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。具体技术细节您可以咨询骏龙科技的技术人员。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，更多技术细节您可以咨询骏龙科技的技术人员。

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。欲了解更多技术细节和ADI相关方案，您可联系骏龙科技各地办事处。骏龙科技的技术人员愿意为您提供更详细的技术支持。 

参考资料

汽车事件数据记录系统硬件电路设计与开发_知网

认识汽车黑匣子 EDR_知网

基于 CAN 总线的汽车事件数据记录系统开发方案研究_知网