《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?fù)浣Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)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(shí)目標(biāo)1.能夠利用檢測(cè)工具及診斷儀器對(duì)FlexRay總線系統(tǒng)進(jìn)行各種檢測(cè)2.具備分析判斷能力，同時(shí)能對(duì)FlexRay總線系統(tǒng)的故障進(jìn)行修復(fù)技能目標(biāo)當(dāng)前，行駛動(dòng)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(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方式已經(jīng)達(dá)到效率極限，因此FlexRay總線系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，將在未來(lái)很多年內(nèi)引導(dǎo)整個(gè)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(wèn)題。情景導(dǎo)入FlexRay在物理上通過(guò)兩條分開(kāi)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(dá)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(shí)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(cuò)能力的總線技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時(shí)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(diǎn)，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(biāo)是在電氣與機(jī)械電子組件之間實(shí)現(xiàn)可靠、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)傳輸（如下圖所示），以確保滿足未來(lái)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)/底盤(pán)方面所用的數(shù)據(jù)總線。三、FlexRay的特點(diǎn)FlexRay關(guān)注的是當(dāng)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?fù)溥x擇和容錯(cuò)運(yùn)算。其主要特點(diǎn)有：1．高帶寬2．確定性3．容錯(cuò)性4．靈活性四、FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)FlexRay總線的拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。雙通道星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。單、雙通道聯(lián)級(jí)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。單、雙通道混合型拓?fù)浣Y(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(diǎn)，是接入FlexRay網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)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(dòng)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(jìn)行編碼，形成數(shù)據(jù)位流，通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器發(fā)送到相應(yīng)的通道上。2．接收數(shù)據(jù)在某一時(shí)刻，由總線驅(qū)動(dòng)器將數(shù)據(jù)位流送到通信控制器進(jìn)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(jìn)行的，通信周期不斷循環(huán)，一個(gè)通信周期持續(xù)約5ms。一個(gè)通信循環(huán)始終包括靜態(tài)段、動(dòng)態(tài)段和網(wǎng)絡(luò)閑置時(shí)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(gè)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(gè)字節(jié)(40bit)組成，包括以下幾位：①保留位（Reservedbit，1bit)：為日后的擴(kuò)展做準(zhǔn)備。②負(fù)載段前言指示(Payloadpreambleindicator，1bit)：指明幀的負(fù)載段的矢量信息。③空幀指示(Nullframeindicator，1bit)：指明負(fù)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(gè)同步幀。⑤起始幀指示(Startupframeindicator，1bit)：指明發(fā)送幀的節(jié)點(diǎn)是否為起始幀。⑥幀ID(FrameID，11bit)：指明在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中分配到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的ID(有效范圍為1-2047)。⑦有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(Payloadlength，7bit)：指示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)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(jì)算值，以及由主機(jī)計(jì)算的幀ID和幀長(zhǎng)度。⑨周期(Cyclecount，6bit)：指明在幀傳輸時(shí)間內(nèi)傳輸幀的節(jié)點(diǎn)的周期計(jì)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(gè)部分組成：①數(shù)據(jù)：可以是0-254字節(jié)或者說(shuō)0-127個(gè)字，在圖中分別以data0、data1、……表示。②信息ID：使用負(fù)載段的前兩個(gè)字節(jié)進(jìn)行定義，可以在接收方作為可過(guò)濾數(shù)據(jù)使用。③網(wǎng)絡(luò)管理矢量(NWVector)：該矢量長(zhǎng)度必須為0～10個(gè)字節(jié)，并和所有節(jié)點(diǎn)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(hào)狀態(tài)：空閑、Data0、Data1；④主動(dòng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；⑤實(shí)時(shí)控制；⑥實(shí)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(dāng)：索道的站點(diǎn)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(gè)時(shí)隙，即時(shí)間槽，如右圖所示。

（1）靜態(tài)段動(dòng)態(tài)段被分成若干最小時(shí)隙（Minislot），所有總線用戶都會(huì)接收動(dòng)態(tài)段。動(dòng)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(dòng)態(tài)段如右圖所示。

