車載局域網(wǎng) 課件 學(xué)習(xí)任務(wù)4：FlexRay總線系統(tǒng)的檢修

《車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的檢修》授課人：建議課時：4課時目錄CONTENTS車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用工具的使用LIN總線系統(tǒng)的檢修CAN總線系統(tǒng)的檢修FlexRay總線系統(tǒng)的檢修MOST總線系統(tǒng)的檢修學(xué)習(xí)任務(wù)2學(xué)習(xí)任務(wù)3學(xué)習(xí)任務(wù)4學(xué)習(xí)任務(wù)5學(xué)習(xí)任務(wù)1任務(wù)目標(biāo)1．知識目標(biāo)（1）了解FlexRay總線的概念和特點(diǎn)（2）熟悉FlexRay總線結(jié)構(gòu)（3）掌握FlexRay總線數(shù)據(jù)傳輸過程（4）掌握FlexRay總線的故障診斷方法2.能力目標(biāo)（1）能夠讀識和分析FlexRay總線的電路圖（2）能夠測量FlexRay總線終端電阻和導(dǎo)線電阻（3）能夠測量FlexRay總線工作電壓和總線波形（4）能夠?qū)lexRay總線故障進(jìn)行檢修任務(wù)導(dǎo)入某4S店接到了一輛寶馬320Li轎車車主的維修委托，車主反映該車輛行駛中儀表多個故障燈點(diǎn)亮報警，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向沉重，車輛啟動和行駛無明顯異常現(xiàn)象。經(jīng)過維修技師初步診斷測試后判斷是車輛的FlexRay總線故障，接下來維修技師對客戶的維修委托制定故障診斷及維修計劃，并針對故障進(jìn)行相應(yīng)的維修。在執(zhí)行車輛診斷及維修工作時，會涉及到FlexRay總線的哪些信息？FlexRay總線又如何進(jìn)行檢修呢？FlexRay總線系統(tǒng)的認(rèn)知-概念和特點(diǎn)4.11.概念：FlexRay是一種用于汽車的高速、可確定性的，具備故障容錯能力的總線技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時間觸發(fā)兩種方式相結(jié)合，具有高效的網(wǎng)絡(luò)利用率和系統(tǒng)靈活性特點(diǎn)，可以作為新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)。目前，F(xiàn)lexRay總線已經(jīng)成為汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，將在未來很多年內(nèi)，引領(lǐng)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展方向。2.特點(diǎn)：（1）高傳輸速率（2）同步時基（3）確定性（4）高容錯（5）靈活性FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-總線結(jié)構(gòu)4.21.FlexRay

