事故緊急呼叫系統(tǒng)的電磁輻射抗擾度測試研究

時間：2024-09-24 16:51:48

關(guān)鍵字：事故緊急呼叫系統(tǒng) 整車級電磁兼容抗擾度

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[導(dǎo)讀]在現(xiàn)有實驗室設(shè)備資源的基礎(chǔ)上 ,對事故緊急呼叫系統(tǒng)(Accident Emergency Call Systems ,AECS)的整車電磁抗擾度測試方法進(jìn)行了深入研究 , 旨在確保系統(tǒng)在電磁干擾中的穩(wěn)定性與可靠性。根據(jù)AECS的組成和工作原理 ,詳盡地闡述了測試流程的每個環(huán)節(jié) , 包括測試平臺的搭建、參數(shù)的精確配置、測試工況的詳細(xì)設(shè)定以及失效判定的標(biāo)準(zhǔn) ,并通過樣車測試來驗證這些方法的有效性。

0引言

盡管全球致力于降低交通事故率以實現(xiàn)零事故愿景,但事故仍頻發(fā),造成人員和財產(chǎn)重大損失。為迅速定位事故并提供救援,各國政府和機(jī)構(gòu)正積極構(gòu)建事故緊急呼叫系統(tǒng)(Accident Emergency Call Systems,AECS)。

AECS是為機(jī)動車輛定制的自動緊急呼叫系統(tǒng),在交通事故或車內(nèi)緊急情況下,該系統(tǒng)能自動或手動向公共安全應(yīng)答平臺發(fā)起緊急呼叫,迅速傳遞車輛位置等關(guān)鍵信息。AECS通過迅速啟動救援流程,能有效減少事故的應(yīng)急響應(yīng)時間,以降低傷亡風(fēng)險^[1]。

全球緊急呼叫系統(tǒng)法規(guī)認(rèn)證主要涵蓋海關(guān)聯(lián)盟、歐盟及聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會等地區(qū),歐盟與俄羅斯作為海關(guān)聯(lián)盟成員,已在車載緊急呼叫系統(tǒng)立法與執(zhí)行方面取得顯著進(jìn)展,該系統(tǒng)已成為新車市場的強(qiáng)制要求^[1]。中國亦在積極推動國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的制定, 目前該標(biāo)準(zhǔn)已正式立項。鑒于事故緊急呼叫系統(tǒng)在緊急情況下對挽救生命的重要性,保障其在充滿電磁干擾的現(xiàn)實環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性尤為關(guān)鍵。

1AECS概述

事故緊急呼叫系統(tǒng)是一個高效救援通信體系,其核心組成部分包括:車載系統(tǒng)(In—Vehicle System,IVS)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)、移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及公共安全應(yīng)答點(Public Safety Answering Point,PSAP)[2]。架構(gòu)示意圖如圖1所示。

事故緊急呼叫系統(tǒng)的電磁輻射抗擾度測試研究

車輛遇事故或緊急情況時,傳感器或手動信號可觸發(fā)緊急呼叫系統(tǒng)。IVS利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)確定車輛位置、方向和軌跡,生成最小數(shù)據(jù)集MSD,并通過移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至公共安全應(yīng)答點(PSAP)。隨后,車載系統(tǒng)與PSAP建立雙向語音通信,PSAP接收MSD 數(shù)據(jù)并通過通話獲取詳細(xì)信息,篩選和確認(rèn)緊急呼叫。根據(jù)事故情況,PSAP啟動救援機(jī)制,調(diào)動社會資源進(jìn)行救助。

車載智能系統(tǒng)(IVS)作為事故緊急呼叫系統(tǒng)(AECS)的核心,其構(gòu)成要素如圖2所示,主要包括以下幾個關(guān)鍵部分:

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1)通信模塊:配備射頻單元和射頻天線,負(fù)責(zé)將最小數(shù)據(jù)集(MSD)傳輸至公共安全應(yīng)答點(PSAP),并在此基礎(chǔ)上建立穩(wěn)定的語音通信鏈路。

2)導(dǎo)航定位模塊:內(nèi)含GNSS接收機(jī)和GNSS天線,其核心功能是接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號,并準(zhǔn)確解析出事故發(fā)生時車輛的具體經(jīng)緯度位置。

