基于CAN 总线的汽车事件数据记录系统开发方案研究

杨 曦

（北京汽车集团越野车有限公司，北京 101300）

随着汽车的日益普及，道路交通事故的发生越来越频繁，道路交通伤害也已经成为威胁人类生命安全最重要的原因之一［1］。由于汽车智能化、电子化、自动化的发展与应用，车辆的行驶受到了较多电子上的干预，事故的责任界定存在很大的困难。早在20世纪70年代，美国就已经开始研发EDR （Event Data Recorder System，事件数据记录系统）的产品［2］。汽车事件数据记录系统EDR，俗称“汽车黑匣子”，借鉴飞机“黑匣子”的原理，记录车辆碰撞事件发生时的车辆信息。EDR可记录事故时的车辆速度和行驶轨迹以及驾驶员的操作行为等数据信息，为交通事故调查、分析和重建工作提供客观、全面、准确的数据。

汽车黑匣子EDR在交通事故认定中的重要作用，在国际上受到了越来越多的关注与应用。美国NHTSA （高速公路安全管理局）已于2006年发布EDR法规并强制实施。欧盟、日本、韩国也都颁布了相关的法规［3］。中国也于2017年发布《机动车运行安全技术条件》，要求车辆配备EDR，并于同年开始编写EDR法规《汽车事件数据记录系统》。本文对汽车事件数据记录系统的开发方案进行研究。

1 EDR系统介绍

强制性国家标准《汽车事件数据记录系统》中对汽车事件数据记录系统（EDR）的定义是“由一个或多个车载电子模块构成，具有监测、采集并记录碰撞事件发生前、发生时和发生后车辆和乘员保护系统的数据功能的装置或系统”［4］。根据标准对汽车事件数据记录系统的定义，该系统可以是仅由一个车载电子模块构成的满足功能要求的装置，也可以是由多个车载控制模块构成的满足功能要求的系统。

2 EDR系统开发方案

EDR系统对碰撞事件、数据记录、EDR记录功能、数据提取、防护性能等方面都有严格的要求。

1）碰撞事件：碰撞事件分为锁定状态与非锁定状态。对于锁定状态事件，EDR记录的数据不可擦除或覆盖；对于非锁定状态事件，EDR记录的数据可以按照时间顺序依次覆盖。碰撞事件的触发判断及事件状态的判断均由安全气囊控制器实现，事件信号可通过CAN总线传输。

2）数据来源：EDR系统需要监测、采集并记录的数据共计60个。从数据来源分析，大部分数据与动力及安全控制相关，涉及整车多个电子控制系统，如动力相关的有：发动机管理系统EMS、防抱制动系统ABS、电子稳定性控制系统ESP；安全控制相关的有：安全气囊控制器ACU、车身控制模块BCM、自适应巡航系统ACC、自动紧急制动状态AEB、轮胎压力检测系统TPMS；时间相关的有：主机EHC。这些数据均可通过CAN总线获取。

3）EDR记录功能：碰撞发生时车辆可能出现断电的情况，EDR控制器需具备断电保护功能，能够完整地记录、存储事故发生前后的数据，并保证记录数据的时间同步性。

4）数据提取：EDR控制器需支持UDS （Unified Diagnostic Services，统一诊断服务）诊断协议，满足ISO14229-1，ISO15765-2要求，并可以通过数据提取设备对存储数据进行转译读取。

5）防护性能：防护性能应能满足GB/T 30038《道路车辆电气电子设备防护等级（IP代码）》定义的功能状态要求。

本文根据整车实际电子电气架构的情况，对多种EDR系统的开发方案进行研究分析。

2.1 安全气囊控制器集成EDR

EDR系统功能集成在安全气囊控制器 （ACU，Airbag Control Unit）内，原理如图1所示。源于ACU本身的数据自行记录，源于其他控制器的数据通过CAN总线进行传输、ACU进行采集记录，数据提取设备通过诊断读取ACU存储的数据。

1）在EDR需要监测、采集并记录的60个数据元素中，有将近半数的数据元素来源于ACU，源于ACU的数据不需要上传CAN总线，可以大大降低总线的负载率。

2）整车碰撞事件及状态的判断由ACU控制，有效地提高了数据记录的时间准确性。

3）ACU本身因碰撞的特殊性具备断点保护功能。

4）ACU集成EDR功能，可节约单车成本。

图1 安全气囊控制器集成EDR原理图

2.2 其它控制器集成EDR

EDR系统功能集成在任意其它车载电子模块内，即除安全气囊控制器以外的其它控制器，原理如图2所示 （以发动机ECU为例）。源于发动机ECU本身的数据自行记录，源于其他控制器的数据通过CAN总线进行传输、控制器采集记录，数据提取设备通过诊断读取其它控制器存储的数据。

图2 其它控制器集成EDR原理图

1）其他控制器本身不具备断电保护，需要增加断电保护设计以保证自身供电。

2）源于ACU的数据需要发送到CAN总线上，以供其他控制器进行采集记录。

3）整车碰撞事件及状态也需通过采集CAN总线的ACU信号进行判断，可能存在信号延迟。

4）由车辆上标配的电子模块集成EDR功能，可节约单车成本。

2.3 单独开发EDR控制器

EDR系统功能单独开发一个车载电子模块，原理如图3所示。所有要求记录的EDR数据都通过CAN总线进行传输、控制器采集记录，数据提取设备通过诊断读取EDR控制器存储的数据。

1）EDR控制器是一个全新开发的控制器，设计时考虑增加断电保护设计以保证自身供电。

2）源于ACU的数据需要发送到CAN总线上，以供EDR控制器进行采集记录。

3）整车碰撞事件及状态也需通过采集CAN总线的ACU信号进行判断，可能存在信号延迟。

4）开发独立的EDR控制器，可不改变整车上已有的各车载电子模块的功能分配，扩展性较灵活。

图3 EDR控制器原理图

2.4 多个控制器共同实现EDR功能

EDR系统功能分散在所有相关车载电子模块内，原理如图4所示。源自各控制器本身的数据自行记录，数据提取设备通过诊断读取所有相关控制器内存储的数据。

1）所有控制器除ACU本身不具备断电保护，需要增加断电保护设计以保证自身供电。

2）所有数据如无其他需求都可以不发送到CAN总线上，可以大大降低总线的负载率。

3）整车碰撞事件及状态也需通过采集CAN总线的ACU信号进行判断，可能存在信号延迟，信号记录时间无法完全保持一致。

4）由车辆上标配的电子模块集成EDR功能，可节约单车成本。

5）多控制器共同开发EDR，对数据提取设备的提取要求较高，需将不同控制器的提取数据转化整合为一份报告。

图4 多个控制器共同开发EDR原理图

3 总结

本文通过分析强制性国家标准《汽车事件数据记录系统》的要求、EDR系统特性及数据来源，结合整车实际电子电气架构的情况，对EDR系统的开发方案进行研究分析。本文提出了4种基于CAN总线的汽车事件数据记录系统开发方案，适用于不同的电子电气架构设计。EDR系统对交通事故现场重组提供详实、客观的数据依据，系统开发方案的探究具有重大现实意义。