《汽车网络控制系统检修》模块五 FlexRay 总线系统课件.ppt

1、模块五模块五 FlexRay FlexRay 总线系总线系统统1.了解FlexRay总线系统的拓扑结构及特点2.熟知FlexRay总线系统的数据通信原理及应用状况知识目标1.能够利用检测工具及诊断仪器对FlexRay总线系统进行各种检测2.具备分析判断能力，同时能对FlexRay总线系统的故障进行修复技能目标当前，行驶动态控制系统、驾驶人辅助系统等新技术及其全新联网方式的出现，使得通过CAN总线实现联网的方式已经达到效率极限，因此FlexRay总线系统应运而生，将在未来很多年内引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay总线系统的结构组成有哪些？数据的通信原理是怎样的？目前的应用状况

2、如何？本模块将着重介绍这些问题。情景导入FlexRay在物理上通过两条分开的总线通信，每一条的数据速率是10Mbit/s。CAN网络的最高性能极限为1Mbit/s，而FlexRay总数据速率可达到20Mbit/s。因些，应用在车载网络中，FlexRay的网络带宽可能是CAN的20倍之多。知识链接 课题一 FlexRay总线基础一、FlexRay总线的发展FlexRay是一种用于汽车的高速、可确定性的，具备故障容错能力的总线技术，它将事件触发和时间触发两种方式相结合，具有高效的网络利用率和系统灵活性的特点，可以作为新一代汽车内部网络的主干网络。FlexRay是一种新型通信系统，目标是在电气与机械

3、电子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输（如下图所示），以确保满足未来新的汽车网络技术的需要。二、FlexRay的数据传输速率如下图所示，FlexRay的最大数据传输速率为每通道10Mbit/s，明显高于以前在车身和动力传动系统/底盘方面所用的数据总线。三、FlexRay的特点FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率、更灵活的数据通信、更全面的拓扑选择和容错运算。其主要特点有：1高带宽2确定性3容错性4灵活性四、FlexRay总线的拓扑结构FlexRay总线的拓扑结构主要可以分为三种：总结式、星形式、总线星形混合式。双通道总线式拓扑结构如下图所示。双通道星形拓扑结

4、构如下图所示。单、双通道联级星形拓扑结构如下图所示。单、双通道混合型拓扑结构如下图所示。五、FlexRay控制单元的结构及原理构FlexRay控制单元即节点，是接入FlexRay网络中的独立完成相应功能的单元，主要由电源供给系统、主处理器、通信控制器、可选的总线监控器和总线驱动器组成，如下图所示。1发送数据主处理器将有效的数据送给通信控制器，在通信控制器中进行编码，形成数据位流，通过总线驱动器发送到相应的通道上。2接收数据在某一时刻，由总线驱动器将数据位流送到通信控制器进行解码，将数据部分由通信控制器传送给主处理器。六、FlexRay的通信模式FlexRay的通信是在周期循环中进行的，通信周期

5、不断循环，一个通信周期持续约5ms。一个通信循环始终包括静态段、动态段和网络闲置时间。如下图所示静态段在控制单元之间传递信息。七、FlexRay 数据帧的组成FlexRay的一个数据帧由帧头、有效数据段和帧尾三部分组成。如下图所示。帧头共由5个字节(40bit)组成，包括以下几位：保留位（Reserved bit，1bit)：为日后的扩展做准备。负载段前言指示(Payload preamble indicator，1bit)：指明帧的负载段的矢量信息。空帧指示(Null frame indicator，1bit)：指明负载段的数据帧是否为零0 同步帧指示(Sync frame indicato

6、r，1bit)：指明这是一个同步帧。起始帧指示(Startup frame indicator，1bit)：指明发送帧的节点是否为起始帧。帧ID(Frame ID，11bit)：指明在系统设计过程中分配到每个节点的ID(有效范围为1-2047)。有效数据长度(Payload length，7bit)：指示有效数据的长度，以字为单位。头部CRC(Header CRC，11bit)：表明同步帧指示器和起始帧指示器的CRC计算值，以及由主机计算的帧ID和帧长度。周期(Cycle count，6bit)：指明在帧传输时间内传输帧的节点的周期计数。1帧头2有效数据段有效数据段由以下三个部分组成：数据：可

7、以是0-254字节或者说0-127个字，在图中分别以data0、data1、表示。信息ID：使用负载段的前两个字节进行定义，可以在接收方作为可过滤数据使用。网络管理矢量(NWVector)：该矢量长度必须为010个字节，并和所有节点相同。课题二 FlexRay总线的应用一、FlexRay总线在奥迪A8中的应用 双绞线总线；数据传输率：最快10 Mb/s；传输3种信号状态：空闲、Data0、Data1；主动星型拓扑结构；实时控制；实现分布式控制和与安全相关系统的使用。1A8的FlexRay总线具有如下特征2FlexRay总线的基本原理FlexRay总线的基本工作方式与使用至今的数据总线系统（CA

