《汽车总线技术教学课件作者周旭第5章以太网与flexray总线系统故障检修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车总线技术教学课件作者周旭第5章以太网与flexray总线系统故障检修（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 以太网与FlexRay总线系统故障检修,5.1 以太网 5.2 FlexRay总线 5.3 FlexRay总线的应用,返回,5.1 以太网,5.1.1 以太网及其标准 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.以太网标准 以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网（10 Mbit/s）、快速以太网（100 Mbit/s）和10G以太网（10 Gbit/s）等。以太网采用的是CSMA/
2、CD访问控制法，符合IEEE 802.3标准。 经过30多年的发展，以太网的数据传输速率已经得到成倍提高。目前在汽车上使用的是数据传输速率为100 Mbit/s的IEEE 802.3u标准。IEEE802.3xx是美国电气与电子工程师协会针对电缆连接网络的一项标准。该标准又被称为“快速以太网”，使用TCP/IP（传输控制协议/网络协议）和UDP（用户数据报协议）作为传输协议。,下一页,返回,5.1 以太网,5.1.2 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（100 Mbit/s）作为快速编程接口，如图5-1所示。同时，快速以太网负责在CIC（车辆信息计算机）与R
3、SE（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。在编程插头内的线脚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。,上一页,下一页,返回,5.1 以太网,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
4、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。因此建立连接后，中央网关模块从编程系统得到一个IP地址。 网络内的IP地址功能相当于电话网络的电话号码。这个IP地址通过DHCP（动态主机配置协议）来分配，这是一种自动为网络内终端设备分配IP地址的方法。,上一页,下一页,返回,5.1 以太网,3.以太网的特点 （1）数据传输速率高，可达100 Mbit/s。 （2）建立连接和分配地址时系统启动用时3 s，进入休眠模式时用时1 s。 （3）只能通过BMW编程系统访问以太网。 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
5、RSE间传输媒体数据。 如图5-2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。此外还有一根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。,上一页,下一页,返回,5.1 以太网,诊断插头与BMW 编程系统之间必须使用一个所谓的五类线。这种五类线是使用4 个非屏蔽双绞线的网络电线，可以在频率带宽1 000 MHz 范围内传输数据。针对BMW 车系F01/ F02 车型所需要的传输要求，使用两个双绞线即可满足要求。,上一页,返回,5.2 FlexRay 总线,5.2.1 FlexRay 总线简介 1.FlexRay 总
6、线的发展 FlexRay 是一种用于汽车的高速、可确定性的，具有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。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）。 由于目前通过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。,下一页,返回,5.2 Fl
7、exRay 总线,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。 由于控制单元在车辆内联网对通信系统技术方面的要求越来越高，同时认识到有必要为基础系统提供一个开放式标准化解决方案，因此开发了新型通信系统FlexRay。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。 2.FlexRay 的数据传输速率 如图5-3 所示，FlexRay 的最大数据传输速率为每通道10 Mbit/s，明显高于以前在车身和动力系统、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
8、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。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,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10 Mbit/s，而CAN 仅为0.5 Mbit/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。 5.2.2 FlexRay的特性 下面介绍FlexRay总线系统的拓扑结构、信号特性、确定性数据传输、总线信号等重要特性。 1.总线拓扑结构 FlexRay总线系统可以不同的拓扑结构