節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。FlexRay節(jié)點(diǎn)（Node）是指汽車總線中能完成數(shù)據(jù)信號發(fā)送、接收及轉(zhuǎn)發(fā)的電子控制單元（控制模塊），是車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的通信端點(diǎn)或終端設(shè)備。節(jié)點(diǎn)的兩個通信過程為：（1）發(fā)送數(shù)據(jù):Host將有效的數(shù)據(jù)送給CC，在CC中進(jìn)行編碼，形成數(shù)據(jù)位流，通過BD發(fā)送到相應(yīng)的通道上；（2）接收數(shù)據(jù):在某一時刻，由BD訪問棧，將數(shù)據(jù)位流送到CC進(jìn)行解碼，將數(shù)據(jù)部分由CC傳送給Host。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-總線結(jié)構(gòu)4.22.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。FlexRay的拓?fù)渲饕譃?種：總線型、星型、總線星型混合型。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)傳輸及信號4.21.數(shù)據(jù)幀一個數(shù)據(jù)幀由頭段（HeaderSegment)、有效負(fù)載段（PayloadSegment）和尾段（TrailerSegment）三部分組成。（1）幀頭段共由5個字節(jié)（40位）組成；（2）負(fù)載段是用于傳送數(shù)據(jù)的部分，F(xiàn)lexRay有效負(fù)載段包含0~254個字節(jié)數(shù)據(jù)；（3）尾段只含有24位的校驗域，包含了由頭段與有效負(fù)載段計算得出的CRC校驗碼。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)傳輸及信號4.22.編碼與解碼編碼的過程實際上就是對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理“打包”的過程，如加上各種校驗位、ID符等。解碼的過程就是對收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行“解包”的過程，編碼與解碼主要發(fā)生在通信控制器與總線驅(qū)動器之間，編碼與解碼如下圖所示。其中RxD為接收信號，TxD為發(fā)送信號，TxEN為通信控制器請求數(shù)據(jù)信號。對于雙通道的節(jié)點(diǎn)，每個通道上的編碼與解碼的過程是同時完成的。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)傳輸及信號4.23.媒體訪問方式在媒體接入控制中，一個重要的概念就是通信周期（CommunicationCycle）。一個通信周期由靜態(tài)段（StaticSegment)、動態(tài)段(DynamicSegment)、特征窗(SymbolWindow）和網(wǎng)絡(luò)空閑時間(NetworkIdleTime）4個部分組成。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)傳輸及信號4.24.時鐘同步如果使用基于TDMA的通信協(xié)議，則通信媒介的訪問在時間域中控制。因此，每個節(jié)點(diǎn)都必須保持時間同步，這一點(diǎn)非常重要。所有節(jié)點(diǎn)的時鐘必須同步，并且最大偏差(精度)必須在限定范圍內(nèi)，這是實現(xiàn)時鐘同步的前提條件。時鐘同步機(jī)制如下圖所示。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)傳輸及信號4.24.喚醒與啟動為了節(jié)省資源，部分節(jié)點(diǎn)處于不工作狀態(tài)時，進(jìn)入“節(jié)電模式”。當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)需要再次工作時，就需要“喚醒”它們。主機(jī)可以在通信信道上傳輸喚醒模式，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到喚醒特征符(Wakeup

Symbol)后，主機(jī)處理器和通信控制器才進(jìn)行上電。FlexRay啟動過程如下圖所示。FlexRay總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)傳輸及信號4.26.信號特性FlexRay總線信號必須在規(guī)定界限內(nèi)。無論在時間軸上還是電壓軸上，總線信號都不應(yīng)進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。FlexRay總線系統(tǒng)

測驗題4.3引導(dǎo)問題1：補(bǔ)全下列語句中的缺失信息。節(jié)點(diǎn)的兩個通訊過程為：1.發(fā)送數(shù)據(jù)：Host將有效的數(shù)據(jù)送給

，在

中進(jìn)行編碼，形成數(shù)據(jù)位流，通過

發(fā)送到相應(yīng)的通道上。2.接收數(shù)據(jù)：在某一時刻，由BD訪問

，將數(shù)據(jù)位流送到

進(jìn)行解碼，將數(shù)據(jù)部分由

傳送給Host。FlexRay總線系統(tǒng)

測驗題4.3

引導(dǎo)問題2：觀察下面FlexRay總線信號，其中FlexRay總線信號1、FlexRay總線信號2如圖所示，請判斷信號1和信號2哪個是正常信號。為什么？FlexRay總線信號1FlexRay總線信號2FlexRay總線的故障診斷與檢修-故障診斷方法4.41.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(diǎn)（控制模塊）的正常工作電壓，節(jié)點(diǎn)（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。（2）總線通信線路故障。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多個控制模塊無法正常工作。（3）總線節(jié)點(diǎn)（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)為傳輸協(xié)議或軟件程序出現(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。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(jìn)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?fù)鋱D及控制策略，梳理邏輯關(guān)聯(lián)，確定故障成因。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-故障診斷方法4.43.FlexRay總線故障診斷檢測方法（1）測量FlexRay總線終端電阻

（2）測量FlexRay導(dǎo)線電阻（3）測量FlexRay總線工作電壓

（4）測量FlexRay總線波形4.FlexRay總線維修FlexRay總線電纜損壞時可以進(jìn)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(jìn)水，可能干擾波涌阻抗，從而影響總線系統(tǒng)的效率。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-檢修實例4.41.案例一：寶馬520轎車FlexRay總線故障檢修（1）故障現(xiàn)象。一輛行駛里程約10.2萬km的2013年寶馬520轎車，用戶反映該車輛在行駛中儀表中DSC故障報警燈、ABS故障報警燈、RPA故障報警燈偶爾點(diǎn)亮報警；中央信息顯示屏提示“動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)失效”等文字信息，方向會突然變重；雨刮器會自動運(yùn)行，通過開關(guān)無法關(guān)閉。故障現(xiàn)象并不是一直存在，有時候會自動消除，有時候需要重新關(guān)閉一次點(diǎn)火開關(guān)。（2）故障診斷。接車后驗證用戶反映的故障現(xiàn)象，用戶反映的故障現(xiàn)象并沒有當(dāng)前存在，儀表和中央信息顯示屏沒有當(dāng)前的故障報警和相應(yīng)的文字信息提示。連接ISID進(jìn)行診斷檢測，讀取故障存儲器中的故障內(nèi)容如下：

