汽车黑匣子EDR系统硬件设计方案-电子发烧友网

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 威廉希尔官方网站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 威廉希尔官方网站，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：