《汽車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢修》模塊五-FlexRay-總線系統(tǒng)

模塊五FlexRay總線系統(tǒng)1.

了解FlexRay總線系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)及特點2.

熟知FlexRay總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信原理及應(yīng)用狀況知識目標1.能夠利用檢測工具及診斷儀器對FlexRay總線系統(tǒng)進行各種檢測2.具備分析判斷能力，同時能對FlexRay總線系統(tǒng)的故障進行修復技能目標當前，行駛動態(tài)控制系統(tǒng)、駕駛?cè)溯o助系統(tǒng)等新技術(shù)及其全新聯(lián)網(wǎng)方式的出現(xiàn)，使得通過CAN總線實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方式已經(jīng)達到效率極限，因此FlexRay總線系統(tǒng)應(yīng)運而生，將在未來很多年內(nèi)引導整個汽車電子產(chǎn)品控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。FlexRay總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成有哪些？數(shù)據(jù)的通信原理是怎樣的？目前的應(yīng)用狀況如何？本模塊將著重介紹這些問題。情景導入FlexRay在物理上通過兩條分開的總線通信，每一條的數(shù)據(jù)速率是10Mbit/s。CAN網(wǎng)絡(luò)的最高性能極限為1Mbit/s，而FlexRay總數(shù)據(jù)速率可達到20Mbit/s。因些，應(yīng)用在車載網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)lexRay的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能是CAN的20倍之多。知識鏈接

課題一FlexRay總線基礎(chǔ)一、FlexRay總線的發(fā)展FlexRay是一種用于汽車的高速、可確定性的，具備故障容錯能力的總線技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時間觸發(fā)兩種方式相結(jié)合，具有高效的網(wǎng)絡(luò)利用率和系統(tǒng)靈活性的特點，可以作為新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)。FlexRay是一種新型通信系統(tǒng)，目標是在電氣與機械電子組件之間實現(xiàn)可靠、實時、高效的數(shù)據(jù)傳輸（如下圖所示），以確保滿足未來新的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需要。二、FlexRay的數(shù)據(jù)傳輸速率如下圖所示，F(xiàn)lexRay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。三、FlexRay的特點FlexRay關(guān)注的是當今汽車行業(yè)的一些核心需求，包括更快的數(shù)據(jù)速率、更靈活的數(shù)據(jù)通信、更全面的拓撲選擇和容錯運算。其主要特點有：1．高帶寬2．確定性3．容錯性4．靈活性四、FlexRay總線的拓撲結(jié)構(gòu)FlexRay總線的拓撲結(jié)構(gòu)主要可以分為三種：總結(jié)式、星形式、總線星形混合式。雙通道總線式拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。雙通道星形拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。單、雙通道聯(lián)級星形拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。單、雙通道混合型拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。五、FlexRay控制單元的結(jié)構(gòu)及原理構(gòu)FlexRay控制單元即節(jié)點，是接入FlexRay網(wǎng)絡(luò)中的獨立完成相應(yīng)功能的單元，主要由電源供給系統(tǒng)、主處理器、通信控制器、可選的總線監(jiān)控器和總線驅(qū)動器組成，如下圖所示。1．發(fā)送數(shù)據(jù)主處理器將有效的數(shù)據(jù)送給通信控制器，在通信控制器中進行編碼，形成數(shù)據(jù)位流，通過總線驅(qū)動器發(fā)送到相應(yīng)的通道上。2．接收數(shù)據(jù)在某一時刻，由總線驅(qū)動器將數(shù)據(jù)位流送到通信控制器進行解碼，將數(shù)據(jù)部分由通信控制器傳送給主處理器。六、FlexRay的通信模式FlexRay的通信是在周期循環(huán)中進行的，通信周期不斷循環(huán)，一個通信周期持續(xù)約5ms。一個通信循環(huán)始終包括靜態(tài)段、動態(tài)段和網(wǎng)絡(luò)閑置時間。如下圖所示靜態(tài)段在控制單元之間傳遞信息。七、FlexRay數(shù)據(jù)幀的組成FlexRay的一個數(shù)據(jù)幀由幀頭、有效數(shù)據(jù)段和幀尾三部分組成。如下圖所示。幀頭共由5個字節(jié)(40bit)組成，包括以下幾位：①保留位（Reservedbit，1bit)：為日后的擴展做準備。②負載段前言指示(Payloadpreambleindicator，1bit)：指明幀的負載段的矢量信息。③空幀指示(Nullframeindicator，1bit)：指明負載段的數(shù)據(jù)幀是否為零0④

