課件：FlexRay總線系統(tǒng)講解

智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫智能化網(wǎng)聯(lián)化FlexRay總線系統(tǒng)主講人：吳航導(dǎo)入汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫

FlexRay是一種新型通信系統(tǒng)，目標(biāo)是在電氣與機(jī)械電子組件之間實現(xiàn)可靠、實時、高效的數(shù)據(jù)傳輸，以確保滿足未來新的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需要。

目前，F(xiàn)lexRay總線已經(jīng)成為汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，將在未來很多年內(nèi)，引領(lǐng)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展方向。FlexRay是繼CAN和LIN之后的最新研發(fā)成果，可以有效管理多重安全和舒適功能，如FlexRay適用于線控操作（X-by-Wire）。通過CAN總線實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方式已經(jīng)達(dá)到其效率的極限，業(yè)界普遍認(rèn)為，F(xiàn)lexRay將是CAN總線的替代標(biāo)準(zhǔn)。

汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫FlexRay是DaimlerChryslerAG的注冊商標(biāo)。1999年，BMW、DaimlerChrysler、飛思卡爾半導(dǎo)體（原摩托羅拉半導(dǎo)體部）Freescale和Philips合作創(chuàng)建了FlexRay協(xié)會，以開發(fā)新型通信技術(shù)。后來Bosch和GeneralMotors也加入了該協(xié)會。2002年至今，F(xiàn)ord汽車公司、Mazda、Elmos和SiemensVDO也相繼加入該協(xié)會。在此期間，世界范圍內(nèi)幾乎所有有影響的汽車制造商和供貨商都加入了FlexRay協(xié)會。

FlexRay為車內(nèi)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)傳輸提供了有效協(xié)議。FlexRay的發(fā)展汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫

FlexRay的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為每通道10MBit/s，明顯高于以前在車身和動力傳動系統(tǒng)/底盤方面所用的數(shù)據(jù)總線。以前只有使用光導(dǎo)纖維才能達(dá)到該數(shù)據(jù)傳輸速率。圖1各總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率1—實時、確定性（嚴(yán)格規(guī)定）和冗余（重復(fù)出現(xiàn)）；2—有條件實時（對于控制系統(tǒng)來說已足夠）；3—非實時FlexRay的數(shù)據(jù)傳輸速率汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫1）數(shù)據(jù)傳輸速率較高（可達(dá)10Mbit/s）。2）確定性（實時）數(shù)據(jù)傳輸。3）數(shù)據(jù)通信可靠。4）支持系統(tǒng)集成。FlexRay的優(yōu)點汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫1.總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1）線形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2）星形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2線形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3星形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)FlexRay的特性3）混合總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4BMW車系F01車型FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫2.冗余數(shù)據(jù)傳輸

在容錯性系統(tǒng)中，即使某一總線導(dǎo)線斷路，也必須確保數(shù)據(jù)能繼續(xù)可靠傳輸。這一要求可以通過在第二個數(shù)據(jù)信道上進(jìn)行冗余數(shù)據(jù)傳輸（圖5）來實現(xiàn)。圖5冗余數(shù)據(jù)傳輸A—信道1；B—信道2

具有冗余數(shù)據(jù)傳輸能力的總線系統(tǒng)使用兩個相互獨立的信道。每個信道都由一組雙線導(dǎo)線組成。一個信道失靈時，該信道應(yīng)傳輸?shù)男畔⒖稍诹硪粭l沒有發(fā)生故障的信道上傳輸。FlexRay的特性汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫3.信號特性

FlexRay總線信號必須在規(guī)定范圍內(nèi)。無論在時間軸上還是電壓軸上，總線信號都不應(yīng)進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域。圖6FlexRay總線系統(tǒng)的正常波形FlexRay總線系統(tǒng)的電壓范圍如下：1）系統(tǒng)接通。系統(tǒng)接通時，如無通信，則其電壓為2.5V。2）高電平信號。高電平信號的電壓為3.1V。3）低電平信號。低電平信號的電壓為1.9V。注：電壓值以對地（搭鐵）測量方式得到。

FlexRay的特性汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫圖7FlexRay總線系統(tǒng)的非正常波形4.確定性數(shù)據(jù)傳輸FlexRay是一種時間觸發(fā)式總線系統(tǒng)，它也可以通過事件觸發(fā)方式進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。在時間控制區(qū)域內(nèi)，時隙分配給確定的信息。一個時隙是指一個規(guī)定的時間段，該時間段對特定信息（例如轉(zhuǎn)速）開放。FlexRay的特性汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫

對時間要求不高的其它信息則在事件控制區(qū)域內(nèi)傳輸。確定性數(shù)據(jù)傳輸用于確保時間觸發(fā)區(qū)域內(nèi)的每條信息都能實現(xiàn)實時傳輸，即每條信息都能在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行傳輸。

