汽车网络技术课件 凌永成 第5章 以太网与FlexRay

图5-2 以太网的导线连接 CIC—车辆信息计算机；OBD2—诊断插座； 车辆信息计算机； 诊断插座； 车辆信息计算机 诊断插座 RSE—后座区娱乐系统；ZGM—中央网关模块 FlexRay
5.2.1 FlexRay简介 简介 1.FlexRay的发展 的发展 目前， 总线已经成为汽车网络系统的标准， 目前，FlexRay总线已经成为汽车网络系统的标准，将 总线已经成为汽车网络系统的标准 在未来很多年内，引领汽车网络系统的发展方向。 在未来很多年内，引领汽车网络系统的发展方向。FlexRay 是继CAN 和LIN之后的最新研发成果，可以有效管理多重安 之后的最新研发成果， 是继 之后的最新研发成果 全和舒适功能， 适用于线控操作（ 全和舒适功能，如FlexRay适用于线控操作（X-by-Wire）。 适用于线控操作 ）。 由于目前通过CAN总线实现联网的方式已经达到其效率 总线实现联网的方式已经达到其效率 由于目前通过 的极限，业界普遍认为， 将是CAN 总线的替代标准。 总线的替代标准。 的极限，业界普遍认为，FlexRay将是 将是 FlexRay是一种新型通信系统，目标是在电气与机械电 是一种新型通信系统， 是一种新型通信系统 子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输， 子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输，以确保满足 未来新的汽车网络技术的需要。 未来新的汽车网络技术的需要。
对时间要求不高的其它信息则在事件控制区域内传输。 对时间要求不高的其它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。 现实时传输，即每条信息都能在规定时间内进行传输。
图5-9 FlexRay总线系统内确定性数据的传输过程 总线系统内确定性数据的传输过程 1-循环数据传输的时间触发区域；2-循环数据传输的事件触发区域；3-循环 总循环时间 循环数据传输的时间触发区域； 循环数据传输的事件触发区域 循环数据传输的事件触发区域； 循环 循环[总循环时间 循环数据传输的时间触发区域 5ms，其中 为静态（时间触发）， ），2ms为动态（事件触发）]；n-转速； 为动态（ 转速； -角度； 角度； ，其中3ms 为静态（时间触发）， 为动态 事件触发） ； 转速 角度 t°-温度；v-车速；xyz...，abc...-事件触发的信息；t-时间 温度； 车速 车速； 事件触发的信息； 时间 ° 温度 ， 事件触发的信息
5.唤醒和休眠特性 唤醒和休眠特性 主动转向系统和VDM（垂直动态管理系统）不通过唤醒导 （垂直动态管理系统） 主动转向系统和 而是通过总线信号唤醒。随后通过接通供电直接由VDM 线，而是通过总线信号唤醒。随后通过接通供电直接由 启用四个减振器卫星式控制单元。 启用四个减振器卫星式控制单元。 Flex Ray的唤醒信号曲线如图 的唤醒信号曲线如图5-10所示，从中可以清楚 所示， 的唤醒信号曲线如图 所示 地看出车辆开锁（打开车门锁）和起动时的典型的电压曲线。 地看出车辆开锁（打开车门锁）和起动时的典型的电压曲线。
图5-10 FlexRay的唤醒信号曲线 的唤醒信号曲线
5.同步化 同步化 为了能够在联网控制单元内同步执行各项功能， 为了能够在联网控制单元内同步执行各项功能，需要有 一个共同的时基。 一个共同的时基。由于在所有控制单元内部都是利用其自身 的时钟脉冲发生器工作的，因此， 的时钟脉冲发生器工作的，因此，必须通过总线进行时间匹 配。 控制单元测量某些同步位的持续时间， 控制单元测量某些同步位的持续时间，据此计算平均值 并根据这个数值调整总线时钟脉冲。 并根据这个数值调整总线时钟脉冲。同步位在总线信息的静 态部分中发送。 态部分中发送。 系统启动后，只要 控制单元发送一个唤醒脉冲， 系统启动后，只要CAS控制单元发送一个唤醒脉冲， 控制单元发送一个唤醒脉冲 FlexRay上的两个授权唤醒控制单元（图5-1中带有“S”标记 上的两个授权唤醒控制单元（ 中带有“ 标记 上的两个授权唤醒控制单元 中带有 的控制单元）之间就会开始进行同步化。该过程结束时， 的控制单元）之间就会开始进行同步化。该过程结束时，其 余控制单元相继自动在FlexRay上注册，计算出各自的差值 上注册， 余控制单元相继自动在 上注册 并进行校正。 并进行校正。 此外，在运行期间还会对同步化进行计算校正。 此外，在运行期间还会对同步化进行计算校正。这样可 以确保最小的时间差，从而在较长时间内不会导致传输错误。 以确保最小的时间差，从而在较长时间内不会导致传输错误。
图5-5 星形总线拓扑结构 图5-4 线形总线拓扑结构
（3）混合总线拓扑结构。 ）混合总线拓扑结构。
车系F01车型 车型FlexRay总线的拓扑结构 图5-13 BMW车系 车系 车型 总线的拓扑结构
2.冗余数据传输 冗余数据传输 在容错性系统中，即使某一总线导线断路， 在容错性系统中，即使某一总线导线断路，也必须确保 数据能继续可靠传输。 数据能继续可靠传输。这一要求可以通过在第二个数据信道 上进行冗余数据传输（ 上进行冗余数据传输（图5-6）来实现。 ）来实现。
3.信号特性 信号特性 FlexRay总线信 总线信 号必须在规定范围内。 号必须在规定范围内。 无论在时间轴上还是 电压轴上， 电压轴上，总线信号 都不应进入内部区域。 都不应进入内部区域。
