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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部分冗余系統(tǒng)
避免上述事故的一種方法是降低網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜性。讓我們回到熟知的兩條獨(dú)立對(duì)角線這一原則，那么可以得到一種可能的簡(jiǎn)單解決方案(圖3)。
現(xiàn)在，車輪節(jié)點(diǎn)僅連接到一個(gè)通道，中央ECU及備份ECU仍連接到兩個(gè)通道。ECU及其備份可以針對(duì)機(jī)械沖擊進(jìn)行更好的保護(hù)，因?yàn)榭梢詫⑺鼈兎旁诔藛T單元，如中央控制臺(tái)的后面。連線更少意味著故障模式更少，對(duì)有些應(yīng)用這種解決方案可能適用，但上面提到的共同故障模式風(fēng)險(xiǎn)仍然沒(méi)有消除，因此有必要尋求進(jìn)一步的改進(jìn)。FlexRay通過(guò)引入主動(dòng)星型(active star)連接器來(lái)解決這一問(wèn)題。
采用主動(dòng)星型連接器的FlexRay系統(tǒng)
圖4給出的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c上面的類似，只是在一個(gè)通道中增加了一個(gè)主動(dòng)星型連接器。
主動(dòng)星型連接器作為一個(gè)路由器，在正常通信工作過(guò)程中將來(lái)自一個(gè)分支的輸入消息發(fā)送到所有其它分支。主動(dòng)星型連接器的好處是可以檢測(cè)到出現(xiàn)問(wèn)題的分支或者傳輸時(shí)間超過(guò)時(shí)間限制的消息，當(dāng)檢測(cè)到此類非法異常問(wèn)題時(shí)，主動(dòng)星型連接器會(huì)斷開(kāi)受影響的網(wǎng)絡(luò)分支，從而保證網(wǎng)絡(luò)中其它分支的通信不受影響。與其它物理層連接方式相比，主動(dòng)星型連接器可斷開(kāi)出現(xiàn)故障的區(qū)域，這也是其最主要的優(yōu)點(diǎn)。
假設(shè)結(jié)點(diǎn)6出現(xiàn)的故障影響到兩個(gè)分支(圖5)，系統(tǒng)仍然可以工作，盡管性能有所降低(但還是可以接受的)，當(dāng)然節(jié)點(diǎn)2和3的通信會(huì)丟失。如果故障發(fā)生在節(jié)點(diǎn)5而不是節(jié)點(diǎn)6，那么情況也完全類似。這一結(jié)果非常有趣，因?yàn)閮H僅在一個(gè)通道中使用了主動(dòng)星型連接器，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠菍?duì)稱的。
在另一個(gè)通道中也引入一個(gè)主動(dòng)星型連接器可使網(wǎng)絡(luò)更為對(duì)稱，同時(shí)在應(yīng)用軟件中采用相應(yīng)的措施后，甚至在如圖6的故障情況下系統(tǒng)性能也不會(huì)降低。此時(shí)，所有四個(gè)輪胎節(jié)點(diǎn)仍然處于可訪問(wèn)狀態(tài)，中央ECU之一(這里是節(jié)點(diǎn)5)擁有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。
當(dāng)一個(gè)輪胎節(jié)點(diǎn)的線纜連接短路時(shí)，連接到這一對(duì)角線的另一個(gè)輪胎也會(huì)受到影響，在這樣的故障模式下，這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c用一個(gè)主動(dòng)星型連接器的網(wǎng)絡(luò)相比并沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。然而對(duì)于有些應(yīng)用同時(shí)有兩個(gè)輪胎節(jié)點(diǎn)失去通信可能是無(wú)法接受的，這時(shí)就需要尋找一種不同的解決方案。其實(shí)也很容易找到，先連到短接線纜再連接至主動(dòng)星型連接器的節(jié)點(diǎn)可以直接連接到主動(dòng)星型連接器，這樣每個(gè)主動(dòng)星型連接器需要再多一個(gè)支路。
不使用短接線纜的FlexRay系統(tǒng)
與前面所討論的所有故障模式相比，圖7中的配置保證了最大網(wǎng)絡(luò)可用性。順便說(shuō)一句，在本文所討論的所有例子中，這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥€提供了最好的電磁兼容(EMC)性，因?yàn)檫@里不再有短接線纜。
總結(jié)
如前所述，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季种饕赏ㄐ沛溌纷畹涂捎眯砸笏鶝Q定。對(duì)于確定的故障模式，總能夠找到滿足可用性要求的解決方案。FlexRay的可擴(kuò)展能力允許在系統(tǒng)成本和安全性之間進(jìn)行最優(yōu)的平衡。支持這種物理層方法的第一款FlexRay收發(fā)器(Philips TJA 1080)已經(jīng)推出，這款收發(fā)器還可用于構(gòu)建主動(dòng)星型連接器。目前正在進(jìn)行的車輛測(cè)試和進(jìn)一步理論分析將會(huì)應(yīng)用這些結(jié)果，并推廣到多于6個(gè)節(jié)點(diǎn)的要求更為苛刻的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。
除了這里所討論的故障模式外，在時(shí)域也存在一些嚴(yán)重的故障模式，此時(shí)主動(dòng)星型連接器也具有一定的優(yōu)勢(shì)。出現(xiàn)傳送錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響連到主動(dòng)星型連接器的其它節(jié)點(diǎn)正在進(jìn)行的通信，因?yàn)橹鲃?dòng)星型連接器會(huì)繼續(xù)路由其它分支消息。此外，主動(dòng)星型連接器還會(huì)斷開(kāi)或拋棄超出一定時(shí)間限制的消息，因此可防止通信信道被獨(dú)占。
某些情況下為保證特殊的安全性要求可能對(duì)“時(shí)域信號(hào)安全性”有更高的要求，此時(shí)可能需要采用所謂的總線監(jiān)控器(bus guardian)，F(xiàn)lexRay總線監(jiān)控器可以監(jiān)視通信控制器在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)序是否符合要求。
評(píng)論