FlexRay总线网络的应用

（1）替代CAN总线：数据传输速率要求超过CAN的应用，FlexRay替代多条CAN总线

（2）用做“数据主干网”：数据传输速率高，且支持多种拓扑结构，非常适合于车辆主干网络，连接多个独立网络

（3）用于分布式测控系统：分布式测控系统用户要求确切知道消息到达时间，且消息周期偏差非常小，如动力系统、底盘系统的一体化控制中。

（4）用于高安全性要求的系统：FlexRay本身不能确保系统安全，但它具备大量功能以支持面向安全的系统设计

汽车上的总线技术包括：LIN、CAN、CAN FD、FlexRay、MOST及Ethernet，我们之前已经分享了LIN，CAN、CAN FD总线。在开始阅读之前，如果你对已介绍的总线技术还不了解的话，可以先阅读以下文章快速温习一下~

说一说LIN总线

CAN总线基础（一）

CAN总线基础（下）

CAN FD 介绍

FlexRay背景

随着汽车电子技术的不断发展和系统的集成化，我们可不需要传统的机械传递控制信号而是通过电子手段来驾驶汽车，而这一电子手段即X-By-Wire（X代表汽车中的各个系统，By-Wire可称为电子线控），如线控转向（Steering-By-Wire），线控制动（Brake-By-Wire），线控技术主要应用在主动安全等关键系统中，这些场合都对信息的实时性和安全性有很高的要求。

另一方面随着汽车电子电器架构复杂度的提升尤其当前辅助驾驶系统、无人驾驶技术的快速发展，传统的LIN、CAN总线已不堪重负且无法满足未来高带宽的要求，

上期讲的CAN FD只是对传统CAN总线的一种扩展和过渡，首先其不会对原有的整车网络带来大的变更，具备很好的兼容性又具有不错的传输速率（最高2Mbps），其次LIN CAN总线在汽车上已应用了这么多年，若突然向新的总线技术迁移（如本期讲的FlexRay）会带来开发迁移量、时间成本、硬件成本等方面的同步提升（所有节点必须升级为FlexRay节点），因此CAN FD在当前阶段是很好的过渡方案。但当同时考虑X-By-Wire应用场景和更高的带宽要求时，CAN FD则无法满足，而FlexRay则非常适用，但FlexRay的应用对OEM的能力要求相比CAN会提高很多。

FlexRay联盟

FlexRay的出现和发展离不开2000年由Daimler Crysler 、 BMW 、Motorola 和Philips创建的FlexRay联盟的推动。该联盟的目标是开发一种独立于OEM、确定性和容错的FlexRay通信标准，该联盟的每个成员都可以使用该标准而无需支付许可费。目前FlexRay联盟的核心成员包括：BOSCH 、BMW、Daimler AG、General Motors、Volkswagen AG、NXP Semiconductors。

FlexRay联盟在2010年发布了301版规范，开始推动作为ISO标准，并在2013年发布了ISO 17458标准规范。

第一款采用FlexRay的量产车于2006年底在BMW X5中推出，应用在电子控制减震系统中，2008年，全新BMW 7系全面采用了FlexRay。另外Audi、Mercedes-Benz以及领克等车型上也逐渐应用。

FlexRay通讯特点及拓扑

FlexRay是专为车内局域网设计的一种具备故障容错的高速可确定性车载总线系统，采用了基于时间触发的机制且具有高带宽、容错性好等特点，在实时性、可靠性及灵活性方面都有很大的优势，非常适用于安全性要求较高的线控场合及带宽要去高的场合。

1、高速率和容错性

FlexRay支持两通道，可通过一个或两个通道进行数据传输，单个通道的数据传输速率可达10Mbps，通过两通道平行传输数据时可达20Mbps。也可通过双通道传输相同的数据（真实情况大多应用的方式），当其中某个通道出现故障或信息有误时，另一通道可继续正常传输，并影响整个网络的数据通讯，通过这种冗余备份实现很好的容错性。