8、N总线、LIN总线和MOST总线）不同。FlexRay总线的基本工作方式用索道做比喻就很恰当：索道的站点就像总线用户，即信息发送和接收器（控制单元）；索道的吊车就像数据帧，而乘客就是信息。CAN总线与FlexRay总线的异同如下表5-1所示。3FlexRay总线协议静态段在总线用户之间传递信息。为了传输数据，静态段被分为62个时隙，即时间槽，如右图所示。（1）静态段动态段被分成若干最小时隙（Minislot），所有总线用户都会接收动态段。动态段是通信周期中为了能够传输事件触发的数据而预留的位置，FlexRay总线的动态段如右图所示。（2）动态段网络空闲时间就是网络静止时间，如下图所示。（3）网

9、络空闲时间FlexRay总线的拓扑结构如下图所示。FlexRay总线的拓扑结构可以分为点对点连接的主动星型拓扑结构（支路3）和总线型拓扑结构（支路1、2和4）。4FlexRay总线的结构5工作流程（1）唤醒（2）启动阶段（3）信号状态FlexRay的信号状态有3种：空闲两导线的电平都为2.5 V；Data0Busplus上低电平，Busminus上高电平；Data1Busplus上高电平，Busminus上低电平。奥迪FlexRay总线的典型故障表现有：6FlexRay总线故障（1）一条数据总线对地短路（2）两条数据总线相互短路（3）控制单元持续发送“空闲”FlexRay总线故障可以用车辆诊断

10、测试仪（见下图）诊 断（地址码19-数据总线诊断接口）：控制单元无通信；FlexRay 数 据 总 线 损 坏；FlexRay数据总线初始化失败；FlexRay数据总线信号出错。7FlexRay总线诊断与维修奥迪A8 FlexRay总线所有终端电阻的阻值如下图所示，可以结合故障诊断对出现故障的部位进行检查。当FlexRay数据总线出现断路时，只影响在同一支路断点后的控制单元出现“无法达到”故障(见下图)。FlexRay数据总线在修理时可逐段更换，但要注意无绞接段和无外皮段的长度（见下图）。奥迪A8的FlexRay 使用横截面积为0.35mm2的双芯护套电缆作为数据总线1和2如左图所示。中央网关

11、模块用于不同总线系统与FlexRay之间的连接如右图。二、FlexRay总线在宝马7系中的应用宝马7系F01/F02车型FlexRay总线系统的拓扑结构(见右图）。1总线应用概述2终端电阻的设置如果一个总线驱动器上仅连接一个控制单元(例如SZL与总线驱动器BDO相连)，则总线驱动器和控制单元的接口各有一个终端电阻(见右图）。中央网关模块的这种连接方式称为“终止节点终端”。如果控制单元上的接口不是物理终止节点(例如总线驱动器BD2上的IEC、ICMT和DME)，而是形成环路，则每个总线路径端部的两个组件内部必须设置终端电阻(见下图）。3唤醒与休眠图5-27为车辆开锁和起动时典型的电压曲线。第一阶

12、段（如图中的）驾驶人将车辆开锁。便捷登车及起动系统CAS控制单元启用唤醒脉冲并通过唤醒导线将其传输给所连接的FlexRay控制单元。第二阶段（如图中的）打开车门，总线系统内的电压再次下降。第三段（如图中的）气动车辆，电压保持在设定值，直至再次关闭点火开关。第四段（如图中的）关闭点火开关时整个车辆网络必须进入休眠模式，以免耗电过多。为确保所有控制单元都“休眠”，网络内的每个控制单元都自动注销。如果不是这种情况，就会存储一条故障信息，进行能量诊断工作时将评估这条故障信息。4FlexRay总线信号的同步化5故障诊断FlexRay总线导线出现故障(例如短路或对地短路)或FlexRay控制单元自身出现故

13、障时，可能会切断各控制单元或整个支路与总线之间的通信（1）故障处理BMW车系F01/F02车型的FlexRay总线采用带电缆套的双芯双绞线电缆。电缆套用于防止电缆机械损坏。终端电阻位于中央网关模块和终端设备内。（2）布线检测FlexRay导线电阻时必须使用车辆电路图。（3）导线电阻的检测一、填空题1、_是一种用于汽车的_、_，具备故障容错能力的总线技术。2、FlexRay目标是在_ 与_ 之间实现 _、_、_ 的数据传输，以确保满足未来新的汽车网络技术的需要。3、FlexRay的主要特点有_、_、_、_。4、FlexRay的拓扑结构主要可以分为三种_、_、_。5、与总线结构相比，星形结构的优势在于：它在_ 和_ 之间提供_ 连接。6、FlexRay的一个数据帧由_、_ 和_ 三部分组成7、一个通信循环始终包括_、_ 和_。8、在宝马车型中，通过FlexRay总线系统以_ 实现汽车_ 和_ 的联网。9、FlexRay数据总线与CAN数据总线一样是_。思考与练习二、问答题1、简述FlexRay控制单元的结构及原理。2、在奥迪A8中FlexRay总线的故障表现有哪些？如何对其进行诊断维修？3、宝马7系FlexRay总线信号是怎样实现同步化的？4、如何对宝马7系FlexRay进行故障诊断？