其它總線技術及應用《新能源汽車總線系統檢修》課程智能交通學院新能源汽車總線課程組一、總線兩種觸發方式總線及協議共分為兩種基本類型：事件觸發方式和時間觸發方式。基于事件觸發方式的協議主要包括由德國Bosch公司制定的CAN（ControllerAreaNetwork）總線及其協議。隨著整車的安全性能要求越來越高，以時間觸發方式為核心，提出了新的總線及協議，其中具有代表性的三種總線及協議分別為：Time-TriggeredCAN(TTCAN)、TTP和FlexRay。三、CAN總線的仲裁特點較低優先級的數據時間延時可能比較長優先級最高次之最低低一、總線兩種觸發方式事件觸發的特點01事件觸發——網絡中所有活動都是由事件的發生所引起的，但是事件的產生是隨機的、偶發的，何時會有一個事件觸發是不可預知的，這就很可能導致網絡中的事件之間發生沖突缺點：（1）由于該協議機制本身缺乏決定機制、同步和容錯等特征，網絡中的事件間的沖突會導致整個網絡的實時性降低，因此，事件觸發機制并不適用于對安全要求非常苛刻的硬實時系統。（2）在最差條件下存在著傳輸不可預知、容錯能力差、低優先級消息容易被阻塞、總線負荷不平均等不足。尤其是當系統進發消息較多，即在小時間間隔中出現較多的連續消息時，某些低優先級的消息會由于高優先級消息長時間占用總線而被阻塞，使得整個系統性能遭到破壞。一、總線兩種觸發方式時間觸發的特點02基于時間觸發方式的協議是基于時間觸發結構而產生的。所有節點根據時間同步化，每一個在網絡上的活動都打上了時間標記。系統中的任務根據工作之前制定的時間表分配好了相應的總線時間，因此，在采用時間觸發方式通訊的總線網絡中，節點都按照事前制定的靜態調度時間表（又稱為矩陣周期）完成任務，節點總按照相同的順序傳送消息。靜態調度表被下載到各節點的控制器中，通信系統的分支系統只需知道何時傳送一條消息以及何時在總線上的一條消息對自己是有用的。時間觸發結構的主要優點之一是組合能力，這使得將一個新的部分整合到系統中時能夠減少對新的部分的測試，這是設計對安全性要求苛刻的系統時的關鍵因素。二、TTCAN總線TTCAN總線的提出01

（1）CAN的特點基于事件觸發的CAN總線系統采用媒體訪問控制的仲裁機制，該機制能夠保證具有高優先級的消息首先訪問總線，即使其他節點所發送的消息試圖訪問媒體，也不會對先前的消息產生破壞。（2）CAN存在的問題較低優先級的消息對媒體的訪問存在延遲；最高優先級別的消息對媒體的訪問也會存在延遲；節點信息的發送時間不確定。（3）TTCAN提出的目的為了避免延遲存在；確保消息以確定性的通信模式在總線上傳輸；有效的利用CAN總線的物理帶寬TTCAN是CAN總線標準的擴展，是建立在標準CAN上的高層協議二、TTCAN總線03TTCAN總線的缺點1）TTCAN與CAN是不兼容的TTCAN要求獨占窗，因此它不能和CAN混合使用在一個系統中。帶CAN通信口的ECU不受TTCAN的約束，可在任意時刻發送，就有可能在總線空閑時爭得發送權，使TTCAN的調度發送完全失效。汽車廠在采用TTCAN時必須將所有要用到的ECU都改為用TTCAN的方式，這就要重新認證和驗證所有的ECU，涉及大的工作量和投資。如果用網關將CAN的ECU過渡到TTCAN網，其成本的增加更大，只具有實驗意義。除非，系統中CAN節點始終不發送數據，只接收數據。此時，兩者可以同時存在一個系統中2）由預留ErrorFrame幀引起的開銷大

