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1、/11数据总线系统学习目标知识目标（1）了解汽车总线系统的类型、作用、组成；（2）熟悉汽车总线系统的结构和工作原理；（3）掌握汽车总线系统的电路分析方法；（4）掌握典型车系总线系统故障分析方法。能力目标（1）熟悉维修手册的使用方法；（2）学会使用示波器对总线系统的检测方法；（3）学会典型车系总线系统故障检测与诊断方法。11.1 概述随着汽车技术的不断发展，人们对汽车各方面的性能要求越来越高，不仅在追求车辆动力性和操控性能的同时还对舒适性和安全性能也提出了更高的要求。20世纪90年代以来，随着集成电路在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制系统越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)
2、、安全气囊装置、电动门窗装置、主动悬架装置等。各种电子控制系统的导入和应用使汽车的各项功能更加完善，控制更加精确和灵活，智能化程度也不断提升。然而，功能的日益增加和完善使车载电子控制单元的数量以惊人的速度增加。与此同时，各电子控制单元之间的数据交换也随之增加。 传统的数据交换形式只是通过模块间专设的导线完成点对点的通信。数据量的增加必然导致车身线束的增加。庞大的车身线束不仅增加了制造成本，而且还占用空间，增加了整车重量。线束的增加还会使因线束老化而引起电气故障的可能性大大提高，降低了系统的可靠性。解决这个问题的关键就是利用计算机网络技术，将车载控制单元通过车载网络连接起来，实现数据信息的高效传
3、输。如图11-1所示，采用了CAN总线、LIN总线（单线总线）、MOST总线（光学总线）以及无线蓝牙总线后车载网络控制系统可以处理大量来自控制单元的信息和执行其各种功能以及不断增加的数据交换。在现代汽车中，采用总线的意义已远远超出节省电线的范围，它已成为车内各零部件实施信息交互的标准接口。整车的总线网络成为整车的电器平台，也就是说只要有总线存在，就可以在这个总线平台上不断增加汽车的智能化零部件。总线技术促进了汽车智能化的发展。A-动力系统CAN总线 B-仪表板显示CAN总线 C-ACC控制系统 D-诊断CAN总线 E-舒适CAN总线 F-LIN总线 G-MOST光纤总线图11-1 车载网络控制
4、系统拓扑图车载网络形式多种多样，目前应用最为广泛的是控制器局域网络（Controller Area Network），即所谓的 CAN BUS系统。 CAN总线是德国Robert bosch公司在20世纪80年代初为汽车业开发的一种具有很高保密性，有效支持分布式控制或实时控制的串行数据通信总线。汽车上各个控制系统对网络信息的传输延迟比较敏感，如发动机控制、变速箱控制、安全气囊控制、ASR/ABS/ESP控制、牵引力控制等对网络信息传输的实时性要求较高，需要采用高速CAN总线，其传输速率高达500 Kbit/s1Mbit/s。 LIN（Local Interconnect Network，局部互
5、联网络)是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。局部互连指的是所有控制单元被安装在一个有限的结构空间（如车顶）内，它也被祢为“局部子系统”，如图11-2所示。LIN总线是CAN在低端应用的延伸，是价格相对便宜且速度较慢的子网。空调控制、仪表控制、刮水器控制、照明控制、门窗控制等需要采用低速LIN总线，其传输速率为120Kbit/s。低速LIN总线对信息传输的实时性要求不高，但子系统数量较多，将这些低速子系统与高速子系统分开，有利于保证高速子系统的实时性，同时还可以降低成本。图11-2 LIN局部互联网在LIN总线系统中，LIN总线是一根单线总线，导线基本颜色（紫色）和识
