FlexRay網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在汽車分布式安全系統(tǒng)中的應(yīng)用
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FlexRay具有創(chuàng)新的功能和安全的特點(diǎn)，能夠使汽車系統(tǒng)安全達(dá)到一個很高的水平。FlexRay不僅能簡化汽車電子和通信系統(tǒng)架構(gòu)，同時還可幫助汽車電子單元變得更加穩(wěn)定和可靠。包括豐田、日產(chǎn)、本田、現(xiàn)代以及起亞汽車公司在內(nèi)的主要亞洲汽車生產(chǎn)商都已經(jīng)加入FlexRay聯(lián)盟，進(jìn)一步加強(qiáng)了該聯(lián)盟在創(chuàng)建針對汽車線控操作(by-wire)技術(shù)通用標(biāo)準(zhǔn)上所做的努力。隨著一些新汽車生產(chǎn)商的加入，全球每年生產(chǎn)的汽車中每10輛幾乎有7輛是由FlexRay成員生產(chǎn)。
在開始討論之前，我們先簡單介紹一下FlexRay協(xié)議。FlexRay是一種靈活的通訊系統(tǒng)，能夠滿足未來先進(jìn)汽車高速控制應(yīng)用的需要。同時FlexRay支持分布式控制系統(tǒng)，并可補(bǔ)充CAN、LIN和面向媒體應(yīng)用的MOST光學(xué)數(shù)據(jù)總線等主要車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。FlexRay協(xié)議旨在應(yīng)用于需要高通信帶寬和決定性容錯數(shù)據(jù)傳輸能力的底盤控制、車身和動力總成等場合。
但FlexRay通信系統(tǒng)并非僅僅是一個通信協(xié)議，它還包括一種特殊設(shè)計(jì)的高速收發(fā)器，并定義了FlexRay節(jié)點(diǎn)不同部件間的硬件和軟件接口。FlexRay協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)汽車系統(tǒng)中的通信過程格式和功能。除了開發(fā)中的協(xié)議、軟件和支持服務(wù)外，F(xiàn)lexRay聯(lián)盟還致力于通過聯(lián)盟成員中的領(lǐng)先工具廠商和測試機(jī)構(gòu)來保證提供通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試測量以及仿真所需要的工具。
無論什么時候，控制系統(tǒng)都必須收集實(shí)際系統(tǒng)中足夠多的信息以保持對汽車的控制并增強(qiáng)其性能。汽車內(nèi)采用的傳感器越來越多，特別是感知外部信息的傳感器，用來感知路面信息以及前方、鄰近以車輛后面的障礙物，此類傳感器包括視頻、雷達(dá)和光電傳感器，它們所捕捉的大量數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸?shù)杰噧?nèi)ECU進(jìn)行處理。
FlexRay利用兩條獨(dú)立的物理線路進(jìn)行通信，每條的數(shù)據(jù)速率為10Mbps。兩條通信線路主要用來實(shí)現(xiàn)冗余，因此消息傳輸具有容錯能力，當(dāng)然也可以利用兩條線路來傳輸不同的消息，這樣數(shù)據(jù)吞吐量可以加倍。
FlexRay還可以工作在較低的數(shù)據(jù)速率。速度低于1Mbps時，允許支持傳輸總線結(jié)構(gòu)(如CAN)；速度在1Mbps以上時，不同的節(jié)點(diǎn)利用主動星型耦合器以點(diǎn)到點(diǎn)方式進(jìn)行連接。
FlexRay的重要目標(biāo)應(yīng)用之一是線控操作(如線控轉(zhuǎn)向、線控剎車等)，即利用容錯的電氣/電子系統(tǒng)取代機(jī)械/液壓部分。線控操作包括從轉(zhuǎn)向到剎車和加速等所有汽車控制應(yīng)用互連技術(shù)，它可以補(bǔ)充并將最終代替目前的機(jī)械和液壓解決方案。車內(nèi)部件特別是機(jī)械和液壓部件減少后就不必再支付這部分費(fèi)用，因此就總體器件和組裝成本來說，采用電子系統(tǒng)比采用機(jī)械和液壓部件更便宜。
業(yè)界正致力于在汽車設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)向全電子系統(tǒng)，它將通過創(chuàng)新的智能駕駛輔助系統(tǒng)為司機(jī)和乘員提供更高的安全性以及更舒適的車內(nèi)環(huán)境。
對于汽車購買者來說，另一項(xiàng)可以感受得到的好處是FlexRay將帶來更高設(shè)計(jì)自由，特別是在汽車內(nèi)飾方面。由于沒有占用很大空間的駕駛桿，未來的汽車將具有全新的面貌和乘坐感覺。除了線控操作以外，F(xiàn)lexRay在汽車動力總成和安全電子系統(tǒng)方面也有很大的應(yīng)用空間，這些應(yīng)用都需要高速數(shù)據(jù)傳輸，如作為中央電子骨干總線連接車內(nèi)各種總線網(wǎng)絡(luò)，而且便于在車內(nèi)引入新的電子控制系統(tǒng)。
對于亞洲汽車生產(chǎn)商來說，F(xiàn)lexRay標(biāo)準(zhǔn)化所帶來的好處包括可削減開發(fā)和生產(chǎn)成本，降低采用這種創(chuàng)新性技術(shù)的風(fēng)險，從而使這種新系統(tǒng)在市場中得到廣泛采用。目前汽車中不同控制設(shè)備、傳感器和制動器之間的數(shù)據(jù)交換主要是通過CAN網(wǎng)絡(luò)完成的，但新出現(xiàn)的線控操作系統(tǒng)對于通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，特別是在消息傳輸?shù)娜蒎e性和時間確定性方面。通過在固定時隙內(nèi)進(jìn)行消息傳輸，并同時利用兩個通道提供消息傳輸容錯和冗余機(jī)制，F(xiàn)lexRay可滿足這些方面的要求。
完全冗余系統(tǒng)
圖1是一個汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的例子，其中有四個車輪節(jié)點(diǎn)(1至4)、一個中央電子控制單元(ECU)(5)以及一個備份ECU(6)。在應(yīng)用軟件中采取適當(dāng)措施后，一個ECU出現(xiàn)故障系統(tǒng)并不會受到影響。
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