1. FlexRay总线定义FlexRay是一种用于汽车的高速可确定性的、具备故障容错的总线系统。汽车
中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换主要是通过CAN网络进行的。然而新的X- by-wire系统设计思想的出现,导致车辆系统对信息传送速度尤其是故障容错与时间确定性的需求不断增加。 FlexRay通过在确定的时间槽中传送信息,以及在两个通道上的故障容错和冗余信息的传送,可以满足这些新增加的要求。
2.FlexRay总线网络特点FlexRay总线网络具有以下特点。
(1)数据传输速率高 FlexRay网络最大传输速率可达到10 Mbit/s,双通道总数据传输速率可达到20 Mbit/s,因此,应用在车载网络上, FlexRay的网络带宽可以是CAN网络的20倍。
(2)可靠性 好 FlexRay能够提供很多CAN网络所不具有的可靠性特点,尤其是 Flexray具备的冗余通信能力。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。此外,总线监护器的存在进步提高了通信的可靠性。
(3)确定性 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个时隙是指一个规定的时间段,该时间段对特定信息开放。对时间要求不高的其他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。
(4)灵活性 灵活性是 Flexray总线的突出特点,反映在以下方面:支持多种方式的网络拓扑结构,点对点连接、串级连接、主动星形连接、混合型连接等;
信息长度可配置,可根据实际控制应用需求,为其设定相应的数据载荷长度;双通道拓扑既可用以增加带宽,也可用于传输冗余的信息;周期内静态、动态信息传输部分的时间都可随具体应用而改变。
为了满足不同的通信需求, FlexRay在每个通信周期内都提供静态和动态通信段。静态通信段可以提供有界延迟,而动态通信段则有助于满足在系统运行时间内出现的不同带宽需求。 FlexRay帧的固定长度静态段用固定时间触发的方法来传输信息,而动态段则使用灵活时间触发的方法来传输信息。
3.Fe×Ray网络拓扑结构FlexRay网络拓扑结构分为总线型拓扑、星型拓扑和混合型拓扑。
(1)总线型拓扑结构 FlexRay总线拓扑结构如图4-13所示,节点通过总线驱动器直接连接到总线的两个通道上。节点可以选择同时连接两条通信通道,进行双通道冗余或非冗余配置,也可以选择只连接一条通信通道。总线上任意一个
节点都可以接收总线数据,且任意节点发出的信息可以被总线上的多个节点接收。
(2)星型拓扑结构 FlexRay星型拓扑结构如图4-14所示,连接着ECU的有源星形设备,具有将一个分支的数据位流传输到所有其他分支的功能。有两个分支的有源星形设备可以被看成继电器或集线器以增加总线长度。
(3)混合型拓扑结构 FlexRay混合型网络拓扑结构如图4-15所示,由总线型拓扑结构和星形拓扑结构组成。混合型拓扑结构适用于较复杂的车载网络,其兼具总线型拓扑结构和星型拓扑结构的特点,在保证网络传输距离的同时可以提高传输性能。
4.FlexRay数据帧格式FlexRay的数据帧格式如图4-16所示,它由头部段、负载段和尾部段组成。
(1)头部段头部段包括1bit保留位,1bit数据指示符表示静态消息帧是否包含 NM Vector或动态消息帧是否包含信息ID,1bit空帧指示符表示负载段的数据是否为空,1bt同步帧指示符表示是否为同步帧,1bit启动帧指示符表示是否为起
始帧、11bit帧ID、7bit有效数据长度、11bit CRC循环校验码和6bit循环计数位。
(2)负载段 负载段包含0~254B的数据、信息⑩和网络管理向量。
(3)尾部段 尾部段主要是CRC校验域。
FlexRay网络上的通信节点在发送一个报文帧时,先发送头部段,再发送负载段,最后是尾部段5.FlexRay网络在汽车上的应用FlexRay网络具有速度快、效率高、容错性强等特点,可用于汽车动力和底盘系统的控制数据传输。
(1)替代CAN总线 在数据传输速率要求超过CAN的应用会采用两条或多条CAN总线来实现, Flex Ray将是替代这种多总线解决方案的理想技术。
(2)用作“数据主干网” FlexRay具有很高的数据传输速率,且支持多种拓扑结构,非常适合于车辆主干网络,用于连接多个独立网络。
(3)用于分布式测控系统 分布式测控系统用户要求确切知道消息到达时间,且消息周期偏差非常小,这使得 FlexRay成为首选技术,如动力系统、底盘系统的一体化控制中。
(4)用于高安全性要求的系统 FlexRay本身不能确保系统安全,但它具备大量功能以支持面向安全的系统设计。
图4-17所示是奥迪A8中的 Flex Ray总线拓扑结构。奥迪A8使用 Flexray总线可以实现驾驶动态控制、车距控制、自适应巡航控制和图像处理等功能。
Flexray总线的拓扑结构可以分为点对点连接的主动星型拓扑结构(支路3)和总线型拓扑结构(支路1、2和4)。数据总线诊断接口J533用作控制器,上面有4个支路接口。其他总线用户围绕着数据总线诊断接口J533分布在若干支路上。
每条支路上最多连接2个控制单元,其中主动星型连接器以及支路上的末端控制单元始终接低电阻(内电阻较低),而中间控制单元则始终接高电阻(内电阻较高)。
冷态启动和同步控制单元有数据总线诊断接口J533、ABS控制单元J104、电子传感器控制单元J849。非冷态启动控制单元有车距控制装置控制单元J428、车
距控制装置控制单元2 J850、图像处理控制单元J851、四轮驱动系统控制单元J492、水平高度调节系统控制单元J197。