2、确定性

FalexRay是一种时间触发式的总线系统，符合TDMA(Time Division Multiple Access)的原则，因此在时间控制区域内，时隙会分配给确定的消息，即会将规定好的时间段分配给特定的消息，时隙是经固定周期重复，也就是说信息在总线上的时间可以被预测出来，因此保证了其确定性。这就意味着控制信号是根据预定义的时间进度传输的，无论系统外部发生什么情况，都不会产生计划外事件。在确定性算法中，始终会预先定义正确的输出结果，这些结果是基于特定输入的。

3、灵活性

FlexRay除了支持时间触发式通讯外，还可通过事件触发来进行数据的传输，例如对于时间要求不高的信息，可配置在事件控制区域内传输，可形成以时间触发为主，兼顾事件触发的灵活特性。

此外，FlexRay的拓扑是多样的，有线型、星型和混合型三大类，再结合单通道和双通道的使用（FlexRay的两个通道可相互独立实现，所以两个通道可采用不同的拓扑结构，如一个通道为主动星型拓扑，另一个为总线拓扑结构），所以最终组合的结果可形成很多种。再例如既有点对点的线性结构和多节点的线性结构，还有增加冗余性的双通道星型拓扑结构等等。

FlexRay数据传输

FlexRay规范定义了OSI参考模型中的物理层和数据链路层，每个FlexRay节点通过一个FlexRay Controller和两个FlexRay Transceivers（用于通道冗余）与总线相连，FlexRay Controller负责Flexray协议中的数据链路层，FlexRay Transceivers则负责总线物理信号接收发送。

FlexRay可采用屏蔽或不屏蔽的双绞线，每个通道有两根导线，即总线正（Bus-Plus，BP）和总线负（Bus-Minus，BM）组成。采用不归零法（NRZ,Non-Return to Zero）进行编码。

可通过测量BP和BM之间的电压差识别总线状态，这样可减少外部干扰对总线信息的影响，因这些干扰同时作用在两根导线上可相互抵消。

每一通道需使用80~110欧的终端电阻。将不同的电压加载在一个通道的两根导线上，可使总线有四种状态：Idle_Lp（Low power）、Idle、Data_0和Data_1

显性：差分电压不为0V（Data_0和Data_1）

隐性：差分电压为0V（Idle_Lp、Idle）

FlexRay帧格式

FlexRay帧由起始段、有效负载段和结束段三大部分构成。

1、起始段：由40个bits构成（5 bytes），包括

-Status Bits-5bits

-Frame ID-11bits

-Payload Length-7 bits

-Hedaer CRC-11bits

-Cycle count -6 bits

其中5bits的Status Bits包含四类指示符：

净荷指示位（Payload Preamble Indicator）

空帧指示位（Null Frame Indicator-指明该帧是否为无效帧）

同步帧指示位（Sync Frame Indicator-指明该帧是否为一个同步帧）

起始帧指示位（Startup Frame Indicator-指明该帧是否为起始帧）。

Frame ID：数据标志符，定义了在时间窗口（Slot）中发送的号码，每个通道数据标志符需唯一。

Payload Length：工作区长度，指示该帧含有的有效数据长度，在每个Cycle下的静态区中，每帧的数据长度是相同的，在动态区的长度则是不同的。

Hedaer CRC：用于起始段冗余校验，检查传输中的错误。

Cycle count：循环计数器。

2、有效负载段

包含要传输的有效数据，有效数据长度最大254个Bytes（0~127个Words），

3、结束段

包含24  Bits的检验域，由起始段和有效负载段计算得出的CRC校验码，计算CRC时，根据网络传输顺序从保留位到有效负载段的最后一位放到CRC生成器中进行计算。

FlexRay编码

编码的过程实际就是对要发送的数据进行一定的打包处理，即在节点可传输带有主计算机数据的数据前需将其转换为“比特流（Bitstream）”。

RxD为接收信号，TxD为发送信号，TxEN为通讯控制器请求数据，对于静态帧和动态帧分别按照如下方式进行编码。

其中TSS（传输启动序列）：用于初始化节点和网络通讯的对接（5~15位的低电平）；FSS（帧启动序列）：用于补偿TSS后第一个字节可能出现的量化误差（一位高电平）；BSS（字节启动序列）：给接收节点提供数据定时信息（一位高电平并紧随一位低电平）；FES（帧结束序列）：用于标识数据帧最后一个字节序列结束（一位低电平紧随一位高电平）。

