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FlexRay在汽车网络中的应用解决方案

发布时间:2020-07-21 18:10:43 阅读: 来源:表面厂家

您经常要给汽车刹车加制动液吗?需要抽出制动液,以确保制动液管中没有气体,虽然这些工作可能并不由车主亲自动手完成,但这个事实却证明,即使在更加现代化的电动液压制动系统中,我们仍然要忍受所谓的湿系统带来的困扰。随着线控技术的出现,我们将能使用重量轻、效率高、更简单的电子机械系统,如线控刹车技术(Brake-By-Wire),取代笨重的液压系统和污秽的有毒液体,并彻底摆脱它们。

本文引用地址:

但是,向线控技术发展的进程并不是一帆风顺的。现存的网络协议不是针对高级汽车控制系统如线控刹车技术,线控驾驶技术等而设计的。这类应用需要高带高、具有容错功能的确定性通信协议,而汽车市场目前尚未制定此类协议。2000年,宝马、戴姆勒克莱斯勒、飞利浦和摩托罗拉半导体部门(2004年更名为飞思卡尔半导体公司)联合建立了FlexRay™联盟,共同实现下述目标:开发面向车内高速控制应用的高级通信技术,提高车辆安全性、可靠性和舒适度,提供可供市场所有客户使用的技术。

该联盟现有125名成员,致力于推广FlexRay通信系统在全球的采用,使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。FlexRay专为车内联网而设计,它不会取代现有网络,但可以与现有系统结合使用,如控制器局域网(CAN),本地互联网络(LIN)、媒体系统传输(MOST)和J1850协议。

满足技术要求

FlexRay在每个通道中提供10Mbps的总数据速率,能够满足未来应用的带宽要求。由于通道单独运行,总数据速率可以达到20Mbps,是当前CAN标准速率(1Mbps)的20倍。

FlexRay是一个时间触发的架构,这就意味着控制信号是根据预定义的时间进度传输的。确定性意味着:无论系统外部发生什么情况,都不会产生计划外事件。在确定性算法中,始终会预先定义正确的输出结果,这些结果是基于特定输入的。此外,输出可以控制后面的操作,其结果将决定下一个步骤,依此类推。无论外部产生什么影响,确定性网络都是完全可预测的。这对需要持续的高速性能的应用(如线控刹车、线控驾驶)来说非常重要。FlexRay协议可以确保将信息延迟和抖动降至最低,另外还提供高带宽(10Mbps),可以减少网络冲突的数量。

容错功能意味着:即使系统的不同部分出现故障,系统仍将按照设计继续运行。更重要的是,如果网络运行性能降低,故障的严重性也会成比例上升。换句话说,小故障不会造成系统功能的丧失。FlexRay支持多个级别的容错功能,包括通过单信道或双信道模式(提供传输所需要的冗余),提供可扩展的系统容错。独立的物理层总线监护器也有助于最大程度地减少系统错误。

要为所有的FlexRay节点提供时间触发的实时系统,需要在不同节点之间提供准确的全局时间同步。FlexRay通过偏差纠正和速率纠正算法,支持时钟纠正管理。在每个周期中,同步信息从网络上的同步节点传送到总线。为了支持容错系统,它至少提供4个同步节点。每个节点都接收到一条同步信息,并将其时钟与同步节点的时钟进行比较,然后纠正其时钟,以便与同步节点的时钟相匹配。这是一个故障-安全系统,如果一个节点发生故障,不会干扰其它节点的同步。

支持高吞吐量、确定性、容错特性的FlexRay网络,可为高级电子控制的安全应用带来大量优势。FlexRay结合了这三大属性,是其它车内联网的理想替代产品,它同时还能支持FlexRay联盟计划今后提供的应用。例如, MOST支持高数据速率,却是专门用来连接车内多媒体组件的网络标准,可能不适合动力总成、底盘和线控应用。

CAN是国际标准化的串行总线系统,被欧洲生产商广泛采用,用于引擎管理、车身电子和娱乐控制。在通常的数据速率下(500Kbps),CAN网络能够连接多个电子控制单元。在美国,它将取代用于诊断和数据共享的J1850标准。但是,在传送信息时,CAN使用了优先级仲裁,这就意味着,低优先级的信息总是排在高优先级的信息后面,因而导致延迟。只有优先级最高的信息可以在预定义传输时间保证被传输。此外,CAN速率相对较低,且不具备容错功能,因而不能用于线控等先进应用。LIN是CAN中成本较低、速率相对较慢的子网络,但不能处理线控等应用要求的数据速率。

FlexRay解决方案

FlexRay是带静态和动态插槽的可扩展系统,程序员能够根据应用需求进行配置。凭借同步数据传输,可为可靠性要求很高的应用提供时间触发的通信。基于byteflight™协议的异步传输使所有FlexRay节点能够使用全部带宽,完成事件驱动的通信。Byteflight是10Mbps时间控制协议,主要用于提供汽车安全有关应用。通过容错同步和冗余传输通道,FlexRay扩展了Byteflight系统协议的面向安全的功能。

FlexRay可以支持光物理层和电物理层,使生产商能够部署最符合他们需求的布线机制。此外,开发人员还可以将FlexRay系统从单通道总线扩展为多个双通道星状拓扑,具有完全通道冗余。如果将FlexRay用作车内网络的骨干系统,连接动力总成、底盘、车身、安全和多媒体应用(有无支持FlexRay的应用皆可),制造商甚至还能更好地利用高带宽的优势。

根据应用的确定性和容错要求,在每个节点内,FlexRay模块均包括实施FlexRay协议所需的所有组件。

寄存器模块---包含控制寄存器,用于配置FlexRay设备,还包括状态寄存器,用于读取当前的协议状态信息。

信息缓冲器接口-CPU中使用该接口,以接收和传输数据,包括寄存器块生成的数据。

协议状态机-通信控制器的核心。它执行整个协议逻辑,如信息处理、建立通信周期、启动和错误处理。

定时单元-负责定时控制,包括支持分布式时钟的同步。

循环冗余码校验(CRC)单元-在信息传输和接收过程中,生成和检验每个数据帧的校验和。

接受和传输单元:每个通道一个。

FlexRay联盟的一个公开目标是为车内高速控制应用开发高级通信技术,以提高安全性、可靠性和舒适度。 [资料来源: ]。但是,众所周知,业界高度关注线控系统,让为它是FlexRay技术带来的主要益处。目标是要减少车辆控制对液压系统的依赖,最可能的应用就是线控刹车。

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