经决定，测试时无法调整与改变;麦克风和扬声器的安装位置则是可以进行调整与改变的一个因素，我们应该尽可能调整到合适的位置来保证音效测试的通过。

此外，ERA-GLONASS系统在整车上的布置也存在一定难度。上文提出的一种分体式的ERA-GLONASS系统包含独立的T-BOX控制单元、紧急呼叫开关（带麦克风）、扬声器。为了避免麦克风与扬声器的互相干扰，两者的安装位置直线距离必须大于50公分，紧急呼叫开关的安装位置也必须满足50%男性假人可接触等要求。此外，由于麦克风与扬声器的安装位置对音频测试有很大影响，并且测试通过位置一经确定，此后生产车辆不允许再做更改，因此需慎重布置。

6    结语

ERA-GLONASS系统在车辆发生事故时，可自动或手动地发送车辆当前位置、运动方向和车速等信息到救援中心，同时车上人员可通过通信网络，保障与救援中心进行双向语音通信。本文介绍了ERA-GLONASS系统的主要结构及其工作原理，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;并研究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。尽管我国自主车企在俄罗斯汽车市场已经占有了一定的市场份额，自主品牌车型出口量也日益增多，可是目前国内对ERA-GLONASS系统的研究还在起步阶段，很多用于出口車辆的ERA-GLONASS系统都是从俄罗斯当地采购;另外，系统的认证试验较为复杂，绝大部分认证试验需要在俄罗斯当地进行，试验费用高，周期长。因此，为了提高民族品牌汽车产业在国际市场上的竞争力，我们必须尽早全面地分析研究ERA-GLONASS系统的设计开发技术和法规认证中国本土化试验，为中国汽车产业走向世界贡献一份力量。

参考文献：

[1]郭蓬，宋洁，戎辉.车辆紧急呼叫系统的发展现状[J].汽车电器.2017（07）：32-34.

[2]罗远.针对俄罗斯市场的车载紧急呼叫系统电声性能测试技术研究[J].汽车实用技术.2016（01：55-57.

[3]童圣骁，童国庆，孙泽昌.俄罗斯市场ERA—GLONASS紧急呼叫系统设计[J].汽车电器.2015（02）：9-12.

[4]罗伯特·黑本.汽车紧急呼叫系统供电电池面临新挑战[J].汽车电器.2013（07）：63-64.

[5]盘朝奉，周孔亢，李仲兴.基于车辆事故等级分类的紧急呼叫系统研究[J].中国安全科学学报.2008（02）：17-20.