其它总线技术及应用新能源汽车总线系统检修课件

其它总线技术及应用《新能源汽车总线系统检修》课程智能交通学院新能源汽车总线课程组一、总线两种触发方式总线及协议共分为两种基本类型：事件触发方式和时间触发方式。基于事件触发方式的协议主要包括由德国Bosch公司制定的CAN（ControllerAreaNetwork）总线及其协议。随着整车的安全性能要求越来越高，以时间触发方式为核心，提出了新的总线及协议，其中具有代表性的三种总线及协议分别为：Time-TriggeredCAN(TTCAN)、TTP和FlexRay。三、CAN总线的仲裁特点较低优先级的数据时间延时可能比较长优先级最高次之最低低一、总线两种触发方式事件触发的特点01事件触发——网络中所有活动都是由事件的发生所引起的，但是事件的产生是随机的、偶发的，何时会有一个事件触发是不可预知的，这就很可能导致网络中的事件之间发生冲突缺点：（1）由于该协议机制本身缺乏决定机制、同步和容错等特征，网络中的事件间的冲突会导致整个网络的实时性降低，因此，事件触发机制并不适用于对安全要求非常苛刻的硬实时系统。（2）在最差条件下存在着传输不可预知、容错能力差、低优先级消息容易被阻塞、总线负荷不平均等不足。尤其是当系统进发消息较多，即在小时间间隔中出现较多的连续消息时，某些低优先级的消息会由于高优先级消息长时间占用总线而被阻塞，使得整个系统性能遭到破坏。一、总线两种触发方式时间触发的特点02基于时间触发方式的协议是基于时间触发结构而产生的。所有节点根据时间同步化，每一个在网络上的活动都打上了时间标记。系统中的任务根据工作之前制定的时间表分配好了相应的总线时间，因此，在采用时间触发方式通讯的总线网络中，节点都按照事前制定的静态调度时间表（又称为矩阵周期）完成任务，节点总按照相同的顺序传送消息。静态调度表被下载到各节点的控制器中，通信系统的分支系统只需知道何时传送一条消息以及何时在总线上的一条消息对自己是有用的。时间触发结构的主要优点之一是组合能力，这使得将一个新的部分整合到系统中时能够减少对新的部分的测试，这是设计对安全性要求苛刻的系统时的关键因素。二、TTCAN总线TTCAN总线的提出01

（1）CAN的特点基于事件触发的CAN总线系统采用媒体访问控制的仲裁机制，该机制能够保证具有高优先级的消息首先访问总线，即使其他节点所发送的消息试图访问媒体，也不会对先前的消息产生破坏。（2）CAN存在的问题较低优先级的消息对媒体的访问存在延迟；最高优先级别的消息对媒体的访问也会存在延迟；节点信息的发送时间不确定。（3）TTCAN提出的目的为了避免延迟存在；确保消息以确定性的通信模式在总线上传输；有效的利用CAN总线的物理带宽TTCAN是CAN总线标准的扩展，是建立在标准CAN上的高层协议二、TTCAN总线03TTCAN总线的缺点1）TTCAN与CAN是不兼容的TTCAN要求独占窗，因此它不能和CAN混合使用在一个系统中。带CAN通信口的ECU不受TTCAN的约束，可在任意时刻发送，就有可能在总线空闲时争得发送权，使TTCAN的调度发送完全失效。汽车厂在采用TTCAN时必须将所有要用到的ECU都改为用TTCAN的方式，这就要重新认证和验证所有的ECU，涉及大的工作量和投资。如果用网关将CAN的ECU过渡到TTCAN网，其成本的增加更大，只具有实验意义。除非，系统中CAN节点始终不发送数据，只接收数据。此时，两者可以同时存在一个系统中2）由预留ErrorFrame帧引起的开销大