图5-7 FlexRay总线系统的正常波形 总线系统的正常波形
FlexRay总线系统的电压范围如下： 总线系统的电压范围如下： 总线系统的电压范围如下 （1）系统接通。系统接通时，如无通信，则其电压为 ）系统接通。系统接通时，如无通信，则其电压为2.5 V。 。 （2）高电平信号。高电平信号的电压为 ）高电平信号。高电平信号的电压为3.1 V。 。 （3）低电平信号。低电平信号的电压为 ）低电平信号。低电平信号的电压为1.9 V。 。 注：电压值以对地（搭铁）测量方式得到。 电压值以对地（搭铁）测量方式得到。
图5-6 冗余数据传输 A—信道 ；B—信道 信道1； 信道2 信道 信道
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， 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。 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。
图5-1 BMW车系 F01/F02总线系统概览 车系 总线系统概览
1.以太网的安全性 以太网的安全性 以太网上的所有设备都有单独分配的识别号， 以太网上的所有设备都有单独分配的识别号，即MAC 媒体访问控制）地址。建立连接时， （媒体访问控制）地址。建立连接时，BMW编程系统通过该 编程系统通过该 地址和VIN（车辆识别号）识别车辆，以此避免第三方更改 地址和 （车辆识别号）识别车辆， 数据记录和存储值。 数据记录和存储值。 2.以太网的特点 以太网的特点 （1）数据传输速率高达 ）数据传输速率高达100Mbit/s。 。 （2）建立连接和分配地址时系统启动用时 ，进入休眠模 ）建立连接和分配地址时系统启动用时3s， 式时用时1s。 式时用时 。 编程系统访问以太网。 （3）只能通过 ）只能通过BMW编程系统访问以太网。 编程系统访问以太网 3.以太网的功能 以太网的功能 （1）进行汽车维修时能更迅速地进行车辆编程。 ）进行汽车维修时能更迅速地进行车辆编程。 间传输媒体数据。 （2）在CIC与RSE间传输媒体数据。 ） 与 间传输媒体数据
第5章 以太网与 章 以太网与FlexRay
5.1 以太网
5.1.1 以太网及其标准 1. 以太网 以太网（ 以太网（Ethernet）最早由 ）最早由Xerox（施乐）公司创建， （施乐）公司创建， 1980年由 年由DEC（美国数字设备公司）、 ）、Intel（英特尔公司） 年由 （美国数字设备公司）、 （英特尔公司） 三家公司联合开发成为一个网络标准。 和Xerox三家公司联合开发成为一个网络标准。以太网是一 三家公司联合开发成为一个网络标准 项使用电缆连接的网络技术，可供任何制造商使用。 项使用电缆连接的网络技术，可供任何制造商使用。 2. 以太网的标准 以太网是应用最为广泛的局域网， 以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准的以太网 ）、快速以太网 （10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和10G以太网 ）、快速以太网（ ） 以太网 以太网采用的是CSMA/CD访问控制法， 访问控制法， （10Gbit/s）等。以太网采用的是 ） 访问控制法 符合IEEE802.3标准。 标准。 符合 标准
汽车网络技术
沈阳大学
凌永成
配套教材信息
教材名称： 教材名称：汽车网络技术 教材主编： 教材主编：凌永成 教材定价： 教材定价：35RMB 出版社： 出版社：清华大学出版社 出版时间： 出版时间：2012年3月 年 月 国际标准书号（ 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-302-28149-8 教材所属系列： 教材所属系列： 普通高等院校汽车工程类规划教材
如图5-2所示， 诊断插座、 如图 所示，在OBD诊断插座、ZGM 和CIC之间通过 所示 诊断插座 之间通过 两个没有附加屏蔽层的双绞线连接。 两个没有附加屏蔽层的双绞线连接。此外还有一个为各控制 单元内以太网控制器供电的启用导线。 单元内以太网控制器供电的启用导线。 CIC与RSE之间的导 与 之间的导 线带有屏蔽层，取代了启用导线。 线带有屏蔽层，取代了启用导线。
5.1.2 以太网在汽车上的应用 车系的F01/F02车型上采用快速以太网（100Mbit/s） 车型上采用快速以太网（ 在BMW车系的 车系的 车型上采用快速以太网 ） 作为快速编程接口（ 作为快速编程接口（图5-1）。 ）。 同时，快速以太网负责在 同时，快速以太网负责在CIC（车辆信息计算机）与RSE （车辆信息计算机） 后座区娱乐系统）之间传输媒体数据。 （后座区娱乐系统）之间传输媒体数据。 只有插入BMW编程系统（ICOM A）时才会启用诊断插 编程系统（ 只有插入 编程系统 ） 座内的以太网。 座内的以太网。 编程插头内的线脚8与线脚 之间有一个启用电桥 编程插头内的线脚 与线脚16之间有一个启用电桥，该 与线脚 之间有一个启用电桥， 电桥负责接通中央网关模块内以太网控制器的供电电路。 电桥负责接通中央网关模块内以太网控制器的供电电路。也 就是说， 就是说，车辆行驶时通过以太网连接中央网关模块的功能处 于停用状态。 于停用状态。 信息和通信系统间的以太网连接不受诊断插座内启用电 桥的影响，始终处于启用状态。 桥的影响，始终处于启用状态。