车辆EDR数据分析及应用

车辆EDR数据分析及应用钱宇彬;李威;冯浩【摘要】总结了国外关于事故数据记录仪数据的3个标准或法规解读了事故数据记录仪记录的非点爆事件和点爆事件2类事件.整理了常见的42个数据，分析了车速、发动机转速、节气门开度及制动数据的来源，提出了专门记录电动汽车车况的事故数据记录仪数据，总结了事故数据记录仪数据在被动安全、主动安全及交通事故重建中的应用.％ThreeabroadstandardsorregulationsonEDR(EventDataRecorder)dataweresummarizedinthispaper,andtwotypesofeventsrecordedbytheEDRwereinterpreted:non-deploymenteventanddeploymentevent,and42commondataweresortedout,sourceofdataincludingvehiclespeed,enginespeed,throttleopeningandbrakedatawereanalyzed,andEDRdatatospeciallyofrecordofvehicleconditionsofelectriccarswasputforward,theapplicationofEDRdatainpassivesafety,activesafetyandtrafficaccidentreconstructionwasalsosummarized.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷)，期】2017(000)012【总页数】6页(P48-53)【关键词】EDR;数据标准;被动安全;主动安全;交通事故重建【作者】钱宇彬;李威;冯浩【作者单位】上海工程技术大学，上海201620;上海工程技术大学，上海201620;司法鉴定科学研究院，上海200063;司法鉴定科学研究院，上海200063【正文语种】中文【中图分类】U461.91事故数据记录仪（EDR）类似于飞机的〃黑匣子”一飞行数据记录仪（FDR），是一种能够记录车辆碰撞事故数据的车载设备。迄今为止，EDR技术已经发展了40多年，1970年美国高速公路交通安全局（NHTSA）声明要开发机动车碰撞记录仪［1］，1974年美国通用汽车公司第一次在商用车上安装EDR并用于试验研究［2］，2003年美国装配EDR的汽车达到4000万辆［3］，2008年1月NHTSA发布修订版的49CFRpart563［4］，规定了EDR-般数据规范和基本记录功能，并要求2012年9月1日及以后生产及销售于美国本土的汽车必须遵守这项规定。目前，国外EDR数据已经越来越多地应用在交通事故重建、法庭证供及车辆主动安全技术的开发中。近年来，国内有关机构也开始引入EDR数据进行道路交通事故重建，而有关的研究或文献甚少。目前，我国有关于行驶记录仪技术要求的国家推荐标准［5］］、营运车辆须强制安装行驶记录仪的法律法规［6］，而与EDR有关的标准仅有一个，即2016年12月13日发布的《GB/T33195-2016道路交通事故车辆速度鉴定》［7］,其中只在“5.7基于车载记录设备信息进行车速鉴定的方法”中提到了车载事件数据记录仪，但未给出明确的说明或定义。当前国内一些进口车辆和合资车辆已装配EDR，其数据也得到相关应用人员的认可。本文总结了国外关于EDR数据的3个标准或法规，整理了EDR记录的部分数据元素，提出EDR在被动安全、主动安全、交通事故重建三大领域中的应用。2004年9月，电气电子工程师学会（IEEE）发布“MotorVehicleEventDataRecorders”标准［8］。该标准规定，所有种类的公路和道路用车所安装的EDR应具备最低的表现性能——防篡改性和防撞性。该标准罗列了EDR可能记录的86个数据元素，但未界定EDR应该记录的数据元素，而是定义了6个〃使用案例”群体可以使用到的EDR数据元素。这些群体分别是美国交通运输安全局(NTSB)、碰撞研究调查机构、汽车行业、紧急应对小组、道路基础设施设计群体、保险行业。2003年12月，国际自动机工程师学会(SAE)发布SAEJ1698/1EventDataRecorder-OutputDataDefinition推荐条例［9］，该条例为EDR所包含的通用数据提供了相关定义和输出格式，以便统一管理。