汽車黑匣子EDR系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車銷量與日俱增，給人們帶來出行方便的同時(shí)，各類交通事故的發(fā)生率也越來越高。為了真實(shí)還原事故原因，認(rèn)定各方事故責(zé)任，可重現(xiàn)事故過程的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)EDR (Event Data Recorder) 應(yīng)運(yùn)而生。

EDR，俗稱“汽車黑匣子”。它主要記錄車輛在碰撞前、碰撞時(shí)、碰撞后三個(gè)不同階段中汽車的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如行車速度、方向盤轉(zhuǎn)向速度、車輛制動(dòng)狀態(tài)等參數(shù)，為交通事故的調(diào)查分析提供客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。本文基于EDR的結(jié)構(gòu)功能，為大家介紹其各功能模塊的硬件設(shè)計(jì)方案。

EDR的總體結(jié)構(gòu)

上文提及EDR是用來記錄車輛發(fā)生事故時(shí)的行車數(shù)據(jù)，其參數(shù)信息主要來自CAN總線和其他傳感器。EDR系統(tǒng)主要由碰撞傳感器、CAN通信模塊、控制存儲(chǔ)單元等部分構(gòu)成，各個(gè)子模塊之間的關(guān)聯(lián)如下圖 (圖1) 所示：

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ADI加速度傳感器

車輛在事故碰撞過程中，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊，要有效地采集到碰撞時(shí)刻的狀態(tài)信息，需要高量程的加速度測量范圍。在EDR應(yīng)用中首選的加速度傳感器正是ADI ADXL314，其功能結(jié)構(gòu)為下圖 (圖2) 所示。該產(chǎn)品主要特征如下：

●   測量范圍±200g

●   10,000g沖擊生存能力

●   電源電壓范圍：2.0V至3.6V

●   寬溫度范圍：?40至+125°C

●   AEC-Q100適用于汽車應(yīng)用

●   固定13位可編程輸出分辨率

●   用戶可選帶寬高達(dá)3200Hz ODR

●   SPI (3線或4線) 和I2C數(shù)字接口

●   小型纖薄封裝：32引腳5mm×5mm×1.45mm LFCSP

●   使用FIFO技術(shù)的嵌入式存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)，可將主機(jī)處理器負(fù)載降至最低

●   低功耗：VS=2.5V (典型值)時(shí)，測量模式下為170μA，待機(jī)模式下為17μA

圖2 ADXL314功能結(jié)構(gòu)

ADI CAN收發(fā)器模塊

EDR控制存儲(chǔ)單元需要采集車輛的較多數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)來源看，大多數(shù)涉及到整車多個(gè)電子控制系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、防抱制動(dòng)系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、安全氣囊控制器、車身控制器、輪胎壓力檢測系統(tǒng)等。而這些參數(shù)均可通過CAN數(shù)據(jù)總線獲取，因此EDR系統(tǒng)中需要CAN接口芯片來完成信號(hào)傳遞。

ADI公司推出的ADM3053是信號(hào)和電源隔離式CAN收發(fā)器，集成隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器。該器件采用ADI公司的iCoupler?技術(shù)，將雙通道隔離器、CAN收發(fā)器和ADI isoPower^? DC/DC轉(zhuǎn)換器集成于單個(gè)SOIC表貼封裝中。片內(nèi)振蕩器輸出一對(duì)方波，以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部變壓器提供隔離電源。該器件采用5V單電源供電，提供完全隔離的CAN解決方案。具體技術(shù)細(xì)節(jié)您可以咨詢駿龍科技的技術(shù)人員。ADM3053的功能結(jié)構(gòu)如下圖 (圖3) 所示：

圖3 ADM3053功能結(jié)構(gòu)

ADI電源模塊

EDR系統(tǒng)對(duì)電源的可靠性和低功耗具有較高要求，輸入電源一般為12V電池，在車輛啟停瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的尖峰，因此第一級(jí)電源需要具有寬輸入電壓范圍，其次要求低功耗。系統(tǒng)電源需求主要是5V/3.3V，如加速度計(jì)需要3.3V供電、CAN接口模塊需要5V供電。

ADI推出的LT8606具有2.5μA靜態(tài)電流的42V、350mA同步降壓型穩(wěn)壓器，可用于前級(jí)12V轉(zhuǎn)5V要求。LT8606典型電路如下圖 (圖4) 所示。

圖4  LT8606典型電路

后級(jí)5V轉(zhuǎn)3.3V，可使用ADI的LT3042，它是20V、200mA超低噪聲、超高PSRR RF 線性穩(wěn)壓器，LT3042典型的電路如下圖 (圖5) 所示： 

圖5 LT3042典型電路

英飛凌控制存儲(chǔ)模塊

控制存儲(chǔ)單元是EDR硬件系統(tǒng)的核心，它要求能夠接收加速度計(jì)的信號(hào)以及車輛CAN總線狀態(tài)，且存儲(chǔ)于自身RAM存儲(chǔ)器，并鎖定于片上Flash存儲(chǔ)器中，這就需要控制單元具有較快的處理速度和較大的RAM和Flash空間。

英飛凌 (Infineon)公司推出的SAK-XC2267M-104F80LR AB微控制芯片非常適合用于EDR控制系統(tǒng)。XC2267M最高工作頻率為80MHz，其存儲(chǔ)器模塊包括16KB片上 PSRAM、16KB片上DSRAM以及高達(dá)832KB片上Flash程序存儲(chǔ)器，能滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間要求，同時(shí)支持外圍適配SPI、I2C、CAN通信接口。

完整硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

各功能模塊以控制存儲(chǔ)單元為中心，按照模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)集成，可以實(shí)現(xiàn)完整的 EDR硬件系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試，該設(shè)計(jì)滿足EDR系統(tǒng)要求。硬件評(píng)估平臺(tái)如下圖 (圖6) 所示，更多技術(shù)細(xì)節(jié)您可以咨詢駿龍科技的技術(shù)人員。

圖6 硬件評(píng)估平臺(tái)

總結(jié)

本文介紹了EDR系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并分析了各功能模塊的設(shè)計(jì)方案，通過功能模塊集成可以實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)方案。EDR系統(tǒng)對(duì)交通事故的現(xiàn)場調(diào)查取證，提供準(zhǔn)確、客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)有極大幫助作用，使得探究系統(tǒng)開發(fā)方案具有重要意義。欲了解更多技術(shù)細(xì)節(jié)和ADI相關(guān)方案，您可聯(lián)系駿龍科技各地辦事處。駿龍科技的技術(shù)人員愿意為您提供更詳細(xì)的技術(shù)支持。 

參考資料

汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與開發(fā)_知網(wǎng)

認(rèn)識(shí)汽車黑匣子 EDR_知網(wǎng)

基于 CAN 總線的汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)開發(fā)方案研究_知網(wǎng)