汽車(chē)黑匣子EDR系統硬件設計方案

隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)銷(xiāo)量與日俱增，給人們帶來(lái)出行方便的同時(shí)，各類(lèi)交通事故的發(fā)生率也越來(lái)越高。為了真實(shí)還原事故原因，認定各方事故責任，可重現事故過(guò)程的數據記錄系統EDR (Event Data Recorder) 應運而生。

EDR，俗稱(chēng)“汽車(chē)黑匣子”。它主要記錄車(chē)輛在碰撞前、碰撞時(shí)、碰撞后三個(gè)不同階段中汽車(chē)的關(guān)鍵運行數據，例如行車(chē)速度、方向盤(pán)轉向速度、車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)等參數，為交通事故的調查分析提供客觀(guān)、準確的數據。本文基于EDR的結構功能，為大家介紹其各功能模塊的硬件設計方案。

EDR的總體結構

上文提及EDR是用來(lái)記錄車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)的行車(chē)數據，其參數信息主要來(lái)自CAN總線(xiàn)和其他傳感器。EDR系統主要由碰撞傳感器、CAN通信模塊、控制存儲單元等部分構成，各個(gè)子模塊之間的關(guān)聯(lián)如下圖 (圖1) 所示：

圖1 硬件系統結構

ADI加速度傳感器

車(chē)輛在事故碰撞過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生很大的沖擊，要有效地采集到碰撞時(shí)刻的狀態(tài)信息，需要高量程的加速度測量范圍。在EDR應用中首選的加速度傳感器正是ADI ADXL314，其功能結構為下圖 (圖2) 所示。該產(chǎn)品主要特征如下：

●   測量范圍±200g

●   10,000g沖擊生存能力

●   電源電壓范圍：2.0V至3.6V

●   寬溫度范圍：?40至+125°C

●   AEC-Q100適用于汽車(chē)應用

●   固定13位可編程輸出分辨率

●   用戶(hù)可選帶寬高達3200Hz ODR

●   SPI (3線(xiàn)或4線(xiàn)) 和I2C數字接口

●   小型纖薄封裝：32引腳5mm×5mm×1.45mm LFCSP

●   使用FIFO技術(shù)的嵌入式存儲器管理系統，可將主機處理器負載降至最低

●   低功耗：VS=2.5V (典型值)時(shí)，測量模式下為170μA，待機模式下為17μA

圖2 ADXL314功能結構

ADI CAN收發(fā)器模塊

EDR控制存儲單元需要采集車(chē)輛的較多數據，從數據來(lái)源看，大多數涉及到整車(chē)多個(gè)電子控制系統，如發(fā)動(dòng)機管理系統、防抱制動(dòng)系統、電子穩定性控制系統、安全氣囊控制器、車(chē)身控制器、輪胎壓力檢測系統等。而這些參數均可通過(guò)CAN數據總線(xiàn)獲取，因此EDR系統中需要CAN接口芯片來(lái)完成信號傳遞。

ADI公司推出的ADM3053是信號和電源隔離式CAN收發(fā)器，集成隔離式DC-DC轉換器。該器件采用ADI公司的iCoupler?技術(shù)，將雙通道隔離器、CAN收發(fā)器和ADI isoPower^? DC/DC轉換器集成于單個(gè)SOIC表貼封裝中。片內振蕩器輸出一對方波，以驅動(dòng)內部變壓器提供隔離電源。該器件采用5V單電源供電，提供完全隔離的CAN解決方案。具體技術(shù)細節您可以咨詢(xún)駿龍科技的技術(shù)人員。ADM3053的功能結構如下圖 (圖3) 所示：

圖3 ADM3053功能結構

ADI電源模塊

EDR系統對電源的可靠性和低功耗具有較高要求，輸入電源一般為12V電池，在車(chē)輛啟停瞬間會(huì )產(chǎn)生較高的尖峰，因此第一級電源需要具有寬輸入電壓范圍，其次要求低功耗。系統電源需求主要是5V/3.3V，如加速度計需要3.3V供電、CAN接口模塊需要5V供電。

ADI推出的LT8606具有2.5μA靜態(tài)電流的42V、350mA同步降壓型穩壓器，可用于前級12V轉5V要求。LT8606典型電路如下圖 (圖4) 所示。

圖4  LT8606典型電路

后級5V轉3.3V，可使用ADI的LT3042，它是20V、200mA超低噪聲、超高PSRR RF 線(xiàn)性穩壓器，LT3042典型的電路如下圖 (圖5) 所示： 

圖5 LT3042典型電路

英飛凌控制存儲模塊

控制存儲單元是EDR硬件系統的核心，它要求能夠接收加速度計的信號以及車(chē)輛CAN總線(xiàn)狀態(tài)，且存儲于自身RAM存儲器，并鎖定于片上Flash存儲器中，這就需要控制單元具有較快的處理速度和較大的RAM和Flash空間。

英飛凌 (Infineon)公司推出的SAK-XC2267M-104F80LR AB微控制芯片非常適合用于EDR控制系統。XC2267M最高工作頻率為80MHz，其存儲器模塊包括16KB片上 PSRAM、16KB片上DSRAM以及高達832KB片上Flash程序存儲器，能滿(mǎn)足數據存儲空間要求，同時(shí)支持外圍適配SPI、I2C、CAN通信接口。

完整硬件系統的實(shí)現

各功能模塊以控制存儲單元為中心，按照模塊化的方式進(jìn)行設計集成，可以實(shí)現完整的 EDR硬件系統，并進(jìn)行調試，該設計滿(mǎn)足EDR系統要求。硬件評估平臺如下圖 (圖6) 所示，更多技術(shù)細節您可以咨詢(xún)駿龍科技的技術(shù)人員。

圖6 硬件評估平臺

總結

本文介紹了EDR系統的硬件結構，并分析了各功能模塊的設計方案，通過(guò)功能模塊集成可以實(shí)現完整的系統方案。EDR系統對交通事故的現場(chǎng)調查取證，提供準確、客觀(guān)的數據依據有極大幫助作用，使得探究系統開(kāi)發(fā)方案具有重要意義。欲了解更多技術(shù)細節和ADI相關(guān)方案，您可聯(lián)系駿龍科技各地辦事處。駿龍科技的技術(shù)人員愿意為您提供更詳細的技術(shù)支持。 

參考資料

汽車(chē)事件數據記錄系統硬件電路設計與開(kāi)發(fā)_知網(wǎng)

認識汽車(chē)黑匣子 EDR_知網(wǎng)

基于 CAN 總線(xiàn)的汽車(chē)事件數據記錄系統開(kāi)發(fā)方案研究_知網(wǎng)