汽車車載FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)故障診斷與排除

張海松 陳寧

摘要：本文介紹汽車車載FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線的結(jié)構(gòu)原理、特點，分析奧迪車系FlexRay總線故障，總結(jié)車載FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線常見的故障類型及故障的診斷方法，對從業(yè)人員學(xué)習(xí)FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線相關(guān)故障檢測維修提供相應(yīng)的參考。

Abstract： This article introduces the structural principles and characteristics of the vehicle-mounted FlexRay network bus， analyzes the faults of the Audi vehicle series FlexRay bus， summarizes the common fault types and fault diagnosis methods of the vehicle-mounted FlexRay network bus， and provides the practitioners with learning the FlexRay network bus related fault detection and maintenance The corresponding reference.

關(guān)鍵詞：汽車;FlexRay;總線

Key words： bus;FlexRay;automotive

中圖分類號：TP393.07? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0173-02

0? 引言

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了各控制單元之間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)共享，得到廣泛的應(yīng)用。相比CAN總線，在通信速率、實時性、可靠性、容錯性等多方面具有明顯優(yōu)勢，目前奧迪、寶馬、奔馳等豪華品牌均采用FlexRay車載總線技術(shù)。

FlexRay總線集微機、電子、數(shù)字和信息等多維技術(shù)的融合，具有抽象的邏輯維度，一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)涉及眾多控制單元，一個故障可能涉及多個系統(tǒng)故障，且故障比較隱蔽，相關(guān)故障一直是汽車診斷維修中的難題。

1? FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線的結(jié)構(gòu)原理

1.1 FlexRay總線的原理

FlexRay總線系統(tǒng)能滿足車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未來的高要求，特別是更高的數(shù)據(jù)傳輸率、抗故障能力和實時性方面的要求。FlexRay總線擴大了應(yīng)用范圍，如行駛動態(tài)調(diào)節(jié)、遠程檢測、ACC、圖像處理遠程信息采集以及自適應(yīng)巡航系統(tǒng)等。FlexRay總線的工作原理類似索道車系統(tǒng)：站點就是FlexRay總線用戶，索道上的纜車就是信息幀，游客就是信息?？偩€用戶通過FlexRay總線發(fā)送信息的時刻點是精確而固定的[2]，發(fā)送的信息抵達接收器的時刻也是準確的。纜車按固定不變的“運行時刻表”運行，無論旅客是否在纜車上，纜車都是在固定運行著。即使某個總線用戶沒發(fā)送任何信息，相應(yīng)的帶寬也會保留，不用給信息排優(yōu)先等級?！翱绽|車”在系統(tǒng)里認為是發(fā)送器有故障，系統(tǒng)中控制單元總是在發(fā)送信息，對新來的信息上會標有所謂的“升級位”。如果沒有新信息，重復(fù)發(fā)送舊信息。

1.2 車載FlexRay總線的特點

①車載FlexRay總線是雙絞線，能屏蔽電磁干擾，信號傳輸可靠，10 Mbit/s的傳輸速率。②三種傳輸信號狀態(tài)：數(shù)據(jù)“Data 0”、“Idle”、數(shù)據(jù)“Data 1”。③訪問方式：數(shù)據(jù)傳輸過程中以時間觸發(fā)為控制基準。④拓撲結(jié)構(gòu)：采用“有源星型”點對點連接或菊花鏈星型拓撲結(jié)構(gòu)。⑤沒有優(yōu)先權(quán)設(shè)定，數(shù)據(jù)在固定的時間點內(nèi)發(fā)送。⑥車載FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線控制單元能自行檢測接收到的數(shù)據(jù)信息是否準確。⑦FlexRay總線數(shù)據(jù)信息位數(shù)可達到256位字節(jié)。

1.3 奧迪A8LFlexRay總線

A8L是奧迪車最早應(yīng)用FlexRay總線的車型，其它車型應(yīng)用FlexRay總線系統(tǒng)均是在其基礎(chǔ)進行應(yīng)用的。

