汽车总线系统原理与检修第2版二．总线系统的原理

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1、二总线系统的原理,汽车总线系统的原理和故障诊断,1概述 车辆中传统的电子技术是，为车辆中的每个电气部件至少在电线束中敷设一根相应横断面的导线。例如控制尾灯时，就敷设一根从灯开关到灯泡的导线。,传统电子技术中通过单独的导线连接各个单个用电器 故障诊断可通过测量相应导线上的信号变化过程进行。 当电子装置进入车辆中时，一开始也保留了这种信号传输方式。为每个必须在控制单元之间交换的信息在电线束中敷设了一根附加导线。很多车辆包含大量电子控制系统。车辆中电子装置的增长一方面由客户对更高行驶安全性和更高行驶舒适性的要求决定，另一方面是为了满足立法部门对改进排气状态和减小耗油量的要求。能够胜任这些要求的控制单

2、元已在发动机控制、变速箱控制和节气门控制以及防抱死系统 (ABS) 或加速防滑控制 (ASR) 中使用较长时间。,在车辆电子装置的进一步发展中，承担复杂控制任务的控制单元应互相协作。这时所实现功能的复杂性使控制单元之间的大量数据交换不可避免。过去数据传输通过车辆电线束中的普通导线进行。然而由于控制单元功 能的复杂性不断增加，只有用可观的费用才能实现。每个信息都需要一根新导线。,控制单元通过单根导线的常规接线 这使得导线束无限膨胀。此外对每个信息来说，在发送控制单元上需要一个输出端，在接收控制单元上需要一个输入端。于是需要非常多的插头连接，随之而来的是易受干扰性增大。,为了排除这些缺点并同时为车

3、辆打开一条优化和进一步发展之路，必须寻找和踏上新的途径。 在高度发展的车辆中，控制单元通过总线系统相互连接。总线是由一根或多根导线构成的电缆，在车辆中通常由两根导线构成。,通过双线总线导线连接控制单元 在总线系统上可并行连接多个控制单元。为了避免通过导线传输数据时发生故障，在总线导线的末端连接终端电阻。在双线总线系统中使用双绞线，并以所谓的推挽方式传输信号这样就能够实现，显著降低外部干扰并通过双线导线非常抗干扰地传输数据。,2原理： 控制单元通过网络交换数据。,数据总线可以比作公共汽车。公共汽车可以运输大量乘客，CAN数据总线包含大量的数据信息。,3数据传递 目前在车辆上应用的数据传递形式有两

4、种： 1每项信息都通过各自独立的数据线进行交换。 例如下列中，共需要五条数据线来传递数据，每项信息都需要一个独立的数据线，随着所需信息两的增加，数据线的数量和控制单元的针脚数也会相应增加。,2各控制单元间的所有信息都通过两根数据线进行交换：数据总线。,所有信息都通过两根数据线进行传递。 通过该种数据传递形式，所有的信息，不管控制单元的多少和信息容量的大小，都可以通过这两条数据线进行传递。,只用一根单独的导线朝两个方向传输数据， 因而采用半双工模式传输数据。,连接的控制单元执行本地内部连接网络指令器的功能。,借助于光纤 数据交换总线,光纤数据交换总线传输数据、声音或图像时的数据,4CAN数据传输

5、系统 由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。,1原理： CAN是控制单元区域网络（Controller Area Network）的缩写，意思是控制单元通过网络交换数据。,CAN数据总线可以比作公共汽车。公共汽车可以运输大量乘客，CAN数据总线包含大量的数据信息。,2、数据传递形式 CAN总线是控制单元间的一

6、种数据传递形式，它连接各个控制单元形成一个完整的系统。 一个控制单元从整个系统中获得的信息越多，那么它协调其自身的功能会更好。,动力传动系统中的上列控制单元组成了一个完整的CAN系统： 发动机控制单元.自动变速器控制单元.ABS控制单元. 舒适系统中的上列控制单元组成了一个完整的CAN系统： 中央控制系统.车门控制系统,3、该系统的优点 (1)如果需要增加额外信息，只需修改软件即可。 (2)通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续检查，可以达到最低的故障率。 (3)利用最少的传感器信号线来传递多用途的传感信号。 (4)控制单元间实现高速数据传递。 (5)控制单元和控制单元插角最小化应用，从而

