第３５卷第４期２００８年８月
拖拉机与农用运输车
Ｔｒａｃｔｏｒ＆Ｆａｒｍ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ
Ｖ０１．３５Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２００８新一代车内网络总线——ＦｌｅｘＲａｙ
陈松１，王红燕２
（１．洛阳拖拉机研究所有限公司，河南洛阳４７１０３９；２．中国一拖集团有限公司，河南洛阳４７１００４）
关键词：ＦｌｅｘＲａｙ；线控；通信总线；车辆
中图分类号：ＴＮ９１５．０４文献标识码：Ａ文章编号：１００６—０００６（２００８）０４—００５５—０２
ＮｅｗＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＶｅｈｉｃｌｅＮｅｔｗｏｒｋＢｕｓ－－ＦｌｅｘＲａｙ
ＣＨＥＮＳｏｎ９１，ＷＡＮＧＨｏｎｇ．ｙａｎ２
（１．ＬｕｏｙａｎｇＴｒａｃｔｏｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＹＴＯＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＦｌｅｘＲａｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｎｅｔｗｏｒｋｉｓａｎｅｗｆａｕｌｔ．ｔｏｌｅｒａｎｔ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ，ａｎｄｃａｐａｂｌｅｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｂｕｓｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｇｉｖｅｓ
suv车ａｇｅｎｅｒａｌｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ａｂｏｕｔｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｓｏｍｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｅｘＲａｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦｌｅｘＲａｙ；Ｘ—ｂｙ—ｗｉｒｅ；Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｂｕｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅ
ＦｌｅｘＲａｙ是国外许多公司正在评估的一种通信协议，由于具有支援高吞吐量、确定性、容错特性等特点，使整个行业对它产生了浓厚的兴趣。
１背景
随着“线控”技术的出现，我们将能使用重量轻、效率高、更简单的电子机械系统，如线控制动（Ｂｒａｋｅ－Ｂｙ—Ｗｉｒｅ），电机执行器将电能转换成机械能，通过减速器传输到制动片上，然后制动片将制动压力施加到制动毂上。但是，线控技术发展的进程并不是一帆风顺的。为了提供这些系统之间的安全通信，就需要一个高速、容错和时间触发的通信协议，但是，现存的网络协议不是针对车辆控制系统，如线控制动技术、线控驾驶技术等。这类应用需要高带宽、具有容错功能的确定性通信协议，而汽车市场目前尚未制定此类协议。随着汽车增强安全和舒适的功能越来越多，实现这些功能的电子控制单元（ＥＣＵ）的数量也在持续上升。