TTCAN沒有禁止ErrorFrame，由于錯誤可能出現在任何時間，就可能發生在幀的最后處，每一個Slot都要預留ErrorFrame的時間，否則它會阻礙下一個Slot內消息的發送，這是很大的開銷，使TTCAN遠達不到設想的100%的總線利用率。假定最小的數據幀為1B數據，長為65位，而ErrorFrame為20位，那么這項開銷達到23.5%。二、TTCAN總線03TTCAN總線的缺點3)Slot（時隙）用途不同造成時間利用率由于TTCAN規定調度好的Cycle中的Slot劃分是一樣的，但可能的用途不同。不同的Cycle同一Slot里可能安排了長短不一的消息，此時對短幀來說，留下的時間就浪費了。4)事件消息被阻塞的延遲可能性增大在TTCAN中，由于調度結果造成幾個連續的Slot都是獨占窗，此時事件消息要等待的時間很長，必須有特別的設計加以處理。5)網絡內的時間同步要求較高用軟件來實現時就得留出時間以容許主從節點間的同步誤差，這就又減少了帶寬。6)丟幀處理兩難TTCAN在傳送出錯的情況下，不對本幀進行自動重發。在應用上要有所考慮。或者用比實際需要更多的發送，丟掉就算了的策略，這也會浪費帶寬；或者由應用層在仲裁窗組織重發，但這相當復雜。如用冗余的第2條總線，意味著成本的加倍。三、FlexRay總線01FlexRay總線的特點（1）FlexRay可以為下一代的車內控制系統提供所需的高速率速度和高可靠性（2）FlexRay有兩個通信信道，兩個信道的的數據速率最大可達到10Mbps,總數據速率可達到20Mbit/秒；（3）FlexRay既可以像LIN和CAN一樣采用單信道通信，也可采用雙信道通信；（4）FlexRay的雙信道通信，可以通過網絡傳輸冗余數據，從而提高可靠性（5）應用在車載網絡，FlexRay的網絡帶寬可能是CAN的20倍之多。（6）FlexRay提供靈活的配置，可支持各種拓撲，如總線、星型和混合拓撲。（7）FlexRay可以進行同步（實時）和異步的數據傳輸，來滿足車輛中各種系統的需求；（8）FlexRay采用TDMA和mini-slotting消息調度的確定性訪問方式，具有容錯功能和確定的通信消息傳輸時間，同時支持事件觸發和時間觸發。（9）FlexRay在每個通信周期內都提供靜態和動態通信段，靜態通信段可以提供有界延遲；動態通信段則有助于滿足在系統運行時間內出現的不同帶寬需求。FlexRay總線的應用三、FlexRay總線02應用領域：分布式控制系統一體化控制：動力系統、底盤系統高安全性要求的系統：X-by-Wire(線控系統）、牽引及安全控制系統國防：地面設備高傳輸速率要求的系統：車輛主干網未來車網架構

FlexRay：

高速主干網、X-by-Wire、

安全氣囊控制LINSubBus：

車門、

座椅等.CAN/TTCAN–Applications:動力系統、車身系統

MOST

：娛樂信息系統03FlexRay總線的網絡拓撲三、FlexRay總線01單信道02雙信道按信道分01總線型02星型按網絡拓撲結構分03混合型03FlexRay總線的網絡拓撲三、FlexRay總線要求：IBus≤24m單信道—總線型4≤nStubs≤2203FlexRay總線的網絡拓撲三、FlexRay總線單信道—無源星型要求：IStubN＋IStubM≤24m3≤nStubs≤2203FlexRay總線的網絡拓撲三、FlexRay總線單信道—有源星型要求：lActiveStarN≤24mnActiveBranches≥203FlexRay總線的網絡拓撲三、FlexRay總線單信道—混合型單信道-總線型單信道-無源星型單信道-有源星型03FlexRay總線的網絡拓撲三、FlexRay總線雙信道—可獨立選擇拓撲形式

公共節點04FlexRay總線的工作狀態三、FlexRay總線FlexRay的節點有幾個基本的運行狀態：（1）配置狀態（默認配置/配置）-用于各種初始化設置，包括通信周期和數據速率（2）就緒狀態-用于進行內部的通信設置（3）喚醒狀態-用于喚醒沒有在通信的節點。在該狀態下，節點向另一節點發送喚醒信號，喚醒并激活通信控制器、總線驅動器和總線監控器。（4）啟動狀態-用于啟動時鐘同步，并為通信做準備。（5）正常狀態（主動/被動）-可以進行通信的狀態（6）中斷狀態-表明通信中斷默認配置配置就緒中斷喚醒啟動主動正常被動正常04FlexRay總線的工作狀態三、FlexRay總線錯誤狀態圖四、Byteflight總線01Byteflight總線的功能與發展Byteflight系統是由BMW與Motorola、Elmos、Infineon合作開發的，主要用于傳輸時間上要求特別緊迫的安全氣囊系統數據。

