簡析FlexRay總線原理及故障診斷（一）

戈華飛

保時(shí)捷（中國）技術(shù)診斷專家

上海交通電臺(tái)客座專家

世界技能大賽汽車技術(shù)項(xiàng)目教練組成員（上海）

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CAN總線已經(jīng)在車輛上運(yùn)用多年，低速CAN總線主要應(yīng)用于對響應(yīng)速率要求不是太高的車身模塊間的通信，高速CAN總線主要應(yīng)用于動(dòng)力總成模塊間的通信，也用于車身模塊間的通信。兩者相比，低速CAN總線有更好的容錯(cuò)能力，而高速CAN總線的傳輸速率更高。低速CAN總線的傳輸速率通常為125 kbit/s，高速CAN總線的傳輸速率通常為500 kbit/s。但隨著線控技術(shù)的發(fā)展，人們對車輛通信系統(tǒng)的傳輸速率、容錯(cuò)性及確定性提出了更高的要求，CAN總線已經(jīng)無法滿足這種要求，F(xiàn)lexRay總線應(yīng)運(yùn)而生。

1 FlexRay總線概述

FlexRay總線是由FlexRay聯(lián)盟專為車內(nèi)局域網(wǎng)設(shè)計(jì)的一種具備故障容錯(cuò)的高速車載總線?？蓪ⅰ癋lexRay”拆分為“Flex”和“Ray”兩部分，“Flex”意思為“靈活的”，“Ray”意思為“鰩魚”，指FlexRay聯(lián)盟圖標(biāo)（圖1）中的鰩魚形狀。2006年，F(xiàn)lexRay總線首次被德國寶馬公司應(yīng)用在BMW X5量產(chǎn)車的懸架系統(tǒng)中。目前，F(xiàn)lexRay總線被廣泛用于寶馬、奧迪、領(lǐng)克等車型。

圖1 FlexRay聯(lián)盟圖標(biāo)

1.1 時(shí)間觸發(fā)

FlexRay總線采用了基于時(shí)間觸發(fā)的機(jī)制，傳輸速率通常為10 Mbit/s，具有高帶寬、容錯(cuò)性能好等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)性、可靠性及靈活性等方面越來越凸顯其優(yōu)勢。

FlexRay總線的數(shù)據(jù)包是個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)循環(huán)的時(shí)間是確定的。如圖2所示，每間隔5 ms會(huì)出現(xiàn)1次循環(huán)，每個(gè)循環(huán)就是一次數(shù)據(jù)通信。放大其中2個(gè)循環(huán)的波形（圖3）可以發(fā)現(xiàn)，在區(qū)間1內(nèi)，2個(gè)循環(huán)的波形是一樣的，這是因?yàn)榇藚^(qū)間中的每一個(gè)時(shí)間間隔都已經(jīng)被預(yù)留好了，這個(gè)時(shí)間間隔稱之為時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙對應(yīng)特定的消息，如果在1個(gè)循環(huán)內(nèi)這個(gè)消息沒有發(fā)出，這個(gè)時(shí)隙仍會(huì)被保留。如果把這種通信方式比作纜車，每個(gè)循環(huán)好比纜車包廂。纜車工作，不斷帶動(dòng)包廂運(yùn)轉(zhuǎn)，每節(jié)包廂到達(dá)上客點(diǎn)的時(shí)間間隔一致，但不管上客點(diǎn)有沒有旅客上客，這個(gè)包廂還是會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。如果旅客趕不上這節(jié)包廂，則可以乘坐下一節(jié)包廂進(jìn)行運(yùn)輸。

圖2 FlexRay總線的波形（截屏）

圖3 放大2個(gè)循環(huán)的波形（截屏）

在區(qū)間2內(nèi)，2個(gè)循環(huán)的波形是有區(qū)別的，這是因?yàn)镕lexRay總線除了支持時(shí)間觸發(fā)式通信以外，還可通過事件觸發(fā)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

如圖4所示，由時(shí)間觸發(fā)的信息，在FlexRay總線上的時(shí)間可以被預(yù)測出來，因此保證了其確定性，這段稱之為靜態(tài)段（對應(yīng)圖3中的區(qū)間1）。由事件觸發(fā)的信息，可配置在事件控制區(qū)域內(nèi)傳輸，具有事件觸發(fā)的靈活特性，這段稱之為動(dòng)態(tài)段（對應(yīng)圖3中的區(qū)間2）。

圖4 FlexRay總線的靜態(tài)段和動(dòng)態(tài)段

1.2 信號(hào)狀態(tài)

FlexRay總線同CAN總線類似，也為雙絞線（圖5），其中一根為粉色線，為總線正線（Busplus，簡稱BP線）；另一根為綠色線，為總線負(fù)線（Busminus，簡稱BM線）。

圖5 FlexRay總線外觀

FlexRay總線的信號(hào)有3種狀態(tài)，分別為空閑、數(shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1。如圖6所示，單根FlexRay總線上的信號(hào)電壓有3種，分別為1.5 V、2.5 V和3.5 V。BP線上的信號(hào)電壓從2.5 V先上升至3.5 V，然后再下降至1.5 V，隨后在1.5 V和3.5 V間交替變化。BM線上的信號(hào)電壓從2.5 V先下降至1.5 V，然后再上升至3.5 V，隨后也在1.5 V和3.5 V間交替變化。

圖6 BM線和BP線上的信號(hào)波形（截屏）

如圖7所示，當(dāng)BP線和BM線上的信號(hào)電壓均為2.5 V時(shí)，F(xiàn)lexRay總線為空閑狀態(tài)；當(dāng)BP線上的信號(hào)電壓為3.5 V，BM線上的信號(hào)電壓為1.5 V時(shí)，F(xiàn)lexRay總線為數(shù)據(jù)1狀態(tài)；當(dāng)BP線上的信號(hào)電壓為1.5 V，BM線上的信號(hào)電壓為3.5 V，F(xiàn)lexRay總線為數(shù)據(jù)0狀態(tài)。

圖7 FlexRay總線的信號(hào)狀態(tài)