如今高端车辆有１００多个ＥＣＵ，如果不采用新架构，该数字可能还会增长。ＥＣＵ操作和众多ＣＡＮ总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控（ｘ—ｂｙ—ｗｉｒｅ）的发展，即使可以解决复杂性问题，ＣＡＮ也缺乏线控所必需的确定性和容错功能。２０００年，宝马、戴姆勒克莱斯勒、飞利浦和摩托罗拉半导体部门（２００４年更名为飞思卡尔半导体公司）联合建立了ＦｌｅｘＲａｙ联盟，拟共同实现下述目标：开发面向车内高速控制应用的高级通信技术，提高车辆安全性、可靠性和舒适度，提供可供市场所有客户使用的技术。该联盟现有１２５名成员，致力于推广ＦｌｅｘＲａｙ通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。ＦｌｅｘＲａｙ专为车内联网而设计，不会取代现有网络，但可以与现有系统结合使用，如控制器局域网（ＣＡＮ）、本地互联网络（ＬＩＮ）、媒体系统传输（ＭＯＳＴ）和Ｊ１８５０协议。
２ＦｌｅｘＲａｙ网络帧格式
ＦｌｅｘＲａｙ的帧格式【１Ｊ见图１，包括３段：起始段、有效段、校验段。
起始段——帧标识符、有效数据长度、起始段校验和循环数。帧标识符定义帧每次触发的优先级，起始段校验用来探查传输错误，循环数的值记录了循环周期的次数。
有效段——帧传输的数据。数据最大可到２５４字节，数据段超过ＣＡＮ总线数据段３０倍以上。
校验段——包含３个字节的ＣＲＣ校验码来探查错误。
ＦｒａｍｅＰａｙｌｏａｄＨｅａｄｅｒＣｙｃｌｅ
ＤａｔａＯＤａｔａｌＤａｔａ２＜＜ＤａｔａｎＣＲＣＣＲＣＣＲＣＩＤ
Ｌｅｎｇｔｈ
ＣＲＣｃｏｕｎｔ
忆：位７眈８—１８“一８ｉ拓肌２５４啪ｓ２４Ｂｉｔｓ同步帧指示位
空帧指示位
数据指示位
保留位
图１ＦｌｅｘＲａｙ的帧格式
Ｆｉｇ．１ＦｌｅｘＲａｙＦｒａｍｅＦＯｎ＿ｎａｌ
ＦｌｅｘＲａｙ符合ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）的原则，部件和信息都被分配了确定的时间槽，在此期间它们是唯一的访问总线。
收稿日期：２００７—１２—１８；收修改稿日期：２００８－０３—１１时间槽有固定的重复周期，信息在总线上的时间是完全可以预测出来的，因而对总线的访问是确定性的。不过，通过为部件和信息分配
·５５·
万方数据
时间槽的方法来固定的分配总线带宽，其不利因素是导致总线的带宽没有被完全利用。出于这个考虑，ＦｌｃｘＲａｙ把周期分成了静态段（ＳｔａｔｉｃＳｅｇ．）和动态段（ＤｙｎａｍｉｃＳｅｇ．）（图２）［２｜。确定的时间槽
适用于位于信息开始的静态段。在动态段，时间槽是动态分配的。每种情况下都只有一小段时间是允许唯一的总线访问的（这段时间称为“ｍｉｎｉ—ｓｌｏｔｓ”），如果在ｍｉｎｉ—ｓｌｏｔ中出现了总线访问，时间槽就会按照需要的时间来扩展。因此总线带宽是动态可变的。
信道１
信道２
１２３４５６７８ｌｌＡ１Ｂ１ＣＩＢ２Ａ３ＥｌＢ３Ｂ４Ｅ２
ｆｌ２３４５６７９
Ａ２ＣｌＤｌＡ４Ｅ１Ｄ２Ａ４
静态段动态段ｆ
通信周期
图２ＦｌｅｘＲａｙ的通信周期
Ｆｉｇ．２ＦｌｅｘＲａｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｙｃｌｅ
３ＦｌｅｘＲａｙ的特性
ＦｌｅｘＲａｙ提供了传统车内通信协议所不具备的大量特性，包括：
１）２ｘ１０Ｍｂｐｓ的数据速率ＦｌｅｘＲａｙ支持两个通信信道，每个信
道的速度达到１０Ｍｂｐｓ，与ＣＡＮ协议相比，它能将可用带宽提高
１０～４０倍，具体大小取决于配置和比较模式；
