FlexRay在高速汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用

FlexRay實現(xiàn)的初期功能是邁向全自動無人駕駛(或近乎全自動駕駛)的第一步。雖然最早的設想是實現(xiàn)汽車線控(X-by-wire)(線控驅(qū)動、線控駕駛等)，然而其他發(fā)展趨勢也在推動FlexRay技術(shù)的發(fā)展和應用。主要表現(xiàn)在生產(chǎn)效率、安全法規(guī)要求愈來愈高，各種舒適便利功能日趨增多。

　　同時，這些發(fā)展趨勢也對電子控制架構(gòu)和汽車網(wǎng)絡協(xié)議性能提出了更高的要求。簡單地說，將來的汽車將需要更高帶寬的總線，及確保迅速響應緊急任務的確定性協(xié)議。

　　FlexRay的10Mbps帶寬、內(nèi)置容錯功能和確定性正是針對這些需求而設計的。FlexRay還能夠兼容多種網(wǎng)絡拓撲，并具有可擴展性來應對新的工程挑戰(zhàn)。

　　未來業(yè)界已采用了十幾年的CAN和LIN總線仍能勝任自己的工作。事實上，采用FlexRay未必會對LIN應用(如雨刷和電控車窗)產(chǎn)生太大的影響。因為這些都僅限于局部控制，無需與汽車其余部件進行大量通信，而且只需要很低的數(shù)據(jù)帶寬。

　　圖：FlexRay的設計支持多個網(wǎng)絡拓撲。

　　CAN也注定會在將來的汽車控制架構(gòu)中扮演重要的角色。雖然CAN無法滿足現(xiàn)代汽車對總帶寬的要求，但靈活的工程設計至少會暫時提供符合實際的解決方案。

　　這些解決方案包括多個互連的CAN網(wǎng)絡，通過劃分網(wǎng)絡來滿足帶寬要求，同時避免將所有數(shù)據(jù)都放在同一條總線上。這項經(jīng)驗證和路測的技術(shù)對CAN特別有益。在高度注重安全的汽車行業(yè)，其設計變化需要規(guī)劃到將來的數(shù)十年，這確實是個優(yōu)勢。

　　寶馬采用FlexRay進行減震控制就是一個很容易理解的例子，該功能本可以由CAN來實現(xiàn)。采用FlexRay直接替換CAN，弄清楚了新技術(shù)如何在現(xiàn)實生活中應用，就能明白其出眾的性能。

　　不過逐步采用FlexRay是肯定無疑的，因為FlexRay能夠全面降低復雜性，并可提供更經(jīng)濟有效的解決方案。從長遠來看，其10Mbps帶寬和內(nèi)置容錯功能，可以為將來的汽車提供最有效的一流解決方案。

　　減少復雜性，實現(xiàn)更多溝通

　　隨著汽車中增強安全和舒適體驗的功能越來越多，實現(xiàn)這些功能的電子控制單元(ECU)的數(shù)量也在持續(xù)上升。如今高端汽車有100多個ECU，如果不采用新架構(gòu)，該數(shù)字可能還會增長。ECU操作和眾多CAN總線之間的協(xié)調(diào)配合日益復雜，嚴重阻礙線控(X-by-wire)的發(fā)展。即使可以解決復雜性問題，CAN也缺乏線控所必需的確定性和容錯功能。

　　復雜性問題已引起工程設計領域的強烈關(guān)注，不僅要簡化汽車制造流程，還需降低整個子系統(tǒng)的成本。實現(xiàn)這一目標的最佳途徑就是減少ECU數(shù)量。當然，這也意味著那些剩下的ECU需要提供更多的服務和擁有更強的性能。同時，由于要與其他ECU更頻繁地通信，所以對網(wǎng)絡帶寬的要求更高，這對安全系統(tǒng)而言尤其重要。

　　為了使FlexRay硅開發(fā)駛?cè)肟燔嚨?，飛利浦半導體公司和飛思卡爾半導體公司已同意交換FlexRay知識產(chǎn)權(quán)。交換知識產(chǎn)權(quán)將促使這兩家公司的FlexRay控制器和微控制器采用共同的FlexRay協(xié)議引擎設計，以確保FlexRay設備間的互操作性。正是這種合作將促使FlexRay技術(shù)迅速的應用到汽車當中。

　　靈活的架構(gòu)

　　FlexRay在試驗階段后又將如何實施呢?圖1所示為高級汽車網(wǎng)絡拓撲中FlexRay的應用示例。

　　FlexRay可以應用在無源總線和星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中，也可以應用在兩者的組合拓撲結(jié)構(gòu)中。這兩種拓撲均支持雙通道ECU，這種ECU集成多個系統(tǒng)級功能，以節(jié)約生產(chǎn)成本并降低復雜性。圖1所示的雙通道架構(gòu)提供冗余功能，并使可用帶寬翻了一番。每個通道的最大數(shù)據(jù)傳輸率達到10Mbps。

　　無源總線拓撲的主要優(yōu)勢在于，采用設計工程師熟悉的汽車網(wǎng)絡架構(gòu)，因而有效控制成本。在需要更高帶寬、更短延遲時間或確定性行為，而同時容錯功能并非必需的情況下，這種無源總線拓撲非常有用。典型的應用領域就是直接替換CAN以滿足帶寬要求。

　　而使用星型拓撲卻可完全解決容錯問題，因為如果出現(xiàn)意外情況，星型的支路可以有選擇的切斷。如果無源總線線纜長度超過規(guī)定限制，星型拓撲還可以用作復制器。

　　除了其拓撲的靈活性以外，F(xiàn)lexRay尚有許多其他協(xié)議無法比擬的優(yōu)勢。它同時支持時間觸發(fā)(確定性)通信和事件觸發(fā)通信，如啟動制動順序(braking sequence)。

　　FlexRay還支持總線間的多種消息傳遞架構(gòu)。隨著FlexRay在汽車上的廣泛使用以及網(wǎng)絡日益統(tǒng)一，這項功能將越發(fā)重要。例如，若干家汽車制造商已經(jīng)實施或提議采用一種網(wǎng)絡架構(gòu)，不管采用何種通信協(xié)議，所有通信通過一個網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)。為了跨越協(xié)議邊界通信，要求網(wǎng)絡支持多個消息傳遞選項。