在奧迪A8L上FlexRay總線系統(tǒng)中一條FlexRay支路上的“中間控制單元”通過四個芯腳與FlexRay總線連接[1]，兩個用來將總線信號“轉(zhuǎn)送”給下一個控制單元，兩個用于直接與 FlexRay總線通訊。

在2010款奧迪A8L中，每條支路上最多連接兩個控制單元。在主動星型連接器和支路上的“末端控制單元”則終接低電阻內(nèi)阻較低，“中間控制單元”則終接高電阻內(nèi)阻較高?！敖K端控制單元”的終端電阻約94Ω，“中間控制單元”的電阻約 2.6 kΩ，如圖1所示。

2? FlexRay總線故障

2.1 FlexRay總線故障分類

①FlexRay總線線路故障，一般是FlexRay總線一條導(dǎo)線斷路故障、對地短路故障、對正極短路故障、兩條導(dǎo)線彼此之間短路故障和一條導(dǎo)線對某一控制單元斷路故障等。②FlexRay網(wǎng)絡(luò)總線連接插頭損壞或斷開，具體表現(xiàn)在控制單元連接插頭、FlexRay總線相關(guān)的線束之間的插頭損壞或斷開故障。③電源系統(tǒng)故障，具體表現(xiàn)是汽車電源系統(tǒng)提供的電壓低于FlexRay總線控制模塊正常工作電壓[2]，造成控制模塊暫時停止工作，導(dǎo)致車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法通信。④總線控制模塊故障。包括軟件和硬件兩類故障。軟件故障一般為協(xié)議或程序出現(xiàn)缺陷或發(fā)生沖突，造成總線信息傳送出現(xiàn)混亂或無法正常傳輸信息。硬件故障一般為控制模塊的相關(guān)部件、接口和集成電路損壞。軟件故障一般可以通過軟件刷新或升級解決，但硬件故障只能通過替換或部件維修進行排除。

2.2 FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)故障儲存故障碼

FlexRay總線出現(xiàn)故障，有控制單元無法通訊、FlexRay總線有故障、FlexRay總線初始化失敗和FlexRay總線信號故障等故障碼儲存。

2.3 故障案例

故障現(xiàn)象：一輛奧迪A7L當(dāng)踩下剎車減速到30km/h左右時，變速箱紅燈報警（變數(shù)箱故障，注意安全）和四輪驅(qū)動系統(tǒng)報警（四輪驅(qū)動系統(tǒng)故障，可以繼續(xù)行駛）一直亮起，并伴隨有輕微的聳車，車主停車熄火后重新啟動故障消失，儀表報警消失。

故障診斷：車子進廠檢修，用診斷儀讀取故障：02變速箱電控系統(tǒng)故障“FlexRay 數(shù)據(jù)總線，損壞（偶發(fā)）”、22四輪驅(qū)動電子設(shè)備故障碼“FlexRay數(shù)據(jù)總線，損壞（偶發(fā)）”、44動力轉(zhuǎn)向故障 “FlexRay數(shù)據(jù)總線，無同步（偶發(fā)）”。

引導(dǎo)型故障查詢數(shù)據(jù)總線J533、J500、J492、J217（FlexRay分支2）故障。診斷執(zhí)行以下步驟：①檢查線路，②檢查供電，③檢查FlexRay分支2變速箱控制單元J217、四輪驅(qū)動控制單元J492和轉(zhuǎn)向助力控制單元J500。

查閱FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，如圖2所示，目測相關(guān)部件和線束未發(fā)現(xiàn)明顯損壞情況。讀取控制單元數(shù)據(jù)塊測量值：蓄電池電壓為12.88V、發(fā)電機電壓為14.2V、FlexRay分支2的J217的電壓為12.6V、J492的電壓為12.4V、J500的電壓為12.4V、J533的電壓為12.3V。所測量的電壓均在正常范圍，控制單元的搭鐵均正常。

