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FlexRay網(wǎng)絡(luò )結構在汽車(chē)分布式安全系統中的應用
作者：
時(shí)間：2013-02-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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部分冗余系統
避免上述事故的一種方法是降低網(wǎng)絡(luò )拓撲的復雜性。讓我們回到熟知的兩條獨立對角線(xiàn)這一原則，那么可以得到一種可能的簡(jiǎn)單解決方案(圖3)。
現在，車(chē)輪節點(diǎn)僅連接到一個(gè)通道，中央ECU及備份ECU仍連接到兩個(gè)通道。ECU及其備份可以針對機械沖擊進(jìn)行更好的保護，因為可以將它們放在乘員單元，如中央控制臺的后面。連線(xiàn)更少意味著(zhù)故障模式更少，對有些應用這種解決方案可能適用，但上面提到的共同故障模式風(fēng)險仍然沒(méi)有消除，因此有必要尋求進(jìn)一步的改進(jìn)。FlexRay通過(guò)引入主動(dòng)星型(active star)連接器來(lái)解決這一問(wèn)題。
采用主動(dòng)星型連接器的FlexRay系統
圖4給出的網(wǎng)絡(luò )拓撲與上面的類(lèi)似，只是在一個(gè)通道中增加了一個(gè)主動(dòng)星型連接器。
主動(dòng)星型連接器作為一個(gè)路由器，在正常通信工作過(guò)程中將來(lái)自一個(gè)分支的輸入消息發(fā)送到所有其它分支。主動(dòng)星型連接器的好處是可以檢測到出現問(wèn)題的分支或者傳輸時(shí)間超過(guò)時(shí)間限制的消息，當檢測到此類(lèi)非法異常問(wèn)題時(shí)，主動(dòng)星型連接器會(huì )斷開(kāi)受影響的網(wǎng)絡(luò )分支，從而保證網(wǎng)絡(luò )中其它分支的通信不受影響。與其它物理層連接方式相比，主動(dòng)星型連接器可斷開(kāi)出現故障的區域，這也是其最主要的優(yōu)點(diǎn)。
假設結點(diǎn)6出現的故障影響到兩個(gè)分支(圖5)，系統仍然可以工作，盡管性能有所降低(但還是可以接受的)，當然節點(diǎn)2和3的通信會(huì )丟失。如果故障發(fā)生在節點(diǎn)5而不是節點(diǎn)6，那么情況也完全類(lèi)似。這一結果非常有趣，因為僅僅在一個(gè)通道中使用了主動(dòng)星型連接器，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò )拓撲是非對稱(chēng)的。 
采用兩個(gè)主動(dòng)星型連接器的FlexRay系統
在另一個(gè)通道中也引入一個(gè)主動(dòng)星型連接器可使網(wǎng)絡(luò )更為對稱(chēng)，同時(shí)在應用軟件中采用相應的措施后，甚至在如圖6的故障情況下系統性能也不會(huì )降低。此時(shí)，所有四個(gè)輪胎節點(diǎn)仍然處于可訪(fǎng)問(wèn)狀態(tài)，中央ECU之一(這里是節點(diǎn)5)擁有對整個(gè)系統的控制。
當一個(gè)輪胎節點(diǎn)的線(xiàn)纜連接短路時(shí)，連接到這一對角線(xiàn)的另一個(gè)輪胎也會(huì )受到影響，在這樣的故障模式下，這種網(wǎng)絡(luò )拓撲與用一個(gè)主動(dòng)星型連接器的網(wǎng)絡(luò )相比并沒(méi)有什么優(yōu)勢。然而對于有些應用同時(shí)有兩個(gè)輪胎節點(diǎn)失去通信可能是無(wú)法接受的，這時(shí)就需要尋找一種不同的解決方案。其實(shí)也很容易找到，先連到短接線(xiàn)纜再連接至主動(dòng)星型連接器的節點(diǎn)可以直接連接到主動(dòng)星型連接器，這樣每個(gè)主動(dòng)星型連接器需要再多一個(gè)支路。
不使用短接線(xiàn)纜的FlexRay系統
與前面所討論的所有故障模式相比，圖7中的配置保證了最大網(wǎng)絡(luò )可用性。順便說(shuō)一句，在本文所討論的所有例子中，這種網(wǎng)絡(luò )拓撲還提供了最好的電磁兼容(EMC)性，因為這里不再有短接線(xiàn)纜。
總結
如前所述，網(wǎng)絡(luò )拓撲布局主要由通信鏈路最低可用性要求所決定。對于確定的故障模式，總能夠找到滿(mǎn)足可用性要求的解決方案。FlexRay的可擴展能力允許在系統成本和安全性之間進(jìn)行最優(yōu)的平衡。支持這種物理層方法的第一款FlexRay收發(fā)器(Philips TJA 1080)已經(jīng)推出，這款收發(fā)器還可用于構建主動(dòng)星型連接器。目前正在進(jìn)行的車(chē)輛測試和進(jìn)一步理論分析將會(huì )應用這些結果，并推廣到多于6個(gè)節點(diǎn)的要求更為苛刻的應用網(wǎng)絡(luò )。
除了這里所討論的故障模式外，在時(shí)域也存在一些嚴重的故障模式，此時(shí)主動(dòng)星型連接器也具有一定的優(yōu)勢。出現傳送錯誤的節點(diǎn)不會(huì )影響連到主動(dòng)星型連接器的其它節點(diǎn)正在進(jìn)行的通信，因為主動(dòng)星型連接器會(huì )繼續路由其它分支消息。此外，主動(dòng)星型連接器還會(huì )斷開(kāi)或拋棄超出一定時(shí)間限制的消息，因此可防止通信信道被獨占。
某些情況下為保證特殊的安全性要求可能對“時(shí)域信號安全性”有更高的要求，此時(shí)可能需要采用所謂的總線(xiàn)監控器(bus guardian)，FlexRay總線(xiàn)監控器可以監視通信控制器在每個(gè)節點(diǎn)的時(shí)序是否符合要求。
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