①CD8420-DME、FlexRay：通信故障；

②C98420-SZL、FlexRay：通信故障；

③CD0420-ZGM、FlexRay：通信故障；

④CD0487-中央網(wǎng)關(guān)模塊：FlexRay同步失效；

⑤D5041F-EPS、FlexRay：線路故障／電氣故障；

⑥D(zhuǎn)34420-DSC、FlexRay:通信故障；

⑦D50420-EPS、FlexRay：通信故障。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-檢修實例4.4F1exRay總線系統(tǒng)的電壓范圍（電壓值以對地測量方式得到）：

①系統(tǒng)接通：無總線通信2.5V；

②高電平信號：3.1V（電壓信號上升600mV）；

③低電平信號：1.9V（電壓信號下降600mV）。此款車的FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)連接圖如右圖所示。更換至DME的FlexRay導(dǎo)線，按照規(guī)范要求進(jìn)行雙絞布置，還原拆卸的部件，刪除故障存儲，試車故障現(xiàn)象沒有再次出現(xiàn)，故障排除。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-檢修實例4.42.案例二：寶馬320Li轎車FlexRay總線故障檢修（1）故障現(xiàn)象。一輛行駛里程約1萬km的2013年寶馬320Li轎車。用戶反映：該車輛行駛中儀表里多個故障燈點(diǎn)亮報警，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤感覺很重；車輛啟動和行駛駕駛無明顯異?，F(xiàn)象。（2）故障診斷。接車后首先驗證用戶反映的故障現(xiàn)象，車輛啟動著車的情況下儀表巾發(fā)動機(jī)故障燈、DSC故障燈，EPS故障燈等點(diǎn)亮報警。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向盤助力失效。連接ISID進(jìn)行診斷檢測，ISTA診斷測試樹狀圖如右圖所示。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-檢修實例4.4診斷測試結(jié)束，故障存儲器中儲存了大量的故障，摘取重要的故障存儲內(nèi)容如下：

①S0258無法與下列裝置通信：一體式底盤管理系統(tǒng)1407；

②S0392無法與下列裝置通信：發(fā)動機(jī)電子系統(tǒng)1407；

③S0395無法與下列裝置通信：動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)1407；

④S0399無法與下列裝置通信：電動機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

此款車的FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)連接圖如右圖所示。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-檢修實例4.4選擇故障內(nèi)容執(zhí)行檢測計劃，系統(tǒng)進(jìn)行了提示。如果無法與多個控制模塊進(jìn)行通信，則可能是總線通信／同步有故障?？刂颇K被拔下時，該故障可能由總線單元的單個控制模塊造成。多個控制模塊同時造成故障的可能性極其小。必要時在總線單元的另一個控制模塊上繼續(xù)故障查詢。對于FlexRay總線的檢測，只能進(jìn)行線路和電壓的測量，電壓值以對地測量方式得到。

FlexRay總線系統(tǒng)的電壓范圍：

①系統(tǒng)接通：無總線通信2.5V；

②高電平信號：3.1V（電壓信號上升600mV）；

③低電平信號：1.9V（電壓信號下降600mV）。

FlexRay總線的故障診斷與檢修-檢修實例4.4此款車的FlexRay總線電路圖如右圖所示。測量檢測結(jié)果如下。斷開FEM的A173*8B的13號、14號腳，測量DME的A46*1B的48號、47號腳之間的電阻（FlexRay終端電阻）為109Ω。拔下A67*1B及A46*1B測量DME到EPS之間的導(dǎo)線正常，沒有對地短路及相互短路。

測量DSC及FEM的終端電阻（A173*8B