◆文/北京 楊景槐

2017款全新路虎發(fā)現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)介紹

◆文/北京 楊景槐

一、2017款全新路虎發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

與老款相比，2017款全新路虎發(fā)現(xiàn)無(wú)論從車身結(jié)構(gòu)到電氣系統(tǒng)，都帶來(lái)了一系列的革新。2017款全新路虎發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信方面做了修改，中速CAN被替換為高速多CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其通訊速度達(dá)500kb/s。另外，動(dòng)力系統(tǒng)部分模塊還配備了超高速Flex Ray通信通道，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

1.車身高速HS CAN：老款發(fā)現(xiàn)4車身電氣控制系統(tǒng)采用中速M(fèi)S CAN網(wǎng)絡(luò)，其通訊速度為125kb/s。全新發(fā)現(xiàn)車身電氣控制系統(tǒng)所有模塊均采用了高速CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為全新的車身功能提供支持。

2.底盤高速HS CAN：包含了底盤/車輛動(dòng)力以及駕駛員輔助系統(tǒng)和安全功能的所有模塊。

3.舒適高速HS CAN：老款發(fā)現(xiàn)4車輛舒適電氣控制系統(tǒng)采用中速M(fèi)S CAN網(wǎng)絡(luò)，全新發(fā)現(xiàn)改為高速HS CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為舒適度、控制信息娛樂(lè)以及駕駛員信息功能提供支持，高速CAN舒適總線提供信息娛樂(lè)主控模塊(IMC)與其他系統(tǒng)控制模塊之間的通信。老款發(fā)現(xiàn)4信息娛樂(lè)系統(tǒng)是基于MOST的為2.1代高級(jí)信息娛樂(lè)系統(tǒng)。全新發(fā)現(xiàn)更新為InControl Touch Pro也稱NGI，即路虎新一代信息娛樂(lè)系統(tǒng)。InControl Touch Pro系統(tǒng)使用了一種稱為Broad R-Reach?的新型汽車技術(shù)，捷豹路虎是首家將此網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成于其信息娛樂(lè)構(gòu)架中的汽車制造商。

圖1 2017路虎新發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

InControl Touch Pro系統(tǒng)模塊采用基于OPEN Alliance Broad R-Reach?標(biāo)準(zhǔn)的新型車用以太網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。控制模塊之間的每條鏈路具有100Mb/s的帶寬，汽車以太網(wǎng)技術(shù)能以遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)的速度處理大量的數(shù)據(jù)。Broad R-Reach?以太網(wǎng)技術(shù)是為滿足車載的嚴(yán)格要求而設(shè)計(jì)制造的，且優(yōu)化了多個(gè)車載應(yīng)用程序，最終設(shè)計(jì)為通過(guò)無(wú)屏蔽的雙絞線電纜進(jìn)行工作，與CAN總線類似。在首款捷豹路虎應(yīng)用中，采用了屏蔽電纜、高度受控電纜和接頭裝配工藝，Broad R-Reach?以太網(wǎng)通信協(xié)議用于IMC與音頻放大器模塊(AAM)、遠(yuǎn)程通信控制單元(TCU)及信息娛樂(lè)從控制器(ISC)后座椅娛樂(lè)系統(tǒng)RSE模塊之間的通信。

4.電源模式0高速網(wǎng)絡(luò)HS CAN：電源模式0通信是一套電源管理網(wǎng)絡(luò)，可在車輛鑰匙處于關(guān)閉位置時(shí)為需要通信的車輛交互功能提供支持。

5.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)高速HS CAN：支持通過(guò)先前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)為無(wú)法遷移到Flex Ray網(wǎng)絡(luò)的模塊提供通信。

6.FlexRay：全新的總線布局，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)已從先前的PT-CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遷移，以便提高通信能力。

以上各網(wǎng)絡(luò)都相互獨(dú)立地運(yùn)行，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總線負(fù)載和穩(wěn)定性得到了優(yōu)化。任何連接到CAN總線和Flex Ray網(wǎng)絡(luò)模塊的控制模塊均能夠與連接到總線網(wǎng)絡(luò)的任何其他控制模塊進(jìn)行通信，任何信息均可通過(guò)網(wǎng)關(guān)高效地從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸至另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行負(fù)載的干擾降到最小。為了防止網(wǎng)絡(luò)故障并降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，一些控制模塊連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，仍可將基本數(shù)據(jù)從這些模塊傳輸?shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)連接，這使得該網(wǎng)絡(luò)上的模塊能夠正常運(yùn)行。

