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(lái)出行方便的同時(shí)，各類交通事故的發(fā)生率也越來(lái)越高。為了真實(shí)還原事故原因，認(rèn)定各方事故責(zé)任，可重現(xiàn)事故過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng) EDR (Event Data Recorder) 應(yīng)運(yùn)而生。

EDR，俗稱 “汽車黑匣子”。它主要記錄車輛在碰撞前、碰撞時(shí)、碰撞后三個(gè)不同階段中汽車的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如行車速度、方向盤轉(zhuǎn)向速度、車輛制動(dòng)狀態(tài)等參數(shù)，為交通事故的調(diào)查分析提供客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。本文基于 EDR 的結(jié)構(gòu)功能，為大家介紹其各功能模塊的硬件設(shè)計(jì)方案。

EDR 的總體結(jié)構(gòu)

上文提及 EDR 是用來(lái)記錄車輛發(fā)生事故時(shí)的行車數(shù)據(jù)，其參數(shù)信息主要來(lái)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(chǔ)單元等部分構(gòu)成，各個(gè)子模塊之間的關(guān)聯(lián)如下圖 (圖1) 所示：

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ADI 加速度傳感器

車輛在事故碰撞過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊，要有效地采集到碰撞時(shí)刻的狀態(tài)信息，需要高量程的加速度測(cè)量范圍。在 EDR 應(yīng)用中首選的加速度傳感器正是 ADI ADXL314，其功能結(jié)構(gòu)為下圖 (圖2) 所示。該產(chǎn)品主要特征如下：

測(cè)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(yīng)用

固定 13 位可編程輸出分辨率

用戶可選帶寬高達(dá) 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(shù)的嵌入式存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)，可將主機(jī)處理器負(fù)載降至最低

低功耗: VS = 2.5V (典型值) 時(shí)，測(cè)量模式下為 170μA，待機(jī)模式下為 17μA

圖2 ADXL314 功能結(jié)構(gòu)

ADI CAN 收發(fā)器模塊

EDR 控制存儲(chǔ)單元需要采集車輛的較多數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)來(lái)源看，大多數(shù)涉及到整車多個(gè)電子控制系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、防抱制動(dòng)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(cè)系統(tǒng)等。而這些參數(shù)均可通過(guò) CAN 數(shù)據(jù)總線獲取，因此 EDR 系統(tǒng)中需要 CAN 接口芯片來(lái)完成信號(hào)傳遞。

ADI 公司推出的 ADM3053 是信號(hào)和電源隔離式 CAN 收發(fā)器，集成隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。該器件采用 ADI 公司的 iCoupler 技術(shù)，將雙通道隔離器、CAN 收發(fā)器和 ADI isoPower DC/DC 轉(zhuǎn)換器集成于單個(gè) SOIC 表貼封裝中。片內(nèi)振蕩器輸出一對(duì)方波，以驅(qū)動(dòng)內(nèi)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。ADM3053 的功能結(jié)構(gòu)如下圖 (圖3) 所示：

圖3 ADM3053 功能結(jié)構(gòu)

ADI 電源模塊

EDR 系統(tǒng)對(duì)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(huì)產(chǎn)生較高的尖峰，因此第一級(jí)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(jì)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(jí) 12V 轉(zhuǎn) 5V 要求，LT8606 典型電路如下圖 (圖4) 所示。

圖4 LT8606 典型電路

后級(jí) 5V 轉(zhuǎn) 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(chǔ)模塊

控制存儲(chǔ)單元是 EDR 硬件系統(tǒng)的核心，它要求能夠接收加速度計(jì)的信號(hào)以及車輛 CAN 總線狀態(tài)，且存儲(chǔ)于自身 RAM 存儲(chǔ)器，并鎖定于片上 Flash 存儲(chǔ)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(chǔ)器模塊包括 16KB 片上 PSRAM、16KB 片上 DSRAM 以及高達(dá) 832KB 片上 Flash 程序存儲(chǔ)器，能滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間要求，同時(shí)支持外圍適配 SPI、I2C、CAN 通信接口。

完整硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

各功能模塊以控制存儲(chǔ)單元為中心，按照模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)集成，可以實(shí)現(xiàn)完整的 EDR 硬件系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試，該設(shè)計(jì)滿足 EDR 系統(tǒng)要求。硬件評(píng)估平臺(tái)如下圖 (圖6) 所示：

圖6 硬件評(píng)估平臺(tái)

總結(jié) 本文介紹了 EDR 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并分析了各功能模塊的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)功能模塊集成可以實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)方案。EDR 系統(tǒng)對(duì)交通事故的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取證，提供準(zhǔn)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。