对于动态区数据还额外需要DST（动态段尾部序列）：仅用于动态帧传输，用于表明动态段中传输时动作点的精确时间防止接收段过早检测到网络空闲状态（一位长度可变的低电平和高电平）。

将这些序列和有效位（MSB到LSB）组装起来完成了编码过程，最终构成在网络传播的比特流。

FlexRay通讯

FlexRay总线的通讯由通讯周期（Communication Cycle）构成，从总线启动到停止都在不断重复该通讯周期。每个通讯周期具有相同的可配置时间间隔，且每个通讯周期由下面四部分构成:

静态段（Static Segment）

动态段（Dynamic Segment）

特征窗（Symblo Window）

网络空闲时间（Network Idle Time）

1、静态段（Static Segment）

静态段采用TDMA(Time Division Multiple Access)方式由固定的时隙（Slot）组成，不可更改且所有时隙大小一致。

因此每个节点可拥有一个或多个Slots，这样每个节点在每个通讯周期内都可在其所占有的Slot内发送，两个节点也可在不同的通道上共享同一Slot，单个Slot也可为空（即不被任何节点占用），所有的帧和Slots在静态段都具有相同的长度。单个Slot的长度由总线中最长的FlexRay Message决定，其包括四部分：Action Point Offset、FlexRay Frame、Channel Idle Delimiter（11个隐性位）和Channel Idle。

2、动态段（Dynamic Segment）

动态段采用FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)方式，由较小的时隙（Minislot）组成，可根据需要拓展变动，一般用于传输事件控制型消息。

在动态段每帧可能有不同的长度，动态时隙（Dynamic Slot）的长度依赖于帧的长度，只有空的Slot才是实际的一个Minislot的大小。

3、特征窗（Symblo Window）

用于传输特征符号，FlexRay的符号有三种:

冲突避免符号：用于冷启动节点的通讯启动

测试符号：用于总线的测试

唤醒符号：用于唤醒过程的初始化

4、网络空闲时间（NIT-Network Idle Time）

用于时钟同步处理

如下是一个通讯示例：

FlexRay总结

从上面可看出，FlexRay相比传统LIN、 CAN和CAN FD要更复杂一些，因此不管对OEM还是供应商的能力要求势必提高不少，其次从传统总线技术向FlexRay迁移在成本及Effort上都要增加很多，普遍应用仍需要时间。

参考文献：

1、FlexRay introduction（EB、Vector、BOSCH等资料）

 FlexRay 介绍 (qqcom)

物联网

华云数据

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1 前言

随着汽车综合性能的提高，

汽车的安全装置越来越重要，汽车的安装置分为主动安全和被动安全两种，主动安全装置(如ABS、ASR等)是指汽车防止发生事故的能力，被动安全装置是指汽车一旦发生事故，汽车保护乘员的能力。汽车发生事故时，对乘员的伤害是在瞬间发生的，例如，以车速50公里/时进行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。为了在这样短暂的时间中防止或减小对乘员的伤害，

目前汽车主要装有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统(SRS是英文Supplemental RestraintSystem的缩写)等。

2 汽车安全气囊发展

安全气囊是1953年由美国人约翰·赫缀克发明的。1973年日本本田汽车公司引进安全气囊技术进行实车应用。经过了30多年的漫长历程，直至1984年，汽车碰撞安全标准(FMVSS208)在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，

其中规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，同时还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的作用。如今，这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，

