車載事故緊急呼叫系統(tǒng)自動觸發(fā)加速度波形研究

主題詞：自動緊急呼叫系統(tǒng)自動觸發(fā)加速度波形碰撞恢復(fù)系數(shù)臺車試驗中圖分類號：U467.14；U467.3 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.19620/j.cnki.1000-3703.20240644

Research on Acceleration Pulse of Automatic Emergency Call System Automatic Trigger

LouLei，Gu Haiming，Wang Jingchen （CATARC Automotive Test Center （Tianjin） Co.，Ltd.， Tianjin 300300）

【Abstract】The purposeof thisstudy is to define the automatic triggering conditions for thenational standard of the Automatic Emergency CallSystem （AECS）in China，and tostandardize thetestconditions toimprove theeficiencyand accuracyofemergencyresponsetotrafficaccidents.ThepaperfirststudiesofthecurrentstatusofAECS-relatedstandards abroad，proposingthebasicprinciplesfortheutomatictriggeringconditionsofECSsuitableforChina，thatis，theollsion intensityrequiredforAECSautomatic trigeringshouldnotexcedthecolision intensityrequiredfortheairbagtobefired. Throughresearchontheairbagcalibrationstrategiesofdomesticcarandthecolectionofalargeamountofreal vehicle colisionaccelerationdata，thecolisiondynamicsinvriousdirectionswereanalyzed，theveiclebodymotioncharacteristics werestudied，ndtataproessingandsaiscalalsiserearrdut.celeationveforsoffoal，idd rearcollisions aredetermined，andthe testaccelerationcorridorsandvelocitychange parameters fortheautomatictrigering conditionsintheAECSstandardaredefinedacordingly.Theresultsof theverification testshowthatthedefiedautomatic trigeringconditionsaremoresensitivethanthe UnitedNations（UN）standards，whichcanefectivelyimprovetheresponse efficiency of AECS.

Keywords：Automatic Emergency Call System （AECS）Automatic trigger，Accelerationpulse oefficient of restitution，Sled test

【引用格式】婁磊，顧海明，王景琛，等.車載事故緊急呼叫系統(tǒng)自動觸發(fā)加速度波形研究[J].汽車技術(shù)，2025（6）：23-27.LOUL，GUHM，WANGJC，etal.ResearchonAccelerationPulse of Automatic Emergency CallSystem AutomaticTrigger[J]. Automobile Technology，2025（6）： 23-27.

1前言

車載事故緊急呼叫系統(tǒng)（AccidentEmergency CallSystem，AECS），能夠在車輛發(fā)生事故時，通過內(nèi)部算法判斷事故的發(fā)生，自動將車輛的位置、碰撞強度等相關(guān)信息發(fā)送給救援服務(wù)平臺，同時與服務(wù)平臺建立通話連接。

《關(guān)于部署基于112服務(wù)的eCall車載系統(tǒng)的型式認(rèn)可要求》，該標(biāo)準(zhǔn)于2017年修訂為EU2017/79《針對基于112的eCall車載系統(tǒng)和獨立技術(shù)單元的EC型式認(rèn)證技術(shù)要求和測試程序》。在該標(biāo)準(zhǔn)中，要求制造商提供聲明，證明系統(tǒng)可在低于聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)UNR94《關(guān)于就正面碰撞中乘員保護方面批準(zhǔn)車輛的統(tǒng)一規(guī)定》和UNR95《關(guān)于就側(cè)面碰撞中乘員保護方面批準(zhǔn)車輛的統(tǒng)一規(guī)定》碰撞試驗強度的條件下被自動觸發(fā)。

2018年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會頒布了聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)UNR144《關(guān)于AECS系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)定》，其中自動觸發(fā)條件要求在UNR94和UNR95碰撞試驗后，AECS系統(tǒng)應(yīng)被自動觸發(fā)2，但是對于UNR94和UNR95豁免的車型則不需要滿足自動觸發(fā)要求，此外對于未配置氣囊的車輛，無法感知碰撞的發(fā)生，因此不需要自動觸發(fā)。

