事故紧急呼叫系统的电磁辐射抗扰度测试研究

0引言

尽管全球致力于降低交通事故率以实现零事故愿景,但事故仍频发,造成人员和财产重大损失。为迅速定位事故并提供救援,各国政府和机构正积极构建事故紧急呼叫系统(Accident Emergency Call Systems,AECS)。

AECS是为机动车辆定制的自动紧急呼叫系统,在交通事故或车内紧急情况下,该系统能自动或手动向公共安全应答平台发起紧急呼叫,迅速传递车辆位置等关键信息。AECS通过迅速启动救援流程,能有效减少事故的应急响应时间,以降低伤亡风险^[1]。

全球紧急呼叫系统法规认证主要涵盖海关联盟、欧盟及联合国欧洲经济委员会等地区,欧盟与俄罗斯作为海关联盟成员,已在车载紧急呼叫系统立法与执行方面取得显著进展,该系统已成为新车市场的强制要求^[1]。中国亦在积极推动国家强制性标准的制定, 目前该标准已正式立项。鉴于事故紧急呼叫系统在紧急情况下对挽救生命的重要性,保障其在充满电磁干扰的现实环境中的稳定性和可靠性尤为关键。

1AECS概述

事故紧急呼叫系统是一个高效救援通信体系,其核心组成部分包括:车载系统(In—Vehicle System,IVS)、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)、移动蜂窝网络以及公共安全应答点(Public Safety Answering Point,PSAP)[2]。架构示意图如图1所示。

车辆遇事故或紧急情况时,传感器或手动信号可触发紧急呼叫系统。IVS利用全球导航卫星系统确定车辆位置、方向和轨迹,生成最小数据集MSD,并通过移动网络发送至公共安全应答点(PSAP)。随后,车载系统与PSAP建立双向语音通信,PSAP接收MSD 数据并通过通话获取详细信息,筛选和确认紧急呼叫。根据事故情况,PSAP启动救援机制,调动社会资源进行救助。

车载智能系统(IVS)作为事故紧急呼叫系统(AECS)的核心,其构成要素如图2所示,主要包括以下几个关键部分:

1)通信模块:配备射频单元和射频天线,负责将最小数据集(MSD)传输至公共安全应答点(PSAP),并在此基础上建立稳定的语音通信链路。

2)导航定位模块:内含GNSS接收机和GNSS天线,其核心功能是接收全球导航卫星系统的信号,并准确解析出事故发生时车辆的具体经纬度位置。

3)数据处理单元:集成了调制解调模块、话音编码器及MSD信息源'承担着数据编译、调制解调和话音编码等关键任务,以确保信息的准确传递和语音的清晰通信。

4)音频设备:包括麦克风和扬声器,允许车内乘员与PSAP进行实时的语音交流,为救援过程中的沟通提供便利。

2AECS整车级辐射抗扰方法及验证

汽车的抗干扰能力对于评估其在复杂电磁环境中的安全性能至关重要,因此,深入研究AECS的电磁抗扰度测试方法对于验证系统在电磁干扰下的稳定性和功能完整性,以及确保其在实际应用中的可靠性极为关键。

2.1 测试平台搭建

本测试方案整合了辐射抗扰度测试系统、AECS 被测对象以及AECS测试平台,旨在打造一个电磁环境与全仿真网络紧密结合的AECS测试环境。测试平台的构建充分利用了实验室现有设施,具体布局如图3所示。

辐射抗扰度测试将在10 m法半电波暗室中执行,关键设备包括信号发生器、功率放大器、定向耦合器、功率计以及天线,用以评估电子设备对电磁干扰的抵御能力。

AECS测试系统主要由通信综测仪、导航星历模拟器、通信天线、GNSS天线以及PSAP平台等构成。综测仪MD8475B负责模拟蜂窝网络,通过蜂窝天线产生电磁波与车载系统建立通信链路;导航星历模拟器GSG—6用以模拟GNSS卫星信号,经由GNSS天线发射电磁波,供车载系统捕捉以确定位置信息。综测仪和GNSS模拟器均位于控制室内,通过射频线缆与半电波暗室内的相应天线相连。

为了确保信号的准确性,减少干扰,导航星历模拟器与GNSS天线之间需加装卫星工作频段的带通滤波器,而综测仪与通信天线之间则需串接运放器及通信频段的带通滤波器。同时,GNSS天线与通信天线的布局应尽可能远离辐射抗扰度测试天线,以维护暗室内卫星信号和蜂窝网络信号的强度,同时降低来自测试天线的电磁干扰。

通过MX703330EeCallTester软件,模拟PSAP核心功能,包括解析MSD信息和自动语音通信。测试车辆固定于半电波暗室的底盘测功机上,以保障环境稳定。为模拟真实通信,车辆T—box的SIM卡或e—SIM卡将替换为专用测试白卡,确保顺利注册于通信测试仪,以执行后续通信测试。

