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基于车载传感器数据流辅助EDR系统回溯交通事故状态的应用研究
摘要:汽车EDR系统能较为系统、准确的记录车辆发生事故时驾驶员的操作和车辆状态数据,并将数据记录在非易失性车载存储器中,但EDR系统并不是万能的,仍然有记录数据偏差、无法正常记录数据、无法保证数据与事故的相关性、无法解析所有事故形态等不确定性和局限性。随着汽车技术的飞速发展,尤其是自动驾驶技术水平的提升,车载系统各类传感器收集存储的诸多数据可以成为辅助EDR回溯交通事故状态的有效支撑。本文以部分车载传感器信号数据为例,介绍其工作原理的同时也阐述其在事故调查鉴定过程中可辅助EDR数据的实际应用,为EDR数据的广泛有效使用提供新的支撑与解决方案。
关键词:路怒症 道路交通事故 影响因素
一、EDR系统的作用与局限
国内汽车安全领域的统领性技术法规《机动车运行安全技术条件》(GB 7258-2017)是中国机动车国家安全技术标准的重要组成部分,是机动车事故检验鉴定时运用的最基本技术标准。在发布的最新版本中规定,从2022年1月1日起国内所有新生产的乘用车都强制要求配备EDR汽车事件数据记录系统,届时《汽车事件数据记录系统》(GB 39732-2020)标准也将作为EDR的技术国标正式投入运用,汽车事件数据记录系统简称EDR系统,EDR系统目前在国外许多国家已经要求强制配备,例如美国于2014年要求在当年9月以后生产的乘用车需安装EDR,至2019年百分之九十九在美国上市的新车已经配备EDR,亚洲的韩国也于2015要求乘用车强制安装EDR,欧洲则于要求2022年3月后新生产以及存量乘用车都需强制安装EDR。
根据《汽车事件数据记录系统》(GB 39732-2020)数据记录要求,EDR系统将记录交通事故尤其是碰撞前中后驾驶员的操作和车辆状态数据,并将数据记录在非易失性车载存储器中,记录的数据元素分为A级和B级数据元素,A类数据合计17项,B类数据合计43项,通过获取系列精确数据,可以用于判断事故成因和评估车辆相关系统工作状态,提供更为准确直观的交通事故责任划分证据以及提升事故再现准确性。但EDR直接获取数据受车辆与外界环境现实条件、数据存储提取机理等情况影响,存在不足与局限。以下四点为整理的EDR系统储存数据局限性的具体体现。
(一)EDR系统存储数据与现实工况有偏差
按EDR国标要求,EDR获取的数据并非事故发生时车载控制单元可储存的所有数据,当车辆出现滑移、翻滚、腾空等非车辆正常行驶状态,或车辆进行非法改装修改了轮胎规格大小、车辆过载或超出传感器测量范围等极端行驶情况时,EDR所提供的数据将无法正确佐证判定车辆实际工作、运行状态。
(二)事故车辆运行数据未储存记录
一是按EDR国标要求,EDR记录的数据元素明确了最小记录区间,而在交通事故处理与鉴定案件中,有大部分轻微事故无法触发相关数据元素最小记录区间,从而无法获取对应车辆运行数据;二是车辆电路与总线布置与信号被篡改、电路损坏或故障、使用假安全带限位卡扣等情况,也能致使车辆关键数据无法正常存储记录;三是EDR国标针对M1类车辆,其他类型车辆是否储存记录车辆运行数据为未知数。
(三)EDR记录数据与事故缺乏关联性
受限于EDR容量同时依照EDR国标里触发阈值要求,如果车辆发生二次碰撞或多次碰撞,原始的碰撞数据可能未被记录或被覆盖、丢失,后续读取的数据是否时间、空间上对应需取证事故事件无法形成直接必然联系,数据与事故时间的关联性将受到质疑,严重影响事故再现的准确性。
(四)EDR记录数据无法支持解析所有事故形态
碰撞、刮擦、坠落、翻车、碾压、爆炸、失火为道路交通安全事故的基本形态,EDR所存储的数据无法佐证刮擦、碾压、爆炸、失火等事故形态,同时就碰撞而言,如车辆追尾等事故形态EDR数据也无法提供有效数据支撑。
二、部分非DER国标要求车载传感器工作原理与数据解析