2004年5月，SAE发布SAEJ1698/2EventDataRecorder-RetrievalToolProtocol推荐条例［10］，该条例利用现有的行业标准，确定了车辆诊断接口为EDR的通用物理接口，定义了必要的数据检索协议，指定了使用检索工具进行EDR数据成像、翻译和记录的方式，以便于EDR检索工具的开发。此外，本条例还表明，可直接连接到电子控制单元进行数据检索，但需要使用专门的适配器。2013年6月，SAE发布SAEJ1698/3EventDataRecorder-ComplianceAssessment推荐条例［11］，该条例规定了EDR记录数据的验证程序，用来评估EDR记录的数据是否符合必要的规定和要求，以确保EDR数据在行业内的一致性。2016年3月，SAE发布SAEJ1698/1APedestrianProtectionEDROutputDataDefinitionAppendixtoSAEJ1698/1EventDataRecorder-OutputDataDefinition推荐条例［12］,该条例为SAEJ1698/1的附录，在SAEJ1698/1的基础上增加了与轻型车辆行人保护系统相关的EDR记录参数及定义。2006年8月28日，NHTSA发布49号美国联邦法规的563章一49CFRpart563［13］,规定了志愿安装EDR的车辆应该满足的数据标准和检索方法。该规定适用于2010年9月1日及以后生产且销售于美国本土的总质量不超过8500磅(3855kg)和整备质量不超过5500磅(2495kg)的乘用车、多用途乘用车、载货汽车及公共汽车，但不包括改装的厢式货车和邮政服务用车。2008年1月14日，NHTSA发布修订版的49CFRpart563［4］。本次修订充分考虑了请愿书中提出的问题，对2006版的规定作了相应修订。最大的变化是速度变化量与加速度的记录精度从±5%变为±10%、增加定义〃最大速度变化量、合量”以及延后法规生效时间到2012年9月1日。2008年2月13日，NHTSA发布第二次修订的49CFRpart563［14］。本次修订版仅对“7(b)表口”中的一些状态量的记录时间间隔或记录时间印刷错误进行了修订。EDR触发记录信号一般来自安全气囊点爆算法的信号源，所以EDR通常集成在安全气囊ECU中。EDR-般记录非点爆事件(Non-DeploymentEvent)和点爆事件(DeploymentEvent)两类事件。非点爆事件是指减速度达到非点爆事件的触发阈值，足以“唤醒”安全气囊模块内的〃算法实现”，但不足以触发安全气囊点爆的碰撞事件。通常，非点爆事件的触发阈值是减速度在2ms内达到1.5g。非点爆事件的数据不被锁定，这类数据在两种情况下将会被擦除或改写：一是如果记录的事件个数达到预定容量，最先被记录的非点爆事件将会被另一个严重度更高的非点爆事件或点爆事件所覆盖；二是非点爆事件在保存250个点火周期后会被擦除。点爆事件是指减速度达到安全气囊点爆的触发阈值，且安全气囊点爆的碰撞事件。点爆事件的数据不能被擦除或改写，一旦安全气囊被点爆，就会被写入“锁存DTC”。因此，该EDR将不再可用，在更换安全气囊的同时也应更换新的EDR。这两类事件都会记录碰撞前、碰撞中和碰撞后的数据。从记录数据元素和记录格式上看，每个汽车厂商的EDR大同小异。美国联邦法规“49CFRPart563”中规定安装EDR的车辆必须记录表1中的所有数据元素［13］。当前汽车上安装的EDR基本都是遵从这项规定。从表1可以看出，EDR可记录的时间范围为-5s~300ms，这段时间可以完整记录碰撞事故发生的全过程。除了NHTSA规定的上述15个基本数据元素外，EDR还记录了更多的数据元素，以供各领域研究人员使用。从下载的EDR报告中整理出42个常见数据元素(EDR可记录的数据＞86个[8])，并分成识别信息数据、系统状态数据、碰撞前数据、碰撞后数据和约束系统数据5个类别，如表2所列。从表2中的数据可知，EDR提供了众多有价值的碰撞数据。这些数据的准确性和可靠性已被充分验证，且得到相关应用人员的认可，不仅可以用于验证车内某些零部件的设计是否合理，以改进相关设计，也可用于交通事故重建和研究，提高可信度。值得一提的是，EDR记录的数据元素仍在不断增加和完善，以适应不同需求。从EDR数据来源可知，EDR本身不生成数据，是由不同的车辆电子设备产生，然后通过CAN总线传递给EDR。