TTCAN没有禁止ErrorFrame，由于错误可能出现在任何时间，就可能发生在帧的最后处，每一个Slot都要预留ErrorFrame的时间，否则它会阻碍下一个Slot内消息的发送，这是很大的开销，使TTCAN远达不到设想的100%的总线利用率。假定最小的数据帧为1B数据，长为65位，而ErrorFrame为20位，那么这项开销达到23.5%。二、TTCAN总线03TTCAN总线的缺点3)Slot（时隙）用途不同造成时间利用率由于TTCAN规定调度好的Cycle中的Slot划分是一样的，但可能的用途不同。不同的Cycle同一Slot里可能安排了长短不一的消息，此时对短帧来说，留下的时间就浪费了。4)事件消息被阻塞的延迟可能性增大在TTCAN中，由于调度结果造成几个连续的Slot都是独占窗，此时事件消息要等待的时间很长，必须有特别的设计加以处理。5)网络内的时间同步要求较高用软件来实现时就得留出时间以容许主从节点间的同步误差，这就又减少了带宽。6)丢帧处理两难TTCAN在传送出错的情况下，不对本帧进行自动重发。在应用上要有所考虑。或者用比实际需要更多的发送，丢掉就算了的策略，这也会浪费带宽；或者由应用层在仲裁窗组织重发，但这相当复杂。如用冗余的第2条总线，意味着成本的加倍。三、FlexRay总线01FlexRay总线的特点（1）FlexRay可以为下一代的车内控制系统提供所需的高速率速度和高可靠性（2）FlexRay有两个通信信道，两个信道的的数据速率最大可达到10Mbps,总数据速率可达到20Mbit/秒；（3）FlexRay既可以像LIN和CAN一样采用单信道通信，也可采用双信道通信；（4）FlexRay的双信道通信，可以通过网络传输冗余数据，从而提高可靠性（5）应用在车载网络，FlexRay的网络带宽可能是CAN的20倍之多。（6）FlexRay提供灵活的配置，可支持各种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。（7）FlexRay可以进行同步（实时）和异步的数据传输，来满足车辆中各种系统的需求；（8）FlexRay采用TDMA和mini-slotting消息调度的确定性访问方式，具有容错功能和确定的通信消息传输时间，同时支持事件触发和时间触发。（9）FlexRay在每个通信周期内都提供静态和动态通信段，静态通信段可以提供有界延迟；动态通信段则有助于满足在系统运行时间内出现的不同带宽需求。FlexRay总线的应用三、FlexRay总线02应用领域：分布式控制系统一体化控制：动力系统、底盘系统高安全性要求的系统：X-by-Wire(线控系统）、牵引及安全控制系统国防：地面设备高传输速率要求的系统：车辆主干网未来车网架构

FlexRay：

高速主干网、X-by-Wire、

安全气囊控制LINSubBus：

车门、

座椅等.CAN/TTCAN–Applications:动力系统、车身系统

MOST

：娱乐信息系统03FlexRay总线的网络拓扑三、FlexRay总线01单信道02双信道按信道分01总线型02星型按网络拓扑结构分03混合型03FlexRay总线的网络拓扑三、FlexRay总线要求：IBus≤24m单信道—总线型4≤nStubs≤2203FlexRay总线的网络拓扑三、FlexRay总线单信道—无源星型要求：IStubN＋IStubM≤24m3≤nStubs≤2203FlexRay总线的网络拓扑三、FlexRay总线单信道—有源星型要求：lActiveStarN≤24mnActiveBranches≥203FlexRay总线的网络拓扑三、FlexRay总线单信道—混合型单信道-总线型单信道-无源星型单信道-有源星型03FlexRay总线的网络拓扑三、FlexRay总线双信道—可独立选择拓扑形式

公共节点04FlexRay总线的工作状态三、FlexRay总线FlexRay的节点有几个基本的运行状态：（1）配置状态（默认配置/配置）-用于各种初始化设置，包括通信周期和数据速率（2）就绪状态-用于进行内部的通信设置（3）唤醒状态-用于唤醒没有在通信的节点。在该状态下，节点向另一节点发送唤醒信号，唤醒并激活通信控制器、总线驱动器和总线监控器。（4）启动状态-用于启动时钟同步，并为通信做准备。（5）正常状态（主动/被动）-可以进行通信的状态（6）中断状态-表明通信中断默认配置配置就绪中断唤醒启动主动正常被动正常04FlexRay总线的工作状态三、FlexRay总线错误状态图四、Byteflight总线01Byteflight总线的功能与发展Byteflight系统是由BMW与Motorola、Elmos、Infineon合作开发的，主要用于传输时间上要求特别紧迫的安全气囊系统数据。