3)數(shù)據(jù)處理單元:集成了調(diào)制解調(diào)模塊、話音編碼器及MSD信息源'承擔(dān)著數(shù)據(jù)編譯、調(diào)制解調(diào)和話音編碼等關(guān)鍵任務(wù),以確保信息的準(zhǔn)確傳遞和語音的清晰通信。

4)音頻設(shè)備:包括麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器,允許車內(nèi)乘員與PSAP進(jìn)行實時的語音交流,為救援過程中的溝通提供便利。

2AECS整車級輻射抗擾方法及驗證

汽車的抗干擾能力對于評估其在復(fù)雜電磁環(huán)境中的安全性能至關(guān)重要,因此,深入研究AECS的電磁抗擾度測試方法對于驗證系統(tǒng)在電磁干擾下的穩(wěn)定性和功能完整性,以及確保其在實際應(yīng)用中的可靠性極為關(guān)鍵。

2.1 測試平臺搭建

本測試方案整合了輻射抗擾度測試系統(tǒng)、AECS 被測對象以及AECS測試平臺,旨在打造一個電磁環(huán)境與全仿真網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合的AECS測試環(huán)境。測試平臺的構(gòu)建充分利用了實驗室現(xiàn)有設(shè)施,具體布局如圖3所示。

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輻射抗擾度測試將在10 m法半電波暗室中執(zhí)行,關(guān)鍵設(shè)備包括信號發(fā)生器、功率放大器、定向耦合器、功率計以及天線,用以評估電子設(shè)備對電磁干擾的抵御能力。

AECS測試系統(tǒng)主要由通信綜測儀、導(dǎo)航星歷模擬器、通信天線、GNSS天線以及PSAP平臺等構(gòu)成。綜測儀MD8475B負(fù)責(zé)模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò),通過蜂窩天線產(chǎn)生電磁波與車載系統(tǒng)建立通信鏈路;導(dǎo)航星歷模擬器GSG—6用以模擬GNSS衛(wèi)星信號,經(jīng)由GNSS天線發(fā)射電磁波,供車載系統(tǒng)捕捉以確定位置信息。綜測儀和GNSS模擬器均位于控制室內(nèi),通過射頻線纜與半電波暗室內(nèi)的相應(yīng)天線相連。

為了確保信號的準(zhǔn)確性,減少干擾,導(dǎo)航星歷模擬器與GNSS天線之間需加裝衛(wèi)星工作頻段的帶通濾波器,而綜測儀與通信天線之間則需串接運(yùn)放器及通信頻段的帶通濾波器。同時,GNSS天線與通信天線的布局應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離輻射抗擾度測試天線,以維護(hù)暗室內(nèi)衛(wèi)星信號和蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)度,同時降低來自測試天線的電磁干擾。

通過MX703330EeCallTester軟件,模擬PSAP核心功能,包括解析MSD信息和自動語音通信。測試車輛固定于半電波暗室的底盤測功機(jī)上,以保障環(huán)境穩(wěn)定。為模擬真實通信,車輛T—box的SIM卡或e—SIM卡將替換為專用測試白卡,確保順利注冊于通信測試儀,以執(zhí)行后續(xù)通信測試。

2.2 測試參數(shù)設(shè)置

完成測試平臺搭建后,進(jìn)行通信綜測儀和衛(wèi)星信號模擬器參數(shù)配置。啟動SmartStudioManager軟件,輸入射頻線纜衰減值,選擇合適網(wǎng)絡(luò)制式和工作頻段。細(xì)致配置上下行鏈路,調(diào)整功率,確保綜測儀與車輛間穩(wěn)定通信,如圖4所示。

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在導(dǎo)航模擬器的控制軟件GSGStudioview中,根據(jù)工況需求選擇衛(wèi)星制式、頻段和衛(wèi)星數(shù);設(shè)定日期、時間、經(jīng)緯度、海拔和速度等關(guān)鍵參數(shù),精確生成衛(wèi)星信號軌跡。同時,調(diào)整輸出功率,確保信號電平在車載GNSS接收機(jī)的接收范圍內(nèi)。

啟動MX703330E eCall Tester軟件,PSAP平臺將展示AECS狀態(tài)、事件時序和解析后的MSD信息。PSAP平臺還能遠(yuǎn)程啟動SmartStudio Manager軟件,支持設(shè)置基本參數(shù),提升測試靈活性和便捷性。