2.2 测试参数设置

完成测试平台搭建后,进行通信综测仪和卫星信号模拟器参数配置。启动SmartStudioManager软件,输入射频线缆衰减值,选择合适网络制式和工作频段。细致配置上下行链路,调整功率,确保综测仪与车辆间稳定通信,如图4所示。

在导航模拟器的控制软件GSGStudioview中,根据工况需求选择卫星制式、频段和卫星数;设定日期、时间、经纬度、海拔和速度等关键参数,精确生成卫星信号轨迹。同时,调整输出功率,确保信号电平在车载GNSS接收机的接收范围内。

启动MX703330E eCall Tester软件,PSAP平台将展示AECS状态、事件时序和解析后的MSD信息。PSAP平台还能远程启动SmartStudio Manager软件,支持设置基本参数,提升测试灵活性和便捷性。

2.3测试工况及失效判定准则

AECS系统的EMC测试评估全面覆盖了包括 GNSS接收机、IVS(含MSD模块)、语音系统(麦克风和扬声器)、无线通信系统(如GSM、WCDMA、LTE等),以及相关传感器和事故检测功能在内的关键组件。鉴于在EMC暗室内无法模拟实际的碰撞触发,测试中采用手动激活AECS的方法。在进行抗扰度测试时,AECS应满足以下要求以确保其性能和可靠性:

1)车载紧急呼叫系统需手动可启动,并向PSAP 传输MSD。

2)传输至PSAP的MSD需包含表1所有元素^[2],信息需准确,定位误差不得超出车厂规范。

3)车载紧急呼叫系统应能同PSAP建立清晰的双向语音通信。

在执行辐射抗扰度测试期间,将测试分为两种工况,具体的车辆测试条件和失效判定标准详列于表2。

1)工况一为短期动态测试:可采用GB 34660—2017推荐的16个关键特征频点,即27、45、65、90、120、150、190、230、280、380、450、600、750、900、1300、1800MHz^[3];企业也可根据需求选择测试频点进行评估。在每个测试频点,手动激活AECS,实现MSD传输并保持20 s语音连接,随后终止AECS;确保干扰场强驻留时间完整覆盖AECS操作周期。

2)工况二为连续稳态测试:采用连续扫频方法;测试启动时,需手动激活AECS,并确保在整个测试期间保持系统连接,以便全面评估系统在持续电磁场中的抗扰度能力。

在进行辐射抗扰度试验时,为确保导航系统与移动蜂窝网络系统的功能不受影响,建议对这两个系统的工作频段实施豁免。此举旨在预防频段间的电磁干扰,保障系统间的兼容性和独立性,从而维护各自的正常运行。

2.4测试结果与验证

遵循梅赛德斯-奔驰的整车电磁兼容性标准,将抗扰度测试标准按更为严格的场强要求设定:全频段电平高达70 V/m,部分频段甚至达到140 V/m,远超法规要求的30 V/m;测试覆盖的频率范围从100 KHz延伸至6 GHz^[4]。

在测试过程中,使用摄像头对车辆的关键电子系统如仪表盘、中控屏和IVS状态指示灯等进行视觉监控,同时利用摄像头内置的麦克风捕捉车内的声音信息;通过CANoe工具进行实时车辆系统监控,并运用eCall Tester软件对MSD数据进行解析及AECS状态监控,从而对AECS系统在电磁干扰环境下的性能进行全面评估。

测试结果显示,在工况一中,测试车辆成功地将所有最小数据集传输至PSAP,传输过程中未出现数据丢失;同时,车辆与测试设备之间实现了清晰稳定的语音通信,且车辆接收的GNSS位置信息准确,满足了定位精度要求,如图5所示。在工况二中,AECS 系统在测试全程中维持了稳定运作。测试结果突显了车辆AECS系统在安全性与兼容性方面的显著提升。

3 结束语

鉴于AECS在交通事故紧急救援中的重要性,本文深入研究了其整车电磁抗扰度的测试方法。通过搭建专业测试平台和执行严格的实车测试,对AECS 的性能进行了全面评估,旨在为后续的测试流程和系统改进提供实用的指导。

[参考文献]

[1] 胡月,李铮,朱彤.车载事故紧急呼叫系统的应用及关键技术分析[J].汽车工程师,2019(6):11-14.

[2]张悦,张旭,丁一夫.Era-glonass紧急呼叫系统关键性能测试技术研究 [J].重庆理工大学学报 (自然科学),2019,33(4):41-48.

[3] 道路车辆电磁兼容性要求和试验方法:GB 34660—2017[S].

[4]EMC Performance Requirements-vehicle Tests :MBN10284-1:2019-10[S].

2024年15期第5篇