乘用车道路救援紧急呼叫终端开发

赖秋训

（法雷奥汽车内部控制（深圳）有限公司，广东 深圳 518103）

随着汽车工业的发展，全世界范围内生产的乘用车数量逐年增加，随之而来的汽车事故在世界各国家和地区造成的人员伤亡也越来越多。根据世界卫生组织的统计，全世界范围内每年因道路交通事故死亡人数约有125万，而在中国发生的汽车交通事故在2016年有145820起，死亡45990人，直接财产损失102970.6万元［1］。据欧盟国家统计，由于交通事故产生的损失每年将近达到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［2］。

为减少交通事故造成的人员伤亡和财产损失，缩短事故发生后救援的响应时间，各国政府正积极组建应用于乘用车的紧急呼叫系统网络，其中车载紧急呼叫终端是该系统网络中的核心部分。

1 紧急呼叫终端的功能框图和工作原理

1.1 道路救援紧急呼叫服务系统

整个服务系统包括紧急呼叫车载终端、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）、公共安全应答中心（Public-safety Answering Point，PSAP）和救援服务4大部分，如图1所示。

图1 道路救援紧急呼叫服务系统

在车载终端的紧急呼叫被触发后，车载终端通过蜂窝移动通信网络将最简事故数据（Minimum Set of Data，MSD）发送给PSAP，并与PSAP建立语音通信。MSD包含自动或手动触发标识、车辆识别码、车辆位置经纬度、信息标识、紧急呼叫标识、位置信息可信度、动力系统状况、时间戳等信息，其中经纬度信息由车载终端通过GNSS获得。目的是在救援服务被派出前获得基本信息，即使在驾驶员失去意识的情况下也能够在最短时间内获得救援。

1.2 车载终端的功能模块

该车载终端主要包含微控制器（Microcontroller，MCU）、GNSS接收机模块、蜂窝网移动通信模块（Network Access Device，NAD）、电源管理模块、独立的备用电源模块等，如图2所示，其中人机交互方面有功能按键和工作状态指示灯，按键用于手动触发紧急呼叫功能，指示灯通过灯光的颜色和闪烁的快慢来表示车载终端的工作状态。MCU内置有控制器局域网（Controller Area Network，CAN）控制器，可将收发的信息转换为符合CAN规范的数据，通过收发器实现车载终端与车辆之间的数据传输。CAN控制器局域网总线是目前应用最为广泛的车辆总线系统，不仅适合于低速系统，而且也适合于高速系统［3］。目前市场上的各大MCU供应商的产品都内置了CAN控制器，可供选型的几大供应商有飞思卡尔、瑞萨以及意法半导体。CAN收发器的技术也非常成熟，通常选用恩智浦半导体公司的TJA1043即可满足产品需求。

图2 车载终端功能框图

为实现车辆与PSAP之间的语音通信和数据传输，车辆必须能够接入蜂窝移动通信网络，车载终端上的NAD模块因此是个重要部件。本文介绍的车载终端所使用的NAD支持2G和3G通信，目前能够满足汽车电子领域要求的NAD供应商主要有华为、司亚乐无线通讯和佩科等。在车载终端的开发过程中，使用通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）接口将NAD与计算机连接，通过对AT指令集的操作进行工程调试。音频功放使用数字功放，也就是D类功放，可满足体积小、功耗低的需求，所驱动的扬声器额定功率选用4W的即可满足车载终端应用需求。麦克风方面需要注意其电源在EMC测试中容易受到辐射干扰，一般可通过在麦克风端的电源线路上串联磁珠来避免。

在车辆发生事故后，为了能够快速定位事故地点，车载终端需要具备获取所处位置的地理坐标的能力，因此需要安装GNSS接收机模块。目前不同国家和地区使用不同的卫星定位系统，世界上4大GNSS有美国的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、中国的北斗卫星导航系统、俄罗斯的格洛纳斯以及欧盟的伽利略。尽管如此，大多数GNSS接收机都可以同时兼容各种卫星导航系统。在紧急呼叫车载终端的应用上，定位精度在10～15m内可以满足需求。目前主流的GNSS接收机芯片供应商有U-blox、Skylab和Marell。