但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外，大部分车型还只是安装了正面气囊。

3 汽车安全气囊系统的基本组成及工作过程

31 汽车安全气囊系统的基本组成

驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，当您看见方向盘上标有“SRS”或“Airbag”字样，就可知此车装有安全气囊。按其总体结构可分为机械式和电子式安全气囊系统两类。机械式安全气囊不需要电源，检测碰撞和引爆点火剂都是利用机械装置来完成。电子式安全气囊是机械式安全气囊与电子技术结合的产物。目前汽车采用的安全气囊系统普遍都是电子式安全气囊系统。电子式安全气囊系统主要由碰撞传感器、微处理器(SRSECU)、辅助防护系统指示灯(SRS指示灯)、气体发生器和气囊等主要部件组成，如下图为汽车安全气囊系统的组成示意图1。

碰撞传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50至90升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤。气囊中所用的气体多为氮气。

32 汽车安全气囊的工作过程

汽车在行驶中发生一定强度碰撞后，传感器开关启动，控制线路即开始处于工作状态，并接着侦测回路来判断是否真有碰撞发生。如果讯号是同时来自两个传感器的话才会使安全气囊开始作用。

由于汽车的发电机及蓄电池通常都处于车头易受损的部位，因此，安全气囊的控制系统皆具有自备的电源以确保作用的发挥。在判定施放安全气囊的条件正确之后，控制回路便会将电流送至点火器，接着瞬时快速加热，将内含的氮化钠推进剂点燃。安全气囊组件工作过程如(图2)。

(1)将从碰撞传感器接收的电信号传给充气器的引爆剂。

(2)引爆剂像根“电火柴”通电后着火，然后再点燃充气器组件内的扩爆剂，扩爆剂又称为引爆管。

(3)扩爆剂点燃后，点燃主装药-主推进剂。传统的主推进剂由氮化钠加氧化剂组成，也有些使用压缩氮气或氩气，还有两种混合应用。

(4)推进剂燃烧生成氮气流。

(5)迅速膨胀的气体经过过滤进入折囊垫，形成安全气囊雏形。

(6)充气器使充入安全气囊的气体压力增高，并开始推压安全气囊饰罩。

(7)安全气囊饰罩上的压力不断上升，饰罩材料延伸变形和撕裂薄弱区的接缝。

(8)随着裂缝的出现，饰罩门开启，为充气安全气囊的喷出提供最佳通路。

(9)气体压力继续增长，安全气囊张开至织物绷紧。

(10)乘员接触和压迫安全气囊，实现安全保护；通过气体的粘性阻尼作用，乘员前移能量被吸收和耗散， 安全气囊中过压气体经过安全气囊通气孔排出而不致伤害乘员。

据计算， 正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的001秒内微处理器开始工作，003秒内点火装置启动，005秒内高压气体进入气囊，008秒内气囊向外膨胀，011秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞上气囊。

4 安全气囊系统的检修

如果安全气囊已经引爆，

必须更换而不能修复使用。检修安全气囊系统与检修汽车的其它系统不同，若 *** 作错误，可能使安全气囊意外引爆导致伤亡。各个厂家采用的传感器、充气器类别和级数、引爆电路布局、引爆～扩爆～推进剂等都有差别，因此，对安全气囊系统检修的注意事项，大致归纳如下，详细作业应严格按各车型维修手册的规定。

安全气囊系统的故障，必须采用显码法、外接仪器诊断法、闪码法或参数测量法以确定故障部位，再进入维修或换件阶段；检修安全气囊系统时，将点火开关转至“LOCK”位置以及拆下蓄电池负极电缆，还需再等2～5分钟(让电能贮存电容器放电完毕)以上，才能进行维修工作，否则安全气囊有不适时引爆张开的危险；

不能用万用表测量安全气囊组件引爆电阻的阻值(引爆电阻时所需的电流极小，万用表电阻档的输出电流一般都大于引爆电流，

即使选用输出电流只有几毫安培的高阻档， 也不能保证安全气囊不会误爆)。目前，大多进口汽车的车型都用安全气囊ECU内的诊断电路，

发送比引爆电流微弱许多的监测电流对引爆电阻实行检测。假设方向盘内螺旋电缆聚酯薄膜与铜导体面间的阻值在规定容限，各接触面(点)接触良好，将引爆电阻从引爆电路分离，

确诊了安全气囊ECU功效正常后，才可以诊断引爆电阻。下面以奥迪A6轿车SRS系统为例做简要介绍。

41 SRS 系统的组成部件

奥迪A6

轿车SRS系统的主要部件有电子控制及监测单元J234(即气囊电脑)，SRS故指示灯，气囊组件，爆燃式安全带张紧器，螺旋导线单元(即气囊滑环F138)和连接线束等，它取消了传统的车身前部碰撞传感器，

