汽车车载网络技术详解(第2版)第5章以太网与FlexRay总线.pptx

目 录,前言 第1章 车载网络系统基础知识 第2章 CAN总线传输系统 第3章 常用车载网络系统的结构与原理 第4章 光学总线系统 第5章 以太网与FlexRay总线 第6章 丰田汽车多路传输系统 第7章 奥迪大众车系车载网络系统 第8章 通用车系车载网络系统 第9章 本田多路集成控制系统 第10章 汽车车载网络系统检修,第5章 以太网与FlexRay总线,第一节 以太网 第二节 FlexRay总线 第三节 FlexRay总线在BMW车系中的应用 第四节 FlexRay总线在2010年款奥迪A8中的应用,第一节 以太网,1．以太网 以太网（Ethernet）最早由Xerox（施乐）公司创建，1980年由DEC（美国数字设备公司）、Intel（英特尔公司）和Xerox三家公司联合开发成为一个网络标准以太网是一项使用电缆连接的网络技术，可供任何制造商使用2．以太网的标准,以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和10G以太网（10Gbit/s）等以太网采用的是CSMA/CD访问控制法，符合IEEE802.3标准二、以太网在汽车上的应用,在BMW车系的F01/F02车型上采用快速以太网（100Mb/s）作为快速编程接口。

同时，快速以太网负责在CIC（车辆信息计算机）与RSE（后座区娱乐系统）之间传输媒体数据1．在F01/F02上的应用,只有插入BMW编程系统（ICOMA）时才会启用诊断插座内的以太网编程插头内的线脚8与线脚16之间有一个启用电桥，该电桥负责接通中央网关模块内以太网控制器的供电电路也就是说，车辆行驶时通过以太网连接中央网关模块的功能处于停用状态信息和通信系统间的以太网连接不受诊断插座内启用电桥的影响，始终处于启用状态2．以太网的安全性,以太网上的所有设备都有单独分配的识别号，即MAC（媒体访问控制）地址建立连接时，BMW编程系统通过该地址和VIN（车辆识别号）识别车辆，以此避免第三方更改数据记录和存储值与办公室内的计算机网络一样，以太网网络内的所有设备都必须拥有唯一的识别号3．以太网的特点,1）数据传输速率很高，可达100Mb/s 2）建立连接和分配地址时系统启动用时3s，进入休眠模式时用时1s 3）只能通过BMW编程系统访问以太网BMW车系F01/F02总线系统概览 ACSM碰撞和安全模块（高级碰撞和安全模块） AHM—挂车模块 AL—主动转向系统 CAS—便捷登车及起动系统 CIC—车辆信息计算机 CID—中央信息显示屏 CON—控制器 DDE—数字式柴油机电子系统 DME—数字式发动机电子系统 DSC—动态稳定控制系统 DVD—DVD换碟机 EDC SHL—左后电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDC SHR—右后电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDC SVL—左前电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDC SVR—右前电子减振器控制系统卫星式控制单元 EGS—变速箱电子控制系统 EHC—车辆高度电子控制系统 EKPS—电动燃油泵控制系统 EMA LI—左侧电动安全带收卷装置（安全带） EMA RE—右侧电动安全带收卷装置（安全带） EMF—电动机械式驻车制动器 FCON—后座区控制器 FD—后座区显示屏 FD2—后座区显示屏 2 FKA—后座区暖风和空调系统 FLA—远光灯辅助系统 FRM—脚部空间模块 FZD—车顶功能中心 GWS—选档开关 HiFi—高保真音响放大器 HKL—行李箱盖举升装置 HSR—后桥侧偏角控制系统 HUD—平视显示屏 ICM—集成式底盘管理系统 IHKA—自动恒温空调 JBE—接线盒电子装置 KAFAS—基于摄像机原理的驾驶员辅助系统 KOMBI—组合仪表 NVE—夜视系统电子装置 PDC—驻车距离监控系统 RDC轮胎压力监控系统 OBD—诊断插座 RSE-Mid—后座区娱乐系统 RSE-High—Professional后座区娱乐系统 SDARS—卫星调谐器（美规） SMBF—前乘客座椅模块 SMBFH—前乘客侧后部座椅模块 SMFA—驾驶员座椅模块 SMFAH—驾驶员侧后部座椅模块 SWW—换车道警告 SZL—转向柱开关中心 TCU—远程通信系统控制单元 TOP-HIFI—顶级高保真音响系统 TRSVC—倒车摄像机和侧视系统控制单元（顶部后方侧视摄像机） ULF-SBX—接口盒（ULF 功能） ULF-SBX High—高级接口盒（蓝牙技术、语音输入和 USB /音频接口） VDM—垂直动态管理系统（电子减振器控制系统的中央控制单元） VM—视频模块 VSW—视频开关 ZGM—中央网关模块,4．以太网的功能,1）进行汽车维修时能更迅速地进行车辆编程。