（2）動(dòng)態(tài)段網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間就是網(wǎng)絡(luò)靜止時(shí)間，如下圖所示。

（3）網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示。FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的主動(dòng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（支路3）和總線型拓?fù)浣Y(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(dòng)階段

（3）信號(hào)狀態(tài)FlexRay的信號(hào)狀態(tài)有3種：①空閑———兩導(dǎo)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(duì)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(cè)試儀（見(jiàn)下圖）診斷（地址碼19-數(shù)據(jù)總線診斷接口）：①控制單元無(wú)通信；②

FlexRay數(shù)據(jù)總線損壞；③FlexRay數(shù)據(jù)總線初始化失敗；④FlexRay數(shù)據(jù)總線信號(hào)出錯(cuò)。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(duì)出現(xiàn)故障的部位進(jìn)行檢查。當(dāng)FlexRay數(shù)據(jù)總線出現(xiàn)斷路時(shí)，只影響在同一支路斷點(diǎn)后的控制單元出現(xiàn)“無(wú)法達(dá)到”故障(見(jiàn)下圖)。FlexRay數(shù)據(jù)總線在修理時(shí)可逐段更換，但要注意無(wú)絞接段和無(wú)外皮段的長(zhǎng)度（見(jiàn)下圖）。奧迪A8的FlexRay使用橫截面積為0.35mm2的雙芯護(hù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)(見(jiàn)右圖）。1．總線應(yīng)用概述2．終端電阻的設(shè)置如果一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器上僅連接一個(gè)控制單元(例如SZL與總線驅(qū)動(dòng)器BDO相連)，則總線驅(qū)動(dòng)器和控制單元的接口各有一個(gè)終端電阻(見(jiàn)右圖）。中央網(wǎng)關(guān)模塊的這種連接方式稱為“終止節(jié)點(diǎn)終端”。如果控制單元上的接口不是物理終止節(jié)點(diǎn)(例如總線驅(qū)動(dòng)器BD2上的IEC、ICMT和DME)，而是形成環(huán)路，則每個(gè)總線路徑端部的兩個(gè)組件內(nèi)部必須設(shè)置終端電阻(見(jiàn)下圖）。3．喚醒與休眠圖5-27為車輛開(kāi)鎖和起動(dòng)時(shí)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(kāi)鎖。便捷登車及起動(dòng)系統(tǒng)CAS控制單元啟用喚醒脈沖并通過(guò)喚醒導(dǎo)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(kāi)車門(mén)，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(dòng)車輛，電壓保持在設(shè)定值，直至再次關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。④第四段（如圖中的④）關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)整個(gè)車輛網(wǎng)絡(luò)必須進(jìn)入休眠模式，以免耗電過(guò)多。為確保所有控制單元都“休眠”，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個(gè)控制單元都自動(dòng)注銷。如果不是這種情況，就會(huì)存儲(chǔ)一條故障信息，進(jìn)行能量診斷工作時(shí)將評(píng)估這條故障信息。4．FlexRay總線信號(hào)的同步化5．故障診斷FlexRay總線導(dǎo)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(shí)，可能會(huì)切斷各控制單元或整個(gè)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(jī)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(cè)FlexRay導(dǎo)線電阻時(shí)必須使用車輛電路圖。

（3）導(dǎo)線電阻的檢測(cè)一、填空題1、_______是一種用于汽車的_______、_______，具備故障容錯(cuò)能力的總線技術(shù)。2、FlexRay目標(biāo)是在_______與_______之間實(shí)現(xiàn)_______、_______、_______的數(shù)據(jù)傳輸，以確保滿足未來(lái)新的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需要。3、FlexRay的主要特點(diǎn)有_______、_______、_______、_______。4、FlexRay的拓?fù)浣Y(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(shì)在于：它在_______和_______之間提供_______連接。6、FlexRay的一個(gè)數(shù)據(jù)幀由_______、_______和_______三部分組成7、一個(gè)通信循環(huán)始終包括_______、_______和_______