汽車黑匣子EDR系統(tǒng)硬件設計方案
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車銷量與日俱增，給人們帶來出行方便的同時，各類交通事故的發(fā)生率也越來越高。為了真實還原事故原因，認定各方事故責任，可重現(xiàn)事故過程的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)EDR (Event Data Recorder) 應運而生。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202212/442078.htmEDR，俗稱“汽車黑匣子”。它主要記錄車輛在碰撞前、碰撞時、碰撞后三個不同階段中汽車的關鍵運行數(shù)據(jù)，例如行車速度、方向盤轉向速度、車輛制動狀態(tài)等參數(shù)，為交通事故的調查分析提供客觀、準確的數(shù)據(jù)。本文基于EDR的結構功能，為大家介紹其各功能模塊的硬件設計方案。
EDR的總體結構
上文提及EDR是用來記錄車輛發(fā)生事故時的行車數(shù)據(jù)，其參數(shù)信息主要來自CAN總線和其他傳感器。EDR系統(tǒng)主要由碰撞傳感器、CAN通信模塊、控制存儲單元等部分構成，各個子模塊之間的關聯(lián)如下圖 (圖1) 所示：
圖1 硬件系統(tǒng)結構
ADI加速度傳感器
車輛在事故碰撞過程中，會產生很大的沖擊，要有效地采集到碰撞時刻的狀態(tài)信息，需要高量程的加速度測量范圍。在EDR應用中首選的加速度傳感器正是ADI ADXL314，其功能結構為下圖 (圖2) 所示。該產品主要特征如下：
● 測量范圍±200g
● 10,000g沖擊生存能力
● 電源電壓范圍：2.0V至3.6V
● 寬溫度范圍：?40至+125°C
● AEC-Q100適用于汽車應用
● 固定13位可編程輸出分辨率
● 用戶可選帶寬高達3200Hz ODR
● SPI (3線或4線) 和I2C數(shù)字接口
● 小型纖薄封裝：32引腳5mm×5mm×1.45mm LFCSP
● 使用FIFO技術的嵌入式存儲器管理系統(tǒng)，可將主機處理器負載降至最低
● 低功耗：VS=2.5V (典型值)時，測量模式下為170μA，待機模式下為17μA
圖2 ADXL314功能結構
ADI CAN收發(fā)器模塊
EDR控制存儲單元需要采集車輛的較多數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)來源看，大多數(shù)涉及到整車多個電子控制系統(tǒng)，如發(fā)動機管理系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、安全氣囊控制器、車身控制器、輪胎壓力檢測系統(tǒng)等。而這些參數(shù)均可通過CAN數(shù)據(jù)總線獲取，因此EDR系統(tǒng)中需要CAN接口芯片來完成信號傳遞。
ADI公司推出的ADM3053是信號和電源隔離式CAN收發(fā)器，集成隔離式DC-DC轉換器。該器件采用ADI公司的iCoupler?技術，將雙通道隔離器、CAN收發(fā)器和ADI isoPower? DC/DC轉換器集成于單個SOIC表貼封裝中。片內振蕩器輸出一對方波，以驅動內部變壓器提供隔離電源。該器件采用5V單電源供電，提供完全隔離的CAN解決方案。具體技術細節(jié)您可以咨詢駿龍科技的技術人員。ADM3053的功能結構如下圖 (圖3) 所示：
圖3 ADM3053功能結構
ADI電源模塊
EDR系統(tǒng)對電源的可靠性和低功耗具有較高要求，輸入電源一般為12V電池，在車輛啟停瞬間會產生較高的尖峰，因此第一級電源需要具有寬輸入電壓范圍，其次要求低功耗。系統(tǒng)電源需求主要是5V/3.3V，如加速度計需要3.3V供電、CAN接口模塊需要5V供電。
ADI推出的LT8606具有2.5μA靜態(tài)電流的42V、350mA同步降壓型穩(wěn)壓器，可用于前級12V轉5V要求。LT8606典型電路如下圖 (圖4) 所示。
圖4 LT8606典型電路
后級5V轉3.3V，可使用ADI的LT3042，它是20V、200mA超低噪聲、超高PSRR RF 線性穩(wěn)壓器，LT3042典型的電路如下圖 (圖5) 所示：
圖5 LT3042典型電路
英飛凌控制存儲模塊
控制存儲單元是EDR硬件系統(tǒng)的核心，它要求能夠接收加速度計的信號以及車輛CAN總線狀態(tài)，且存儲于自身RAM存儲器，并鎖定于片上Flash存儲器中，這就需要控制單元具有較快的處理速度和較大的RAM和Flash空間。
英飛凌 (Infineon)公司推出的SAK-XC2267M-104F80LR AB微控制芯片非常適合用于EDR控制系統(tǒng)。XC2267M最高工作頻率為80MHz，其存儲器模塊包括16KB片上 PSRAM、16KB片上DSRAM以及高達832KB片上Flash程序存儲器，能滿足數(shù)據(jù)存儲空間要求，同時支持外圍適配SPI、I2C、CAN通信接口。
完整硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)
各功能模塊以控制存儲單元為中心，按照模塊化的方式進行設計集成，可以實現(xiàn)完整的 EDR硬件系統(tǒng)，并進行調試，該設計滿足EDR系統(tǒng)要求。硬件評估平臺如下圖 (圖6) 所示，更多技術細節(jié)您可以咨詢駿龍科技的技術人員。
圖6 硬件評估平臺
總結
本文介紹了EDR系統(tǒng)的硬件結構，并分析了各功能模塊的設計方案，通過功能模塊集成可以實現(xiàn)完整的系統(tǒng)方案。EDR系統(tǒng)對交通事故的現(xiàn)場調查取證，提供準確、客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)有極大幫助作用，使得探究系統(tǒng)開發(fā)方案具有重要意義。欲了解更多技術細節(jié)和ADI相關方案，您可聯(lián)系駿龍科技各地辦事處。駿龍科技的技術人員愿意為您提供更詳細的技術支持。
參考資料
汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)硬件電路設計與開發(fā)_知網(wǎng)
認識汽車黑匣子 EDR_知網(wǎng)
基于 CAN 總線的汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)開發(fā)方案研究_知網(wǎng)
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