２）同步时基ＦｌｅｘＲａｙ中使用的访问方法是基于同步时基的；该
时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用；时基的精确度介于
０．５Ｉｘｓ和１０斗ｓ之间（通常为１～２ｔｘｓ）；
３）通信是在周期循环中进行的特定消息在通信周期中拥有固
定位置，因此接收器已经提前知道了消息到达的时间；到达时间的ｌ临
时偏差幅度会非常小，并能得到保证；
４）为了增强系统的可用性，ＦｌｅｘＲａｙ提供了冗余传输消息的选
项，消息能够冗余传输，但并不是所有消息都必须冗余传输，否则会
导致带宽的过多损耗；
５）在ＦｌｅｘＲａｙ协议的开发过程中，关注的主要问题是灵活性；它
不仅提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统还可以进行优
化，以提高可用性（静态带宽分配）或吞吐量（动态带宽分配）；用户
还可以扩展系统，而无需调整现有节点中的软件，同时，还支持总线
或星型拓扑；ＦｌｅｘＲａｙ提供了大量配置参数，可以支持对系统进行调
整，如通信周期的持续时间、消息长度等，以满足特定应用的需求。
ＦｌｅｘＲａｙ的特点就是高速性、高可靠性和网络结构的灵活性。
４功能和机制分析
高速性方面，ＣＡＮ的通信速度为ｌＭｂｐｓ，而ＦｌｅｘＲａｙ高达１０
Ｍｂｐｓ。ＦｌｅｘＲａｙ利用两条独立的物理线路进行通信，每条的数据速率
为１０Ｍｂｐｓ。两条通信线路主要用来实现冗余，当然也可以利用两条
线路来传输不同的消息，这样数据吞吐量可以加倍。另外，在ＥＣＵ
的数据分配顺序上，ＣＡＮ是事件触发，而ＦｌｅｘＲａｙ则实现了时间触
发。时间触发是指数据发送是按周期分配的，因此在既定的周期内
能收发信息。在ＣＡＮ系统中，网络较为复杂，当几个ＥＣＵ同时发送
信息时，数据可能无法在预计的时间内发送完毕。
高可靠性方面即使系统的不同部分出现故障，系统仍将按照设
计继续运行。ＦｌｅｘＲａｙ支援多个级别的容错功能，包括通过单通道或
双通道模式，提供可扩展的系统容错。独立的物理层总线监护器也
有助于最大程度地减少系统错误。
ＣＡＮ基本上是一根线（总线）连接几个ＥＣＵ的总线型结构，而
ＦｌｅｘＲａｙ混合了总线型和几个ＥＣＵ连在中央的星型结构。使用星型
拓扑可完全解决容错问题，因为如果出现意外情况，星型的支路可以
·５６·信道１信道２
有选择的切断。如果无源总线线缆长度超过规定限制，星型拓扑还
可以用作复制器（参见图３）。
图３ＦｌｅｘＲａｙ的设计支持多个网络拓扑
Ｆｉｇ．３ＦｌｅｘＲａｙＮｅｔｗｏｒｋＴｏｐｏｌｏｇｙ
以往的完全冗余系统一般是由一个中央电子控制单元（ＥＣＵ）和
一个备用ＥＣＵ分别与四轮节点组成两个通道，即主要的工作通道和
备用通道。当其中一个ＥＣＵ失效，导致该通道呈现故障状态时，另
一个备用通道能通过应用软件及时参与运做，因而不会损害整个系
统。但如果相关的连接器进水，导致ＥＣＵ上的印刷电路板短路，或
者发生机械碰撞，影响两个通道时，很可能导致通讯完全失灵。避免
这种事故的方法是降低网络设计的复杂程度。ＦｌｅｘＲａｙ通过引入主
动星形连接器（ａｃｔｉｖｅｓｔａｒｓ）做了迸一步的改进∞Ｊ。主动星形连接器
充当一个路由器，可在正常通讯操作中把某一网络分支传人的信息
传给其它所有的分支。这样做的好处是主动星形连接器可以探测出
发生故障的分支，以及超过时间限制的信息。当探测到这些异常状
况时，主动星形连接器可中断受到影响的网络分支，并保证其它分支
的通讯不受干扰。如果在另一个通道上也采用一个主动星形连接
器，就会形成对称的网络结构，并可通过应用软件来进行适当控制。
