要保證汽車通訊系統的可用性和可靠性，需要對特定應用進行最佳化設計。在這種需求下，新的FlexRay實體層技術具備很大的潛力，因為FlexRay能將汽車系統安全提升到非常精密的層次，不僅簡化汽車電子和通訊系統架構，同時還可讓汽車電子系統變得更加穩定可靠。
包括豐田、日產、本田、現代及起亞汽車公司等主要亞洲汽車製造商都已經加入FlexRay聯盟，協助該聯盟共同建立針對汽車線控操作(by-wire)技術的通用標準。隨著這些新成員的加入，現在全球每年生產的汽車中，每10輛就幾乎有7輛是FlexRay聯盟成員所生產的。
首先，先簡單介紹一下FlexRay。FlexRay是一種具彈性的通訊系統，能夠滿足未來先進汽車高速控制應用的需求，並支援分散式控制系統，而且可以彌補CAN(Controller Area Network)汽車控制器地區網路、LIN(Local Interconnect Network)區域網際網路，和媒體應用所需的MOST光學資料匯流排等主要車內網路標準的不足。FlexRay協定主要用於底盤控制、車身以及 Powertrain等需要依賴高級通訊頻寬和容錯性資料傳輸的應用。
FlexRay 通訊系統並不只是一個通訊協定，它還包括一種特殊設計的高速收發器，並定義了FlexRay「節點」(Node)中不同元件間的硬體和軟體介面。 FlexRay協定定義了汽車網路系統中通訊程序的格式與功能。除了開發中的協定、軟體和支援服務以外，FlexRay聯盟還成立了由業界領先的工具生產商和測試機構所組成的「聯盟開發成員」小組(Consortiums Development Members Community)，以確保能提供在系統開發過程中進行設計、測量以及模擬時所需要的各種工具。
當車主試圖掌控車子性能以了解真正路面狀況時，意味著更多的感應器將被佈滿全車上下，特別是觀測外部環境的感應器，如感應路面及觀測前方、側面、後方障礙的感應器。這些感應器包括視訊、雷達和光電感測器，不論何者都必須即時捕捉並傳送大量資料到車內的中央電子控制單元(ECU)進行處理。
FlexRay利用2條完全獨立的線路進行通訊，每條的資料傳輸速率為每秒10Mbps。2條通訊線路主要是其中1條可作為備援用途，因此訊息傳輸具有容錯能力，當然也可以利用2條線路來傳輸不同的訊息，進而加倍資料的傳輸量。
FlexRay還可以在較低的資料速率下運作。當資料速率低於每秒1Mbps時，便可支援傳統的匯流排結構(如透過CAN)。當資料速率高於每秒1Mbps時，元件之間則可利用主動星型耦合器以點對點方式進行連接。
FlexRay 的重要目標應用之一是線控操作(X-by-Wire)，例如線控轉向(Steer-by-Wire)、線控剎車(Brake-by-Wire)等，即是利用具容錯功能的電氣/電子系統以取代機械/液壓零件。線控操作(X-by-Wire)泛指從轉向、剎車到加速，所有汽車控制應用的互連技術，它彌補並最終將取代目前的機械和液壓解決方案。由於不再需要增加零件，特別是機械和液壓的零件，就不必再支付這部分費用。因此，就整體元件和組裝成本來說，電子系統將比機械和液壓系統更加便宜。
現今朝向完全電子系統的汽車設計，將可藉由創新的智慧型駕駛輔助系統為司機和乘客創造更安全及更舒適的駕駛經驗。
對於汽車購買者來說，另一項可直接感受到的好處是FlexRay所帶來全新的設計自由，特別是在汽車內裝方面。由於不需要佔空間的方向盤柱 (Steering Column)，未來的汽車將能擁有全新的面貌和乘坐感受。除了線控操作以外，FlexRay在汽車Powertrain和安全電子系統方面也帶來許多新應用的可能性，這些應用都需要高速的資料傳輸，如做為中央電子「骨幹」匯流排，可以連接車內的各種匯流排網路，並輕易地在車內引入新的電子控制系統。
對於亞洲汽車生產商來說，FlexRay標準化所帶來的好處還包括削減開發和生產成本，並降低採用這種創新技術的風險，進而使這種新系統在市場中得到廣泛採用。目前汽車中不同控制設備、感應器和制動器之間的資料交換主要是透過CAN網路完成。然而，新的線控作業系統對於通訊網路有更高的要求，特別是在訊息傳輸的容錯性和即時性方面。透過固定時段訊息傳輸以及雙通道所帶來的訊息容錯和備援功能，FlexRay能夠充分滿足這些要求。