俄羅斯關(guān)于AECS的標(biāo)準(zhǔn)較多，其中關(guān)于碰撞檢測機制和自動觸發(fā)條件的標(biāo)準(zhǔn)有2項，GOSTR54620—2011《道路交通事故應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)—車載緊急呼叫系統(tǒng)/設(shè)備通用技術(shù)要求》和G0STR55532—2013《道路交通事故應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)一評估車載緊急呼叫系統(tǒng)符合事故檢測要求的檢驗方法》。這兩項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車輛應(yīng)能自動偵測各種事故方式并自動觸發(fā)AECS系統(tǒng)，包括：正面碰撞、側(cè)面碰撞、后碰撞、翻滾，具體的試驗方法除實車碰撞試驗方法外，還定義了5個碰撞方向的臺車試驗方法，包括：正面碰撞、正面左前 20^° 角碰撞、正面右前 20^° 角碰撞、側(cè)面碰撞、后碰撞。碰撞加速度峰值范圍為 24～35_g ，碰撞過程中加速度超過 24g 的作用時間大于 40ms （建議 50ms ）[3-4]。該加速度沖擊強度與UNR94和UNR95實車碰撞強度相當(dāng)甚至略高。

目前我國的強制性國家標(biāo)準(zhǔn)《車載事故緊急呼叫系統(tǒng)》正在報批。由于在嚴(yán)重碰撞事故中，車內(nèi)人員可能已經(jīng)喪失自主報警的能力，因此AECS系統(tǒng)的自動觸發(fā)條件是標(biāo)準(zhǔn)中重要的技術(shù)內(nèi)容之一。本文重點闡述了AECS系統(tǒng)自動觸發(fā)條件的設(shè)定原則、研究方法和過程，并基于實際車輛碰撞試驗的加速度數(shù)據(jù)，給出了自動觸發(fā)條件的試驗加速度波形通道。

2自動觸發(fā)條件

2.1基本原則

目前我國正面碰撞國家標(biāo)準(zhǔn)GB11551《汽車正面碰撞的乘員保護》（對應(yīng)UNR94）和側(cè)面碰撞GB20071《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》對應(yīng)UNR95）的碰撞速度均為 50km/h 左右，用以考核車輛的安全防護功能。但低于該碰撞強度的事故不意味著乘員是絕對安全的，故AECS的自動觸發(fā)條件應(yīng)適度減小。另外由于安全氣囊的普及，碰撞發(fā)生時安全氣囊可能擠壓成員眼部，造成暫時視覺模糊[5-8]。此外，氣囊點火的爆炸聲巨大，加之乘員與聲源距離較近，可導(dǎo)致耳鳴，嚴(yán)重時甚至可能造成短時暈厥。因此，本研究確定AECS自動觸發(fā)條件的基本原則為：氣囊起爆時AECS系統(tǒng)應(yīng)能自動觸發(fā)，即氣囊必爆限值應(yīng)高于或等于AECS自動觸發(fā)條件，如圖1所示。其中碰撞強度應(yīng)與碰撞速度呈正相關(guān)。

2.2 碰撞強度統(tǒng)計

由于氣囊系統(tǒng)需要在碰撞發(fā)生后 10ms 左右做出點火決策，取氣囊必爆限值作為參考，并將AECS自動觸發(fā)條件設(shè)定為碰撞強度 氣囊必爆限碰撞強度。

本研究調(diào)研了國內(nèi)13家企業(yè)氣囊標(biāo)定策略和點火速度數(shù)據(jù)，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。對于正面碰撞，氣囊必爆下限速度范圍為 19～30km/h ，平均值為 23.3km/h 對于側(cè)面碰撞，氣囊必爆下限速度為 25～30km/h ，平均值為 27.5km/h 。

后碰撞工況下，氣囊通常不會點爆，因此參考其他標(biāo)準(zhǔn)，將碰撞強度定義為等同國標(biāo)GB20072《乘用車后碰撞安全要求》的強度。國內(nèi)外各國新車評價規(guī)程（NewCarAssessmentProgram，NCAP）中鞭打試驗是考核車輛被追尾時，座椅頭枕對乘員頭頸部的保護能力，碰撞強度以速度變化量 ΔV 表征，速度變化量范圍通常為 16～24km/h ，該碰撞強度與GB20072中移動壁障為 1100kg 、碰撞速度為 50km/h 的試驗工況強度相當(dāng)。

