簡析FlexRay總線原理及故障診斷（一）

戈華飛

保時捷（中國）技術診斷專家

上海交通電臺客座專家

世界技能大賽汽車技術項目教練組成員（上海）

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CAN總線已經在車輛上運用多年，低速CAN總線主要應用于對響應速率要求不是太高的車身模塊間的通信，高速CAN總線主要應用于動力總成模塊間的通信，也用于車身模塊間的通信。兩者相比，低速CAN總線有更好的容錯能力，而高速CAN總線的傳輸速率更高。低速CAN總線的傳輸速率通常為125 kbit/s，高速CAN總線的傳輸速率通常為500 kbit/s。但隨著線控技術的發展，人們對車輛通信系統的傳輸速率、容錯性及確定性提出了更高的要求，CAN總線已經無法滿足這種要求，FlexRay總線應運而生。

1 FlexRay總線概述

FlexRay總線是由FlexRay聯盟專為車內局域網設計的一種具備故障容錯的高速車載總線。可將“FlexRay”拆分為“Flex”和“Ray”兩部分，“Flex”意思為“靈活的”，“Ray”意思為“鰩魚”，指FlexRay聯盟圖標（圖1）中的鰩魚形狀。2006年，FlexRay總線首次被德國寶馬公司應用在BMW X5量產車的懸架系統中。目前，FlexRay總線被廣泛用于寶馬、奧迪、領克等車型。

圖1 FlexRay聯盟圖標

1.1 時間觸發

FlexRay總線采用了基于時間觸發的機制，傳輸速率通常為10 Mbit/s，具有高帶寬、容錯性能好等特點，在實時性、可靠性及靈活性等方面越來越凸顯其優勢。

FlexRay總線的數據包是個循環結構，每個循環的時間是確定的。如圖2所示，每間隔5 ms會出現1次循環，每個循環就是一次數據通信。放大其中2個循環的波形（圖3）可以發現，在區間1內，2個循環的波形是一樣的，這是因為此區間中的每一個時間間隔都已經被預留好了，這個時間間隔稱之為時隙。每個時隙對應特定的消息，如果在1個循環內這個消息沒有發出，這個時隙仍會被保留。如果把這種通信方式比作纜車，每個循環好比纜車包廂。纜車工作，不斷帶動包廂運轉，每節包廂到達上客點的時間間隔一致，但不管上客點有沒有旅客上客，這個包廂還是會運轉下去。如果旅客趕不上這節包廂，則可以乘坐下一節包廂進行運輸。

圖2 FlexRay總線的波形（截屏）

圖3 放大2個循環的波形（截屏）

在區間2內，2個循環的波形是有區別的，這是因為FlexRay總線除了支持時間觸發式通信以外，還可通過事件觸發來進行數據的傳輸。

如圖4所示，由時間觸發的信息，在FlexRay總線上的時間可以被預測出來，因此保證了其確定性，這段稱之為靜態段（對應圖3中的區間1）。由事件觸發的信息，可配置在事件控制區域內傳輸，具有事件觸發的靈活特性，這段稱之為動態段（對應圖3中的區間2）。

圖4 FlexRay總線的靜態段和動態段

1.2 信號狀態

FlexRay總線同CAN總線類似，也為雙絞線（圖5），其中一根為粉色線，為總線正線（Busplus，簡稱BP線）；另一根為綠色線，為總線負線（Busminus，簡稱BM線）。

圖5 FlexRay總線外觀

FlexRay總線的信號有3種狀態，分別為空閑、數據0和數據1。如圖6所示，單根FlexRay總線上的信號電壓有3種，分別為1.5 V、2.5 V和3.5 V。BP線上的信號電壓從2.5 V先上升至3.5 V，然后再下降至1.5 V，隨后在1.5 V和3.5 V間交替變化。BM線上的信號電壓從2.5 V先下降至1.5 V，然后再上升至3.5 V，隨后也在1.5 V和3.5 V間交替變化。

圖6 BM線和BP線上的信號波形（截屏）

如圖7所示，當BP線和BM線上的信號電壓均為2.5 V時，FlexRay總線為空閑狀態；當BP線上的信號電壓為3.5 V，BM線上的信號電壓為1.5 V時，FlexRay總線為數據1狀態；當BP線上的信號電壓為1.5 V，BM線上的信號電壓為3.5 V，FlexRay總線為數據0狀態。

圖7 FlexRay總線的信號狀態