FlexRay總線在乘用車中的應(yīng)用分析

黃曉鵬 羅明

摘要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，汽車制造工藝也在不斷進(jìn)步，在傳統(tǒng)機(jī)械汽車的基礎(chǔ)上加入了高端電子技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)輕松駕駛，達(dá)到安全駕駛的目的，電子汽車技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車的重要標(biāo)志，這就要求汽車的線纜管理系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)要達(dá)到更高的要求，不僅是為了汽車安全，更是為了汽車的安全。這不僅需要安全，還需要實(shí)時(shí)的總線控制系統(tǒng)，F(xiàn)lexRay就是其中的一個(gè)典型代表。本文研究了FlexRay總線在乘用車中的應(yīng)用以及在乘用車中應(yīng)用可能遇到的問題的可能解決方案。

關(guān)鍵詞：FlexRay 總線;乘用車;應(yīng)用

1FlexRay 的發(fā)展現(xiàn)狀

在乘用車中，來自車輛子系統(tǒng)的信號(hào)通過信號(hào)總線收集，車輛的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸來自子系統(tǒng)的信號(hào)。其功能是記錄電子信號(hào)，將各種部分信號(hào)相互傳輸，最后執(zhí)行通信功能。公交車技術(shù)有助于提高通信質(zhì)量，但社會(huì)對(duì)它的期望更高。乘用車中的總線技術(shù)最初用于豪華汽車，但現(xiàn)在也被用于普通汽車。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，F(xiàn)lexRay技術(shù)仍有很大的改進(jìn)空間。目前使用的總線技術(shù)是CAN、LIN、MOST和FlexRay。有許多用于客車的公交車技術(shù)，每個(gè)都有自己的優(yōu)勢，但一個(gè)具有許多優(yōu)勢的綜合公交車技術(shù)還沒有被開發(fā)。電動(dòng)汽車系統(tǒng)的總線技術(shù)的未來方向是高速、高精度、低成本和多功能。雖然公交車技術(shù)不是乘用車電動(dòng)車系統(tǒng)范圍的重要組成部分，但隨著人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴程度越來越高，對(duì)高精神生活質(zhì)量和自動(dòng)化設(shè)備的需求越來越大，公交車技術(shù)有很大的市場。

現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展提高了車輛的安全要求，也增加了合適的電子控制單元和傳感器的數(shù)量，特別是隨著車輛中X-by-Wire系統(tǒng)的發(fā)展，促進(jìn)了車輛總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的車輛總線網(wǎng)絡(luò)，如CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）和LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)），由于其固有的特性，不能滿足現(xiàn)代汽車應(yīng)用的要求。FlexRay協(xié)議由FlexRay聯(lián)盟開發(fā)，最初由BWM和戴姆勒-克萊斯勒公司開發(fā)，以滿足當(dāng)前和未來的產(chǎn)品要求。隨后，博世、恩智浦、飛思卡爾、通用汽車、大眾汽車和其他公司進(jìn)一步開發(fā)了FlexRay協(xié)議，并在2005年發(fā)布了FlexRay V2.1。2009年，F(xiàn)lexRay V1.1在BWM X52006上成功部署，F(xiàn)lexRay V2.1在BWM X6線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上成功部署。FlexRay聯(lián)盟由一個(gè)多樣化的公司集團(tuán)組成，包括大眾、寶馬、博世、戴姆勒、飛思卡爾、通用和恩智浦。FlexRay聯(lián)盟是第一個(gè)海外FlexRay聯(lián)盟，其中包括幾家專門從事該領(lǐng)域的領(lǐng)先外國公司，如大眾、寶馬、博世、戴姆勒、飛思卡爾、通用和恩智浦。奧迪在2009年引進(jìn)了FlexRay公交系統(tǒng)，并從2010年開始由奧迪A8使用，而寶馬公司在2006年引進(jìn)了FlexRay公交系統(tǒng)。據(jù)信它是從國外進(jìn)口的，但已經(jīng)進(jìn)入了中國。一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始分析FlexRay協(xié)議，并已經(jīng)取得了一些成果。

中國的乘用車數(shù)量逐年增加，人們對(duì)汽車質(zhì)量的要求也在不斷提高。作為汽車座艙的重要組成部分。電氣系統(tǒng)是汽車內(nèi)部組件的重要組成部分，對(duì)其順利運(yùn)行至關(guān)重要。因此，現(xiàn)在車輛電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是衡量車輛質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，總線技術(shù)也必須不斷升級(jí)，以確保車輛電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。很明顯，汽車行業(yè)使用的傳統(tǒng)LIN、CAN和FlexRay總線技術(shù)沒有足夠的帶寬來滿足高性能信息娛樂、自動(dòng)駕駛和云計(jì)算等智能汽車的數(shù)據(jù)傳輸要求。LVDS不是一個(gè)完全開放的協(xié)議，它需要復(fù)雜和昂貴的互連，信號(hào)質(zhì)量測試非常昂貴。操作安全和網(wǎng)絡(luò)安全是車內(nèi)以太網(wǎng)的沖突要素，目前還沒有找到兩者的最佳解決方案。