7、节省更多有用空间。 (6)CAN数据总线符合国际标准，便于不同的控制单元进行数据交换。,5数据传递的原理 CAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议。 讲：一个电话用户（控制单元）将数据“讲”入网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据，对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则选择忽略。,对这个数据感兴趣的用户就会利用该数据，而其他用户则选择忽略,1CAN数据总线由哪些元件组成? CAN数据总线由一个控制器，一个收发器，两个数据传输终端以及两条数据传输线组成。 除了数据传输线，其他元件都置于控制单元内部。控制单元的功能不变。,2CAN控制器 接受由控制单元中的微电脑传来的数据oCAN控制

8、器对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器。同样，CAN控制器也接受由CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑.,3CAN收发器 它本身兼具接收与发送的功能。它将CAN控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。同样，它也为CAN控制器接收和转化数据。,4数据传输终端 它是一个电阻器。它防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，这会影响数据的传输。 数据传输线它是双向的，对数据进行传输。两条线分别被称为CAN高线、CAN低线。,5提供数据 控制单元向CAN控制器提供数据用于传输。,6发出数据 CAN收发器从CAN控制器处接收数据，将其转化为电信号发出。,7接收数

9、据 所有与CAN数据总线一起构成网络的控制单元成为接收器。,8检验数据 控制单元对接收到的数据进行检测看是否是其功能所需。,感兴趣的用户就会利用该数据，而其他用户则选择忽略,9认可数据 如果所接受的数据是重要的，它将被认可及处理，反之则将其忽略。,10CAN数据总线所传输的是什么? 该系统以短促的时间间隔在控制单元之间传输数据列。 数据列： 包含一长串比特。数据列中的比特数由数据区域的大小决定。 下图所示为一个数据列的格式。这一格式在两条数据线中是相同的。,分七个区域,开始区,标志数据列的开始。大约5伏(由系统决定)的一个比特由CAN高线送出。而CAN低线中为大约0伏。,状态区,确定数据列的优

10、先级别。例如：若两个控制单元想在同时送出其数据列，优先级较高的数据列先行。,检验区,显示数据区中包含的数据数目。该区允许接受者检验其是否收到传输来的全部信息。,数据区,传给其他控制单元的信息。,安全区,检验传输错误,确认区,接收者发给发送者的信号，用来告知已正确收到了数据列。若有错误被检验到，则接收者迅速通知发送者。这样发送者将再次发出该数据列 .,结束区,标志数据列的结束。这是显示错误以得到重新发送的最后可能区域 .,10数据列是怎样产生的? 数据列是由一串若干个比特组成。每个比特只能有值“0”或“1”。 这里是一个简单的例子以解释怎样产生一个值为“0”或“1”的状态：电灯开关将电灯打开或关

11、闭。这意味着电灯开关有两种不同状态。,值为“1”的电灯开关状态。开关闭合。电灯亮 值为“O”的电灯开关状态。开关断开。电灯熄灭 从原理上看CAN数据总线的作用方式是与之完全一样的。,收发器也能产生两种不同的比特态。,值为“1”的比特态,收发器开，在舒适系统中开关打到5伏(传动系中：约25伏) 数据传输线上的电压：舒适系统中约5 伏(传动系中：约25伏),值为“0”的比特态,收发器关，开关接地 数据传输线上的电压：约0伏 两个比特有四种可能的组合。每种组合可以指定为一条信息，并发往所有控制单元。,如果比特1和2以0伏发送，表中的信息为“电动车窗在运动中”，或“冷却液温度为1 0。,显示随着比特数