2）在CIC与RSE间传输媒体数据如图5-3所示，在OBD诊断插座、ZGM和CIC之间通过两个没有附加屏蔽层的双绞线连接此外还有一个为各控制单元内以太网控制器供电的启用导线CIC与RSE之间的导线带有屏蔽层，取代了启用导线以太网的导线连接,第二节 FlexRay总线,1．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特点，可以作为新一代汽车内部网络的主干网络目前，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）2．FlexRay的数据传输速率,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除较高的带宽外，FlexRay还支持确定性数据传输且能以容错方式进行配置，即个别组件失灵后其余的通信系统仍能继续可靠地工作。

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,3．FlexRay的优点,作为汽车网络系统的标准，FlexRay具有以下优点： 1）数据传输速率较高（可达l0Mb/s，而CAN仅为0.5Mb/s） 2）确定性（实时）数据传输 3）数据通信可靠 4）支持系统集成二、FlexRay的特性,1．总线拓扑结构 FlexRay 总线系统可以不同的拓扑结构和形式安装在车内，既可以采用线形总线拓扑结构，也可以采用星形总线拓扑结构，还可以采用混合总线拓扑结构1）线形总线拓扑结构,形总线拓扑结构中，所有控制单元（例如SG1至SG3）都通过一个双线总线连接该总线采用两个铜芯双绞线，CAN总线也使用这种连接方式线形拓扑结构在两根导线上传输相同的信息，但电平不同线形拓扑结构所传输的差动（差分）信号不易受到干扰，仅适用于电气数据传输线形总线拓扑结构,（2）星形总线拓扑结构,在星形总线拓扑结构中，卫星式控制单元（控制单元SG2至SG5）分别通过一个独立的导线与中央主控控制单元（SG1）连接这种星形拓扑结构既适合于电气数据传输，也适合于光学数据传输。

星形总线拓扑结构,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（见图5-7）来实现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外一条没有发生故障的信道上传输冗余数据传输 A—信道1 B—信道2,3．信号特性,FlexRay总线信号必须在规定范围内图5-8和图5-9给出了总线信号的正常波形和非正常波形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FlexRay总线系统的电压范围如下1）系统接通系统接通时，如果无总线通信，则其电压为2.5V 2）高电平信号高电平信号的电压为3.1V（电压信号上升600mV） 3）低电平信号低电平信号的电压为1.9V（电压信号下降600mV） 注：电压值以对地（搭铁）测量方式得到4．确定性数据传输,图5-10 FlexRay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,5．唤醒和休眠特性,FlexRay的唤醒信号曲线,第一阶段，驾驶员用车钥匙或遥控器将车辆开锁。

CAS控制单元启用唤醒脉冲并通过唤醒导线将车辆开锁信号（高电平）传输给所连接的FlexRay控制单元 第二阶段，驾驶员打开车门，进入车内在将车钥匙插入点火开关之前，由于总线端R仍处于断开状态，总线系统内的信号电平再次下降（低电平） 第三阶段，驾驶员起动发动机，总线端15接通，则总线系统内的信号电平保持在设定值（高电平），直至再次关闭总线端15 第四阶段，驾驶员关闭发动机，拔出车钥匙，锁好车门此时，总线端R再次处于断开状态当总线端R处于断开状态时，FlexRay总线系统进入休眠模式，以免耗电过多6．同步化,为了能够在联网控制单元内同步执行各项功能，需要有一个共同的时基由于在所有控制单元内部都是利用其自身的时钟脉冲发生器工作的，因此，必须通过总线进行时间匹配控制单元测量某些同步位的持续时间，据此计算平均值并根据这个数值调整总线时钟脉冲同步位在总线信息的静态部分中发送第三节 FlexRay总线在BMW车系中的应用,1．FlexRay总线应用概述 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同时，FlexRay是行驶动态管理系统的综合性主总线系统，中央网关模块用于不同总线系统与FlexRay之间的连接,FlexRay是行驶动态管理系统的综合性主总线系统,,中央网关模块（ZGM）用于不同总线系统与FlexRay之间的连接,,F01/F02车型 FlexRay总线系统的拓扑结构 AL—主动转向系统 BD—总线驱动器 DME—数字式发动机电子系统 DSC—动态稳定控制系统 EDCSHL—左后电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDCSHR—右后电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDCSVL—左前电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDCSVR—右前电子减振器控制系统卫星式控制单元 HSR—后桥侧偏角控制系统 ICM—集成式底盘管理系统 SZL—转向柱开关中心 VDM—垂直动态管理系统 ZGM—中央网关模块,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。

中央网关模块的这种连接方式称为“终止节点终端”终止节点终端内部的终端电阻,二、FlexRay的故障处理与检测,1．故障处理 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4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2．布线,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由于导线的波阻抗（高频导线的阻抗）取决于外部影响因素，因此终端电阻根据所需阻值进行了精确调节借助万用表（欧姆表）可以相对简单地检测至终端设备的部分导线为此，应从中央网关模块处进行测量3．导线电阻的检测,检测FlexRay导线电阻时必须使用车辆电路图。