2 FlexRay總線技術(shù)的特點(diǎn)

2.1高效數(shù)據(jù)傳輸速度

FlexRay總線系統(tǒng)每個(gè)通道的最大傳輸速率為10 Mbps，與以前用于底盤、起落架和發(fā)動(dòng)機(jī)的總線相比，傳輸速度有了顯著提高。除了數(shù)據(jù)傳輸率的提高，容錯(cuò)性也得到了極大地改善，因此，如果一個(gè)組件發(fā)生故障，數(shù)據(jù)可以因果地傳輸，而不影響其他組件的正常運(yùn)行。

2.2采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

FlexRay可以用許多不同的方式安裝，非常靈活。它可以使用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線性、星形和混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.3安全可靠的冗余數(shù)據(jù)傳輸

由于FlexRay系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性，這一特點(diǎn)是通過冗余數(shù)據(jù)傳輸原理實(shí)現(xiàn)的，它是在兩條電纜上實(shí)現(xiàn)的，采用獨(dú)立傳輸通道的冗余數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，因此，一條電纜的故障不會(huì)影響正常工作，而另一條通道則用于數(shù)據(jù)傳輸。

2.4時(shí)間觸發(fā)性

FlexRay總線系統(tǒng)是由時(shí)間控制的，以便在事件觸發(fā)時(shí)允許部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)以固定的時(shí)間間隔分配和傳輸，以避免數(shù)據(jù)過載和擁堵。確定性的數(shù)據(jù)傳輸可以在確定的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行，因此在總線系統(tǒng)中沒有延遲。

3 FlexRay總線系統(tǒng)在乘用車中的應(yīng)用

3.1在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

用于控制系統(tǒng)的FlexRay總線系統(tǒng)旨在改進(jìn)車輛控制系統(tǒng)，減少對(duì)石油和液壓控制系統(tǒng)的依賴，例如，開發(fā)新的帶有電線管理的制動(dòng)和氣體控制系統(tǒng)等。FlexRay系統(tǒng)的雙線冗余設(shè)計(jì)使其有可能避免因車輛的制動(dòng)或氣體故障而發(fā)生事故。FlexRay系統(tǒng)的容錯(cuò)性確保了車輛行駛時(shí)的安全性，使其成為汽車行業(yè)的一個(gè)可行的解決方案。

3.2在通信網(wǎng)絡(luò)骨架中使用FlexRay系統(tǒng)

FlexRay總線的最大數(shù)據(jù)速率為10 Mbps，比CAN總線高10-20倍。這種高數(shù)據(jù)率意味著FlexRay作為車輛通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，在各方面都優(yōu)于CAN。這個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)允許幾個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的無縫互聯(lián)，如底盤、安全系統(tǒng)、車身、多媒體系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。FlexRay系統(tǒng)可以擴(kuò)展到10 Mbps，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行部署。

3.3 FlexRay 在AUDI車系中的應(yīng)用

FlexRay系統(tǒng)用于奧迪A8L、A7和A6L車型，允許車輛系統(tǒng)和控制裝置之間進(jìn)行通信。FlexRay系統(tǒng)作為一個(gè)通信平臺(tái)，連接各種車輛系統(tǒng)，提供動(dòng)態(tài)的車輛控制，并連接到發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可作為中央輸入模塊，無縫連接各種總線系統(tǒng)和FlexRay系統(tǒng)，改善車輛控制和安全的所有方面。終端電阻可以調(diào)整以避免電纜的反射。

FlexRay還具有故障管理的優(yōu)勢--在發(fā)生短路或故障時(shí)，F(xiàn)lexRay系統(tǒng)會(huì)將控制單元從總線上斷開，或?qū)⑼ㄐ欧种目偩€上斷開。如果互連單元與分支控制器斷開，互連單元可以檢測網(wǎng)絡(luò)故障，并允許在無故障區(qū)域繼續(xù)工作。通過測量阻抗，我們可以迅速確定問題出在哪里。此外，由于FlexRay系統(tǒng)的高性能和出色的功能，未來將更多地被用于汽車。

結(jié)束語

隨著汽車電子系統(tǒng)的迅速改進(jìn)，汽車布線技術(shù)也在不斷提高。汽車制造過程的復(fù)雜性帶來了新的挑戰(zhàn)，增加了對(duì)汽車工業(yè)的即時(shí)性、實(shí)時(shí)信息和安全性的要求。在這種情況下，傳統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)無法跟上汽車制造工藝的發(fā)展，需要一個(gè)更好、更快、更可靠的FlexRay系統(tǒng)。這些優(yōu)勢使FlexRay系統(tǒng)更適合用于乘用車。

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