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什么是 FlexRay 通信网络?
2022年06月19日    阅读量:4061    新闻来源:行业资讯在线  |  投稿

FlexRay 是一种 ISO 标准化、确定性、容错、高速通信总线,应用于线控转向、线控驱动、线控制动、自适应巡航控制、主动悬架和其他安全和传动系统控制系统。 

本常见问题解答提供了 FlexRay 与控制器局域网 (CAN) 和本地互连网络 (LIN) 总线的顶级比较,详细介绍了 FlexRay 通信周期,并回顾了 FlexRay 网络拓扑和应用程序。

FlexRay 在时间关键型应用中可与灵活数据速率 CAN (CAN FD) 和高速 CAN (HS-CAN) 竞争,但无法与常规 CAN 或 LIN 总线竞争(表 1)中国机械网okmao.com。 

FlexRay 的功能包括:

  • 半双工总线访问的比特率高达 10 Mbps

  • ISO 标准 17458

  • 支持容错机制

  • 支持时间触发和事件触发模式

  • 在各种单通道和双通道拓扑中实现


表 1: FlexRay 旨在满足 ADAS 系统等关键应用中的高速、确定性、串行通信总线需求。(图片:ResearchGate)

就成本而言,与 CAN 和 FlexRay 相比,LIN 的每个节点成本最低。高性能 FlexRay 总线是最昂贵的,CAN 介于两者之间。

FlexRay 是这三种通信总线中最新的一种,由汽车行业开发,旨在满足 ADAS 和其他先进汽车系统对快速、冗余和确定性高速通信的需求。

FlexRay 网络的运行速度比最大 CAN 数据速率规范快 20 倍。除了支持与安全相关的实时应用外,FlexRay 总线还可以用作通信主干,用于连接整个汽车的异构网络(图 1)。

什么是 FlexRay 通信网络? 行业资讯在线

图 1: FlexRay 可用作通信主干,将异构网络连接在一起。(图片:新思科技)

尽管 FlexRay 是三种总线中最昂贵的,但其设计的几个方面旨在帮助控制成本。例如,它在每对电线上使用廉价的非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆和差分信号,以减少外部噪声对网络的影响。单通道和双通道 FlexRay 网络使用一对或两对线。 

此外,大多数节点都包括用于为收发器、微处理器和其他系统组件供电的电源线和地线。双通道 FlexRay 网络还提供更高级别的容错和/或更高带宽。

FlexRay 总线的末端和两条信号线之间需要 80 到 110 Ω 的终端电阻。在多点总线中,只有端节点需要终止。终端电阻值不正确是 FlexRay 网络性能不佳的常见原因。

由于具体的网络实现有所不同,因此布线阻抗也有所不同(通常在 80 到 110 Ω 之间),因此识别和使用正确的终端电阻值至关重要。此外,由于与 CAN (1 Mbit/s) 相比,FlexRay 以更高的频率 (10 Mbit/s) 运行,因此正确终止和布局 FlexRay 网络以避免信号完整性问题非常重要。

FlexRay 通信周期
FlexRay 通信周期的持续时间可以在 1 到 5 毫秒 (ms) 之间变化,并在设计网络时设置。通信周期有四个主要元素(图 2):

  • 静态段 –为在固定周期到达的确定性数据保留的时隙

  • 动态段——用于基于事件的非确定性数据

  • 符号窗口——用于网络维护和启动网络时的信令 

  • 网络空闲时间——一个固定的“安静”时间来保持节点时钟之间的同步

图 2: FlexRay 通信周期显示了四个元素之间的时间关系。(图片:NI)

microtick 是 FlexRay 网络上使用的最小时间单位。与通信周期一样,微滴答的长度可能因网络而异,但通常为一微秒 (μs)。FlexRay 控制器调整其本地时钟,以便在网络中的每个节点上同时发生微滴答声。microtick 还用于同步数据和启用确定性操作。

FlexRay 拓扑
FlexRay 提供比 CAN、LIN 或汽车以太网更多的拓扑选择。它支持用于更复杂网络的多点无源连接、有源星形连接和混合拓扑。各种 FlexRay 拓扑有助于设计人员在整体车辆架构中优化成本、性能和可靠性之间的权衡。 

多点
最常见的 FlexRay 是一种多点拓扑,用一根网络电缆连接多个 ECU。CAN 和 LIN 也基于多点拓扑,使这种设计熟悉且易于实施。各个 ECU 可以位于离 FlexRay 主总线一小段距离的位置。这种拓扑结构简化了安装,因为它很容易集成到旨在支持 CAN 和 LIN 网络的现有线束中。  

Star
FlexRay 还支持多个 ECU 连接到中央控制器或活动节点的星型拓扑。使用星形拓扑可以使 FlexRay 网络在更长的距离上运行成为可能。它还支持网络分段,以在网络的一部分发生故障时提高鲁棒性和可靠性。如果其中一个星形分支被切断或短路,其他分支将继续发挥作用。此外,较短的布线段可减少任何给定段上的噪声耦合机会,从而提高对电磁干扰 (EMI) 的抗扰度。

混合
FlexRay 还支持多点和星形拓扑的混合组合。这使得汽车设计能够受益于传统多点拓扑的相对简单性和低成本,同时使用可靠的星形配置来支持高级 ADAS 功能。

FlexRay 协议
FlexRay 协议包括确定性、时间触发的通信和动态事件驱动的通信以处理多个帧。这是通过带有预定义静态和动态数据空间的预设通信周期来实现的。结果是一个复杂但功能更强大的网络。 

例如,CAN 节点只需要波特率即可通信,而 FlexRay 网络上的节点在与它们通信之前必须“了解”网络的所有节点是如何配置的。

为了防止多个节点尝试同时通信的总线争用,FlexRay 使用时分多址 (TDMA) 技术。为了使 TDMA 有效,FlexRay 网络中的每个节点都必须与公共时钟同步。每个节点都有一个分配的时隙用于与网络通信。TDMA 确保提供确定性通信所需的一致时序。

配置像 FlexRay 这样的 TDMA 网络比安装 CAN 或 LIN 网络更复杂。设计人员有多种工具可用于实施 FlexRay 并优化网络更新速度、确定性数据量、动态数据量和其他参数之间的权衡。因此,每个 FlexRay 网络都是不同的。每个节点在运行前都必须使用详细的网络参数进行编程。 

FlexRay 的性能优势有望延长其使用寿命。虽然 CAN 和 LIN 总线在许多应用中被汽车以太网取代,但在可预见的未来,FlexRay 预计将继续用于安全关键型应用。

总结
与 CAN、LIN 和以太网等其他汽车总线相比,FlexRay 具有多项优势——提供安全关键型 ADAS 系统所需的确定性高速通信。 

FlexRay 比 CAN 和 LIN 总线更昂贵,但提供了其他总线无法提供的多种配置和性能选项。这些配置意味着 FlexRay 的实施更加灵活和复杂,提供了卓越的整体性能。

即使在许多 CAN 和 LIN 总线已被以太网取代后,FlexRay 仍有望在汽车总线架构中占有一席之地。


标签:技术中心汽车及配件新能源汽车 配件与设备
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