Byteflight系统的数据传输速率为10Mbit/s，可以满足对数据传输的实时性要求非常高的汽车安全气囊系统的要求，且可在强电磁干扰条件下可靠地传输数据。Byteflight在ISIS（智能安全集成系统）和ASE（高级安全电子设备）中使用。这两个安全系统负责控制安全气囊、安全带拉紧装置和断开安全蓄电池接线柱。02四、Byteflight总线Byteflight总线的拓扑结构BMW车辆使用Byteflight将用于控制安全气囊系统、乘员保护系统和安全蓄电池接线柱的控制单元联网。数据传输介质是塑料光导纤维，光导纤维通过光波脉冲传输数据。因此，更不易于受到外部干扰。数据传输速率为10Mbit/s。传输介质为一根光导纤维，且可朝两个方向双向传输数据。控制单元以时间和事件触发方式进行通信。既能以同步方式传输数据，也能以异步方式传输数据。03四、Byteflight总线Byteflight总线的应用（1）宝马BMW高级安全电子系统的特点

高级安全电子系统ASE具有以下优点：快速获取并传输数据（传输速率为10Mbit/s）；准确识别碰撞；安全气囊控制系统联网；选择性触发；精确控制智能型安全气囊；触发安全性高；抗电磁干扰能力强；需要时可断开安全蓄电池接线柱，进行蓄电池线路诊断等。

通过分布于车辆上重要位置的多个加速传感器，能够比多重乘员保护系统MRS更准确地识别出碰撞情况。由车内加速传感器探测到的车辆减速信息都被传送至安全和网关模块SGM。

SGM与所有卫星式控制单元交换减速数据，据此描绘出准确的碰撞情况。然后根据碰撞情况及时地、有选择地触发执行器。发生碰撞时，仅触发那些必要的执行器（气囊），以便对车内乘员提供最佳的保护，并降低维修费用。03四、Byteflight总线Byteflight总线的应用（2）宝马BMW高级安全电子系统的组成03四、Byteflight总线Byteflight总线的应用（3）宝马BMW高级安全电子系统的工作原理1）触发规则碰撞严重程度：

通过大量的碰撞和行驶试验，确定可能的事故类型的BMW触发阈值。触发阈值取决于碰撞严重程度，碰撞严重程度分为四组——CS0，不必触发乘员保护系统；CS1，轻度碰撞；CS2，中度碰撞；CS3，重度碰撞。触发阈值

触发阈值的确定主要取决于碰撞严重程度以及对其他因素的考虑，如撞击方向、碰撞时接触面积和车内乘员是否系好安全带。

由此得出控制各个乘员保护系统的不同阈值。由于触发阈值的不同，前部安全气囊第2级的引爆根据碰撞的严重程度而变化。03四、Byteflight总线Byteflight总线的应用（3）宝马BMW高级安全电子系统的工作原理

如果安全带锁扣识别错误，系统会由此推断出乘员未系安全带。此时触发阈值降低，尽管是识别错误，还是会试图激活安全带拉紧装置。

如果座椅占用识别出现错误，系统将确认座椅被占用（即座椅上坐有乘员）。此时，乘员保护系统会被激活（相应的安全气囊会引爆）。2）碰撞时的触发正面碰撞—发生正面碰撞时，可将碰撞严重程度分为轻度至中度碰撞（CS1/CS2）和严重碰撞（CS3）三级。侧面碰撞—发生侧面碰撞时，碰撞严重程度区分为轻度和中度碰撞两种。尾部碰撞—从碰撞严重程度CS1（轻度碰撞）起，触发主动式头枕和安全带拉紧装置。03四、Byteflight总线Byteflight总线的应用（3）宝马BMW高级安全电子系统的