3加速度波形研究

3.1正面碰撞

標(biāo)準(zhǔn)中的臺車碰撞工況通常從2個角度定義，即速度變化量 ΔV 和碰撞全時間域的加速度，前者從宏觀層面表征了碰撞整體強度水平，而后者從微觀層面反映了碰撞過程中每一瞬間的加速度特征。為此，本研究收集了137條行業(yè)內(nèi)實車低速正碰的車輛B柱碰撞速度數(shù)據(jù)，選取其中116條碰撞速度為 12～35km/h 的數(shù)據(jù)。碰撞速度分布如圖2所示。

對數(shù)據(jù)進行速度歸一化處理，將所有數(shù)據(jù)均統(tǒng)一為碰撞速度為 23.3km/h 的狀態(tài)。此處引入碰撞恢復(fù)系數(shù) e^[9] .

式中： v₁ 和 v₂ 分別為碰撞前碰撞雙方速度， v₁^′ 和 v₂^′ 分別為碰撞后碰撞雙方速度。

實車正碰試驗中，將試驗車輛牽引至設(shè)定的試驗速度 v₀ ，之后車輛在無約束的狀態(tài)下自由碰撞固定壁障。根據(jù)式（1）可得碰撞車輛的速度變化量為：ΔV=（1+e）v_0° 同時碰撞中的加速度積分即為速度變化量，由此可見當(dāng) v₀ 變化時， ΔV 和加速度均與之呈正相關(guān)變化。

計算所有加速度曲線的平均曲線，如圖3所示，加速度標(biāo)準(zhǔn)差 σ=4.0g ，積分運算后速度變化量 ΔV=26.6km/h 。基于平均曲線 ±1σ 簡化為梯形通道，通道參數(shù)如表2所示。

基于以上結(jié)果，將自動觸發(fā)條件的正碰試驗參數(shù)定義為：試驗加速度曲線應(yīng)在如圖3所示的上、下限通道范圍內(nèi)，速度變化量AV應(yīng)為 26.6±1km/h ○

3.2 側(cè)面碰撞

正碰試驗是車輛與固定壁障的單體碰撞，而側(cè)碰試驗是移動壁障與試驗車輛的雙體碰撞。根據(jù)上文，側(cè)面氣囊在側(cè)碰中的必爆限碰撞速度平均值為 27.5km/h 本研究收集了61條碰撞速度為 15～40km/h 的實車側(cè)碰中央通道加速度數(shù)據(jù)。

試驗中，將移動壁障牽引至設(shè)定試驗速度 v₀ ，之后移動壁障在無約束的狀態(tài)下自由碰撞靜止的試驗車輛側(cè)面。碰撞過程滿足動量守恒：

m₁v₀=m₁v₁^′+m₂v₂^′

式中： m₁ 為移動壁障質(zhì)量， m₂ 為試驗車質(zhì)量。

聯(lián)立式（1）式（2）可得試驗車的速度變化量為：

其中，由于側(cè)碰中試驗車輛初始靜止，因此 v₂=0

側(cè)碰中試驗車的速度變化量與碰撞速度 v₀ 呈正相關(guān)，與試驗車質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)。本研究中61組數(shù)據(jù)對應(yīng)的試驗車質(zhì)量范圍為 1200～2410kg ，因此在數(shù)據(jù)歸一化處理時，除了將碰撞速度歸一化外，還需對試驗車質(zhì)量進行歸一化處理。我國國標(biāo)GB20071處于修訂階段，其移動壁障的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量由 950kg 提高至1400kg^[10-11] ，與Euro-NCAP的AE-MBD 測評規(guī)程中一致，因此本研究采納其研究結(jié)論，以 1400kg 作為質(zhì)量歸一化基準(zhǔn)。

與正碰統(tǒng)計方法相同，計算所有加速度曲線的平均曲線，如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)差 σ=2.0g ，積分獲得速度變化量 ΔV=14.3km/h_? 。基于平均曲線 ±1σ 簡化為梯形通道，通道參數(shù)如表3所示。

因此，將自動觸發(fā)條件的側(cè)碰試驗參數(shù)定義為：試驗加速度曲線應(yīng)在圖4所示的上、下限通道范圍內(nèi)，速度變化量△V應(yīng)為 14.3±1km/h_?

