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| FlexRay网络结构在汽车分布式安全系统中的应用 | |
| 飞利浦半导体 Bernd Elend | |
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网络拓扑结构对于汽车网络系统安全具有重要的影响，要保证汽车环境下通讯系统的可用性和可靠性，需要面向特定应用进行优化。在这方面，最近出现的FlexRay物理层技术具有很大潜力。本文将从简单的网络例子入手，由简至繁，最后推出一种可靠精密的解决方案，在此过程中我们将讨论几种可能的不同网络配置以及它们的优缺点。
FlexRay具有创新的功能和安全的特点，能够使汽车系统安全达到一个很高的水平。FlexRay不仅能简化汽车电子和通信系统架构，同时还可帮助汽车电子单元变得更加稳定和可靠。包括丰田、日产、本田、现代以及起亚汽车公司在内的主要亚洲汽车生产商都已经加入FlexRay联盟，进一步加强了该联盟在创建针对汽车线控操作(by-wire)技术通用标准上所做的努力。随着一些新汽车生产商的加入，全球每年生产的汽车中每10辆几乎有7辆是由FlexRay成员生产。
在开始讨论之前，我们先简单介绍一下FlexRay协议。FlexRay是一种灵活的通讯系统，能够满足未来先进汽车高速控制应用的需要。同时FlexRay支持分布式控制系统，并可补充CAN、LIN和面向媒体应用的MOST光学数据总线等主要车内网络标准。FlexRay协议旨在应用于需要高通信带宽和决定性容错数据传输能力的底盘控制、车身和动力总成等场合。
但FlexRay通信系统并非仅仅是一个通信协议，它还包括一种特殊设计的高速收发器，并定义了FlexRay节点不同部件间的硬件和软件接口。FlexRay协议定义了网络汽车系统中的通信过程格式和功能。除了开发中的协议、软件和支持服务外，FlexRay联盟还致力于通过联盟成员中的领先工具厂商和测试机构来保证提供通信系统设计、测试测量以及仿真所需要的工具。
无论什么时候，控制系统都必须收集实际系统中足够多的信息以保持对汽车的控制并增强其性能。汽车内采用的传感器越来越多，特别是感知外部信息的传感器，用来感知路面信息以及前方、邻近以车辆后面的障碍物，此类传感器包括视频、雷达和光电传感器，它们所捕捉的大量数据都实时传输到车内ECU进行处理。
FlexRay利用两条独立的物理线路进行通信，每条的数据速率为10Mbps。两条通信线路主要用来实现冗余，因此消息传输具有容错能力，当然也可以利用两条线路来传输不同的消息，这样数据吞吐量可以加倍。
FlexRay还可以工作在较低的数据速率。速度低于1Mbps时，允许支持传输总线结构(如CAN)；速度在1Mbps以上时，不同的节点利用主动星型耦合器以点到点方式进行连接。
FlexRay的重要目标应用之一是线控操作(如线控转向、线控刹车等)，即利用容错的电气/电子系统取代机械/液压部分。线控操作包括从转向到刹车和加速等所有汽车控制应用互连技术，它可以补充并将最终代替目前的机械和液压解决方案。车内部件特别是机械和液压部件减少后就不必再支付这部分费用，因此就总体器件和组装成本来说，采用电子系统比采用机械和液压部件更便宜。
业界正致力于在汽车设计中转向全电子系统，它将通过创新的智能驾驶辅助系统为司机和乘员提供更高的安全性以及更舒适的车内环境。
对于汽车购买者来说，另一项可以感受得到的好处是FlexRay将带来更高设计自由，特别是在汽车内饰方面。由于没有占用很大空间的驾驶杆，未来的汽车将具有全新的面貌和乘坐感觉。除了线控操作以外，FlexRay在汽车动力总成和安全电子系统方面也有很大的应用空间，这些应用都需要高速数据传输，如作为中央电子骨干总线连接车内各种总线网络，而且便于在车内引入新的电子控制系统。
对于亚洲汽车生产商来说，FlexRay标准化所带来的好处包括可削减开发和生产成本，降低采用这种创新性技术的风险，从而使这种新系统在市场中得到广泛采用。目前汽车中不同控制设备、传感器和制动器之间的数据交换主要是通过CAN网络完成的，但新出现的线控操作系统对于通信网络提出了更高的要求，特别是在消息传输的容错性和时间确定性方面。通过在固定时隙内进行消息传输，并同时利用两个通道提供消息传输容错和冗余机制，FlexRay可满足这些方面的要求。
完全冗余系统
图1是一个汽车网络应用的例子，其中有四个车轮节点(1至4)、一个中央电子控制单元(ECU)(5)以及一个备份ECU(6)。在应用软件中采取适当措施后，一个ECU出现故障系统并不会受到影响。 （图片） （图片） | |
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