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)雙絞線，形成并聯(lián)電路，為清晰和易用起見(jiàn)，拓?fù)渖现伙@示了一個(gè)導(dǎo)線。CAN網(wǎng)絡(luò)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)120Ω的端接電阻器，電阻器的位置可在拓?fù)渖险业?，由位于相?yīng)控制模塊上的歐姆符號(hào)(Ω)表示，拓?fù)鋱D可以協(xié)助或識(shí)別網(wǎng)絡(luò)故障。

二、Flex Ray

1.概述

2017款全新路虎發(fā)現(xiàn)的通信網(wǎng)絡(luò)是捷豹路虎車系首款采用Flex Ray?通信協(xié)議的Land Rover產(chǎn)品。Flex Ray?是一套串行通信系統(tǒng)，適合在管理安全關(guān)鍵型車輛系統(tǒng)的模塊之間交換數(shù)據(jù)。它提供了可容錯(cuò)的實(shí)時(shí)通信通道，工作速度高達(dá)10Mb/s。如圖2所示網(wǎng)絡(luò)包含三個(gè)分支，每個(gè)分支均使用一對(duì)扭結(jié)電線構(gòu)建，每個(gè)分支的末端均配有終端電阻器，這些電阻器按串聯(lián)方式連接。

圖2 Flex Ray網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.Flex Ray傳輸協(xié)議

Flex Ray傳輸協(xié)議示意圖如圖3所示，總線上的通訊是通過(guò)周期包進(jìn)行傳輸?shù)模粋€(gè)周期包又包括若干個(gè)周期，每個(gè)通信周期都包含靜態(tài)分段，即劃分為同等時(shí)長(zhǎng)的時(shí)隙以傳輸靜態(tài)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分段，即劃分為同等時(shí)長(zhǎng)的時(shí)隙以傳輸基于事件的數(shù)據(jù)、符號(hào)窗口，即可用于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及網(wǎng)絡(luò)閑置時(shí)間用于同步所有網(wǎng)絡(luò)模塊的字段。

Flex Ray使用了時(shí)分多址法(TDMA)，而非多主概念。不允許模塊按照隨機(jī)或基于事件的順序訪問(wèn)通信總線，它們僅可按照精確定義的、時(shí)長(zhǎng)相等的時(shí)隙計(jì)劃傳輸數(shù)據(jù)。模塊基于時(shí)間的計(jì)劃傳輸數(shù)據(jù)，所有Flex Ray模塊同步到相同的時(shí)鐘時(shí)間。

圖3 Flex Ray傳輸協(xié)議示意圖

(1)靜態(tài)分段：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者將確定所有Flex Ray模塊的通信順序，待確定順序后，每個(gè)模塊將被分配一個(gè)特定的時(shí)隙。模塊在通信周期內(nèi)等待其特定的時(shí)隙來(lái)臨，可以獲得用于傳輸數(shù)據(jù)總線的獨(dú)家訪問(wèn)權(quán)限。若模塊離線或未準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，則分配的時(shí)隙將保持空白，該模塊必須等到下一個(gè)通信周期才能傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)靜態(tài)分段來(lái)傳輸周期性數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是既定的。以車輪轉(zhuǎn)速作為變量示例，無(wú)論是靜止還是移動(dòng)，車輛將始終具備車輪轉(zhuǎn)速(既定)，并用車輪轉(zhuǎn)速值來(lái)影響其他大量車輛系統(tǒng)，因此會(huì)把此信息反復(fù)傳輸?shù)娇偩€上。將定期傳輸消息“車速為xkm/h”，因?yàn)橹挥凶兞俊皒”或?qū)嶋H車速會(huì)發(fā)生改變。使用了時(shí)分多址(TDMA)法后，便無(wú)需進(jìn)行消息仲裁，現(xiàn)在將在可預(yù)測(cè)的時(shí)間范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。靜態(tài)分段示意圖如圖4所示，該示例顯示了四個(gè)時(shí)隙，在現(xiàn)實(shí)中，每個(gè)通信周期可能包含數(shù)十個(gè)時(shí)隙，通信通道可以在每個(gè)通信周期傳輸大量數(shù)據(jù)。

(2)動(dòng)態(tài)分段：TDMA功能足以完成靜態(tài)消息傳輸，為實(shí)現(xiàn)由事件驅(qū)動(dòng)的消息傳輸(動(dòng)態(tài)消息傳輸)，F(xiàn)lex Ray通過(guò)動(dòng)態(tài)分段擴(kuò)展每個(gè)通信周期。動(dòng)態(tài)分段具有固定的時(shí)長(zhǎng)，分為一系列細(xì)微時(shí)隙，這些細(xì)微時(shí)隙按優(yōu)先級(jí)順序排列。

