完全電控的下一代網(wǎng)絡(luò )化汽車(chē)系統

在未來(lái)的時(shí)間里，傳統的汽車(chē)機械系統(如剎車(chē)和駕駛系統)將變成通過(guò)高速容錯通信總線(xiàn)與高性能CPU相連的電氣系統。在一輛裝備了綜合駕駛輔助系統的汽車(chē)上，諸如電控(control by-wire)剎車(chē)、電控駕駛和電子閥門(mén)控制等特性將為駕駛員帶來(lái)終極駕駛體驗。為了提供這些系統之間的安全通信，就需要一個(gè)高速、容錯和時(shí)間觸發(fā)的通信協(xié)議。

FlexRay是一種新的特別適合下一代汽車(chē)應用的網(wǎng)絡(luò )通信系統。目前已經(jīng)成立了FlexRay協(xié)會(huì )，以促使業(yè)界在這些電控系統上采用同一個(gè)標準。BMW、DaimlerChrysler、摩托羅拉和飛利浦半導體聯(lián)合開(kāi)發(fā)和建立了這個(gè)FlexRay標準，該標準不僅提高了一致性、可靠性、競爭力和效率，而且還簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)和使用，并降低了成本。

FlexRay將使汽車(chē)發(fā)展成百分之百的電控系統，完全不需要后備機械系統的支持。電控應用需要既具有確定性和容錯性又支持分布式控制系統的高速總線(xiàn)系統。此外，該技術(shù)可以滿(mǎn)足關(guān)鍵的汽車(chē)應用要求，如可靠性、可用性、靈活性和高數據速率，以彌補目前汽車(chē)內主要的聯(lián)網(wǎng)標準(如CAN、LIN和MOST等)的不足之處。

該通信系統遠比一個(gè)通信協(xié)議更復雜，它還包含一個(gè)專(zhuān)門(mén)設計的高速數據收發(fā)器，并且定義了FlexRay節點(diǎn)內各組件間的硬件和軟件接口。FlexRay協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò )化汽車(chē)系統內通信處理的格式和功能。

不同于現有的汽車(chē)協(xié)議MOST、CAN、LIN和J1850，FlexRay可滿(mǎn)足至關(guān)重要的可靠性要求，并在汽車(chē)各電子系統之間的通信中扮演重要角色。

對速度的需求

在今天的汽車(chē)中，車(chē)體和舒適性控制模塊都連接到控制器區域網(wǎng)絡(luò )(CAN)總線(xiàn)上，并借助本地互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)進(jìn)行外圍設備控制。遠程信息處理和多媒體連接需要高速互連，視頻傳輸又需要同步數據流格式，這些都可由MOST協(xié)議來(lái)實(shí)現。在很多情況下，高速汽車(chē)控制系統如動(dòng)力系統和傳送控制，如今都使用專(zhuān)用CAN和J1850網(wǎng)絡(luò )連接在一起。

隨著(zhù)電子控制單元之間數據通信數量的增加，獲得高速數據傳輸速率變得很重要。FlexRay最初設計目標大約是10Mbps數據率，不過(guò)，該協(xié)議允許達到更高的速率。

FlexRay是一種可伸縮的通信系統，支持同步或異步數據傳輸。同步數據傳輸可實(shí)現時(shí)間觸發(fā)通信，以滿(mǎn)足系統可靠性要求；基于Byteflight協(xié)議基本原理的異步數據傳輸，在事件驅動(dòng)的通信中允許每個(gè)節點(diǎn)利用全部帶寬。

FlexRay的同步數據傳輸是確定性的，同時(shí)保證提供最小的消息傳輸時(shí)延和消息抖動(dòng)。與CAN的判優(yōu)方法相比，該性能更優(yōu)越。CAN判優(yōu)方法可使低優(yōu)先級消息延遲發(fā)送，而讓高優(yōu)先級消息先行發(fā)送，因此除了最高優(yōu)先級消息，其它任何消息的時(shí)延都無(wú)法事先確定。FlexRay保證為同步傳輸部分中的每個(gè)消息預先設定傳輸時(shí)間，而不影響其它消息。

FlexRay支持全球標準時(shí)間基礎上的冗余和容錯分布式時(shí)鐘同步，從而保證所有網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)都能在一個(gè)緊湊的預先設定的精確時(shí)間窗中有秩序地工作。在同步通信部分，每個(gè)電子控制單元都分配到一個(gè)固定時(shí)隙號，這可確保每個(gè)消息都能得到所需的帶寬和時(shí)隙。這種分配保證了全部消息無(wú)須競爭帶寬或經(jīng)過(guò)判優(yōu)就可進(jìn)行傳輸。

一個(gè)獨立的總線(xiàn)監控電路用于發(fā)現物理層錯誤，以確保在通信控制器出現故障的情況下也不會(huì )發(fā)生數據傳輸沖突。在電控應用中，分布式系統中的所有應用信息都通過(guò)通信協(xié)議連接在一起，這一點(diǎn)非常重要，它使得應用功能可在一個(gè)已知的時(shí)間范圍內執行完畢。

FlexRay通信系統同時(shí)支持光纖和電氣物理層，這使得用戶(hù)可根據最適合自己的需要采用何種布線(xiàn)方案。光纖數據傳輸具有不受電磁干擾影響的優(yōu)點(diǎn)，而電磁干擾可對電氣線(xiàn)路上的通信造成很大破壞性影響。

令人遺憾的是，至今仍沒(méi)有一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )可以滿(mǎn)足未來(lái)汽車(chē)的所有成本和性能要求。因此，汽車(chē)OEM商仍將繼續采用多種聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(包括CAN、LIN和MOST)。未來(lái)的汽車(chē)將布滿(mǎn)網(wǎng)絡(luò )。 (end)