面对车联网、大数据、自动驾驶汽车的出现,除事故现场其他物证配合佐证以外,使用车辆数据辅助判断事故状态仍然是数据量大、精度高、获取成本低效率高、证明力强、相对客观的佐证方式,针对EDR系统储存数据在事故处理与鉴定中凸显的局限性,本文拟通过获取部分车载传感器所存储的数据信息作为支撑、说明、验证EDR记录数据的辅助力量,尽可能修正或弥补EDR记录数据的局限性,提升EDR系统储存数据在事故处理时准确性、可靠性、客观性。以下介绍几类常用非DER国标要求车载传感器相关内容。
(一)压力传感器-制动压力传感器
制动压力传感器安装在ESP系统中的行驶动力调节液压泵中,向控制单元传递制动管道的实际制动压力。当其失效时,系统将ESP功能降低到只有ABS和EBV功能。制动压力传感器的核心部件是压电元件和传感器电子元件,压力越大,压电元件上的电荷分布就分得越开,产生的电压也就越大,电压再被内置电子元件放大后,以信号的形式传递给控制单元,因此电压值可以体现出制动力大小。该传感器由三条线路与控制单元连接,暨5V电压线、信号线、搭铁线。
(二)位置、角度传感器
1.超声波距离传感器
车载雷达系统目前在车辆上广泛应用,尤其是自动驾驶领域更是重要的测距系统之一。车载雷达主要采取超声波测距原理,传感器在控制器的控制下发射超声信号,当遇障碍时产生回波信号,传感器接收回波信号并进行数据处理从而判断障碍物位置,有效显示距离并发出警示信号。超声波距离传感器俗称探头,各车型探头数量不同,测距原理遵循公式s=ΔTv/2,v为超声波波速,ΔT为发出超声波到接收发射回波的时间差。该传感器检测方式主要为直接检测方式,暨传感器具备发射/接收一体式功能,而非一个传感器发射信号一个传感器接收信号这类间接检测方式。超声波距离传感器数据常在驻车辅助系统读取,可读取各传感器与障碍物距离与间距数据值、速度信号值、档位信号值、传感器供电电压值。
2.水平位置传感器
水平位置传感器用于车身的水平状态判断,常用形式为非接触式转角传感器,转角传感器根据霍尔原理工作,借助连杆机构将车身水平变化转换成角度变化,再将霍尔集成电路产生的信号按角度比例转换为电压信号,用于判定车身的水平状态,有时也用于大灯自动调节。该传感器主要由定子和转子组成,由于角度位置不同,转子与接收线圈重合度不同,感应电动势幅值也不同,传感器会将接收线圈的交变电压进行整流放大,并使接收线圈输出的电压成比例,最后将电压分析结果以信号形式传控制单元,所有该传感器涉及5V供电线路,搭铁线路以及电压信号输出电路。
3.高度位置传感器
车身高度传感器的作用是把车身高度转换为电信号送给控制单元,通常采用光电式传感器;将传感器主体安装在车身端,通过控制连杆将悬架的上下运动变换为磁盘槽的旋转运动,利用光折断器输出的变化检测车高。传感器内部,有一边靠连杆带动转动的传感器轴,传感器轴上固定一开有许多窄槽的圆盘,传感器可以检测出圆盘的转动角度。当车身高度发生变化时,即悬架变形量生变化时,圆盘在传感器轴带动下转动,从而使电子控制装置检测出车身高度的变化。同时根据车身高度变化的幅度和频率,可以判断车身的振动情况,根据一段时间车身高度在某一区域的百分比来判断车身高度。
4.乘员位置传感器
部分车辆配备有乘员位置传感器,该传感器主要用于识别车辆座椅上是否有乘客,乘客的坐姿、体型、体重等,从而对安全气囊引爆时间和阶段作出调整。
(1)乘员位置侦测系统
该系统在车内座椅上安装有高度传感器和位置传感器,传感器把乘员的导电体量转化为电信号,再根据输出电流的大小,判断乘客的大小以及位置的高度、坐姿和头部位置,进而判断是成人或是儿童,并判断出其头部师范处于侧气囊或气帘的引爆范围。
(2)座椅占用传感器
该传感器在车辆上运用广泛,乘员座椅占用传感器对压力负荷的变化从而改变电阻值,当传感器识别到一定负荷则控制单元判定该座椅已经坐人。同时安全气囊控制单元通过分析座椅占用传感器的信号和安全带开关信号来判断乘员是否系上安全带。相关数据有:座椅未占用电阻值为430-480Ω;座椅占用电阻值120Ω及以下;传感器故障或断路电阻值大于480Ω;乘客系上安全带时,安全带开关断开,无电压降,电位约5V。
(三)扭矩传感器
扭矩传感器用来检测转向盘操作力矩的大小和方向,并把其转化为电压值传给控制单元。以本田电感式扭矩传感器为例,传感器安装在转向器小齿轮轴上,助力电机的助力大小与扭矩传感器的扭矩大小成正比,同时为保证扭矩传感器信号的可靠性,该扭矩传感器设计有两个线圈,控制单元对两个信号进行比对判读新高正确性。其数据流主要涉及扭矩传感器供电电压、扭矩传感器信号电压。
