原创《2019款全新路虎发现车载网络系统》
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一、2017款全新路虎发现网络拓扑图与老款相比,2017款全新路虎发现无论从车身结构到电气系统,都带来了一系列的革新.2017款全新路虎发现在网络通信方面做了修改,中速CAN被替换为高速多CAN网络结构,其通讯速度达500kb/s.另外,动力系统部分模块还配备了超高速Flex Ray通信通道,其网络拓扑图.
1.车身高速HS CAN：老款发现4车身电气控制系统采用中速MS CAN网络,其通讯速度为125kb/s.全新发现车身电气控制系统所有模块均采用了高速CAN网络结构为全新的车身功能提供支持.2.底盘高速HS CAN：包含了底盘/车辆动力以及驾驶员辅助系统和安全功能的所有模块.3.舒适高速HS CAN：老款发现4车辆舒适电气控制系统采用中速MS CAN网络,全新发现改为高速HS CAN网络结构,为舒适度、控制信息娱乐以及驾驶员信息功能提供支持,高速CAN舒适总线提供信息娱乐主控模块(IMC)与其他系统控制模块之间的通信.老款发现4信息娱乐系统是基于MOST的为2.1代高级信息娱乐系统.全新发现更新为InControl Touch Pro也称NGI,即路虎新一代信息娱乐系统.InControl Touch Pro系统使用了一种称为Broad R-Reach?的新型汽车技术,捷豹路虎是首家将此网络技术集成于其信息娱乐构架中的汽车制造商.
InControl Touch Pro系统模块采用基于OPEN Alliance Broad R-Reach?标准的新型车用以太网技术来实现网络数据传输.控制模块之间的每条链路具有100Mb/s的带宽,汽车以太网技术能以远高于传统汽车网络的速度处理大量的数据.Broad R-Reach?以太网技术是为满足车载的严格要求而设计制造的,且优化了多个车载应用程序,最终设计为通过无屏蔽的双绞线电缆进行工作,与CAN总线类似.在首款捷豹路虎应用中,采用了屏蔽电缆、高度受控电缆和接头装配工艺,Broad R-Reach?以太网通信协议用于IMC与音频放大器模块(AAM)、远程通信控制单元(TCU)及信息娱乐从控制器(ISC)后座椅娱乐系统RSE模块之间的通信.
4.电源模式0高速网络HS CAN：电源模式0通信是一套电源管理网络,可在车辆钥匙处于关闭位置时为需要通信的车辆交互功能提供支持.
5.动力传动系统高速HS CAN：支持通过先前的网络架构设计为无法迁移到Flex Ray网络的模块提供通信.
6.FlexRay：全新的总线布局,动力传动系统已从先前的PT-CAN网络进行迁移,以便提高通信能力.
以上各网络都相互独立地运行,各个网络的总线负载和稳定性得到了优化.任何连接到CAN总线和Flex Ray网络模块的控制模块均能够与连接到总线网络的任何其他控制模块进行通信,任何信息均可通过网关高效地从一个网络传输至另一个网络,同时对网络运行负载的干扰降到最小.为了防止网络故障并降低网络负载,一些控制模块连接多个网络.在发生网络故障的情况下,仍可将基本数据从这些模块传输到其他网络连接,这使得该网络上的模块能够正常运行.每个网络包含一个双绞线,形成并联电路,为清晰和易用起见,拓扑上只显示了一个导线.CAN网络每个网络有两个120Ω的端接电阻器,电阻器的位置可在拓扑上找到,由位于相应控制模块上的欧姆符号(Ω)表示,拓扑图可以协助或识别.
二、Flex Ray
1.概述
2017款全新路虎发现的通信网络是捷豹路虎车系首款采用Flex Ray?通信协议的Land Rover产品.Flex Ray?是一套串行通信系统,适合在管理安全关键型车辆系统的模块之间交换数据.它提供了可容错的实时通信通道,工作速度高达10Mb/s.如图2所示网络包含三个分支,每个分支均使用一对扭结电线构建,每个分支的末端均配有终端电阻器,这些电阻器按串联方式连接.
2.Flex Ray传输协议
Flex Ray传输协议示意图如图3所示,总线上的通讯是通过周期包进行传输的,一个周期包又包括若干个周期,每个通信周期都包含静态分段,即划分为同等时长的时隙以传输静态数据,动态分段,即划分为同等时长的时隙以传输基于事件的数据、符号窗口,即可用于网络维护及网络闲置时间用于同步所有网络模块的字段.Flex Ray使用了时分多址法(TDMA),而非多主概念.不允许模块按照随机或基于事件的顺序访问通信总线,它们仅可按照精确定义的、时长相等的时隙计划传输数据.模块基于时间的计划传输数据,所有Flex Ray模块同步到相同的时钟时间.
