汽车黑匣子EDR系统硬件设计方案

随着汽车行业的快速发展，汽车销量与日俱增，给人们带来出行方便的同时，各类交通事故的发生率也越来越高。为了真实还原事故原因，认定各方事故责任，可重现事故过程的数据记录系统 EDR (Event Data Recorder) 应运而生。

EDR，俗称 “汽车黑匣子”。它主要记录车辆在碰撞前、碰撞时、碰撞后三个不同阶段中汽车的关键运行数据，例如行车速度、方向盘转向速度、车辆制动状态等参数，为交通事故的调查分析提供客观、准确的数据。本文基于 EDR 的结构功能，为大家介绍其各功能模块的硬件设计方案。

EDR 的总体结构

上文提及 EDR 是用来记录车辆发生事故时的行车数据，其参数信息主要来自 CAN 总线和其他传感器。EDR 系统主要由碰撞传感器、CAN 通信模块、控制存储单元等部分构成，各个子模块之间的关联如下图 (图1) 所示：

图1 硬件系统结构

  ADI 加速度传感器

车辆在事故碰撞过程中，会产生很大的冲击，要有效地采集到碰撞时刻的状态信息，需要高量程的加速度测量范围。在 EDR 应用中首选的加速度传感器正是 ADI ADXL314，其功能结构为下图 (图2) 所示。该产品主要特征如下：

测量范围 ±200g

10,000g 冲击生存能力

电源电压范围: 2.0V 至 3.6V

宽温度范围: −40 至 +125°C

AEC-Q100 适用于汽车应用

固定 13 位可编程输出分辨率

用户可选带宽高达 3200Hz ODR

SPI (3 线或 4 线) 和 I2C 数字接口

小型纤薄封装: 32 引脚 5mm × 5mm × 1.45mm LFCSP

使用 FIFO 技术的嵌入式存储器管理系统，可将主机处理器负载降至最低

低功耗: VS = 2.5V (典型值) 时，测量模式下为 170μA，待机模式下为 17μA

图2 ADXL314 功能结构

  ADI CAN 收发器模块

EDR 控制存储单元需要采集车辆的较多数据，从数据来源看，大多数涉及到整车多个电子控制系统，如发动机管理系统、防抱制动系统、电子稳定性控制系统、安全气囊控制器、车身控制器、轮胎压力检测系统等。而这些参数均可通过 CAN 数据总线获取，因此 EDR 系统中需要 CAN 接口芯片来完成信号传递。

ADI 公司推出的 ADM3053 是信号和电源隔离式 CAN 收发器，集成隔离式 DC-DC 转换器。该器件采用 ADI 公司的 iCoupler 技术，将双通道隔离器、CAN 收发器和 ADI isoPower DC/DC 转换器集成于单个 SOIC 表贴封装中。片内振荡器输出一对方波，以驱动内部变压器提供隔离电源。该器件采用 5V 单电源供电，提供完全隔离的 CAN 解决方案。ADM3053 的功能结构如下图 (图3) 所示：

图3 ADM3053 功能结构

ADI 电源模块

EDR 系统对电源的可靠性和低功耗具有较高要求，输入电源一般为 12V 电池，在车辆启停瞬间会产生较高的尖峰，因此第一级电源需要具有宽输入电压范围，其次要求低功耗。系统电源需求主要是 5V/3.3V，如加速度计需要 3.3V 供电、CAN 接口模块需要 5V 供电。

ADI 推出的 LT8606 具有 2.5μA 静态电流的 42V、350mA 同步降压型稳压器，可用于前级 12V 转 5V 要求，LT8606 典型电路如下图 (图4) 所示。

图4  LT8606 典型电路

后级 5V 转 3.3V，可使用 ADI 的 LT3042，它是 20V、200mA、超低噪声、超高 PSRR RF 线性稳压器，LT3042 典型的电路如下图 (图5) 所示： 

图5 LT3042 典型电路

英飞凌控制存储模块

控制存储单元是 EDR 硬件系统的核心，它要求能够接收加速度计的信号以及车辆 CAN 总线状态，且存储于自身 RAM 存储器，并锁定于片上 Flash 存储器中，这就需要控制单元具有较快的处理速度和较大的 RAM和 Flash 空间。

英飞凌 (Infineon) 公司推出的 SAK-XC2267M-104F80LR AB 微控制芯片非常适合用于 EDR 控制系统。XC2267M 最高工作频率为 80MHz，其存储器模块包括 16KB 片上 PSRAM、16KB 片上 DSRAM 以及高达 832KB 片上 Flash 程序存储器，能满足数据存储空间要求，同时支持外围适配 SPI、I2C、CAN 通信接口。

完整硬件系统的实现

各功能模块以控制存储单元为中心，按照模块化的方式进行设计集成，可以实现完整的 EDR 硬件系统，并进行调试，该设计满足 EDR 系统要求。硬件评估平台如下图 (图6) 所示：

图6 硬件评估平台

  总结 本文介绍了 EDR 系统的硬件结构，并分析了各功能模块的设计方案，通过功能模块集成可以实现完整的系统方案。EDR 系统对交通事故的现场调查取证，提供准确、客观的数据依据有极大帮助作用，使得探究系统开发方案具有重要意义。