固定分段長(zhǎng)度可確保靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)發(fā)生延遲。由于不可預(yù)測(cè)事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)(非既定)，將對(duì)消息傳輸協(xié)議進(jìn)行修改，傳輸將遵循時(shí)間的靈活性多重訪問(wèn)協(xié)議。盡管消息必須在特定細(xì)微時(shí)隙中傳輸，消息仲裁將決定哪個(gè)模塊可以使用可用的分段時(shí)間。到達(dá)某個(gè)細(xì)微時(shí)隙時(shí)，模塊可以在短時(shí)間內(nèi)傳輸任意動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。如果模塊沒(méi)有傳輸數(shù)據(jù)，它將失去該時(shí)隙，系統(tǒng)將繼續(xù)前進(jìn)至接下來(lái)的時(shí)隙，并重復(fù)此過(guò)程，直至模塊傳輸動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。在傳輸期間，接下來(lái)的細(xì)微時(shí)隙必須等待傳輸完成，如果時(shí)間范圍到期，則具有較低優(yōu)先級(jí)的消息必須等待下一通信周期開(kāi)始。動(dòng)態(tài)分段示意圖如圖5所示，通信周期是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分段的組合。

3.Flex Ray網(wǎng)絡(luò)故障診斷-波形測(cè)量

Flex Ray數(shù)據(jù)傳遞也要服從一組規(guī)則，兩條線同時(shí)應(yīng)用電壓差，創(chuàng)建數(shù)字邏輯“1或0”。就像所有總線數(shù)據(jù)傳遞一樣，示波器是一種高度準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)觀察方法。FlexRay有兩根雙絞線，標(biāo)準(zhǔn)波形如圖6所示，Busplus和Busplus電壓都在1.5～3.5V之間。

圖4 靜態(tài)分段

圖5 動(dòng)態(tài)分段

圖6 Flex Ray波形

圖7 Flex Ray實(shí)測(cè)波形

Busplus-Busplus=2V時(shí)定義為邏輯1；Busplus-Busplus=-2V時(shí)定義為邏輯0，兩導(dǎo)線的電平都為2.5V時(shí)為空閑，休眠時(shí)兩根線電壓均為0。實(shí)際測(cè)量時(shí)，如果普通探針，測(cè)量出來(lái)的波形如圖7所示。

4.Flex Ray網(wǎng)絡(luò)故障診斷-終端電阻測(cè)量

眾所周知，CAN總線網(wǎng)絡(luò)配有終端電阻器(防止信號(hào)反射)，CAN高和CAN低接線每端各具有一個(gè)120Ω電阻器，這實(shí)際上會(huì)創(chuàng)建一個(gè)并聯(lián)電路。此方式創(chuàng)建的并聯(lián)電路的定律決定了總電路電阻值應(yīng)為60Ω。在測(cè)試電路完好性時(shí)，此方法非常有效，高于或低于預(yù)期值表明存在斷路或短路問(wèn)題。

參考圖2，每個(gè)Flex Ray?分支還在每端配有終端電阻器，每個(gè)接線具有專門的終端電阻器，這些電阻器按串聯(lián)方式連接。模塊中來(lái)自電阻器的分支通過(guò)電阻器提供了接地線路。這種布置提供了一個(gè)低旁通過(guò)濾器，可以從電路中去除不需要的噪訊。

因?yàn)轭~外的部件改變了電路結(jié)構(gòu)。在測(cè)試電路完好性時(shí)，簡(jiǎn)單的電路電阻檢查無(wú)法提供準(zhǔn)確的結(jié)果。在執(zhí)行電阻檢查之前，必須隔離每個(gè)終端電阻器。如圖2，因?yàn)榉謩?dòng)器模塊是中間連接方式，其內(nèi)部有2個(gè)串聯(lián)的1.3kΩ的電阻，其他模塊包含兩個(gè)以串聯(lián)方式連接的47Ω電阻器。要獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，我們需要隔離要測(cè)量的分支，只需斷開(kāi)一端，然后測(cè)量斷開(kāi)的線束針腳之間的電阻值，便可以在分支的任意一端進(jìn)行此類測(cè)量。至少需要執(zhí)行兩次測(cè)量(兩端各一次)以檢查整個(gè)電路。例如，要測(cè)試BCM/GWM和ECM之間的分支ECM終端電路，需斷開(kāi)相關(guān)的BCM/GWM接頭，測(cè)量Flex Ray?總線正線和總線負(fù)線，線束接頭針腳之間的電阻值。要測(cè)試BCM/GWM終端電路，重新安裝BCM/GWM接頭，斷開(kāi)相關(guān)的ECM接頭，測(cè)量Flex Ray?總線正線和總線負(fù)線，ECM線束接頭針腳之間的電阻值，以此類推。

(作者楊景槐工作單位：中國(guó)北方車輛研究所)