6、别颜色。一辆汽车中各个LIN总线系统之间的数据交换是通过CAN数据总线进行的，而且每一次之交换一个控制单元的数据。LIN总线系统允许一个LIN主控制单元和最多16个LIN从属控制单元之间进行数据交换。MOST总线（Media Oriented Systems Transport）是一种光纤数据总线系统，该数据总线系统起源于“面向媒体的系统传送合作组织”。这是一个许多汽车制造厂、零部件供应商及软件开发商组成的协会，其目的是要开发出一个标准的高速数据传送系统。“面向媒体的系统传送”代表一个以地址为本的信息被传送到特定接收机的数据传送网络，这一技术被用在大众奥迪汽车中来传递多媒体互动的系统数据，如图
7、11-3所示。图11-3 奥迪多媒体互动系统图11-4 多媒体互动系统传送率要求如图11-4所示，多媒体互动系统传送视频和音频信息需要很多Mbit/s的传送率，如传送立体声的数字式电视信号需要约为6 Mbit/s的传送率，但当前使用的CAN数据总线发送数据的速度不够快（最快速度1Mbit/s），不能满足大量数据传送的要求。然而，MOST总线允许的传送率可达21.2 Mbit/s，因此光学数据传送是传播复杂的多媒体系统的适当手段。光学MOST总线除了使用较少导线和重量较轻之外，光波传送具有极高的数据传送率，它可以在相关的部件之间以数字的形式交换数据。与无线电波相比，光波的波长很短，而且既不产生电
8、磁干扰波，对电磁干扰波也不敏感。因此，光学MOST总线还具有高级别的抗干扰性能。11.2典型数据总线结构如图11-5 所示，是典型数据总线拓扑结构图。构与城市交通枢纽结构类似，网关是整个网络的核心，不同类型的CAN总线、FlexRay总线、以及MOST总线均通过网关进行数据交换。在CAN总线网络内是级别稍低一级的LIN总线，承担该特定CAN总线网络内部的功能。这几种类型的总线各有特点，网络数据传输速度与数据容量各不相同，满足了不同的子系统的独特需求。图11-5 车载网络系统结构示意图1. 舒适总线K-CAN结构与组成1-雨刮电机CM 2-大灯总成开关 3-雨量传感器 4-车身控制单元1（BCM
9、1） 5-转向柱调节开关 6-车库门开启按钮 7-内部防盗监控传感器 8-内部湿度传感器 9-车身控制单元2BCM2 10-一键启动按钮 11-电子方向柱锁 12-空气质量传感器/车外湿度传感器 13-制冷剂压力传感器 14-车库门开启发射器 15-驾驶模式开关 16-内部灯光模块 17-防盗蜂鸣器 18-驾驶员座椅记忆CM 19-乘客座椅记忆CM 20-后排座椅记忆CM（左后） 21-后排座椅记忆CM（右后） 22-驾驶员侧车门CM 23-乘客侧车门CM 24-追踪系统接口 25-后备箱锁CM 26-驾驶员侧电动座椅CM 27-乘客侧电动座椅CM 28-左后侧电动座椅CM 29-右后侧电动座
10、椅CM 30-电动座椅开关总成 31-电动座椅开关总成 32-后部座椅按摩按钮 33-左后门CM 34-右后门CM 35-车辆追踪系统图11-6 舒适总线K-CAN结构如图11-6所示，K-CAN网络内部有数量众多的LIN总线网络。 LIN的目标是为现有汽车网络(如CAN总线) 提供辅助功能。因此，LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN总线的传输速度和多功能的场合， 比如智能传感器和智能电机之间的通信，使用LIN总线，可大大节省成本。LIN总线最大的特点是有主、从机之分，以LIN1网络为例，BCM1(模块4)是该LIN网络的主机，可以对LIN1网络内的所有从机发送指令；雨刮电机、大灯总
11、成开关和雨量传感器作为LIN1内的从机，向BCM1发送信号，或者接受BCM1的动作指令，受BCM1的控制。LIN网络通常位于电气网络的最底层，只能通过LIN主机接合到整个电气系统，进行信号与数据的相互交换，LIN从机一般由传感器、电磁线圈或执行电机构成，处于整个电气系统的最边缘末端。2.动力总线、FlexRay总线、网关的结构与组成36-座椅乘员探测系统PODS 37-换挡杆CM 38-发动机控制单元ECM 39-电子手刹 40-转向角度传感器 41-安全气囊CM 42-变速箱CM 43-仪表板仪表盘 44-多功能方向盘按钮 45-仪表板驾驶信息显示 46-转向柱CM 47-空气质量传感器 4
