FlexRay在高速汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )系統中的應用

FlexRay實(shí)現的初期功能是邁向全自動(dòng)無(wú)人駕駛(或近乎全自動(dòng)駕駛)的第一步。雖然最早的設想是實(shí)現汽車(chē)線(xiàn)控(X-by-wire)(線(xiàn)控驅動(dòng)、線(xiàn)控駕駛等)，然而其他發(fā)展趨勢也在推動(dòng)FlexRay技術(shù)的發(fā)展和應用。主要表現在生產(chǎn)效率、安全法規要求愈來(lái)愈高，各種舒適便利功能日趨增多。

　　同時(shí)，這些發(fā)展趨勢也對電子控制架構和汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議性能提出了更高的要求。簡(jiǎn)單地說(shuō)，將來(lái)的汽車(chē)將需要更高帶寬的總線(xiàn)，及確保迅速響應緊急任務(wù)的確定性協(xié)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(wǎng)絡(luò )拓撲，并具有可擴展性來(lái)應對新的工程挑戰。

　　未來(lái)業(yè)界已采用了十幾年的CAN和LIN總線(xiàn)仍能勝任自己的工作。事實(shí)上，采用FlexRay未必會(huì )對LIN應用(如雨刷和電控車(chē)窗)產(chǎn)生太大的影響。因為這些都僅限于局部控制，無(wú)需與汽車(chē)其余部件進(jìn)行大量通信，而且只需要很低的數據帶寬。

　　圖：FlexRay的設計支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò )拓撲。

　　CAN也注定會(huì )在將來(lái)的汽車(chē)控制架構中扮演重要的角色。雖然CAN無(wú)法滿(mǎn)足現代汽車(chē)對總帶寬的要求，但靈活的工程設計至少會(huì )暫時(shí)提供符合實(shí)際的解決方案。

　　這些解決方案包括多個(gè)互連的CAN網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)劃分網(wǎng)絡(luò )來(lái)滿(mǎn)足帶寬要求，同時(shí)避免將所有數據都放在同一條總線(xiàn)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(chē)行業(yè)，其設計變化需要規劃到將來(lái)的數十年，這確實(shí)是個(gè)優(yōu)勢。

　　寶馬采用FlexRay進(jìn)行減震控制就是一個(gè)很容易理解的例子，該功能本可以由CAN來(lái)實(shí)現。采用FlexRay直接替換CAN，弄清楚了新技術(shù)如何在現實(shí)生活中應用，就能明白其出眾的性能。

　　不過(guò)逐步采用FlexRay是肯定無(wú)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(cháng)遠來(lái)看，其10Mbps帶寬和內置容錯功能，可以為將來(lái)的汽車(chē)提供最有效的一流解決方案。

　　減少復雜性，實(shí)現更多溝通

　　隨著(zhù)汽車(chē)中增強安全和舒適體驗的功能越來(lái)越多，實(shí)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(chē)有100多個(gè)ECU，如果不采用新架構，該數字可能還會(huì )增長(cháng)。ECU操作和眾多CAN總線(xiàn)之間的協(xié)調配合日益復雜，嚴重阻礙線(xiàn)控(X-by-wire)的發(fā)展。即使可以解決復雜性問(wèn)題，CAN也缺乏線(xiàn)控所必需的確定性和容錯功能。

　　復雜性問(wèn)題已引起工程設計領(lǐng)域的強烈關(guān)注，不僅要簡(jiǎn)化汽車(chē)制造流程，還需降低整個(gè)子系統的成本。實(shí)現這一目標的最佳途徑就是減少ECU數量。當然，這也意味著(zhù)那些剩下的ECU需要提供更多的服務(wù)和擁有更強的性能。同時(shí)，由于要與其他ECU更頻繁地通信，所以對網(wǎng)絡(luò )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(kāi)發(fā)駛入快車(chē)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(chǎn)權。交換知識產(chǎn)權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(chē)當中。

　　靈活的架構

　　FlexRay在試驗階段后又將如何實(shí)施呢?圖1所示為高級汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )拓撲中FlexRay的應用示例。

　　FlexRay可以應用在無(wú)源總線(xiàn)和星形網(wǎng)絡(luò )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(gè)系統級功能，以節約生產(chǎn)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(gè)通道的最大數據傳輸率達到10Mbps。

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

　　而使用星型拓撲卻可完全解決容錯問(wèn)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(wú)源總線(xiàn)線(xiàn)纜長(cháng)度超過(guò)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(xié)議無(wú)法比擬的優(yōu)勢。它同時(shí)支持時(shí)間觸發(fā)(確定性)通信和事件觸發(fā)通信，如啟動(dòng)制動(dòng)順序(braking sequence)。

　　FlexRay還支持總線(xiàn)間的多種消息傳遞架構。隨著(zhù)FlexRay在汽車(chē)上的廣泛使用以及網(wǎng)絡(luò )日益統一，這項功能將越發(fā)重要。例如，若干家汽車(chē)制造商已經(jīng)實(shí)施或提議采用一種網(wǎng)絡(luò )架構，不管采用何種通信協(xié)議，所有通信通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)實(shí)現。為了跨越協(xié)議邊界通信，要求網(wǎng)絡(luò )支持多個(gè)消息傳遞選項。