Byteflight系統的數據傳輸速率為10Mbit/s，可以滿足對數據傳輸的實時性要求非常高的汽車安全氣囊系統的要求，且可在強電磁干擾條件下可靠地傳輸數據。Byteflight在ISIS（智能安全集成系統）和ASE（高級安全電子設備）中使用。這兩個安全系統負責控制安全氣囊、安全帶拉緊裝置和斷開安全蓄電池接線柱。02四、Byteflight總線Byteflight總線的拓撲結構BMW車輛使用Byteflight將用于控制安全氣囊系統、乘員保護系統和安全蓄電池接線柱的控制單元聯網。數據傳輸介質是塑料光導纖維，光導纖維通過光波脈沖傳輸數據。因此，更不易于受到外部干擾。數據傳輸速率為10Mbit/s。傳輸介質為一根光導纖維，且可朝兩個方向雙向傳輸數據。控制單元以時間和事件觸發方式進行通信。既能以同步方式傳輸數據，也能以異步方式傳輸數據。03四、Byteflight總線Byteflight總線的應用（1）寶馬BMW高級安全電子系統的特點

高級安全電子系統ASE具有以下優點：快速獲取并傳輸數據（傳輸速率為10Mbit/s）；準確識別碰撞；安全氣囊控制系統聯網；選擇性觸發；精確控制智能型安全氣囊；觸發安全性高；抗電磁干擾能力強；需要時可斷開安全蓄電池接線柱，進行蓄電池線路診斷等。

通過分布于車輛上重要位置的多個加速傳感器，能夠比多重乘員保護系統MRS更準確地識別出碰撞情況。由車內加速傳感器探測到的車輛減速信息都被傳送至安全和網關模塊SGM。

SGM與所有衛星式控制單元交換減速數據，據此描繪出準確的碰撞情況。然后根據碰撞情況及時地、有選擇地觸發執行器。發生碰撞時，僅觸發那些必要的執行器（氣囊），以便對車內乘員提供最佳的保護，并降低維修費用。03四、Byteflight總線Byteflight總線的應用（2）寶馬BMW高級安全電子系統的組成03四、Byteflight總線Byteflight總線的應用（3）寶馬BMW高級安全電子系統的工作原理1）觸發規則碰撞嚴重程度：

通過大量的碰撞和行駛試驗，確定可能的事故類型的BMW觸發閾值。觸發閾值取決于碰撞嚴重程度，碰撞嚴重程度分為四組——CS0，不必觸發乘員保護系統；CS1，輕度碰撞；CS2，中度碰撞；CS3，重度碰撞。觸發閾值

觸發閾值的確定主要取決于碰撞嚴重程度以及對其他因素的考慮，如撞擊方向、碰撞時接觸面積和車內乘員是否系好安全帶。

由此得出控制各個乘員保護系統的不同閾值。由于觸發閾值的不同，前部安全氣囊第2級的引爆根據碰撞的嚴重程度而變化。03四、Byteflight總線Byteflight總線的應用（3）寶馬BMW高級安全電子系統的工作原理

如果安全帶鎖扣識別錯誤，系統會由此推斷出乘員未系安全帶。此時觸發閾值降低，盡管是識別錯誤，還是會試圖激活安全帶拉緊裝置。

如果座椅占用識別出現錯誤，系統將確認座椅被占用（即座椅上坐有乘員）。此時，乘員保護系統會被激活（相應的安全氣囊會引爆）。2）碰撞時的觸發正面碰撞—發生正面碰撞時，可將碰撞嚴重程度分為輕度至中度碰撞（CS1/CS2）和嚴重碰撞（CS3）三級。側面碰撞—發生側面碰撞時，碰撞嚴重程度區分為輕度和中度碰撞兩種。尾部碰撞—從碰撞嚴重程度CS1（輕度碰撞）起，觸發主動式頭枕和安全帶拉緊裝置。03四、Byteflight總線Byteflight總線的應用（3）寶馬BMW高級安全電子系統的