2.3測試工況及失效判定準(zhǔn)則

AECS系統(tǒng)的EMC測試評估全面覆蓋了包括 GNSS接收機(jī)、IVS(含MSD模塊)、語音系統(tǒng)(麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器)、無線通信系統(tǒng)(如GSM、WCDMA、LTE等),以及相關(guān)傳感器和事故檢測功能在內(nèi)的關(guān)鍵組件。鑒于在EMC暗室內(nèi)無法模擬實際的碰撞觸發(fā),測試中采用手動激活A(yù)ECS的方法。在進(jìn)行抗擾度測試時,AECS應(yīng)滿足以下要求以確保其性能和可靠性:

1)車載緊急呼叫系統(tǒng)需手動可啟動,并向PSAP 傳輸MSD。

2)傳輸至PSAP的MSD需包含表1所有元素^[2],信息需準(zhǔn)確,定位誤差不得超出車廠規(guī)范。

3)車載緊急呼叫系統(tǒng)應(yīng)能同PSAP建立清晰的雙向語音通信。

在執(zhí)行輻射抗擾度測試期間,將測試分為兩種工況,具體的車輛測試條件和失效判定標(biāo)準(zhǔn)詳列于表2。

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1)工況一為短期動態(tài)測試:可采用GB 34660—2017推薦的16個關(guān)鍵特征頻點,即27、45、65、90、120、150、190、230、280、380、450、600、750、900、1300、1800MHz^[3];企業(yè)也可根據(jù)需求選擇測試頻點進(jìn)行評估。在每個測試頻點,手動激活A(yù)ECS,實現(xiàn)MSD傳輸并保持20 s語音連接,隨后終止AECS;確保干擾場強(qiáng)駐留時間完整覆蓋AECS操作周期。

2)工況二為連續(xù)穩(wěn)態(tài)測試:采用連續(xù)掃頻方法;測試啟動時,需手動激活A(yù)ECS,并確保在整個測試期間保持系統(tǒng)連接,以便全面評估系統(tǒng)在持續(xù)電磁場中的抗擾度能力。

在進(jìn)行輻射抗擾度試驗時,為確保導(dǎo)航系統(tǒng)與移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能不受影響,建議對這兩個系統(tǒng)的工作頻段實施豁免。此舉旨在預(yù)防頻段間的電磁干擾,保障系統(tǒng)間的兼容性和獨立性,從而維護(hù)各自的正常運(yùn)行。

2.4測試結(jié)果與驗證

遵循梅賽德斯-奔馳的整車電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn),將抗擾度測試標(biāo)準(zhǔn)按更為嚴(yán)格的場強(qiáng)要求設(shè)定:全頻段電平高達(dá)70 V/m,部分頻段甚至達(dá)到140 V/m,遠(yuǎn)超法規(guī)要求的30 V/m;測試覆蓋的頻率范圍從100 KHz延伸至6 GHz^[4]。

在測試過程中,使用攝像頭對車輛的關(guān)鍵電子系統(tǒng)如儀表盤、中控屏和IVS狀態(tài)指示燈等進(jìn)行視覺監(jiān)控,同時利用攝像頭內(nèi)置的麥克風(fēng)捕捉車內(nèi)的聲音信息;通過CANoe工具進(jìn)行實時車輛系統(tǒng)監(jiān)控,并運(yùn)用eCall Tester軟件對MSD數(shù)據(jù)進(jìn)行解析及AECS狀態(tài)監(jiān)控,從而對AECS系統(tǒng)在電磁干擾環(huán)境下的性能進(jìn)行全面評估。

測試結(jié)果顯示,在工況一中,測試車輛成功地將所有最小數(shù)據(jù)集傳輸至PSAP,傳輸過程中未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失;同時,車輛與測試設(shè)備之間實現(xiàn)了清晰穩(wěn)定的語音通信,且車輛接收的GNSS位置信息準(zhǔn)確,滿足了定位精度要求,如圖5所示。在工況二中,AECS 系統(tǒng)在測試全程中維持了穩(wěn)定運(yùn)作。測試結(jié)果突顯了車輛AECS系統(tǒng)在安全性與兼容性方面的顯著提升。

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