12、8-胎压监控系统 49-倒车影像 50- HVAC 51-后部HVAC 52-风门电机1-16（HVAC） 53-驻车加热 54-风门电机1-5（HVAC） 55-鼓风机控制10A56-鼓风机控制30A 57-风门电机1-7（HVAC） 58-自适应巡航（主CM） 59-自适应巡航（从CM）60-自适应空气悬架CM 61-电子稳定系统（ESP） 62- SARA 63-发电机 64-电池监控系统图11-7 网关、D-CAN、A-CAN、G-CAN以及FlexRay总线结构示意图如图11-7所示，FlexRay总线是一种由全球范围内几家主流汽车制造商组成的联盟所缔结的新一代网络传输协议，主要用来
13、满足现代车辆对于网络更快传输速度以及更大传输容量的要求，在下面的FlexRay总线一章中，会详细介绍。3.信息娱乐MOST总线结构与组成65-信息娱乐系统主单元 66- CD/DVD换碟机 67-仪表显示单元DIP 68- TV调谐 69-收音机 70-后座娱乐系统（RSE） 71-音响功率放大器 72-中央显示屏 73-控制面板（信息娱乐系统） 74-话筒 75-扬声器 76-显示屏（RSE） 77-控制面板（RSE）图11-8 MOST总线结构示意图如图11-8所示，MOST总线同样也是由全球范围内几家主流汽车制造商组成的联盟MOST组织（Media Oriented Systems Tr
14、ansport (MOST) Cooperation）所缔结的新一代网络传输协议，从字面意义上就可以看出，MOST总线是面向媒体内容传输的网络总线，主要用来传输车载娱乐系统的音频、视频与导航数据信息。从图四可以看出，MOST总线有着独特的环形结构。MOST网络的传播介质也与其他几种类型的网络不同，不是CAN总线标志性的双绞线，而是采用光纤电缆进行数据的交换。有关MOST总线的详细内容，在后面的章节中也会做详细介绍。4. 网关Gateway如图11-9、图11-10所示，网关也经常被叫做网络接口（interface），是各种总线网络之间进行数据交换的“中转枢纽”，因为每个总线网络之的数据传输协议
15、各不相同，好比是火车只能在铁轨上奔跑，而不能在公路上或者是山区的小路上运行一样。以倒车辅助系统工作原理为例：车主在挂倒档的同时，换挡杆CM（37）通过G-CAN将R档信号发送至TCM（42），位于A-CAN上的TCM无法直接把R档信号传输给倒车影像CM（49），需要先将R档信号发送至网关，经过网关的数据协议转换，才能发送至D-CAN上。位于D-CAN上的倒车影像这个时候才能够收到换挡杆CM发出的R档信号，开始工作。倒车影像系统采集到的图像内容也不能之间发送至位于MOST网络上的中央显示屏，同样也必须经过网关的协议转换，才能发生至MOST网络上。这个时候，中央显示屏才能够显示倒车影像。网关除了担
16、负各网络之间的数据传输之外，还有其他职能，在后面的章节中还会做更详细的介绍。1-网关 2-舒适总线（K-CAN） 3-诊断总线（Diag-CAN） 4-显示总线（D-CAN） 5- MOST总线 6- LIN总线 7-车载电流监控系统 8-发电机 9- FlexRay 10-动力总线（A-CAN）图11-9 网关结构1-32针脚电气插头 2-2针脚MOST插头图11-10 网关控制单元如图11-11所示，网关同时还担任着MOST网络的主机的职责，负责MOST网络的唤醒/休眠以及诊断工作。1-信息娱乐系统总单元 2- DVD换碟机 3-仪表板显示单元DIP 4-TV调谐 5-收音机单元 6-后座娱乐系统RSE 7-音频功率放大器 8- MOST
