[分享]完全電控的下一代網路化汽車系統

完全電控的下一代網路化汽車系統
在未來的5至10年裏，傳統的汽車機械系統(如刹車和駕駛系統)將變成通過高速容錯通信匯流排與高性能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上，諸如電控(control by-wire)刹車、電控駕駛和電子閥門控制等特性將為駕駛員帶來終極駕駛體驗。為了提供這些系統之間的安全通信，就需要一個高速、容錯和時間觸發的通信協議。
FlexRay是一種新的特別適合下一代汽車應用的網路通信系統。目前已經成立了FlexRay協會，以促使業界在這些電控系統上採用同一個標準。BMW、DaimlerChrysler、摩托羅拉和飛利浦半導體聯合開發和建立了這個FlexRay標準，該標準不僅提高了一致性、可靠性、競爭力和效率，而且還簡化了開發和使用，並降低了成本。
FlexRay將使汽車發展成百分之百的電控系統，完全不需要後備機械系統的支援。電控應用需要既具有確定性和容錯性又支援分散式控制系統的高速匯流排系統。此外，該技術可以滿足關鍵的汽車應用要求，如可靠性、可用性、靈活性和高資料速率，以彌補目前汽車內主要的聯網標準(如CAN、LIN和MOST等)的不足之處。
該通信系統遠比一個通信協定更複雜，它還包含一個專門設計的高速資料收發器，並且定義了FlexRay節點內各元件間的硬體和軟體介面。FlexRay協定定義了網路化汽車系統內通信處理的格式和功能。
不同于現有的汽車協定MOST、CAN、LIN和J1850，FlexRay可滿足至關重要的可靠性要求，並在汽車各電子系統之間的通信中扮演重要角色。
對速度的需求
在今天的汽車中，車體和舒適性控制模組都連接到控制器區域網路(CAN)匯流排上，並借助本地互連網路(LIN)進行週邊設備控制。遠端資訊處理和多媒體連接需要高速互連，視頻傳輸又需要同步資料流程格式，這些都可由MOST協議來實現。在很多情況下，高速汽車控制系統如動力系統和傳送控制，如今都使用專用CAN和J1850網路連接在一起。
隨著電子控制單元之間資料通信數量的增加，獲得高速資料傳輸速率變得很重要。FlexRay最初設計目標大約是10Mbps資料率，不過，該協定允許達到更高的速率。
FlexRay是一種可伸縮的通信系統，支援同步或非同步資料傳輸。同步資料傳輸可實現時間觸發通信，以滿足系統可靠性要求；基於Byteflight協定基本原理的非同步資料傳輸，在事件驅動的通信中允許每個節點利用全部帶寬。
FlexRay的同步資料傳輸是確定性的，同時保證提供最小的消息傳輸時延和消息抖動。與CAN的判優方法相比，該性能更優越。CAN判優方法可使低優先順序消息延遲發送，而讓高優先順序消息先行發送，因此除了最高優先順序消息，其他任何消息的時延都無法事先確定。FlexRay保證為同步傳輸部分中的每個消息預先設定傳輸時間，而不影響其他消息。
FlexRay支持全球標準時間基礎上的冗余和容錯分散式時鐘同步，從而保證所有網路節點都能在一個緊湊的預先設定的精確時間窗中有秩序地工作。在同步通信部分，每個電子控制單元都分配到一個固定時隙號，這可確保每個消息都能得到所需的帶寬和時隙。這種分配保證了全部消息無須競爭帶寬或經過判優就可進行傳輸。
一個獨立的匯流排監控電路用於發現物理層錯誤，以確保在通信控制器出現故障的情況下也不會發生資料傳輸衝突。在電控應用中，分散式系統中的所有應用資訊都通過通信協定連接在一起，這一點非常重要，它使得應用功能可在一個已知的時間範圍內執行完畢。
FlexRay通信系統同時支援光纖和電氣物理層，這使得用戶可根據最適合自己的需要採用何種佈線方案。光纖資料傳輸具有不受電磁干擾影響的優點，而電磁干擾可對電氣線路上的通信造成很大破壞性影響。
令人遺憾的是，至今仍沒有一個通信網路可以滿足未來汽車的所有成本和性能要求。因此，汽車OEM商仍將繼續採用多種聯網協議(包括CAN、LIN和MOST)。未來的汽車將佈滿網路。