圖1是一個汽車應用的例子，其中有4個車輪節點(1至4)、一個中央電子控制單元(ECU)(5)及其備用系統。當應用軟體採取適當措施時，單一ECU出現故障時系統並不會受到影響。
然而，FMEA(Failure Mode & Effects Analysis, 失效模式與效應分析)提醒我們一些更嚴重的威脅，如有水進入將2個通道連接到某個ECU的連接器、ECU內印刷電路板破裂或是電纜固定套脫落或變形等機械衝擊等，這些都會導致影響2個通道的「共同原因」故障模式！如圖2所示，這會導致某些節點的通訊完全中斷。
避免此類事故的一種方法是降低網路配置的複雜性。讓我們回到熟知的兩條獨立對角線原則，圖3標示了一種可能的簡單解決方案。
輪子的節點只連接到一個通道。中央ECU及備份ECU仍連接到兩個通道。由於他們被放置在乘客單元中，也就是中央控制台的後面，所以對機械衝擊可以有更好的保護。減少連接線也就代表著故障模式更少。對某些應用來說，這種解決方案可能適用，但上面提到的共同原因故障模式風險仍然沒有消除。因此，有必要尋求更進一步的改善方式。FlexRay中的主動星型(Active Star)連接器便可以解決這一問題。
圖4中的網路拓撲與圖3類似，但在一個通道中增加了1個主動星型連接器。
主動星型連接器可做為路由器，在正常的通訊過程中，可以將來自1個分支的訊息發送到所有其他分支。主動星型連接器帶來的真正好處是可以檢查到被箝制的 (Clamped)的分支或者傳輸時間超過時間限制的訊息。當檢測到此類非法異常問題時，主動星型連接器會斷開受影響的網路分支，而保證網路中其他分支的通訊不受影響。與其他實體層連接方式相比，主動星型連接器可斷開出現故障的區域，這也是其最主要的優點。假設節點6出現的故障影響到兩個分支，整個網路的模擬情況示於圖5。
系統仍然保持活動，儘管性能降低(仍可能是可接受的)，當然節點2和3的通訊就中斷了。如果故障發生在節點5而不是節點6，那麼情況與前面完全類似。這是個有趣的結果，因為只在一個通道中使用了主動星型連接器，因此整個網路拓撲是非對稱的。
在另一個通道中裝上一個主動星型連接器可使網路拓撲更為對稱，同時若在應用軟體中採用相對應的措施，這樣甚至在如圖6所示的故障情況下系統性能也不會降低。在這種情況下，所有4個輪胎節點仍然處於可使用狀態，中央ECU之一(這兒是節點5)可控制整個系統。
當一個輪胎節點的連接短路時，連接到這一對角線的另一個輪胎也會受到影響。對於這種故障模式，這種網路拓撲與圖5中的網路相比並沒有什麼優勢。對於有些應用來說，若同時有2個輪胎節點失去通訊是不可接受的，這時就需要尋找不同的解決方案。這種解決方案很容易就可以找到。將連接到短截線纜的節點可以直接連接到主動星型連接器。這樣，每個主動星型連接器需要再多一線分支。
與前面所討論的所有故障模式相比，圖7中的配置保證了最大的網路可用性。在本文所討論的所有例子中，在沒有使用短截接線纜的情形下，這種網路拓撲提供了最好的電磁相容(EMC)性能。
如前所述，網路拓撲分佈主要由通訊聯結的最低可用性需求來決定。對於確定的故障模式，必定能找到滿足可用性要求的解決方案。FlexRay的可擴展能力允許在系統成本和安全性之間尋找最佳的平衡。支援這種實體層方法的第一款FlexRay收發器(如Philips T 1080)已經推出。這款收發器還可用於構建主動星型連接器。目前正在進行的車輛測試和進一步的理論分析將會應用這些結果，並進一步推廣到多於6個節點等標準更嚴苛的應用網路。
除了本文所討論的故障模式外，在時間域也存在一些嚴重的故障模式。在這種情況下，主動星型連接器也提供了一些具有優勢的功能，例如出現傳送錯誤的某個節點不會影響連接到主動星型連接器的其他正在進行通訊的節點，因為主動星型連接器會繼續路由其他分支的訊息。此外，主動星型連接器還會斷開或拋棄超出一定時間限制的訊息，因此可防止通訊通道被獨佔。
在某些情況下，為保證特定的安全性要求，會對「時域訊號安全性」有更高的要求，此時可能需要採用所謂的匯流排監控器。FlexRay匯流排監控器可監視通訊控制器在每個節點的時序是否符合要求，有機會可以在未來對此點做深度討論。