根據(jù)車載網(wǎng)絡(luò)的FlexRay總線的支路圖，測量支路的導(dǎo)線和控制單元的終端電阻，通過測量導(dǎo)線正常，控制單元J217和J492電阻測量值都是2.6千歐左右，線路終端的控制單元J500電阻為94歐左右，均正常，F(xiàn)lexRay總線終端控制端的電壓高線為2.4V，低線為2.6V在正常范圍內(nèi)。

由于故障是偶發(fā)故障，目前儀表未報警，外出進行試車，故障再次出現(xiàn)，車子進工位檢測，診斷儀讀取故障碼和開始一樣，把車子舉升起來對四輪驅(qū)動控制單元進行檢查，發(fā)現(xiàn)護板有撞痕，恰好有線束經(jīng)過，發(fā)現(xiàn)線束有擠壓痕跡，剝開線束后發(fā)現(xiàn)J217與J492之間連接雙膠線被撞擊變形導(dǎo)致故障。

維修線束后，清除故障代碼，試車故障消失，故障清除。

2.4 FlexRay總線故障診斷檢測方法

FlexRay總線系統(tǒng)故障，首先，使用車輛診斷儀讀取故障碼、查看數(shù)據(jù)流以及讀取總線波形進行分析判斷。其次，查閱車輛維修手冊分析網(wǎng)絡(luò)拓撲圖和控制策略，梳理邏輯關(guān)聯(lián)，最后進行實車測量確定故障原因。常用的測量方法有如下幾個：

①測量FlexRay總線終端電阻。查閱維修資料，了解終端電阻器的連接和邏輯關(guān)系，進行終端電阻測量，根據(jù)測量結(jié)果，分析故障原因，查找故障點。②測量FlexRay總線導(dǎo)線電阻。在靜態(tài)和動態(tài)模式下[2]，導(dǎo)線性能差別較大，線路出現(xiàn)變形或插頭腐蝕等損壞情況時，在靜態(tài)模式下阻值可能正常。在動態(tài)模式下影響因素可能導(dǎo)致波涌阻抗提高，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸問題。因此，總線故障維修時測量導(dǎo)線電阻要動靜結(jié)合，才能準確的找到故障點。③測量FlexRay總線工作電壓。FlexRay總線系統(tǒng)電壓在正常情況下FlexRay-H值約為2.6V左右，F(xiàn)lexRay-L值約2.4V左右。測量值為0，說明總線對地短路;測量值為12V，說明總線對電源短路。在測量時某一條支路電壓正常，并不能說明其它支路正常，要對所有支路的電壓進行測量。④測量FlexRay總線波形。用示波器測量FlexRay系統(tǒng)波形，將實測波形與標準波形比對，判斷FlexRay總線系統(tǒng)故障原因及故障點。對于支路上的波形要分別進行測量，某一條支路波形正常，不能說明其它支路正常。

2.5 FlexRay總線線束維修

FlexRay總線是雙絞接線，保護層是用于降低外部干擾對導(dǎo)線特性阻抗的影響?？芍鸲胃鼡Q，但需要保持雙絞線布置方式，剝掉絕緣層的維修部位要采取適當(dāng)措施防止維修部位受到環(huán)境影響。在未絞合的維修部位使用帶收縮軟管和內(nèi)用粘接劑的壓接器，在剝除護套的電纜上使用防水的絕緣帶以防總線傳送介質(zhì)進水，干擾波涌阻抗，從而影響總線系統(tǒng)的效率。

參考文獻：

[1]劉春暉，張文.2010年款奧迪A8中的FlexRay總線系統(tǒng)[J].汽車電器，2013（07）：50-52.

[2]景忠玉FlexRay汽車總線淺析（下）[J].汽車維修與保養(yǎng)，2018（06）：84-85.

[3]周賢民.基于FlexRay總線的電動汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].東北大學(xué)，2015.