这样，即使发生某种故障，系统性能也不会下降。
ＦｌｅｘＲａｙ的重要目标应用之一是线控操作（如线控转向、线控制
动等），即利用容错的电气／电子系统取代机械／液压部分。线控操作
包括从转向到制动和加速等所有车辆控制应用互连技术，它可以补
充并将最终代替目前的机械和液压方案。车内部件特别是机械和液
压部件减少后就不必再支付这部分费用，因此就总体器件和组装成
本来说，采用电子系统比采用机械和液压部件更便宜。
除了线控操作以外，ＦｌｅｘＲａｙ在汽车动力总成和安全电子系统方
面也有很大的应用空间，这些应用都需要高速数据传输，如作为中央
电子骨干总线连接车内各种总线网络，而且便于在车内引入新的电
子控制系统。在安全系统采用时间触发技术，就能在既定的时间内
处理信号，提高实时性。采用ＦｌｅｘＲａｙ技术可实现汽车的微控制，例
如对悬挂系统的控制，即使车辆转弯角度已经达到极限，其数据通信
也不会发生延迟现象；动力系统代替现有的机械系统控制电子节气
（下转第６２页）万方数据
ｆ
？
曼
憾
幽
图５Ｂ柱侵入速度变化
Ｆｉｇ．５ＩｎｖａｓｉｖｅＳｐｅｅｄＣｈａｎｇｅｏｆＢＰｉｌｌａｒ
表２该车型碰撞法规适应度
．翌！：！曼堕！！璺塑！！型！！！！璺！塑型！！型堕！！！璺！！
项目模拟值参考值结论
３结论
本文利用有限元分析的基本理论，对汽车车身数模进行了网格划分及碰撞模拟分析。根据仿真结果：Ｂ柱安全带支架处侵入量过大，车门有不能正常开启的隐患，Ｂ柱与下边梁连接处的侵入量也偏大，同时假人的部分伤害指标达不到法规要求，需要进一步对车身结果进行优化。
根据仿真结果，提出修改方案为：采用新材料和优化地板横梁。
参考文献：
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［８］吴毅，朱平，张宇．ＳＵＶ车侧面碰撞安全性仿真研究［Ｊ］．机械制造，２００６（７）：３１～３３．
（编辑姜洪君）作者简介：黄虎（１９５０一），男，浙江人，高级工程师。
掣绵巡ｆ：帚也乔蛙钸｛！绵也卵出不÷！矫｛！钸如ｆ｛２不彬乖出乔出带｛譬尔出不ｉ！铞出尔赳绵出乖出乖出乔出尔出帝出尔出乔出幂出带也希出贫出不出乖出尔出尔出帘出不也乖出尜出乖出乖出希出祭ｇ绵蟛乖出希出尔
（上接第５６页）
门，该电子节气门和现有系统结合工作，如电脑化燃油喷射器、电脑莱斯勒有望在未来几年内，将Ｆ１ｅｘＲａｙ引人到他们的汽车系列中。可化可变进气系统、电脑化怠速控制系统等。以说，ＦｌｅｘＲａｙ为新产品的开发人员提供了机会，使下一代汽车变得
５展望更安全、方便、舒适和可靠，并能迅速完成组装。
ＦｌｅｘＲａｙ是许多公司正在评估的一种通信协议，目前大多数汽车
生产商都支持Ｆ１。；Ｒａｙ协议。宝马、戴姆勒克莱斯勒、通用和大众都
参考文献：
是Ｆ１。；Ｒ”联盟的核心合作伙伴。大多数高级会员都是汽ｒ车生产商。［１］纪光霁，万茂松·汽车８６ｕ通讯新平台——ｎ。１Ｒ８ｙ（ｖ２·１）协议规范联盟最重要的目耀‘使Ｆ１“Ｒａｙ成为汽车业的实际删’。联盟的［２］盟裟：黧’￡ｊ‰：Ｆ１洳‰崃删［Ｊ／０Ｌ］＇ＡⅥＤ．目标正在快速实现。飞思卡尔半导体和皇家飞利浦电子有限公司。。茹州ＥＤｅｓｉ：：。。，（２００６—１ｌ一１；）［２０品一１１］．ｈｔ【ｐ易＝．’ａｕｔ。。（ＲｏｙａｌＰｈｉｌｉｐｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）最近达成协议，共同分享他们的ｎｅｘＲａｙ．技Ⅱｖｅｄｅｓｉ甜ｉｎｅｃｏｒｅ／ｈｏｗｔｏ／１９４４００４２５；ｊｓｅｓｓｉｏｎｉｄ：ＤＮＱ０３ＥＮＺＱ４２ＦＷＱＳＮＤＬ
