戈華飛
保時捷(中國)技術(shù)診斷專家
上海交通電臺客座專家
世界技能大賽汽車技術(shù)項目教練組成員(上海)
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CAN總線已經(jīng)在車輛上運用多年,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)運而生。
FlexRay總線是由FlexRay聯(lián)盟專為車內(nèi)局域網(wǎng)設(shè)計的一種具備故障容錯的高速車載總線??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(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
FlexRay總線采用了基于時間觸發(fā)的機制,傳輸速率通常為10 Mbit/s,具有高帶寬、容錯性能好等特點,在實時性、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)包是個循環(huán)結(jié)構(gòu),每個循環(huán)的時間是確定的。如圖2所示,每間隔5 ms會出現(xiàn)1次循環(huán),每個循環(huán)就是一次數(shù)據(jù)通信。放大其中2個循環(huán)的波形(圖3)可以發(fā)現(xiàn),在區(qū)間1內(nèi),2個循環(huán)的波形是一樣的,這是因為此區(qū)間中的每一個時間間隔都已經(jīng)被預(yù)留好了,這個時間間隔稱之為時隙。每個時隙對應(yīng)特定的消息,如果在1個循環(huán)內(nèi)這個消息沒有發(fā)出,這個時隙仍會被保留。如果把這種通信方式比作纜車,每個循環(huán)好比纜車包廂。纜車工作,不斷帶動包廂運轉(zhuǎn),每節(jié)包廂到達上客點的時間間隔一致,但不管上客點有沒有旅客上客,這個包廂還是會運轉(zhuǎn)下去。如果旅客趕不上這節(jié)包廂,則可以乘坐下一節(jié)包廂進行運輸。
圖2 FlexRay總線的波形(截屏)
圖3 放大2個循環(huán)的波形(截屏)
在區(qū)間2內(nèi),2個循環(huán)的波形是有區(qū)別的,這是因為FlexRay總線除了支持時間觸發(fā)式通信以外,還可通過事件觸發(fā)來進行數(shù)據(jù)的傳輸。
如圖4所示,由時間觸發(fā)的信息,在FlexRay總線上的時間可以被預(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)段和動態(tài)段
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,為總線負線(Busminus,簡稱BM線)。
圖5 FlexRay總線外觀
FlexRay總線的信號有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總線上的信號電壓有3種,分別為1.5 V、2.5 V和3.5 V。BP線上的信號電壓從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線上的信號波形(截屏)
如圖7所示,當BP線和BM線上的信號電壓均為2.5 V時,F(xiàn)lexRay總線為空閑狀態(tài);當BP線上的信號電壓為3.5 V,BM線上的信號電壓為1.5 V時,F(xiàn)lexRay總線為數(shù)據(jù)1狀態(tài);當BP線上的信號電壓為1.5 V,BM線上的信號電壓為3.5 V,F(xiàn)lexRay總線為數(shù)據(jù)0狀態(tài)。
圖7 FlexRay總線的信號狀態(tài)