为实现自动触发紧急呼叫的功能，车载终端需要具备探测车辆是否发生事故的能力，可通过检测乘员保护辅助装置（Supplemental Restraint System，SRS）的信号来实现，此信号为安全气囊状态信号。各汽车品牌的安全气囊信号规格不尽相同，一般是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号。为提高对SRS的探测能力，通常车辆制造商除了使用专用的线束来传输信号之外，还会在CAN通信上也传输此信号。安全气囊的触发需要合适的车速和碰撞角度，为增加车辆事故的探测能力，还需要探测车辆侧翻的情况，因此在功能上增加三轴加速度传感器。

备用电池是紧急呼叫终端的紧急电源保障。在严重的车辆事故中，位于发动机舱的车辆电池往往已经不能再正常工作，因此对于紧急呼叫终端来说专用的备用电池非常必要。虽然目前市场上锂离子电池的能量密度非常高，但是在车载应用领域其安全性却不及镍氢电池。选用可充电的镍氢电池是目前比较通用的方案，通常其电量目标为能够坚持10 min的语音通话以及1h的被叫待机。

电源管理模块为整个车载终端的各功能模块提供电源供应，管理各个工作模式下的电源分配。除此之外，为保持备用电池的健康状态，还为备用电池的充放电提供合适的条件。在镍氢电池充电过程中，为了避免电池内部温度过高损害电池循环使用寿命，对电池温度的检测和控制很有必要［4］。

1.3 车载终端的工作原理

在车辆发生事故后，车载终端将自动触发紧急呼叫功能。在与PSAP建立通信后，首先通过移动通信网络传送MSD（其中包含事故发生位置的地理坐标等关键信息），然后建立语音通话，PSAP将根据MSD和通话情况派出合适的救援服务。通话结束后车载终端将会进入回拨等待模式，如果在此模式下被PSAP呼叫将会自动接通而不需要手动操作。此外，车辆的驾乘人员在有需要的情况下也可通过功能按键手动触发紧急呼叫功能。表1为车载终端各工作模式与触发条件。

表1 车载终端各工作模式与触发条件

在车载终端的运行模式下，出于对车辆驾乘人员隐私的考虑，PSAP不能获取车辆位置的地理坐标信息。

2 电磁兼容性需求

目前中国的道路救援紧急呼叫服务系统的生态圈还未能有效建立，对适用于车载紧急呼叫终端的电磁兼容性测试标准也还未制订，可以参考俄罗斯发布的以下标准：①GOST 28751-90—在线系统传导噪声范围；②GOST 28751-90—ECU应能经受在线系统过压及车辆蓄电池反电压连接；③GOST 28751-91—噪声阻尼控制范围及电容、电感连接的信号电路板；④GOST R50607-93—电脉冲的噪声阻尼范围；⑤GOST R41.10-99—安装在车辆上的设备音频噪声范围；⑥GOST 28279-89—车辆前装设备及用户无线电设备的电磁兼容性范围［5］。

3 车载终端的功能试验

为验证车载终端的功能，分别对其呼叫PSAP的功能和GNSS定位功能做试验。在试验中使用按键手动触发的方式使车载终端呼叫试验用虚拟PSAP，通过登录虚拟PSAP网站（http：//www.oecon-line.de）来验证紧急呼叫是否成功。如图3所示，试验中的紧急呼叫被成功接收，信息中包含地理坐标（北纬22.66626°，东经113.82596°），车辆类型PASSENGER_VEHICLE_M1，车辆识别码LB37742S2GC290871以及事件时间等信息。

此外还试验了行驶车辆中的车载终端获取GNSS信号的功能，图4为试验车辆行驶轨迹。

图3 虚拟PSAP网站页面

图4 试验车辆行驶轨迹

4 结语

紧急呼叫车载终端在道路救援中发挥着重要作用，在车辆发生事故后，准确快速的道路救援能够有效地减少人员伤亡和降低财产损失。本文介绍了一种具备基本功能的车载终端的开发，能够满足目前的市场需求。虽然目前积极推动紧急呼叫系统建设的国家还不多，但已得到越来越多的国家和地区的关注。此外，此车载终端经过升级还可应用于电动车领域和车联网系统中。