同步幀指示(Syncframeindicator，1bit)：指明這是一個同步幀。⑤起始幀指示(Startupframeindicator，1bit)：指明發(fā)送幀的節(jié)點是否為起始幀。⑥幀ID(FrameID，11bit)：指明在系統(tǒng)設(shè)計過程中分配到每個節(jié)點的ID(有效范圍為1-2047)。⑦有效數(shù)據(jù)長度(Payloadlength，7bit)：指示有效數(shù)據(jù)的長度，以字為單位。⑧頭部CRC(HeaderCRC，11bit)：表明同步幀指示器和起始幀指示器的CRC計算值，以及由主機計算的幀ID和幀長度。⑨周期(Cyclecount，6bit)：指明在幀傳輸時間內(nèi)傳輸幀的節(jié)點的周期計數(shù)。1．幀頭2．有效數(shù)據(jù)段有效數(shù)據(jù)段由以下三個部分組成：①數(shù)據(jù)：可以是0-254字節(jié)或者說0-127個字，在圖中分別以data0、data1、……表示。②信息ID：使用負載段的前兩個字節(jié)進行定義，可以在接收方作為可過濾數(shù)據(jù)使用。③網(wǎng)絡(luò)管理矢量(NWVector)：該矢量長度必須為0～10個字節(jié)，并和所有節(jié)點相同。

課題二FlexRay總線的應(yīng)用一、FlexRay總線在奧迪A8中的應(yīng)用①雙絞線總線；②數(shù)據(jù)傳輸率：最快10Mb/s；③傳輸3種信號狀態(tài)：空閑、Data0、Data1；④主動星型拓撲結(jié)構(gòu)；⑤實時控制；⑥實現(xiàn)分布式控制和與安全相關(guān)系統(tǒng)的使用。1．A8的FlexRay總線具有如下特征2．FlexRay總線的基本原理FlexRay總線的基本工作方式與使用至今的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)（CAN總線、LIN總線和MOST總線）不同。FlexRay總線的基本工作方式用索道做比喻就很恰當：索道的站點就像總線用戶，即信息發(fā)送和接收器（控制單元）；索道的吊車就像數(shù)據(jù)幀，而乘客就是信息。CAN總線與FlexRay總線的異同如下表5-1所示。3．FlexRay總線協(xié)議靜態(tài)段在總線用戶之間傳遞信息。為了傳輸數(shù)據(jù)，靜態(tài)段被分為62個時隙，即時間槽，如右圖所示。

（1）靜態(tài)段動態(tài)段被分成若干最小時隙（Minislot），所有總線用戶都會接收動態(tài)段。動態(tài)段是通信周期中為了能夠傳輸事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)而預(yù)留的位置，F(xiàn)lexRay總線的動態(tài)段如右圖所示。

（2）動態(tài)段網(wǎng)絡(luò)空閑時間就是網(wǎng)絡(luò)靜止時間，如下圖所示。

（3）網(wǎng)絡(luò)空閑時間FlexRay總線的拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。FlexRay總線的拓撲結(jié)構(gòu)可以分為點對點連接的主動星型拓撲結(jié)構(gòu)（支路3）和總線型拓撲結(jié)構(gòu)（支路1、2和4）。4．FlexRay總線的結(jié)構(gòu)5．工作流程