(四)档位识别传感器
档位识别传感器顾名思义用于向控制单元传达识别到的档位信息。传感器的印刷电路板上装有4个霍尔传感器,电路板的背面有永磁铁,该传感器利用霍尔传感器分析磁场方向和强度从而判断档位,档位信息用脉冲宽度调制信号(PWM信号)发送至控制单元。其PWM信号数据流为:空挡占空比86%;一档占空比38%;二档占空比54%;三档占空比70%;四档占空比30%;五档占空比46%;六档占空比62%;R档占空比14%;内部传感器故障22%左右。
(五)蓄电池传感器
这里所指的蓄电池传感器主要针对车载低压蓄电池而非新能源汽车车载动力电池,其主要作用为测量蓄电池电压、充放电电流、蓄电池电解液温度等数据信息。在车辆处于驻车状态时,以周期形式监测测量值,辅助分析蓄电池当前质量。该传感器常安装在蓄电池负极处,其获取的数据流及测量范围如下:电压6-16.5V;电流-200-+200A;休眠电流0-10A;启动电流0-1000A;温度-40-105℃。
三、部分非DER国标要求车载传感器数据在事故鉴定中的辅助作用
针对EDR系统储存数据局限性,结合以上部分车载传感器工作原理和数据流阐述,介绍相关传感器数据在事故鉴定活动中的现实作用。
(一)解决现实工况有偏差
车辆出现滑移、翻滚、腾空等非车辆正常行驶状态时,可以通过超声波距离传感器获取车辆速度信号佐证车辆现实车速,同轮速传感器获取的车速信息对比也可辅助判定车轮大小是否改装;通过水平位置传感器数据佐证车辆是否出现翻滚状态;通过车身高度传感器数据识别车辆是否处于腾空状态;通过轮速传感器获取的车速数据配合制动压力传感器制动压力数据,可以有效判断车轮是否出现滑移现象。
(二)验证未正常存储记录
对于刮擦或轻微碰撞事故未触发数据记录情况,对于现阶段自动驾驶技术日渐成熟的汽车市场和车路识别系统在车辆上的运用,通过超声波距离传感器、单双目立体视觉传感器、红外摄像技术等生成的信号数据能有效的验证此类具有广泛性的轻微交通事故;针对信号被篡改、电路损坏或故障可以读取车载控制单元故障码、蓄电池传感器数据进行验证;对于使用假安全带限位卡扣情况,可以读取乘员位置传感器数据,通过判断乘员座椅是否坐人辅助判断安全带带扣开关的状态是否正常合理;对于未安装EDR系统的车辆,读取事故发生前中后的可读车载控制单元数控流更是辅助验收回溯事故现场状态的有力证据之一。
(三)解决判定EDR记录数据与事故关联性
交通事故调查涉及到多种交通要素,其中事故发生的时间和位置是重要要素之一,EDR数据中并不包括事故发生的时间和位置数据,同时EDR数据存在被二次碰撞后二次碰撞数据覆盖原事故数据的可能,这就使事故调查过程首要工作暨确定EDR数据与事故的关联性。通过上述压力传感器、位置传感器、扭矩传感器、档位传感器、蓄电池传感器数据与事故现场形态比对,验证事故时间与位置,从而佐证EDR数据和事故本身的关联性,确保EDR数据作为证据的有效性。
四、结语
汽车EDR数据能有效记录碰撞事故前中后的相关数据,尤其是在EDR国标出台后,EDR在事故调查鉴定工作中的运用将更加普遍与高效。但针对EDR数据现目前存在的局限性,事故调查人员需了解EDR数据不是万能的,为提升事故调查的准确性和EDR数据的高效使用,通过其他车载控制单元存储的传感器信号数据能有效的辅助、支撑EDR数据,可以修正EDR数据偏差,多角度验证EDR数据或直接验证事故状态,辅助判定EDR数据与事故的关联性。本文以部分传感器信号数据为例,介绍其工作原理的同时也阐述其在事故调查鉴定过程中可辅助EDR数据的实际应用,举一反三目前汽车内记录的数据载体很多,除去EDR和各类控制单元以外,行车记录仪、新能源汽车搭载的T-BOX、导航系统等都能为事故调查提供强有力的证据支撑,在调取EDR数据的同时,也要收集以上载体的相关数据信息,多角度多维度严谨佐证事故状态,弥补EDR数据的不足。
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