FlexRay汽车总线浅析(下)

◆文/北京 景忠玉

(接2018年第4期)

(6)FlexRay总线终端电阻

在汽车网络系统中，为了避免信息传到终端反射回来，对正在传输的信息造成干扰和影响，CAN总线联网系统一般在传输终端设置终端电阻器(图13)，FlexRay总线也不例外，其终端也设置了终端电阻，终端电阻器的阻值由数据传输速率和导线长度决定。如果一个总线驱动器BD上仅连接一个控制模块，则在总线和控制模块的接口各设置一个终端电阻。如果控制模块上的接口不是物理终止节点，每个总线路径两端的组件则以终端电阻终止(图14)。

图13 终止节点终端内部的终端电阻

图14 形成环路的FlexRay终端电阻的设置

二、 FlexRay总线拓扑

1.线性总线拓扑结构

线性拓扑结构在CAN总线中使用比较广泛，在FlexRay总线中，线性拓扑结构仅适用于电气数据传输。线性拓扑结构中所有控制单元(SG1……SG3)都通过铜芯双绞线连接。相同的信息在两根导线上传输，但其电压电平不同，所传输的差动信号对干扰不敏感。图15(可选择冗余信道；可延用当前的物理层)、16为FlexRay总线型拓扑结构图。

图15 总线型拓扑

图16 FlexRay总线型拓扑结构

2.星形总线拓扑结构

在星形总线拓扑结构中，控制单元(SG2……SG5)分别通过一个独立的导线与中央主控控制单元(SG1)连接。星形拓扑结构既适合于电气数据传输，也适合于光学数据传输。使用星型拓扑可解决容错问题，如果出现意外情况，星型的支路可以有选择地切断。如果无源总线线缆长度超过规定限制，星型拓扑还可以用作复制器。图17(可选择冗余信道；点对点形式的物理连接)、18为FlexRay星型拓扑结构图。

图17 星型拓扑

图18 FlexRay星型拓扑结构(宝马E70)

3.混合型总线拓扑结构

在混合总线拓扑结构中一个总线系统内可使用不同的拓扑结构，比如，一部分采用线性结构，另一部分则采用星形结构。图19、20为混合型拓扑结构图。

图19 混合型拓扑结构

图20 混合型拓扑结构(F01/F02 FlexRay的物理结构)

三、 FlexRay总线的故障诊断与检测

1.FlexRay总线故障成因

(1)电源故障。如果汽车电源系统提供的工作电压低于FlexRay总线节点(控制模块)的正常工作电压， 节点(ECU/Node)可能短暂地停止工作， 从而造成整个车载网络系统暂时无法通信。此时， 应首先排除汽车电源系统故障，然后再检查FlexRay总线的供电是否正常。

(2)总线链路故障。当汽车总线系统的通信线路出现故障(如双绞线互相短路、对电源短路、对地短路或者总线断路)时， 会引起总线链路上的控制模块无法正常工作。对于这类故障，可以借助示波器读取总线波形进行判断、排除。

(3)总线节点(控制模块)故障。控制模块故障一般包括软件故障和硬件故障两类。 软件故障一般表现为协议或程序出现缺陷或发生冲突， 从而导致总线信息传送出现混乱或无法正常传输；硬件故障一般是控制模块部件、集成电路及接口损坏。控制模块的软件故障一般扎堆出现且难以修复，而硬件故障则可以通过替换法进行排除。

2.FlexRay总线故障诊断思路

对于FlexRay总线系统的故障，可使用车辆专用诊断仪读取故障码、查看数据流、读取总线波形进行综合分析和判断。通过查阅车辆维修手册、分析网络拓扑图及控制策略，梳理逻辑关联，确定故障成因。

3.FlexRay总线故障诊断检测方法

(1)测量FlexRay总线终端电阻

通过查阅维修手册、查看电路图及网络拓扑图，摸清终端电阻器的连接及逻辑关系，然后进行终端电阻阻值的测量，分析测量结果，判断总线故障原因，确定故障部位。一般总线在两个传输终端设置的终端电阻值大约为90～110Ω，通常采用并联测量，其阻值约为45～55Ω。通过测出的电阻值判断总线断路点及短路范围。

(2)测量FlexRay导线电阻

静态模式和动态模式下，电气性能差别很大，线路出现挤压变形或插头腐蚀等损坏情况时，在静态模式下电阻值可能位于公差范围内。但是，在动态模式下电气影响因素可能引起波涌阻抗提高，从而出现数据传输问题。因此，应仔细阅读维修手册和电路图，进行针对性测量。

(3)测量FlexRay总线工作电压

FlexRay系统电压的测量可参照CAN总线进行。正常情况下FlexRay-H的电压值大约在2.6V左右，FlexRay-L的电压值在2.4V左右。如果实测值为0，说明对地短路；如果实测值为12V，说明对电源短路。如果某一条支路电压正常，并不能说明总线其他支路正常，还应该对所有支路的电压进行测量判断。

(4)测量FlexRay总线波形

FlexRay系统波形测量时，需要专用的示波器。将实测波形与标准波形比对，用以判断FlexRay总线系统故障原因及故障点。如果某一条支路波形正常，并不能说明总线其他支路正常，还应该对所有支路的波形进行测量分析。

4.FlexRay总线维修

FlexRay总线电缆损坏时可以进行修复，维修FlexRay的线路时，需注意尽可能保持总线双绞线布置方式，剥掉绝缘层的维修部位不能简单连接，必须使用热缩管固定密封。如果总线传送介质进水，可能干扰波涌阻抗，从而影响总线系统的效率。

综上所述，FlexRay总线在线控操作(X-by-Wire)控制领域具有明显优势。随着车载电控单元、智能型传感器及执行元件的增加，对车载通信要求越来越高，FlexRay总线作为传输速率较高的新型总线，在不久的将来会得到广泛应用，是最有可能替代CAN总线并成为车载网络系统的主干总线。