12、的增加信息量的增加情况。,比特数越高，所传输的信息量越大。 每个新增加的比特使可能被传输的信息量加倍。,11CAN数据总线存储分配 如果多于一个控制单元要同时送出数据列，系统必须决定哪个控制单元优先。,优先级最高的数据列先送出。为安全起见，ABSEDL控制单元因安全原因发出的数据列比自动变速箱控制单元(行车舒适性)发出的数据重要。,怎样分配? 每个比特有一个值，这个值被指定一个级别。有两种可能的级别：高级别和低级别。,数据列的优先权怎样被确认? 根据其状态区的优先级，每个数据列被指定了一个由11比特组成的代码。 下表所示为三个不同数据列的优先级。,所有三个控制单元同时开始发送数据列。与此同时，

13、它们在数据传输线上一比特一比特的比较数据。如果一个控制单元发出一个低级别比特而检测到一个高级别比特，它将停止发送而转为接收。,例如：比特1： 一ABSEDL控制单元发出一个高级别比特。 一发动机控制单元也发出一个高级别比特。 一自动变速箱控制单元在数据传输线上发出一个低级别比特并检测到高级别比特。这样它就失去了它的优先级成为一个接收者。,比特2： 一ABSEDL控制单元发出一个高级别比特。 一发动机控制单元在数据传输线上发出一个低级别比特并检测到高级别比特0这样它就失去了它的优先级成为一个接收者。 比特3： 一ABSEDL控制单元有最高的优先级因此得到此次存储分配。它继续发送数据列直 至结束。

14、ABSEDL控制单元完成发送之后，其他控制单元再开始发送。,6舒适系统中的数据总线,舒适系统中，数据总线目前连接了舒适系统的控制单元。它们是： 一中心控制单元 一二个或四个车门控制单元 舒适系统中的CAN数据总线的结构控制单元的线路以星状连接会聚于一点。优点是如果一个控制单元失灵，其他控制单元仍能送出数据列。,下列是舒适系统数据总线的功能： 中央锁 电动车窗 开关照明 后视镜的电子调整和加热 自诊断,数据总线应用于舒适系统有何优点？ 通过门连接处的线路更少。若发生与地、与正极或两条线之间的短路，数据总线进入紧急运行模式并且改为单线路模式。所需诊断线路更少，因为自诊断完全由中央控制单元操纵。,1

15、舒适系统中数据总线的特点：,数据总线包括两条线路，信息通过它们进行传输。,为防止电磁干扰及发出辐射，两条数据传输线缠绕在一起。注意缠绕的长度,数据传输以62500比特秒的速度进行。这意味着它处在01 2 5千比特秒的速度范围内(低速度)。一个数据列的传输大约需要一微秒 。,每个控制单元以20微秒的时间间隔发出数据。,优先级次序：,1中央控制单元 2司机侧控制单元 3前座乘客侧控制单元 4后左控制单元 5后右控制单元 优点是如果一条线路故障，可以改由单线模式运行，数据仍可被传输。,例如：关于启用哪一个无线电波远程控制， 目前中心锁的状态，是否有错误的存在，等等。 下表即是一个例子，向您显示驾驶员

16、侧车门控制单元数据区的一部分。您能看到关于中央锁及电动车窗的那些信息是怎样传递的。,2传动系中的数据总线,数据总线连接以下设备： 发动机Motronic控制单元 ABSEDL控制单元 自动变速箱控制单元 同时有10个数据列被传输。,传动系中的数据总线有什么优点： 数据传输快，因此控制单元对整个系统的当前状态很了解，并能够优化操作。,传动系中的数据总线的特点：,数据总线包括两条线路，信息通过它们进行传输。,为防止电磁干扰及发出辐射，两条数据传输线缠绕在一起。注意缠绕的长度。,数据总线以500000比特秒的速度进行，这意味着它处于1 2 51 0 00千比特秒的速度范围内(高速度)。一个数据列的传输花大约025微秒。,每个控制单元(由类型决定)以72 0 微秒的间隔发出数据。,优先级次序,1ABSEDL控制单元 2发动机Motronic控制单元 3.自动变速箱控制单元,在传动系中必须尽可能快速传输数据以使其得到充分利用。 因此，需要采用性能良好的