FlexRay汽車總線淺析(下)

◆文/北京 景忠玉

(接2018年第4期)

(6)FlexRay總線終端電阻

在汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為了避免信息傳到終端反射回來，對正在傳輸?shù)男畔⒃斐筛蓴_和影響，CAN總線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般在傳輸終端設(shè)置終端電阻器(圖13)，F(xiàn)lexRay總線也不例外，其終端也設(shè)置了終端電阻，終端電阻器的阻值由數(shù)據(jù)傳輸速率和導(dǎo)線長度決定。如果一個總線驅(qū)動器BD上僅連接一個控制模塊，則在總線和控制模塊的接口各設(shè)置一個終端電阻。如果控制模塊上的接口不是物理終止節(jié)點，每個總線路徑兩端的組件則以終端電阻終止(圖14)。

圖13 終止節(jié)點終端內(nèi)部的終端電阻

圖14 形成環(huán)路的FlexRay終端電阻的設(shè)置

二、 FlexRay總線拓撲

1.線性總線拓撲結(jié)構(gòu)

線性拓撲結(jié)構(gòu)在CAN總線中使用比較廣泛，在FlexRay總線中，線性拓撲結(jié)構(gòu)僅適用于電氣數(shù)據(jù)傳輸。線性拓撲結(jié)構(gòu)中所有控制單元(SG1……SG3)都通過銅芯雙絞線連接。相同的信息在兩根導(dǎo)線上傳輸，但其電壓電平不同，所傳輸?shù)牟顒有盘枌Ω蓴_不敏感。圖15(可選擇冗余信道；可延用當(dāng)前的物理層)、16為FlexRay總線型拓撲結(jié)構(gòu)圖。

圖15 總線型拓撲

圖16 FlexRay總線型拓撲結(jié)構(gòu)

2.星形總線拓撲結(jié)構(gòu)

在星形總線拓撲結(jié)構(gòu)中，控制單元(SG2……SG5)分別通過一個獨立的導(dǎo)線與中央主控控制單元(SG1)連接。星形拓撲結(jié)構(gòu)既適合于電氣數(shù)據(jù)傳輸，也適合于光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸。使用星型拓撲可解決容錯問題，如果出現(xiàn)意外情況，星型的支路可以有選擇地切斷。如果無源總線線纜長度超過規(guī)定限制，星型拓撲還可以用作復(fù)制器。圖17(可選擇冗余信道；點對點形式的物理連接)、18為FlexRay星型拓撲結(jié)構(gòu)圖。

圖17 星型拓撲

圖18 FlexRay星型拓撲結(jié)構(gòu)(寶馬E70)

3.混合型總線拓撲結(jié)構(gòu)

在混合總線拓撲結(jié)構(gòu)中一個總線系統(tǒng)內(nèi)可使用不同的拓撲結(jié)構(gòu)，比如，一部分采用線性結(jié)構(gòu)，另一部分則采用星形結(jié)構(gòu)。圖19、20為混合型拓撲結(jié)構(gòu)圖。

圖19 混合型拓撲結(jié)構(gòu)

圖20 混合型拓撲結(jié)構(gòu)(F01/F02 FlexRay的物理結(jié)構(gòu))

三、 FlexRay總線的故障診斷與檢測

1.FlexRay總線故障成因

(1)電源故障。如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于FlexRay總線節(jié)點(控制模塊)的正常工作電壓，?節(jié)點(ECU/Node)可能短暫地停止工作，?從而造成整個車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暫時無法通信。此時，?應(yīng)首先排除汽車電源系統(tǒng)故障，然后再檢查FlexRay總線的供電是否正常。

(2)總線鏈路故障。當(dāng)汽車總線系統(tǒng)的通信線路出現(xiàn)故障(如雙絞線互相短路、對電源短路、對地短路或者總線斷路)時，?會引起總線鏈路上的控制模塊無法正常工作。對于這類故障，可以借助示波器讀取總線波形進行判斷、排除。

(3)總線節(jié)點(控制模塊)故障?？刂颇K故障一般包括軟件故障和硬件故障兩類。?軟件故障一般表現(xiàn)為協(xié)議或程序出現(xiàn)缺陷或發(fā)生沖突，?從而導(dǎo)致總線信息傳送出現(xiàn)混亂或無法正常傳輸；硬件故障一般是控制模塊部件、集成電路及接口損壞。控制模塊的軟件故障一般扎堆出現(xiàn)且難以修復(fù)，而硬件故障則可以通過替換法進行排除。

2.FlexRay總線故障診斷思路

對于FlexRay總線系統(tǒng)的故障，可使用車輛專用診斷儀讀取故障碼、查看數(shù)據(jù)流、讀取總線波形進行綜合分析和判斷。通過查閱車輛維修手冊、分析網(wǎng)絡(luò)拓撲圖及控制策略，梳理邏輯關(guān)聯(lián)，確定故障成因。

3.FlexRay總線故障診斷檢測方法

(1)測量FlexRay總線終端電阻

通過查閱維修手冊、查看電路圖及網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，摸清終端電阻器的連接及邏輯關(guān)系，然后進行終端電阻阻值的測量，分析測量結(jié)果，判斷總線故障原因，確定故障部位。一般總線在兩個傳輸終端設(shè)置的終端電阻值大約為90～110Ω，通常采用并聯(lián)測量，其阻值約為45～55Ω。通過測出的電阻值判斷總線斷路點及短路范圍。

(2)測量FlexRay導(dǎo)線電阻

靜態(tài)模式和動態(tài)模式下，電氣性能差別很大，線路出現(xiàn)擠壓變形或插頭腐蝕等損壞情況時，在靜態(tài)模式下電阻值可能位于公差范圍內(nèi)。但是，在動態(tài)模式下電氣影響因素可能引起波涌阻抗提高，從而出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸問題。因此，應(yīng)仔細閱讀維修手冊和電路圖，進行針對性測量。

(3)測量FlexRay總線工作電壓

FlexRay系統(tǒng)電壓的測量可參照CAN總線進行。正常情況下FlexRay-H的電壓值大約在2.6V左右，F(xiàn)lexRay-L的電壓值在2.4V左右。如果實測值為0，說明對地短路；如果實測值為12V，說明對電源短路。如果某一條支路電壓正常，并不能說明總線其他支路正常，還應(yīng)該對所有支路的電壓進行測量判斷。

(4)測量FlexRay總線波形

FlexRay系統(tǒng)波形測量時，需要專用的示波器。將實測波形與標準波形比對，用以判斷FlexRay總線系統(tǒng)故障原因及故障點。如果某一條支路波形正常，并不能說明總線其他支路正常，還應(yīng)該對所有支路的波形進行測量分析。

4.FlexRay總線維修

FlexRay總線電纜損壞時可以進行修復(fù)，維修FlexRay的線路時，需注意盡可能保持總線雙絞線布置方式，剝掉絕緣層的維修部位不能簡單連接，必須使用熱縮管固定密封。如果總線傳送介質(zhì)進水，可能干擾波涌阻抗，從而影響總線系統(tǒng)的效率。

綜上所述，F(xiàn)lexRay總線在線控操作(X-by-Wire)控制領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。隨著車載電控單元、智能型傳感器及執(zhí)行元件的增加，對車載通信要求越來越高，F(xiàn)lexRay總線作為傳輸速率較高的新型總線，在不久的將來會得到廣泛應(yīng)用，是最有可能替代CAN總線并成為車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主干總線。