目前这类设备有以下3种类型：电子控制模块(ElectronicControlModule,ECM)或动力控制模块(PowertrainControlModule,PCM);安全气囊控制模块(AirbagControlModule,ACM)，这类模块的首要功能是监控安全气囊的工作状态，辅助功能才是记录安全气囊的相关数据，不同汽车生产商对这类模块的命名也有所不同；侧翻传感器(RolloverSensors,ROS)，一般安装在中控台区域，能够测量并记录车辆的侧翻角度，也可用来监控乘员约束系统。EDR记录的车速来源于车速传感器。该传感器一般安装在变速器上，读取变速器输出轴的齿轮转速，产生一个与车速成比例的电压信号，输出给PCM。PCM将其转化为变速器输出轴的转速，然后根据不同的驱动轮胎尺寸和最终传动齿轮比计算出车辆速度。因此，为保证EDR记录车速的准确性，调查人员应记录碰撞时车辆的轮胎尺寸与原始装配的轮胎尺寸，若存在差异，须做出修正。此外，还应检查车辆的传动系统是否被改装。EDR记录的车速范围是0~255km/h，分辨率是1km/h，刷新率为0.1km/h,数据误差为±4%[15]。发动机转速信号来源于曲轴位置传感器3X信号，该信号的信号源来自霍尔效应开关，曲轴每转动一圈，霍尔效应开关输出3个ON-OFF脉冲，作为3X传感器的信号，PCM利用该信号计算发动机转速。EDR记录的转速范围是0~16383r/min，分辨率是1r/min，刷新率＞32r/min,数据误差为±1%[15]。节气门开度数据来源于节气门位置传感器。该传感器是一个简单的电位计，安装在加浓装置末端，进气歧管的进口处。PCM利用该传感器产生的电压信号计算节气门的开度，1V对应0%开度，4V对应100%开度。EDR可记录的开度范围是0~100%，分辨率为1%，刷新率大于等于5%，数据误差为±5%[15]。制动数据的来源因车辆品牌的不同也有所不同。一般，PCM、EBTCM（电子制动牵引控制模块）及BCM（车身控制模块）都能用来监控制动开关数据。制动踏板开关是一个简单的活塞式开关，一般记录为开或关，记录的准确度能达到100%[15]。当前普遍使用的EDR数据读取工具是CDR（CrashDataRetrievalSystem）,包括CDR接口模块、模块连接线、适配器、CDR软件等。EDR数据读取途径通常有两种，通过OBDH标准接口读取（图1）和连接EDR或内置EDR的控制模块（图2）读取。前者直接连接OBDH接口，读取方便快捷；后者必须拆卸EDR或内置EDR的控制模块，且需要专门的模块连接线或适配器。为了更好地监控电动汽车的碰撞表现，推荐在电动汽车上安装EDR。现借鉴当前的EDR标准，对电动汽车EDR数据进行初步探索。参考49CFRPart563中规定的15个基本数据元素（表1）,对比电动汽车与传统汽车的差异性，只需将第5条数据〃发动机节气门开度（%）/加速踏板位置（%）”修改为〃加速踏板位置（%）”。此外，还需增加记录电动汽车的特有参数，以监控电动汽车动力的输出状态及电池的工作状态，探索结果见表3。早期的EDR只是用来监控安全气囊的碰撞表现，以优化并改进安全气囊的设计和开发。EDR依托于安全气囊模块，能够记录乘员约束系统在真实碰撞中的相关数据，见表4。表4中数据相对于测试数据或仿真数据，能够更真实反应乘员约束系统的碰撞表现，可以用来监测该系统是否合理有效起到保护乘员的作用，达到预设的工作标准。这些数据来源于真实的交通事故工况，因此，对被动安全系统的设计或改进具有更可靠的指导价值和应用价值。目前，主动安全领域已成为各汽车厂商的研发热点。真实交通事故的数据对汽车主动安全系统的开发和评价具有很高的实际参考价值。可用于主动安全系统监控或开发的EDR数据，如表5所示。参考表5中的数据及相关研究，对EDR数据在主动安全领域中的应用探索如下：碰撞场景重建根据碰撞后的数据还原碰撞时的碰撞类型及碰撞力主方向，再借助警方事故现场图资料，可实现碰撞场景的数字化重建。仿真输入将碰撞前的数据作为主动安全系统的数据输入，进行仿真分析。通过计算主动安全系统对交通事故的避免率或避免程度，能够更真实地评估其收益率。应用分析EDR能够记录〃自适应巡航控制系统”、“防抱死制动系统”等主动安全系统在事故发生前的工作表现，可根据碰撞前车辆的运行状态数据综合判断主动安全系统的工作表现，检测其性能，进而改进产品设计，提高性能表现。