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FlexRay在高速汽車網絡系統中的應用

2011年09月16日 10:00 本站整理 作者:葉子 用戶評論(0

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  FlexRay實現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汽車線控(X-by-wire)(線控驅動、線控駕駛等),然而其他發展趨勢也在推動FlexRay技術的發展和應用。主要表現在生產效率、安全法規要求愈來愈高,各種舒適便利功能日趨增多。

  同時,這些發展趨勢也對電子控制架構和汽車網絡協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議。

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

  未來業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據帶寬。

  

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  圖:FlexRay的設計支持多個網絡拓撲。

  CAN也注定會在將來的汽車控制架構中扮演重要的角色。雖然CAN無法滿足現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網絡,通過劃分網絡來滿足帶寬要求,同時避免將所有數據都放在同一條總線上。這項經驗證和路測的技術對CAN特別有益。在高度注重安全的汽車行業,其設計變化需要規劃到將來的數十年,這確實是個優勢。

  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。采用FlexRay直接替換CAN,弄清楚了新技術如何在現實生活中應用,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,并可提供更經濟有效的解決方案。從長遠來看,其10Mbps帶寬和內置容錯功能,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,實現這些功能的電子控制單元(ECU)的數量也在持續上升。如今高端汽車有100多個ECU,如果不采用新架構,該數字可能還會增長。ECU操作和眾多CAN總線之間的協調配合日益復雜,嚴重阻礙線控(X-by-wire)的發展。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注,不僅要簡化汽車制造流程,還需降低整個子系統的成本。實現這一目標的最佳途徑就是減少ECU數量。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,所以對網絡帶寬的要求更高,這對安全系統而言尤其重要。

  為了使FlexRay硅開發駛入快車道,飛利浦半導體公司和飛思卡爾半導體公司已同意交換FlexRay知識產權。交換知識產權將促使這兩家公司的FlexRay控制器微控制器采用共同的FlexRay協議引擎設計,以確保FlexRay設備間的互操作性。正是這種合作將促使FlexRay技術迅速的應用到汽車當中。

  靈活的架構

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

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

  無源總線拓撲的主要優勢在于,采用設計工程師熟悉的汽車網絡架構,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,FlexRay尚有許多其他協議無法比擬的優勢。它同時支持時間觸發(確定性)通信和事件觸發通信,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。隨著FlexRay在汽車上的廣泛使用以及網絡日益統一,這項功能將越發重要。例如,若干家汽車制造商已經實施或提議采用一種網絡架構,不管采用何種通信協議,所有通信通過一個網關實現。為了跨越協議邊界通信,要求網絡支持多個消息傳遞選項。

  

    本文導航

    • 第 1 頁:FlexRay在高速汽車網絡系統中的應用
    • 第 2 頁:硅技術實現

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( 發表人:葉子 )

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