FlexRay網(wǎng)絡(luò)在汽車分布式安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全具有重要的影響，要保證汽車環(huán)境下通訊系統(tǒng)的可用性和可靠性，需要面向特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。在這方面，最近出現(xiàn)的FlexRay物理層技術(shù)具有很大潛力。本文將從簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)例子入手，由簡(jiǎn)至繁，最后推出一種可靠精密的解決方案，在此過(guò)程中我們將討論幾種可能的不同網(wǎng)絡(luò)配置以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

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(gè)很高的水平。FlexRay不僅能簡(jiǎn)化汽車電子和通信系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)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(duì)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(kāi)始討論之前，我們先簡(jiǎn)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(lái)先進(jìn)汽車高速控制應(yīng)用的需要。同時(shí)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(cuò)數(shù)據(jù)傳輸能力的底盤控制、車身和動(dòng)力總成等場(chǎng)合。

但FlexRay通信系統(tǒng)并非僅僅是一個(gè)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(guò)程格式和功能。除了開(kāi)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(guò)聯(lián)盟成員中的領(lǐng)先工具廠商和測(cè)試機(jī)構(gòu)來(lái)保證提供通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試測(cè)量以及仿真所需要的工具。

無(wú)論什么時(shí)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(duì)汽車的控制并增強(qiáng)其性能。汽車內(nèi)采用的傳感器越來(lái)越多，特別是感知外部信息的傳感器，用來(lái)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(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)冗余，因此消息傳輸具有容錯(cuò)能力，當(dāng)然也可以利用兩條線路來(lái)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(shí)，允許支持傳輸總線結(jié)構(gòu)(如CAN)；速度在1Mbps以上時(shí)，不同的節(jié)點(diǎn)利用主動(dòng)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(cuò)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(duì)于汽車購(gòu)買者來(lái)說(shuō)，另一項(xiàng)可以感受得到的好處是FlexRay將帶來(lái)更高設(shè)計(jì)自由，特別是在汽車內(nèi)飾方面。由于沒(méi)有占用很大空間的駕駛桿，未來(lái)的汽車將具有全新的面貌和乘坐感覺(jué)。除了線控操作以外，F(xiàn)lexRay在汽車動(dòng)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(duì)于亞洲汽車生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lexRay標(biāo)準(zhǔn)化所帶來(lái)的好處包括可削減開(kāi)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(xiǎn)，從而使這種新系統(tǒng)在市場(chǎng)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(dòng)器之間的數(shù)據(jù)交換主要是通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)完成的，但新出現(xiàn)的線控操作系統(tǒng)對(duì)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(cuò)性和時(shí)間確定性方面。通過(guò)在固定時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行消息傳輸，并同時(shí)利用兩個(gè)通道提供消息傳輸容錯(cuò)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)