9、和形式安装在车内，既可采用线型总线拓扑结构也可采用星型总线拓扑结构，还可采用混合总线拓扑结构。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,（1）线型总线拓扑结构。 在线型总线拓扑结构中，如图5-4所示，所有控制单元（如SG1至SG3）都通过两个铜芯双绞线总线连接。线型拓扑结构在两根导线上传输相同的信息，但电平不同。线型总线拓扑结构所传输的差动信号不易受到干扰，适用于电气数据传输。 （2）星型总线拓扑结构。 在星型总线拓扑结构中，如图5-5所示，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单元连接，这种结构既适用于电气数据传输，又适用于光学数据传输。 （3）
10、混合总线拓扑结构。 在混合总线拓扑结构中，在同一个总线系统内可以使用不同的拓扑结构。总线系统的一部分采用线型结构，另一部分采用星型结构。F01/F02 使用的就是混合总线拓扑结构。根据车辆配置情况，在中央网关模块内带有一个或两个星型连接器，每个星型连接器都有4 个总线驱动器。因此，最多可提供8 个接口。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,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。这一要求可以通过第二个数据信道进行冗余数据传输（图5-6）来实现。 具有冗余数据传输能力的总线系统中使用两个相互独立的信道。每个信道都由一组双导线组成。一
11、个信道失灵时，该信道应传输的信息可在另外一条没有故障的信道上传输。 3. 信号特性 FlexRay 总线信号必须在规定范围内，如图5-7 和图5-8 所示，分别为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。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,FlexRay 总线系统是数据传输速率较高且电平变化较快的一种总线系统，对电平高低以及电压上升沿和下降沿的斜率都有严格要求，必须达到规定数值，且信号波形不得进入所标记的区域。因导线安装不正确、接触电阻等产生的电气故障可能会导致数据传输出现问题。 图5-7和图5-8只能用速度很快的实验室研究用的专
12、业示波器才能显示出来，BMW车系诊断系统中使用的示波器不适合显示这种波形。 FlexRay总线系统的电压范围为：系统接通时，如果无总线通信，其电压为2.5 V；高电平信号为3.1 V（电压信号上升600 mV）；低电平信号为1.9 V（电压信号下降600 mV）。其中电压值以对地（搭铁）测量方式得到。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,4.确定性数据传输 CAN网络是一个事件触发式总线系统，发生一个事件时就会传输数据。多个事件汇集在一起时，可能在后续信息发送时出现延迟现象。如果无法成功准确地传输一条信息，该信息将一直发送，直至相应通信设备确认已接收到。如果CAN总线系统内出现
13、故障，可能会导致这些事件触发的信息汇集在一起并造成总线系统过载，即各信号的传输要延迟很长时间，这样会导致各系统的控制性能变差。 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。这样，在FlexRay 总线系统内重要的周期性信息以固定的时间间隔传输，因此不会造成FlexRay 总线过载。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,对时间要求不高的其他信息则在事件控制区域内传输。FlexRay 总线系统内确定性数据的传输过程如图5-9 所示。 确定
14、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。因此，FlexRay 不会由于总线系统过载而导致重要总线信息发送延迟。如果由于暂时性总线故障导致一条信息丢失，则该信息不会再次发送，在此规定的下一时隙内将发送当前数值。 5. 唤醒和休眠特性 在BMW 车系F01 车型中，虽然可通过总线信号唤醒FlexRay 控制单元，但大部分FlexRay 控制单元由CAS（便捷登车及启动系统）通过一个附加唤醒导线进行唤醒。该唤醒导线的功能与以前BMW 车系PT-CAN 内的唤醒导线（15WUP）相同，其信号曲线也与PT-CAN 的信号曲线一样。,上一页,下一页,
15、返回,5.2 FlexRay 总线,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4 个减震器卫星式控制单元。 FlexRay 的唤醒信号曲线如图5-10 所示，从中可以清楚地看出车辆开锁（打开车门锁） 和启动时间的典型的电压曲线。 第一阶段，驾驶员用车钥匙或遥控器开锁。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，驾驶员启动发动
16、机，总线端15号线接通，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号线。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,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。 为确保所有控制单元都进入休眠模式，FlexRay总线系统内的每个控制单元都自动注销。 如果有某些控制单元未能进入休眠模式（可能会导致系统耗电过多），系统会自动存储一条故障信息。在对车辆进行电能（能量）诊断工作时将评估这条故障信息。 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。,上一页,下一页,返回,5.2 FlexRay 总线,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。系统启动后，只要CAS控制单元发送一个唤醒脉冲，FlexRay上的两个授权唤醒单元（图5-1中带“S”标记的控制单元）之