而把它们集成在了控制单元J234内。

42 维修注意事项

(1)绝对不能用万用表测量任何与SRS系统有关的电路( 在拔掉组件的情况下可以测量其导线的导通与否)。

(2)维修SRS系统之前，应将点火开关转到OFF位置，拆除电瓶线负极并等待5分钟

以上( 拆电瓶线前应向车主索要录音机密码，修复完成后要对录音机进行解码)。

(3)安装电子控制及监测单元J234时，必须按照规定的方向安装，使箭头指向车

的前方。

(4)安装螺旋导线单元时，必须使汽车前轮处于直行位置，并且使螺旋导线也在中间位置(即往正反两个方向转的圈数相同的那个位置)，否则装上后，转动方向盘时有可能拉断螺旋导线。

(5)更换SRS电脑J234后，必须对新电脑J234进行编码，否则故障灯常亮，SRS系统不工作。

(6)若线束有损坏，必须更换新件。

奥迪A6轿车SRS系统具有强大的自诊断能力，内容包括:读取故障代码、清除故障代码、查询控制电脑编号、给控制单元编码、读取测量数据流等功能。奥迪A6的OBDⅡ诊断接口在方向盘下驾驶员右腿上方，接上诊断仪(如VAG1552)就可以通过它的自诊断系统诊断出故障的大致原因，

再通过查阅具体的资料，就可以确定正确的维修方法。

5 安全气囊未来发展方向

51新型材料的应用

杜邦公司与德国阿莎芬堡的TakataPetri联合开发中，推出一个新的HytrelRS材料规格，成为业界第一个可以应用于安全气囊系统中的来源于可再生资源的热塑性d性体。杜邦HytrelRS保留了Hytel标准等级的技术特性，含有质量分数35％

以上的可再生物质，可以满足汽车制造业对可持续发展方案的需求。

52顶棚安全气囊系统

美国TRW汽车集团推出一种全新的装配于汽车顶棚的安全气囊系统，可取代通常安装在汽车仪表盘里面的安全气囊。TRW全新的顶棚安全气囊系统是一项独特的技术。有研究表明，该技术提高了未来汽车内饰风格的灵活性，并可为乘员提供优异的约束和保护功能。此外，这种全新的设计，不需将安全气囊安装在仪表盘内，也不需专门制作一扇为安全气囊打开的门，显著降低了汽车仪表盘的开发制造成本，提高了开发效率且适用于各种汽车架构。该顶棚安全气囊系统包括一个气袋和一个气体发生器。当车辆发生碰撞时，气体发生器向气袋充气并打开，对乘员实施保护。其不仅有助于减轻事故中乘员所受的伤害，而且提高了车厢内饰设计的美感，同时也节省了仪表盘内的空间。

53智能化、多安全气囊

随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。

新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。

网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄，但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。

Safe-By-Wire是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。Safe-By-Wire

Plus总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比，Safe-By-Wire的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏，Safe-By-Wire中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。

参考文献

[1] 惠彬安全气囊系统的使用及检测维护哈飞汽车工业集团有限公司，2010

[2] 董震，席金波奥迪A6轿车维修手册[M]机械工业出版社，2006

[3] 朱忠伦安全气囊系统及关键技术[J] 安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，2010

[4] 赵翔汽车安全气囊系统的安全检修[J]安徽电气工程学校，2010

[5] 百度百科安全气囊[OL] ，2012

以上就是关于FlexRay总线网络的应用全部的内容，包括:FlexRay总线网络的应用、flexray引脚定义、汽车安全气囊的工作原理和工作过程是怎样的等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！