Bus Systems – FlexRay

EnterKnow: Để đáp ứng nhu cầu tỉ mỉ của các ứng dụng phức tạp theo thời gian thực và quan trọng về an toàn của các phương tiện tiên tiến, FlexRay, một giao thức truyền thông mạng ô tô được phát triển. Mạng xác định và tốc độ cao này mang đến những đổi mới nhằm thu hẹp khoảng cách giữa các giao thức CAN và LIN thông thường. Trong phần này, EnterKnow sẽ giải thích về FlexRay, lợi ích của nó so với LIN và CAN, và các ứng dụng của nó trong các xe hiện đại.

Giới thiệu về FlexRay

Để giải quyết các hạn chế của CAN và LIN trong việc quản lý nhu cầu về độ tin cậy và tốc độ dữ liệu ngày càng tăng của các hệ thống ô tô tiên tiến, FlexRay đã được phát triển. Kiến trúc của nó được thiết kế để thúc đẩy cả hoạt động kênh đôi, tăng cường khả năng chịu lỗi và hoạt động kênh đơn để tối ưu hóa chi phí. Giống như CAN, FlexRay sử dụng cấu hình bus vi sai với các điện trở kết thúc (terminating resistor) ở cả hai đầu. Trong cấu trúc Line, tiêu chuẩn ISO-17485 của FlexRay khuyến nghị tối đa 22 nút.

FlexRay là một giao thức truyền thông mạng nội bộ trong ô tô do FlexRay Consortium phát triển. FlexRay được thiết kế nhanh hơn và đáng tin cậy hơn CAN và TTP nhưng đắt hơn. FlexRay Consortium đã giải thể vào năm 2009, nhưng hiện nay tiêu chuẩn FlexRay đã trở thành một phần của bộ tiêu chuẩn ISO (từ ISO 17458-1 đến 17458-5).

FlexRay là một bus truyền thông được thiết kế để đảm bảo tốc độ dữ liệu cao, khả năng chịu lỗi, hoạt động theo chu kỳ thời gian, chia thành các phân đoạn tĩnh và động cho truyền thông kích hoạt theo sự kiện và kích hoạt theo thời gian. Được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực hàng không và ô tô.

FlexRay hỗ trợ tốc độ (bitrate) lên tới 10 Mbit/s, hỗ trợ tô-pô hình sao và bus, có hai kênh độc lập nhằm bảo đảm fault-tolerance (giao tiếp có thể tiếp tục với bandwidth nhỏ lại nếu một kênh không hoạt động). Bus hoạt động dựa trên chu kì thời gian, chia thành hai phần, phần tĩnh (static segment) và phần động (dynamic segment). Phần tĩnh từ đầu được phân thành các lát nhỏ, mỗi lát dành cho một nốt tham gia giao tiếp, bảo đảm real-time mạnh hơn tiền bối của nó là CAN. Phần động hoạt động gần giống CAN, các nốt chiếm quyền kiểm soát bus nếu nó rảnh, cho phép các hành vi event-trigger.

• Phương pháp truyền thông: Hệ thống sử dụng cả phương pháp truyền thông Time-Triggered (TT) và Event-Triggered (ET). Ở chế độ Time-Triggered, truyền thông dữ liệu được tổ chức thành các vòng TDMA, với mỗi vòng bao gồm các khe. Mỗi nút được phân bổ một khe gửi và được yêu cầu truyền các khung trong mỗi vòng. Mặt khác, chế độ Event-Triggered cho phép người gửi truyền một thông điệp bất cứ khi nào một sự kiện quan trọng xảy ra, chẳng hạn như việc kết thúc một tác vụ hoặc một tín hiệu ngắt. Cách tiếp cận kép này làm cho hệ thống phù hợp với các ứng dụng thời gian thực khó.

• Tốc độ dữ liệu: FlexRay cung cấp tốc độ cao hơn đáng kể so với CAN và LIN với tốc độ dữ liệu lên tới 10 Mbps.

• Tính xác định và tính linh hoạt: Để chứa dữ liệu động và không thường xuyên, FlexRay cung cấp một hệ thống có tính xác định cao trong khi vẫn cung cấp tính linh hoạt.

• Đồng bộ hóa: Để đảm bảo truyền đồng thời các thông báo được kích hoạt theo thời gian, các nút trong mạng FlexRay được đồng bộ hóa.

• Xử lý lỗi: So với CAN, FlexRay có quy trình phát hiện lỗi và hạn chế lỗi tiên tiến hơn, đảm bảo độ bền cao hơn. Ví dụ, trong một khung duy nhất, nó triển khai nhiều mã CRC khác nhau.

Ưu điểm của FlexRay so với CAN và LIN

• Tốc độ dữ liệu cao hơn: FlexRay phù hợp để xử lý các ứng dụng dữ liệu chuyên sâu vì tốc độ 10 Mbps của nó vượt xa tốc độ tối đa 1 Mbps của CAN và 19,2 kbps của LIN.

• Độ tin cậy được cải thiện: Để tăng cường khả năng chịu lỗi, kiến ​​trúc kênh đôi cung cấp tính dự phòng.

• Hiệu suất thời gian thực: Giao tiếp được kích hoạt theo thời gian là yêu cầu quan trọng đối với các ứng dụng quan trọng về an toàn, đảm bảo truyền dữ liệu cực kỳ đáng tin cậy.

• Khả năng tích hợp: Nó có khả năng tích hợp liền mạch với CAN và LIN; do đó, thiết lập một hệ thống giao tiếp phân cấp.

Ứng dụng của FlexRay trong xe hiện đại

• Kiểm soát khung gầm: FlexRay được sử dụng để xử lý dữ liệu thời gian thực trong các hệ thống kiểm soát khung gầm như kiểm soát hành trình thích ứng.

• Hệ thống truyền động: FlexRay đảm bảo quản lý phối hợp nhiều thành phần khác nhau trong các xe điện và xe hybrid hiện đại.

• Hệ thống Steer-by-Wire và Brake-by-Wire: FlexRay lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng về an toàn như hệ thống Steer-by-Wire và Brake-by-Wire do tính mạnh mẽ và khả năng thời gian thực của nó.

• Tích hợp với các giao thức khác: Để liên kết các mạng CAN và LIN trong một xe, FlexRay thường đóng vai trò là cơ sở hạ tầng trung tâm tốc độ cao.

• Hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS): FlexRay hoạt động như nền tảng cho các khả năng của ADAS và hỗ trợ các chức năng như phanh khẩn cấp tự động, cảnh báo chệch làn đường, v.v.

Bằng cách cung cấp tính quyết định, tốc độ cao và tính linh hoạt, FlexRay trở thành giao thức chính trong mạng lưới ô tô, thu hẹp khoảng cách hạn chế của CAN và LIN. Vai trò thiết yếu của nó trong quá trình phát triển liên tục của ngành công nghiệp ô tô được nhấn mạnh bởi việc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống quan trọng đối với an toàn. Khi các phương tiện ngày càng trở nên phức tạp, với sự tập trung ngày càng tăng vào khả năng kiểm soát và kết nối theo thời gian thực, FlexRay đang sẵn sàng khẳng định mình là công nghệ cơ bản trong việc định hình tương lai của thiết kế và kỹ thuật ô tô.