简析FlexRay总线原理及故障诊断（一）

戈华飞

保时捷（中国）技术诊断专家

上海交通电台客座专家

世界技能大赛汽车技术项目教练组成员（上海）

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CAN总线已经在车辆上运用多年，低速CAN总线主要应用于对响应速率要求不是太高的车身模块间的通信，高速CAN总线主要应用于动力总成模块间的通信，也用于车身模块间的通信。两者相比，低速CAN总线有更好的容错能力，而高速CAN总线的传输速率更高。低速CAN总线的传输速率通常为125 kbit/s，高速CAN总线的传输速率通常为500 kbit/s。但随着线控技术的发展，人们对车辆通信系统的传输速率、容错性及确定性提出了更高的要求，CAN总线已经无法满足这种要求，FlexRay总线应运而生。

1 FlexRay总线概述

FlexRay总线是由FlexRay联盟专为车内局域网设计的一种具备故障容错的高速车载总线。可将“FlexRay”拆分为“Flex”和“Ray”两部分，“Flex”意思为“灵活的”，“Ray”意思为“鳐鱼”，指FlexRay联盟图标（图1）中的鳐鱼形状。2006年，FlexRay总线首次被德国宝马公司应用在BMW X5量产车的悬架系统中。目前，FlexRay总线被广泛用于宝马、奥迪、领克等车型。

图1 FlexRay联盟图标

1.1 时间触发

FlexRay总线采用了基于时间触发的机制，传输速率通常为10 Mbit/s，具有高带宽、容错性能好等特点，在实时性、可靠性及灵活性等方面越来越凸显其优势。

FlexRay总线的数据包是个循环结构，每个循环的时间是确定的。如图2所示，每间隔5 ms会出现1次循环，每个循环就是一次数据通信。放大其中2个循环的波形（图3）可以发现，在区间1内，2个循环的波形是一样的，这是因为此区间中的每一个时间间隔都已经被预留好了，这个时间间隔称之为时隙。每个时隙对应特定的消息，如果在1个循环内这个消息没有发出，这个时隙仍会被保留。如果把这种通信方式比作缆车，每个循环好比缆车包厢。缆车工作，不断带动包厢运转，每节包厢到达上客点的时间间隔一致，但不管上客点有没有旅客上客，这个包厢还是会运转下去。如果旅客赶不上这节包厢，则可以乘坐下一节包厢进行运输。

图2 FlexRay总线的波形（截屏）

图3 放大2个循环的波形（截屏）

在区间2内，2个循环的波形是有区别的，这是因为FlexRay总线除了支持时间触发式通信以外，还可通过事件触发来进行数据的传输。

如图4所示，由时间触发的信息，在FlexRay总线上的时间可以被预测出来，因此保证了其确定性，这段称之为静态段（对应图3中的区间1）。由事件触发的信息，可配置在事件控制区域内传输，具有事件触发的灵活特性，这段称之为动态段（对应图3中的区间2）。

图4 FlexRay总线的静态段和动态段

1.2 信号状态

FlexRay总线同CAN总线类似，也为双绞线（图5），其中一根为粉色线，为总线正线（Busplus，简称BP线）；另一根为绿色线，为总线负线（Busminus，简称BM线）。

图5 FlexRay总线外观

FlexRay总线的信号有3种状态，分别为空闲、数据0和数据1。如图6所示，单根FlexRay总线上的信号电压有3种，分别为1.5 V、2.5 V和3.5 V。BP线上的信号电压从2.5 V先上升至3.5 V，然后再下降至1.5 V，随后在1.5 V和3.5 V间交替变化。BM线上的信号电压从2.5 V先下降至1.5 V，然后再上升至3.5 V，随后也在1.5 V和3.5 V间交替变化。

图6 BM线和BP线上的信号波形（截屏）

如图7所示，当BP线和BM线上的信号电压均为2.5 V时，FlexRay总线为空闲状态；当BP线上的信号电压为3.5 V，BM线上的信号电压为1.5 V时，FlexRay总线为数据1状态；当BP线上的信号电压为1.5 V，BM线上的信号电压为3.5 V，FlexRay总线为数据0状态。

图7 FlexRay总线的信号状态