圖8FlexRay總線系統(tǒng)內(nèi)確定性數(shù)據(jù)的傳輸過程1-循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間觸發(fā)區(qū)域；2-循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖录|發(fā)區(qū)域；3-循環(huán)[總循環(huán)時間5ms，其中3ms為靜態(tài)（時間觸發(fā)），2ms為動態(tài)（事件觸發(fā)）]；n-轉(zhuǎn)速；-角度；t°-溫度；v-車速；xyz...，abc...-事件觸發(fā)的信息；t-時間FlexRay的特性汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫5.喚醒和休眠特性

主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和VDM（垂直動態(tài)管理系統(tǒng)）不通過喚醒導(dǎo)線，而是通過總線信號喚醒。隨后通過接通供電直接由VDM啟用四個減振器衛(wèi)星式控制單元。

FIexRay的喚醒信號曲線如圖9所示，從中可以清楚地看出車輛開鎖（打開車門鎖）和起動時的典型的電壓曲線。圖9FlexRay的喚醒信號曲線FlexRay的特性汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫1.BMW車系中的FlexRay

在BMW車系F01/F02車型中，通過FlexRay總線系統(tǒng)以跨系統(tǒng)方式實現(xiàn)汽車行駛動態(tài)管理系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。FlexRay的應(yīng)用

同時，F(xiàn)lexRay是行駛動態(tài)管理系統(tǒng)的綜合性主總線系統(tǒng)。圖5-11FlexRay是行駛動態(tài)管理系統(tǒng)的綜合性主總線系統(tǒng)圖10FlexRay是行駛動態(tài)管理系統(tǒng)的綜合性主總線系統(tǒng)汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫圖11終止節(jié)點終端內(nèi)部的終端電阻2.終端電阻的設(shè)置

如果一個總線驅(qū)動器上僅連接一個控制單元（例如SZL與總線驅(qū)動器BD0相連），則總線驅(qū)動器和控制單元的接口各有一個終端電阻（圖13）。中央網(wǎng)關(guān)模塊的這種連接方式稱為“終止節(jié)點終端”。圖12形成環(huán)路的FlexRay終端電阻的設(shè)置

如果控制單元上的接口不是物理終止節(jié)點（例如總線驅(qū)動器BD2上的DSC、ICM和DME），而是形成環(huán)路，則每個總線路徑端部的兩個組件內(nèi)部必須設(shè)置終端電阻（圖14）FlexRay的應(yīng)用汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫1.故障處理FlexRay總線導(dǎo)線出現(xiàn)故障或FlexRay控制單元自身出現(xiàn)故障時，可能會切斷各控制單元或整個支路與總線之間的通信。帶有四個授權(quán)喚醒FlexRay控制單元（ZGM、DME、DSC、ICM）的分支除外。如果這些控制單元之間的通信中斷，則發(fā)動機(jī)無法起動。此外，控制單元內(nèi)的這種總線監(jiān)控功能還能防止在非授權(quán)時間發(fā)送信息，從而防止覆蓋其它信息。2.布線特點BMW車系F01/F02車型的FlexRay總線采用帶電纜套的雙芯雙絞線電纜。終端電阻位于中央網(wǎng)關(guān)模塊和終端設(shè)備內(nèi)。借助萬用表（歐姆表）可以相對簡單地檢測至終端設(shè)備的部分導(dǎo)線。FlexRay的故障處理與檢測汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫3.導(dǎo)線電阻的檢測1）檢測FlexRay導(dǎo)線電阻時必須使用車輛電路圖。2）FlexRay導(dǎo)線電阻的檢測結(jié)果無法100%地判斷出系統(tǒng)功能正常與否。靜態(tài)模式和動態(tài)模式下，電氣性能差別很大。3）FlexRay的導(dǎo)線是雙絞線，導(dǎo)線損壞時可以用普通導(dǎo)線進(jìn)行替換維修。但是安裝時必須遵守其特殊要求。4）對FlexRay的導(dǎo)線進(jìn)行維修時，必須盡可能保持雙絞線布置方式。5）剝掉絕緣層的維修部位必須用冷縮配合軟管加以密封。FlexRay的應(yīng)用課堂小結(jié)汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)資源庫1、FlexRay是一種新型通信系統(tǒng)，目標(biāo)是在電氣與機(jī)械電子組件之間實現(xiàn)可靠、實時、高效的數(shù)據(jù)傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為每通道10MBit/s。2、具有冗余數(shù)據(jù)傳輸能力的總線系統(tǒng)使用兩個相互獨立的信道。每個信道都由一組雙線導(dǎo)線組成。一個信道失靈時，該信道應(yīng)傳輸?shù)男畔⒖稍诹硪粭l沒有發(fā)生故障的信道上傳輸。3、FlexRay是一種時間觸發(fā)式總線系統(tǒng)，它也可以通過事件觸發(fā)方式進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。在時間控制區(qū)域內(nèi)，時隙分配給確定的信息。4、FlexR