FlexRay网络在汽车分布式安全系统中的应用

部分冗余系统

避免上述事故的一种方法是降低网络拓扑的复杂性。让我们回到熟知的两条独立对角线这一原则，那么可以得到一种可能的简单解决方案(图3)。

现在，车轮节点仅连接到一个通道，中央ECU及备份ECU仍连接到两个通道。ECU及其备份可以针对机械冲击进行更好的保护，因为可以将它们放在乘员单元，如中央控制台的后面。连线更少意味着故障模式更少，对有些应用这种解决方案可能适用，但上面提到的共同故障模式风险仍然没有消除，因此有必要寻求进一步的改进。FlexRay通过引入主动星型(active star)连接器来解决这一问题。

采用主动星型连接器的FlexRay系统

图4给出的网络拓扑与上面的类似，只是在一个通道中增加了一个主动星型连接器。

主动星型连接器作为一个路由器，在正常通信工作过程中将来自一个分支的输入消息发送到所有其它分支。主动星型连接器的好处是可以检测到出现问题的分支或者传输时间超过时间限制的消息，当检测到此类非法异常问题时，主动星型连接器会断开受影响的网络分支，从而保证网络中其它分支的通信不受影响。与其它物理层连接方式相比，主动星型连接器可断开出现故障的区域，这也是其最主要的优点。

假设结点6出现的故障影响到两个分支(图5)，系统仍然可以工作，尽管性能有所降低(但还是可以接受的)，当然节点2和3的通信会丢失。如果故障发生在节点5而不是节点6，那么情况也完全类似。这一结果非常有趣，因为仅仅在一个通道中使用了主动星型连接器，因此整个网络拓扑是非对称的。

采用两个主动星型连接器的FlexRay系统

在另一个通道中也引入一个主动星型连接器可使网络更为对称，同时在应用软件中采用相应的措施后，甚至在如图6的故障情况下系统性能也不会降低。此时，所有四个轮胎节点仍然处于可访问状态，中央ECU之一(这里是节点5)拥有对整个系统的控制。

当一个轮胎节点的线缆连接短路时，连接到这一对角线的另一个轮胎也会受到影响，在这样的故障模式下，这种网络拓扑与用一个主动星型连接器的网络相比并没有什么优势。然而对于有些应用同时有两个轮胎节点失去通信可能是无法接受的，这时就需要寻找一种不同的解决方案。其实也很容易找到，先连到短接线缆再连接至主动星型连接器的节点可以直接连接到主动星型连接器，这样每个主动星型连接器需要再多一个支路。

不使用短接线缆的FlexRay系统

与前面所讨论的所有故障模式相比，图7中的配置保证了最大网络可用性。顺便说一句，在本文所讨论的所有例子中，这种网络拓扑还提供了最好的电磁兼容(EMC)性，因为这里不再有短接线缆。

总结

如前所述，网络拓扑布局主要由通信链路最低可用性要求所决定。对于确定的故障模式，总能够找到满足可用性要求的解决方案。FlexRay的可扩展能力允许在系统成本和安全性之间进行最优的平衡。支持这种物理层方法的第一款FlexRay收发器(Philips TJA 1080)已经推出，这款收发器还可用于构建主动星型连接器。目前正在进行的车辆测试和进一步理论分析将会应用这些结果，并推广到多于6个节点的要求更为苛刻的应用网络。

除了这里所讨论的故障模式外，在时域也存在一些严重的故障模式，此时主动星型连接器也具有一定的优势。出现传送错误的节点不会影响连到主动星型连接器的其它节点正在进行的通信，因为主动星型连接器会继续路由其它分支消息。此外，主动星型连接器还会断开或抛弃超出一定时间限制的消息，因此可防止通信信道被独占。

某些情况下为保证特殊的安全性要求可能对"时域信号安全性"有更高的要求，此时可能需要采用所谓的总线监控器(bus guardian)，FlexRay总线监控器可以监视通信控制器在每个节点的时序是否符合要求。