EDR解决了交通事故重建中的诸多技术难题，并大幅度提高了交通事故重建的准确度和可信度。表6是可用于交通事故重建的EDR数据。车速重建由表6可知，EDR数据中包含了车辆在碰撞前5s或2.5s的速度，因此，可直接应用于车速重建。利用这些数据还原出碰撞前车辆行驶速度的变化过程，从而推断出车辆在事故前的行驶速度。此外，由于当前国内车辆EDR安装率极低，对于事故参与方中仅一方有EDR的案例，可利用已有的EDR碰撞前车速和碰撞后的速度变化量，根据动量定理求解另一参与方的碰撞速度。车辆运动轨迹重建Kusano等［16］利用EDR碰撞前的数据提出了一种车辆运动轨迹重建方法。该研究提出利用EDR数据中碰撞车速及加速踏板位置、制动踏板位置和转向盘转角进行车辆运动轨迹重建的新方法，该方法不需要其它勘查资料，直接从EDR获取数据进行事故重建。重建理论验证冯浩等［［1177］］利用EDR碰撞后的速度变化量曲线，分析了3起典型碰撞形态事故，验证了道路交通事故重建理论中关于碰撞力、碰撞时间的关键性理论假设。并以一起追尾事故为例，利用EDR碰撞前车速和碰撞后的速度变化量，解决了传统重建方法中关于碰撞后车辆运动参数和有效碰撞速度计算的技术难点。文中整理出EDR报告中常见的42个数据元素并分成5类，解读了车速、发动机转速、节气门开度及制动数据的来源。此外，推荐电动汽车安装EDR，并对其记录的数据元素进行初步探索。EDR不仅能够监控车辆被动安全、主动安全系统的工作表现，也提供了诸多的相关数据，可用于检测其性能，改进设计。EDR为交通事故重建领域的研究及应用提供了客观可靠的碰撞数据，不仅能够很好地辅助交通事故深度调查，也解决了车速重建的技术难题，为道路交通事故的重建提供了新思路。修改稿收到日期为2017年2月1日。【相关文献】NHTSAEDRWorkingGroup.EventDataRecorders:SummaryofFindingbytheNHTSAEDRWorkingGroup,FinalReport.NHTSA,2001,ReportDOTHS-043334.Teel,S.,Peirce,S.,Lutkefedder,N.,AutomotiveRecorderResearch-ASummaryofAccidentDataandTestResults.SAETechnicalPaper740566,1974.Sharp,Deborah.Autos'Black-boxDataTurningupinCourtrooms.USAToday.2003-05-15.NationalHighwayTrafficSafetyAdministration，DepartmentofTransportation.49CFRPart563EventDataRecordersFinalRules:ResponsetoPetitionsforReconsideration.NHTSA,January2008,NHTSA-2008-0004.5公安部道路交通管理标准化技术委员会.GB/T19056-2012汽车行驶记录仪，2012.6公安部道路交通管理标准化技术委员会.GB/T7258-2012机动车运行安全技术条件，2012.7中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T33195-2016道路交通事故车辆速度鉴定.2016.InstituteofElectricalandElectronicEngineers.IEEE1616—MotorVehicleEventDataRecorders.IEEE,2004.SAEInternational.SAEJ1698/1EventDataRecorder-OutputDataDefinition[S].SAE,December2003,SAEJ1698-2003.SAEInternational.SAEJ1698/2EventDataRecorder-RetrievalToolProtocol.SAE,May2004,SAEJ1698-2-2004.SAEInternational.SAEJ1698/3EventDataRecorder-ComplianceAssessment.SAE,June2013,SAEJ1698/3-2013.SAEInternational.SAEJ1698-1APedestrianPro