FlexRay在高速汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

FlexRay實(shí)現(xiàn)的初期功能是邁向全自動(dòng)無(wú)人駕駛(或近乎全自動(dòng)駕駛)的第一步。雖然最早的設(shè)想是實(shí)現(xiàn)汽車線控(X-by-wire)(線控驅(qū)動(dòng)、線控駕駛等)，然而其他發(fā)展趨勢(shì)也在推動(dòng)FlexRay技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。主要表現(xiàn)在生產(chǎn)效率、安全法規(guī)要求愈來(lái)愈高，各種舒適便利功能日趨增多。

　　同時(shí)，這些發(fā)展趨勢(shì)也對(duì)電子控制架構(gòu)和汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能提出了更高的要求。簡(jiǎn)單地說(shuō)，將來(lái)的汽車將需要更高帶寬的總線，及確保迅速響應(yīng)緊急任務(wù)的確定性協(xié)議。

　　FlexRay的10Mbps帶寬、內(nèi)置容錯(cuò)功能和確定性正是針對(duì)這些需求而設(shè)計(jì)的。FlexRay還能夠兼容多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并具有可擴(kuò)展性來(lái)應(yīng)對(duì)新的工程挑戰(zhàn)。

　　未來(lái)業(yè)界已采用了十幾年的CAN和LIN總線仍能勝任自己的工作。事實(shí)上，采用FlexRay未必會(huì)對(duì)LIN應(yīng)用(如雨刷和電控車窗)產(chǎn)生太大的影響。因?yàn)檫@些都僅限于局部控制，無(wú)需與汽車其余部件進(jìn)行大量通信，而且只需要很低的數(shù)據(jù)帶寬。

　　圖：FlexRay的設(shè)計(jì)支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

　　CAN也注定會(huì)在將來(lái)的汽車控制架構(gòu)中扮演重要的角色。雖然CAN無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車對(duì)總帶寬的要求，但靈活的工程設(shè)計(jì)至少會(huì)暫時(shí)提供符合實(shí)際的解決方案。

　　這些解決方案包括多個(gè)互連的CAN網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)劃分網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足帶寬要求，同時(shí)避免將所有數(shù)據(jù)都放在同一條總線上。這項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)證和路測(cè)的技術(shù)對(duì)CAN特別有益。在高度注重安全的汽車行業(yè)，其設(shè)計(jì)變化需要規(guī)劃到將來(lái)的數(shù)十年，這確實(shí)是個(gè)優(yōu)勢(shì)。

　　寶馬采用FlexRay進(jìn)行減震控制就是一個(gè)很容易理解的例子，該功能本可以由CAN來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用FlexRay直接替換CAN，弄清楚了新技術(shù)如何在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用，就能明白其出眾的性能。

　　不過(guò)逐步采用FlexRay是肯定無(wú)疑的，因?yàn)镕lexRay能夠全面降低復(fù)雜性，并可提供更經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其10Mbps帶寬和內(nèi)置容錯(cuò)功能，可以為將來(lái)的汽車提供最有效的一流解決方案。

　　減少?gòu)?fù)雜性，實(shí)現(xiàn)更多溝通

　　隨著汽車中增強(qiáng)安全和舒適體驗(yàn)的功能越來(lái)越多，實(shí)現(xiàn)這些功能的電子控制單元(ECU)的數(shù)量也在持續(xù)上升。如今高端汽車有100多個(gè)ECU，如果不采用新架構(gòu)，該數(shù)字可能還會(huì)增長(zhǎng)。ECU操作和眾多CAN總線之間的協(xié)調(diào)配合日益復(fù)雜，嚴(yán)重阻礙線控(X-by-wire)的發(fā)展。即使可以解決復(fù)雜性問(wèn)題，CAN也缺乏線控所必需的確定性和容錯(cuò)功能。

　　復(fù)雜性問(wèn)題已引起工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的強(qiáng)烈關(guān)注，不僅要簡(jiǎn)化汽車制造流程，還需降低整個(gè)子系統(tǒng)的成本。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳途徑就是減少ECU數(shù)量。當(dāng)然，這也意味著那些剩下的ECU需要提供更多的服務(wù)和擁有更強(qiáng)的性能。同時(shí)，由于要與其他ECU更頻繁地通信，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求更高，這對(duì)安全系統(tǒng)而言尤其重要。

　　為了使FlexRay硅開(kāi)發(fā)駛?cè)肟燔嚨?，飛利浦半導(dǎo)體公司和飛思卡爾半導(dǎo)體公司已同意交換FlexRay知識(shí)產(chǎn)權(quán)。交換知識(shí)產(chǎn)權(quán)將促使這兩家公司的FlexRay控制器和微控制器采用共同的FlexRay協(xié)議引擎設(shè)計(jì)，以確保FlexRay設(shè)備間的互操作性。正是這種合作將促使FlexRay技術(shù)迅速的應(yīng)用到汽車當(dāng)中。

　　靈活的架構(gòu)

　　FlexRay在試驗(yàn)階段后又將如何實(shí)施呢?圖1所示為高級(jí)汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲蠪lexRay的應(yīng)用示例。

　　FlexRay可以應(yīng)用在無(wú)源總線和星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，也可以應(yīng)用在兩者的組合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。這兩種拓?fù)渚С蛛p通道ECU，這種ECU集成多個(gè)系統(tǒng)級(jí)功能，以節(jié)約生產(chǎn)成本并降低復(fù)雜性。圖1所示的雙通道架構(gòu)提供冗余功能，并使可用帶寬翻了一番。每個(gè)通道的最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到10Mbps。

　　無(wú)源總線拓?fù)涞闹饕獌?yōu)勢(shì)在于，采用設(shè)計(jì)工程師熟悉的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因而有效控制成本。在需要更高帶寬、更短延遲時(shí)間或確定性行為，而同時(shí)容錯(cuò)功能并非必需的情況下，這種無(wú)源總線拓?fù)浞浅Ｓ杏?。典型的?yīng)用領(lǐng)域就是直接替換CAN以滿足帶寬要求。

　　而使用星型拓?fù)鋮s可完全解決容錯(cuò)問(wèn)題，因?yàn)槿绻霈F(xiàn)意外情況，星型的支路可以有選擇的切斷。如果無(wú)源總線線纜長(zhǎng)度超過(guò)規(guī)定限制，星型拓?fù)溥€可以用作復(fù)制器。

　　除了其拓?fù)涞撵`活性以外，F(xiàn)lexRay尚有許多其他協(xié)議無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。它同時(shí)支持時(shí)間觸發(fā)(確定性)通信和事件觸發(fā)通信，如啟動(dòng)制動(dòng)順序(braking sequence)。

　　FlexRay還支持總線間的多種消息傳遞架構(gòu)。隨著FlexRay在汽車上的廣泛使用以及網(wǎng)絡(luò)日益統(tǒng)一，這項(xiàng)功能將越發(fā)重要。例如，若干家汽車制造商已經(jīng)實(shí)施或提議采用一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不管采用何種通信協(xié)議，所有通信通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)。為了跨越協(xié)議邊界通信，要求網(wǎng)絡(luò)支持多個(gè)消息傳遞選項(xiàng)。