（1）喚醒

（2）啟動階段

（3）信號狀態(tài)FlexRay的信號狀態(tài)有3種：①空閑———兩導線的電平都為2.5V；②

Data0———Busplus上低電平，Busminus上高電平；③

Data1———Busplus上高電平，Busminus上低電平。奧迪FlexRay總線的典型故障表現(xiàn)有：6．FlexRay總線故障

（1）一條數(shù)據(jù)總線對地短路

（2）兩條數(shù)據(jù)總線相互短路

（3）控制單元持續(xù)發(fā)送“空閑”FlexRay總線故障可以用車輛診斷測試儀（見下圖）診斷（地址碼19-數(shù)據(jù)總線診斷接口）：①控制單元無通信；②

FlexRay數(shù)據(jù)總線損壞；③FlexRay數(shù)據(jù)總線初始化失?。虎蹻lexRay數(shù)據(jù)總線信號出錯。7．FlexRay總線診斷與維修奧迪A8FlexRay總線所有終端電阻的阻值如下圖所示，可以結(jié)合故障診斷對出現(xiàn)故障的部位進行檢查。當FlexRay數(shù)據(jù)總線出現(xiàn)斷路時，只影響在同一支路斷點后的控制單元出現(xiàn)“無法達到”故障(見下圖)。FlexRay數(shù)據(jù)總線在修理時可逐段更換，但要注意無絞接段和無外皮段的長度（見下圖）。奧迪A8的FlexRay使用橫截面積為0.35mm2的雙芯護套電纜作為數(shù)據(jù)總線1和2如左圖所示。中央網(wǎng)關(guān)模塊用于不同總線系統(tǒng)與FlexRay之間的連接如右圖。二、FlexRay總線在寶馬7系中的應(yīng)用寶馬7系F01/F02車型FlexRay總線系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)(見右圖）。1．總線應(yīng)用概述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BDO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(見右圖）。中央網(wǎng)關(guān)模塊的這種連接方式稱為“終止節(jié)點終端”。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IEC、ICMT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(見下圖）。3．喚醒與休眠圖5-27為車輛開鎖和起動時典型的電壓曲線。①第一階段（如圖中的①）駕駛?cè)藢④囕v開鎖。便捷登車及起動系統(tǒng)CAS控制單元啟用喚醒脈沖并通過喚醒導線將其傳輸給所連接的FlexRay控制單元。②第二階段（如圖中的②）打開車門，總線系統(tǒng)內(nèi)的電壓再次下降。③第三段（如圖中的③）氣動車輛，電壓保持在設(shè)定值，直至再次關(guān)閉點火開關(guān)。④第四段（如圖中的④）關(guān)閉點火開關(guān)時整個車輛網(wǎng)絡(luò)必須進入休眠模式，以免耗電過多。為確保所有控制單元都“休眠”，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個控制單元都自動注銷。如果不是這種情況，就會存儲一條故障信息，進行能量診斷工作時將評估這條故障信息。4．FlexRay總線信號的同步化5．故障診斷FlexRay總線導線出現(xiàn)故障(例如短路或?qū)Φ囟搪?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

（1）故障處理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。電纜套用于防止電纜機械損壞。終端電阻位于中央網(wǎng)關(guān)模塊和終端設(shè)備內(nèi)。

（2）布線檢測FlexRay導線電阻時必須使用車輛電路圖。

（3）導線電阻的檢測一、填空題1、_______是一種用于汽車的_______、_______，具備故障容錯能力的總線技術(shù)。2、FlexRay目標是在_______與_______之間實現(xiàn)_______、_______、_______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。3、FlexRay的主要特點有_______、_______、_______、_______。4、FlexRay的拓撲結(jié)構(gòu)主要可以分為三種_______、_______、_______。5、與總線結(jié)構(gòu)相比，星形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：它在_______和_______之間提供_______連接。6、FlexRay的一個數(shù)據(jù)幀由_______、_______和_______三部分組成7、一個通信循環(huán)始終包括_______、_______和_______