(1)静态分段：网络设计者将确定所有Flex Ray模块的通信顺序,待确定顺序后,每个模块将被分配一个特定的时隙.模块在通信周期内等待其特定的时隙来临,可以获得用于传输数据总线的独家访问权限.若模块离线或未准备好传输数据,则分配的时隙将保持空白,该模块必须等到下一个通信周期才能传输数据.通过静态分段来传输周期性数据,此数据是既定的.以车轮转速作为变量示例,无论是静止还是移动,车辆将始终具备车轮转速(既定),并用车轮转速值来影响其他大量车辆系统,因此会把此信息反复传输到总线上.将定期传输消息“车速为xkm/h”,因为只有变量“x”或实际车速会发生改变.使用了时分多址(TDMA)法后,便无需进行消息仲裁,现在将在可预测的时间范围内传输数据.静态分段示意图如图4所示,该示例显示了四个时隙,在现实中,每个通信周期可能包含数十个时隙,通信通道可以在每个通信周期传输大量数据.
(2)动态分段：TDMA功能足以完成静态消息传输,为实现由事件驱动的消息传输(动态消息传输),Flex Ray通过动态分段扩展每个通信周期.动态分段具有固定的时长,分为一系列细微时隙,这些细微时隙按优先级顺序排列.
固定分段长度可确保静态数据传输不会发生延迟.由于不可预测事件驱动的数据(非既定),将对消息传输协议进行修改,传输将遵循时间的灵活性多重访问协议.尽管消息必须在特定细微时隙中传输,消息仲裁将决定哪个模块可以使用可用的分段时间.到达某个细微时隙时,模块可以在短时间内传输任意动态数据.如果模块没有传输数据,它将失去该时隙,系统将继续前进至接下来的时隙,并重复此过程,直至模块传输动态数据.在传输期间,接下来的细微时隙必须等待传输完成,如果时间范围到期,则具有较低优先级的消息必须等待下一通信周期开始.动态分段示意图如图5所示,通信周期是静态和动态分段的组合.
3.Flex Ray网络故障诊断-波形测量Flex Ray数据传递也要服从一组规则,两条线同时应用电压差,创建数字逻辑“1或0”.就像所有总线数据传递一样,示波器是一种高度准确的网络活动观察方法.FlexRay有两根双绞线,标准波形如图6所示,Busplus和Busplus电压都在1.5~3.5V之间.
Busplus-Busplus等于2V时定义为逻辑1；Busplus-Busplus等于-2V时定义为逻辑0,两导线的电平都为2.5V时为空闲,休眠时两根线电压均为0.实际测量时,如果普通探针,测量出来的波形如图7所示.
4.Flex Ray网络故障诊断-终端电阻测量众所周知,CAN总线网络配有终端电阻器(防止信号反射),CAN高和CAN低接线每端各具有一个120Ω电阻器,这实际上会创建一个并联电路.此方式创建的并联电路的定律决定了总电路电阻值应为60Ω.在测试电路完好性时,此方法非常有效,高于或低于预期值表明存在断路或短路问题.
参考图2,每个Flex Ray?分支还在每端配有终端电阻器,每个接线具有专门的终端电阻器,这些电阻器按串联方式连接.模块中来自电阻器的分支通过电阻器提供了接地线路.这种布置提供了一个低旁通过滤器,可以从电路中去除不需要的噪讯.因为额外的部件改变了电路结构.在测试电路完好性时,简单的电路电阻检查无法提供准确的结果.在执行电阻检查之前,必须隔离每个终端电阻器.如图2,因为分动器模块是中间连接方式,其内部有2个串联的1.3kΩ的电阻,其他模块包含两个以串联方式连接的47Ω电阻器.要获得准确的结果,我们需要隔离要测量的分支,只需断开一端,然后测量断开的线束针脚之间的电阻值,便可以在分支的任意一端进行此类测量.至少需要执行两次测量(两端各一次)以检查整个电路.例如,要测试BCM/GWM和ECM之间的分支ECM终端电路,需断开相关的BCM/GWM接头,测量Flex Ray?总线正线和总线负线,线束接头针脚之间的电阻值.要测试BCM/GWM终端电路,重新安装BCM/GWM接头,断开相关的ECM接头,测量Flex Ray?总线正线和总线负线,ECM线束接头针脚之间的电阻值,以此类推.
网络系统论文参考资料：
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