课件：FlexRay总线系统讲解

智能网联汽车技术汽车制造与装配技术专业资源库智能化网联化FlexRay总线系统主讲人：吴航导入汽车制造与装配技术专业资源库

FlexRay是一种新型通信系统，目标是在电气与机械电子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输，以确保满足未来新的汽车网络技术的需要。

目前，FlexRay总线已经成为汽车网络系统的标准，将在未来很多年内，引领汽车网络系统的发展方向。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果，可以有效管理多重安全和舒适功能，如FlexRay适用于线控操作（X-by-Wire）。通过CAN总线实现联网的方式已经达到其效率的极限，业界普遍认为，FlexRay将是CAN总线的替代标准。

汽车制造与装配技术专业资源库FlexRay是DaimlerChryslerAG的注册商标。1999年，BMW、DaimlerChrysler、飞思卡尔半导体（原摩托罗拉半导体部）Freescale和Philips合作创建了FlexRay协会，以开发新型通信技术。后来Bosch和GeneralMotors也加入了该协会。2002年至今，Ford汽车公司、Mazda、Elmos和SiemensVDO也相继加入该协会。在此期间，世界范围内几乎所有有影响的汽车制造商和供货商都加入了FlexRay协会。

FlexRay为车内分布式网络系统的实时数据传输提供了有效协议。FlexRay的发展汽车制造与装配技术专业资源库

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。以前只有使用光导纤维才能达到该数据传输速率。图1各总线系统的数据传输速率1—实时、确定性（严格规定）和冗余（重复出现）；2—有条件实时（对于控制系统来说已足够）；3—非实时FlexRay的数据传输速率汽车制造与装配技术专业资源库1）数据传输速率较高（可达10Mbit/s）。2）确定性（实时）数据传输。3）数据通信可靠。4）支持系统集成。FlexRay的优点汽车制造与装配技术专业资源库1.总线拓扑结构1）线形总线拓扑结构2）星形总线拓扑结构。图2线形总线拓扑结构图3星形总线拓扑结构FlexRay的特性3）混合总线拓扑结构。图4BMW车系F01车型FlexRay总线的拓扑结构汽车制造与装配技术专业资源库2.冗余数据传输

在容错性系统中，即使某一总线导线断路，也必须确保数据能继续可靠传输。这一要求可以通过在第二个数据信道上进行冗余数据传输（图5）来实现。图5冗余数据传输A—信道1；B—信道2

具有冗余数据传输能力的总线系统使用两个相互独立的信道。每个信道都由一组双线导线组成。一个信道失灵时，该信道应传输的信息可在另一条没有发生故障的信道上传输。FlexRay的特性汽车制造与装配技术专业资源库3.信号特性

FlexRay总线信号必须在规定范围内。无论在时间轴上还是电压轴上，总线信号都不应进入内部区域。图6FlexRay总线系统的正常波形FlexRay总线系统的电压范围如下：1）系统接通。系统接通时，如无通信，则其电压为2.5V。2）高电平信号。高电平信号的电压为3.1V。3）低电平信号。低电平信号的电压为1.9V。注：电压值以对地（搭铁）测量方式得到。

FlexRay的特性汽车制造与装配技术专业资源库图7FlexRay总线系统的非正常波形4.确定性数据传输FlexRay是一种时间触发式总线系统，它也可以通过事件触发方式进行部分数据传输。在时间控制区域内，时隙分配给确定的信息。一个时隙是指一个规定的时间段，该时间段对特定信息（例如转速）开放。FlexRay的特性汽车制造与装配技术专业资源库

对时间要求不高的其它信息则在事件控制区域内传输。确定性数据传输用于确保时间触发区域内的每条信息都能实现实时传输，即每条信息都能在规定时间内进行传输。

图8FlexRay总线系统内确定性数据的传输过程1-循环数据传输的时间触发区域；2-循环数据传输的事件触发区域；3-循环[总循环时间5ms，其中3ms为静态（时间触发），2ms为动态（事件触发）]；n-转速；-角度；t°-温度；v-车速；xyz...，abc...-事件触发的信息；t-时间FlexRay的特性汽车制造与装配技术专业资源库5.唤醒和休眠特性

主动转向系统和VDM（垂直动态管理系统）不通过唤醒导线，而是通过总线信号唤醒。随后通过接通供电直接由VDM启用四个减振器卫星式控制单元。

FIexRay的唤醒信号曲线如图9所示，从中可以清楚地看出车辆开锁（打开车门锁）和起动时的典型的电压曲线。图9FlexRay的唤醒信号曲线FlexRay的特性汽车制造与装配技术专业资源库1.BMW车系中的FlexRay

在BMW车系F01/F02车型中，通过FlexRay总线系统以跨系统方式实现汽车行驶动态管理系统和发动机管理系统的联网。FlexRay的应用

同时，FlexRay是行驶动态管理系统的综合性主总线系统。图5-11FlexRay是行驶动态管理系统的综合性主总线系统图10FlexRay是行驶动态管理系统的综合性主总线系统汽车制造与装配技术专业资源库图11终止节点终端内部的终端电阻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BD0相连），则总线驱动器和控制单元的接口各有一个终端电阻（图13）。中央网关模块的这种连接方式称为“终止节点终端”。图12形成环路的FlexRay终端电阻的设置

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DSC、ICM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（图14）FlexRay的应用汽车制造与装配技术专业资源库1.故障处理FlexRay总线导线出现故障或FlexRay控制单元自身出现故障时，可能会切断各控制单元或整个支路与总线之间的通信。带有四个授权唤醒FlexRay控制单元（ZGM、DME、DSC、ICM）的分支除外。如果这些控制单元之间的通信中断，则发动机无法起动。此外，控制单元内的这种总线监控功能还能防止在非授权时间发送信息，从而防止覆盖其它信息。2.布线特点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。终端电阻位于中央网关模块和终端设备内。借助万用表（欧姆表）可以相对简单地检测至终端设备的部分导线。FlexRay的故障处理与检测汽车制造与装配技术专业资源库3.导线电阻的检测1）检测FlexRay导线电阻时必须使用车辆电路图。2）FlexRay导线电阻的检测结果无法100%地判断出系统功能正常与否。静态模式和动态模式下，电气性能差别很大。3）FlexRay的导线是双绞线，导线损坏时可以用普通导线进行替换维修。但是安装时必须遵守其特殊要求。4）对FlexRay的导线进行维修时，必须尽可能保持双绞线布置方式。5）剥掉绝缘层的维修部位必须用冷缩配合软管加以密封。FlexRay的应用课堂小结汽车制造与装配技术专业资源库1、FlexRay是一种新型通信系统，目标是在电气与机械电子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输，最大数据传输速率为每通道10MBit/s。2、具有冗余数据传输能力的总线系统使用两个相互独立的信道。每个信道都由一组双线导线组成。一个信道失灵时，该信道应传输的信息可在另一条没有发生故障的信道上传输。3、FlexRay是一种时间触发式总线系统，它也可以通过事件触发方式进行部分数据传输。在时间控制区域内，时隙分配给确定的信息。4、FlexR