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汽车状态记录仪的测试和发展 摘要： 关键字： 1.简介 利用轮胎痕迹、车辆碰撞形变和证人的证词来分析车辆碰撞事故的原因存在很多的局限性。近年来，许多车辆上安装状态记录仪（EDRS）来记录碰撞的相关信息。在事故调查中，这些设备能简要重现碰撞过程，并能提高碰撞原因分析的准确度。 状态记录仪并不是一个新概念，系统已经发展很多年了。许多国家和政府组织都为状态记录仪标准的制定做出了努力。1998年，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）依照美国运输安全委员会（NTSB）、国家航空航天局（NASA）和喷气动力推进实验室（JPL）的建议，成立了一个专家组来分析状态记录仪系统的可行性。2000年，美国电气和电子工程师协会（IEEE）开始了有关状态记录仪标准化的“1616工程”。从1999年起，通用汽车公司安装了一种有安全气囊单元的的状态记录仪。1999年，该公司又安装了一种能够记录碰撞前和碰撞后接近崩溃的新一代状态记录仪（记录的数据包括车速、制动的应用、发动机转速及安全气囊等）。1997年，福特公司也开始了状态记录仪的安装测试工作。在欧洲，西门子威迪欧公司开发出一种能记录车辆纵向和横向加速度、车速、发动机转速、和具有10位数字输入的状态记录仪系统。在日本，日本行驶记录委员会一直致力于研究一种既具有记录事故数据能力又能监测驾驶记录的系统。该系统以500Hz的采样频率收集从碰撞前55秒至碰撞后5秒时间内的汽车状态数据。 状态记录仪系统能够检测并记录车辆碰撞前后的状态和司机的动作。因此，状态记录仪系统将有助于事故的重现。没有状态记录仪系统的辅助，人们仅仅知道事故发生后的情况。但随着状态记录仪系统的“事故重现”，人们可以确切的知道事故前后发生了什么来自状态记录仪的信息不仅对事故重现有较大的帮助，而且能阻止事故的发生。因为他可以把事故同司机的驾驶习惯联系起来。这有可能改善驾驶习惯、完善汽车的安全法规、更好的设计道路形状、研发安全汽车等。另外，司机知道他们正被监视可能因此而调整自己的行为。这也潜在的鼓励了个人更安全的驾驶行为。2.设计思想及说明 状态记录仪通常以车辆挂件的形式安装在需要提供服务的车辆上。通过内置的加速度计或安全气囊自动发出的碰撞脉冲，或是依靠用户的手动操作触发的转换信号来检测车辆是否发生碰撞。尽管该系统能不断监测车辆的运行状况和驾驶员的行为，但它只能保存事故发生前或发生后预定时间内的数据。利用重建分析程序分析状态记录仪中的原始数据记录，再对比事故现场的车辆痕迹就能还原事故的发生。同时，还能计算出速度变化值和主要方向受力大小。 图1 状态记录仪系统的组成 状态记录仪系统由电子控制单元（ECU）和重建分析程序组成。他们是两个相互独立的部分。电子控制单元由碰撞检测、车辆运动传感器、一个驾驶传感器和用于检测司机行为的多位数字输入端口、一个固定的数据存储装置和一个微处理器控制单元组成，状态记录仪系统的主要功能是自动检测碰撞事故，计算速度变化值和主要方向受力大小以及测量车辆的运动情况。常用变化范围为正负50倍重力加速度的电容式双轴加速度计检测碰撞和计算速度变化值及主要方向受力大小；常用两个变化范围为正负5倍重力加速度的单轴加速度计测量车辆在正常行驶中的运动情况。由于车辆碰撞时产生的加速度信号完全不同于车辆正常行驶时的信号，所以应采用具有不同范围和不同采样频率的加速度计。铁质随机存储器具有在供电被切断时仍能保存已记录数据的优点，因此可用铁质随机存储器存储和记录数据。读取来自加速度计和偏移速度传感器上所记录的数据后，重建分析程序就能建立一个二维车辆轨迹。3.碰撞检测 在发生撞车时，车辆在很短的时间内会受到一个很大的作用力和水平加速度。实际碰撞的物理过程是极其复杂和非线性变化的。因此，了解碰撞信号的特点对发展自动碰撞检测方法是很有必要的。典型的碰撞信号是由一个频率（50Hz）相对较低的信号和一个频率（120Hz）相对较高的信号组成。为了更可靠的检测碰撞，必须选择一些能表征碰撞强度的变量以及确定这些变量的阀值。加速度、冲击、能量损失和速度改变值都能作为表征碰撞强度的变量。然而，这些变量都有自身的利与弊，在综合考虑后，加速度和速度变化值是碰撞检测较好的变量。这两个变量的阀值也必须确定。但是，理论上几乎不能确定这些变量的阀值，可以采用类似于测量安全气囊单元形变的经验方法。 状态记录仪的碰撞检测包含两个连续的环节，预触发和触发。当加速度值超过预先设定的加速度阀值A时，预触发会预测碰撞，碰撞决定算法开始启动。当速度变化值超过预先设定的速度变化阀值V时，触发决定碰撞已经发生。碰撞后起火或未起火，检测方法是不一样的。碰撞检测的加速度阀值和速度变化阀值是通过美国国家交通安全管理局的车辆碰撞试验结果得到的。加速度阀值为2倍重力加速度，速度阀值为10Km/h。 图 车辆轨迹