FlexRay总线在乘用车中的应用分析

黄晓鹏 罗明

摘要：随着社会的快速发展，汽车制造工艺也在不断进步，在传统机械汽车的基础上加入了高端电子技术，为了实现轻松驾驶，达到安全驾驶的目的，电子汽车技术的发展已经成为现代汽车的重要标志，这就要求汽车的线缆管理系统和通讯系统要达到更高的要求，不仅是为了汽车安全，更是为了汽车的安全。这不仅需要安全，还需要实时的总线控制系统，FlexRay就是其中的一個典型代表。本文研究了FlexRay总线在乘用车中的应用以及在乘用车中应用可能遇到的问题的可能解决方案。

关键词：FlexRay 总线;乘用车;应用

1FlexRay 的发展现状

在乘用车中，来自车辆子系统的信号通过信号总线收集，车辆的计算机系统传输来自子系统的信号。其功能是记录电子信号，将各种部分信号相互传输，最后执行通信功能。公交车技术有助于提高通信质量，但社会对它的期望更高。乘用车中的总线技术最初用于豪华汽车，但现在也被用于普通汽车。随着信息技术和互联网的发展，FlexRay技术仍有很大的改进空间。目前使用的总线技术是CAN、LIN、MOST和FlexRay。有许多用于客车的公交车技术，每个都有自己的优势，但一个具有许多优势的综合公交车技术还没有被开发。电动汽车系统的总线技术的未来方向是高速、高精度、低成本和多功能。虽然公交车技术不是乘用车电动车系统范围的重要组成部分，但随着人们对互联网的依赖程度越来越高，对高精神生活质量和自动化设备的需求越来越大，公交车技术有很大的市场。

现代汽车技术的发展提高了车辆的安全要求，也增加了合适的电子控制单元和传感器的数量，特别是随着车辆中X-by-Wire系统的发展，促进了车辆总线和网络技术的发展。传统的车辆总线网络，如CAN（控制器区域网络）和LIN（本地互连网络），由于其固有的特性，不能满足现代汽车应用的要求。FlexRay协议由FlexRay联盟开发，最初由BWM和戴姆勒-克莱斯勒公司开发，以满足当前和未来的产品要求。随后，博世、恩智浦、飞思卡尔、通用汽车、大众汽车和其他公司进一步开发了FlexRay协议，并在2005年发布了FlexRay V2.1。2009年，FlexRay V1.1在BWM X52006上成功部署，FlexRay V2.1在BWM X6线驱动系统上成功部署。FlexRay联盟由一个多样化的公司集团组成，包括大众、宝马、博世、戴姆勒、飞思卡尔、通用和恩智浦。FlexRay联盟是第一个海外FlexRay联盟，其中包括几家专门从事该领域的领先外国公司，如大众、宝马、博世、戴姆勒、飞思卡尔、通用和恩智浦。奥迪在2009年引进了FlexRay公交系统，并从2010年开始由奥迪A8使用，而宝马公司在2006年引进了FlexRay公交系统。据信它是从国外进口的，但已经进入了中国。一些大学和研究机构已经开始分析FlexRay协议，并已经取得了一些成果。

中国的乘用车数量逐年增加，人们对汽车质量的要求也在不断提高。作为汽车座舱的重要组成部分。电气系统是汽车内部组件的重要组成部分，对其顺利运行至关重要。因此，现在车辆电气系统的稳定运行是衡量车辆质量的一个关键指标。随着汽车工业的发展，总线技术也必须不断升级，以确保车辆电气系统的稳定运行。很明显，汽车行业使用的传统LIN、CAN和FlexRay总线技术没有足够的带宽来满足高性能信息娱乐、自动驾驶和云计算等智能汽车的数据传输要求。LVDS不是一个完全开放的协议，它需要复杂和昂贵的互连，信号质量测试非常昂贵。操作安全和网络安全是车内以太网的冲突要素，目前还没有找到两者的最佳解决方案。

2 FlexRay总线技术的特点

2.1高效数据传输速度

FlexRay总线系统每个通道的最大传输速率为10 Mbps，与以前用于底盘、起落架和发动机的总线相比，传输速度有了显著提高。除了数据传输率的提高，容错性也得到了极大地改善，因此，如果一个组件发生故障，数据可以因果地传输，而不影响其他组件的正常运行。

2.2采用拓扑结构

FlexRay可以用许多不同的方式安装，非常灵活。它可以使用不同的拓扑结构，如线性、星形和混合拓扑结构。

2.3安全可靠的冗余数据传输

由于FlexRay系统具有很强的容错性，这一特点是通过冗余数据传输原理实现的，它是在两条电缆上实现的，采用独立传输通道的冗余数据传输结构，因此，一条电缆的故障不会影响正常工作，而另一条通道则用于数据传输。

2.4时间触发性

FlexRay总线系统是由时间控制的，以便在事件触发时允许部分数据传输，数据以固定的时间间隔分配和传输，以避免数据过载和拥堵。确定性的数据传输可以在确定的时间间隔内实时进行，因此在总线系统中没有延迟。

3 FlexRay总线系统在乘用车中的应用

3.1在控制系统中的应用

用于控制系统的FlexRay总线系统旨在改进车辆控制系统，减少对石油和液压控制系统的依赖，例如，开发新的带有电线管理的制动和气体控制系统等。FlexRay系统的双线冗余设计使其有可能避免因车辆的制动或气体故障而发生事故。FlexRay系统的容错性确保了车辆行驶时的安全性，使其成为汽车行业的一个可行的解决方案。

3.2在通信网络骨架中使用FlexRay系统

FlexRay总线的最大数据速率为10 Mbps，比CAN总线高10-20倍。这种高数据率意味着FlexRay作为车辆通信网络的基础，在各方面都优于CAN。这个核心网络允许几个独立系统的无缝互联，如底盘、安全系统、车身、多媒体系统和动力系统。FlexRay系统可以扩展到10 Mbps，并根据实际需要进行部署。

3.3 FlexRay 在AUDI车系中的应用

FlexRay系统用于奥迪A8L、A7和A6L车型，允许车辆系统和控制装置之间进行通信。FlexRay系统作为一个通信平台，连接各种车辆系统，提供动态的车辆控制，并连接到发动机管理系统。该系统可作为中央输入模块，无缝连接各种总线系统和FlexRay系统，改善车辆控制和安全的所有方面。终端电阻可以调整以避免电缆的反射。

FlexRay还具有故障管理的优势--在发生短路或故障时，FlexRay系统会将控制单元从总线上断开，或将通信分支从总线上断开。如果互连单元与分支控制器断开，互连单元可以检测网络故障，并允许在无故障区域继续工作。通过测量阻抗，我们可以迅速确定问题出在哪里。此外，由于FlexRay系统的高性能和出色的功能，未来将更多地被用于汽车。

结束语

随着汽车电子系统的迅速改进，汽车布线技术也在不断提高。汽车制造过程的复杂性带来了新的挑战，增加了对汽车工业的即时性、实时信息和安全性的要求。在这种情况下，传统的CAN网络管理系统无法跟上汽车制造工艺的发展，需要一个更好、更快、更可靠的FlexRay系统。这些优势使FlexRay系统更适合用于乘用车。

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基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（19JK0111）