3.3后碰撞

實車后碰撞與側(cè)面碰撞類似，采用與側(cè)面碰撞相似的數(shù)據(jù)處理流程和方法。

本研究共收集實車后碰撞試驗數(shù)據(jù)67條，經(jīng)過清洗和篩選采用數(shù)據(jù)57條。修正并計算所有加速度曲線的平均曲線，如圖5所示，標(biāo)準(zhǔn)差 σ=5.4g ，積分運算后速度變化量 ΔV=27.2km/h 。基于平均曲線 ±1σ 提取簡化通道，根據(jù)工程經(jīng)驗和其他標(biāo)準(zhǔn)，后碰特征波形大多是三角波，因此簡化通道與正碰側(cè)碰略有不同，通道參數(shù)如表4所示。

因此，建議在AECS標(biāo)準(zhǔn)中將自動觸發(fā)條件的后碰試驗參數(shù)定義為：試驗加速度曲線應(yīng)在如圖5所示的上、下限通道范圍內(nèi)，速度變化量 ΔV 應(yīng)為27.2±1km/h 。

4試驗驗證

選取兩款具有AECS功能的車輛進行標(biāo)準(zhǔn)驗證試驗，其中型號A是針對上述國標(biāo)計劃采用的自動觸發(fā)條件進行算法適配的產(chǎn)品；型號B為滿足UNR144的產(chǎn)品，但是未針對我國國標(biāo)進行算法修改。

正碰試驗的加速度曲線如圖6所示，積分計算可得速度變化量分別為 26.9km/h 和 26.6km/h 。側(cè)碰試驗的加速度曲線如圖7所示，積分速度變化量均為14.5km/h 。后碰試驗的加速度曲線如圖8所示，積分速度變化量分別為 27.4km/h 和 27.6km/h 。試驗結(jié)果如表5所示。在正碰試驗中，兩款產(chǎn)品都自動觸發(fā)了AECS系統(tǒng)。型號B針對UNR144標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，雖然UNR144中正碰自動觸發(fā)的驗證試驗碰撞強度為實車碰撞速度 50km/h ，但是該產(chǎn)品設(shè)計中留有較大冗余，在臺車碰撞速度變化量 26.6km/h 的碰撞強度中，依然滿足了AECS自動觸發(fā)條件。但在側(cè)碰和后碰試驗中，產(chǎn)品A正常觸發(fā)了AECS系統(tǒng)，而產(chǎn)品B未能自動觸發(fā)。這是由于我國國標(biāo)定義的側(cè)碰強度為速度變化量 14.3±1km/h ，遠低于UNR95標(biāo)準(zhǔn)的實車側(cè)碰速度50km/h ，即使產(chǎn)品設(shè)計留有一定冗余，該碰撞強度仍未達到產(chǎn)品的自動觸發(fā)條件。而對于后碰工況，因為UNR144標(biāo)準(zhǔn)中未做要求，因此產(chǎn)品沒有開發(fā)AECS系統(tǒng)在后碰中自動觸發(fā)的功能。由此可見我國標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，要求AECS系統(tǒng)的自動觸發(fā)條件更為敏感，可以降低在較嚴(yán)重事故中的漏報風(fēng)險。

5結(jié)束語

本文對AECS自動觸發(fā)加速度波形進行了深入研究，旨在確保嚴(yán)重事故中車輛能自動觸發(fā)AECS系統(tǒng)，提高事故救援效率，降低事故中乘員傷亡率。通過調(diào)研國內(nèi)企業(yè)的氣囊標(biāo)定策略和點火速度數(shù)據(jù)，為AECS自動觸發(fā)條件的設(shè)定和數(shù)據(jù)處理提供了實際依據(jù)。對正面碰撞、側(cè)面碰撞和后碰撞的加速度波形進行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和處理，提出了歸一化處理方法，并基于此定義了自動觸發(fā)條件試驗的標(biāo)準(zhǔn)加速度波形通道和速度變化量。

進行了兩個車型的驗證試驗，結(jié)果表明本標(biāo)準(zhǔn)計劃采用的自動觸發(fā)條件具有可行性，針對性開發(fā)算法后能夠在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下實現(xiàn)AECS系統(tǒng)的自動觸發(fā)。我國國標(biāo)的自動觸發(fā)條件比國際標(biāo)準(zhǔn)的更為敏感，能夠確保在較嚴(yán)重事故中不會漏報。基于UNR144標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的車輛不能直接滿足我國國標(biāo)要求，需進行算法適應(yīng)性配套。

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修改稿收到日期為2024年8月15日。