术，以加快支持ＦｌｅｘＲａｙ的半导体产品的面市。双方现在都授权对方ＰＳＫＨＯＣＪＵＮＮ２ＪＶＮ７ｐｇｎｏ：１．
共用自己的ＦｌｅｘＲａｙ协议引擎设计，并且联合开发可执行的协议模［３］ＪＯＥＬ
Ｓｈａｐｉｒｏ．ＦｌｅｘＲａｙ：Ｔｈｅ
Ｎｅ。ｔＧｅｎｅｒａｆｔｏｎＩｎ—ｖｅｈｉｅｌｅＮｅｔｗｏｒｋ［Ｊ／ＯＬ］，型。飞思卡尔将在独立设备中推出ＦｌｅｘＲａｙ协议引擎，这些独立设备Ｅｖａｌｕａｔｉ。ｎＥｎｓｉ。ｅｅｒｉｎｇ，（２００５—０５）［２００７—１１］．ｈｔｔｐ：／／ａｒｅｈｉｖｅ．ｅ，ａｌｍ包括：１６位微控制器、数字信号控制器系列、内含Ｐ
ｏｗｅｒＰＣ核心的处ａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇ．ｃｏｒｎ／ａｒｃｈｉｖｅ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／０３０５／０３０５ｆｌｅｘｒａｙ．ａｓｐ．
理器等。飞利浦有望在基于ＡＲＭ的整个汽车微控制器系统中集成
ＦｌｅｘＲａｙ协议引擎。根据ＦｌｅｘＲａｙ联盟的网站信息，宝马和戴姆勒克（编辑郭聚臣）出艰出乖出靖池乖如乔延缔也乖出乔出乖出乔蚴出乖出芥也不彤乖出嘲‰如芥鼢出乖出ｉ姑乔出簦出乔过旆出乖也乖出秘墩尔也零‰出乔蚴出尔出乔逆钸出乖出乖出毋出乖出乔趟舔鼢出枣
（上接第５９页）
２）本文以相邻两挡加速度的大小为换挡点，并据此建立了理论［３］田华．液力变矩器现代设计理论的研究［Ｍ］．长春：吉林大学，２００５．
模型，仿真结果表明理论模型是正确的。［４］朱经昌．车辆液力传动［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９３．
３）文中所建立的仿真模型在准确验证了理论模型正确性的同时，也得出了液力变矩器在最大效率时的换挡规律，不仅满足了乘车舒适性的要求，而且在最佳燃油经济性条件下，使得不同挡位下的驱动力达到最大。这为进一步研究换挡延迟等提供了理论支持。
参考文献：
［１］葛安林．车辆自动变速理论与设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９３．［２］张泰，葛安林，郭立书，等．汽车液力变矩器与ＡＭＴ共同工作时的换挡规律［Ｊ］．农业机械学报，２００５，３６（１）：１３—１７．
·６２·［５］ＳＨＵＩＷＥＮＳｈｅｎ．ＳｔｕｄｙｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｈｉｆｔＳｔｒａｔｅｇｙｗｉｔｈｔｈｅＨｕｍａｃｈｉｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＳＡＥ９７３２７９：６６５～６７０．
［６］余志生．汽车理论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９６．
［７］ＨＩＲＯＳＨＩＹａｍａｇｕｃｈｉ．ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｈｉｆｔＳｃｈｅｄｕｌｅＣｏｎｔｒｏｌＵｓｉｎｇＦｕｚｚｙｈ曲ｃ［Ｊ］．ＳＡＥ９３０６７４：１０７７一１０８８．
（编辑郭聚臣）
作者简介：刘军（１９６７一），男，江苏靖江人，教授，硕士生导师；陶明（１９８２一）男，江苏盐城人，硕士研究生；赵闯，男，硕士研究生；厍世军，女，硕士研究生。
万方数据
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