学习情境一_车载网络控制系统检修.

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1、任务单元101 车载网络系统认识与检修基础 一、车载网络控制系统概述 1、传统汽车存在的问题 随着现代汽车电子控制技术的发展与现代人 对汽车的动力性、经济性、舒适、安全、环保 等方面要求及相应法律法规的约束，汽车电控 系统的电控单元数量不断增加，使汽车整车的 电气系统变的越来越复杂。单纯地增加汽车线 束和插接件会带来汽车生产的线束布置与装配 困难，也增加了汽车维修的难度；车身重量的 增加影响了汽车的经济性、维修诊断困难等问 题。 传统的汽车电控系统 2、使用车载网络控制系统的目的 （1）减少汽车制造成本； （2）简化汽车电器线路； （3）提高汽车通讯效率； （4）提高汽车电控系统可靠性 改进后

2、的汽车电控系统（车载网络） 3、 车载网络系统分类 A类(如UART, LIN，克莱斯勒的CCD)是面向传感器、执行器控制的低速网 络，数据传输位速率通常小于20kbps，主要用于后视镜调整，电动窗、 灯光照明等车身低速控制； B类(如SAEJ1850、低速CAN)是面向独立模块间数据共享的中速网络，位 速率一般在1O 125kbps，主要应用于车身电子舒适性模块、仅表显示 等系统； C类(如高速CAN)是面向高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在125 1Mbps，主要用于牵引力ASR控制、发动机控制、ABS控制等系统； D类(如D2B, MOST)是面向多媒体信息的高速传输网络，位速率一

3、般在 2Mbps以上，主要用于车载视频、音频、导航系统等； E类（如Byteflight，FlexRay）是面向乘员的安全系统高速、实时网 络，位速率在1Mbps以上，主要用于线控系统X-by-Wire、车辆被动性安 全领域。 4、车载网络系统应用现况 迄今为止，还没有一个车载网络协议可以完全满足未来汽车所有成本和 性能的要求。目前，面对汽车上日益复杂的控制子系统的不同需要，国外 许多汽车制造商倾向于采用多个协议子网混合使用的方案。 大部分中高档轿车典型的应用方案是车身舒适控制系统单元都连 接到CAN总线上，并借助于LIN总线进行外围设备控制； 而汽车高速动力系统控制系统单元使用高速CAN总线

4、进行连接；远 程信息处理和多媒体系统可由D2B或MOST协议总线来实现； 面向乘员的安全系统由FlexRay协议实现线控控制； 无线通信则以蓝牙(Blue tooth)技术为主，这些不同的总线之间 用网关联系。 二、车载网络控制系统介绍 1、CAN控制器局域网 CAN是Controller Area Network的缩写，即控制器局域网络。 CAN-BUS是德国Robert Bosch公司在20世纪80年代初为汽车业开发的一 种串行数据通信总线。是一种很高保密性，有效支持分布式控制或实时 控制的现场串行通信网络。目前，在众多的现场总线标准中，CAN-BUS是 唯一被ISO认证(ISO11898

5、)批准为国际标准的现场总线，它已发展成为应 用最广泛、支撑技术和元器件最丰富的现场总线标准之一，被誉为最有 前途的现场总线。 （1）概念 （2）CAN控制器网络的特点 1）、多主式串行通信方式，对等的网络结构。网络上的节点不分主从，可以在任 何时候向网络上其它节点发送数据，但受优先级仲裁控制，通信方式灵活。 2）、通信速率最大可以达到1Mbps(通信距离40m)。通信距离最大可以达到lOkm( 通信速率为5kbps)。节点数最大可以达到110个。 3）、采用非破坏性网络仲裁技术。网络上的节点可以分成不同的优先级，当多个 节点同时向网络上发送数据时，低优先级的节点主动暂停数据的发送，优先级高 的

6、节点可以不受影响继续发送数据。之后，按优先级的高低依次重发数据，这样 有效的避免了总线冲突。 4）、网络节点在错误严重的情况下具有自动关闭总线接口的功能，避免影响总线 上其它节点的正常操作。 5）、通信介质可以为双绞线、电缆、光缆，选择灵活。 (3)CAN控制器局域网构成 最基本的CAN-BUS系统中拥有一个CAN控制器、一个信息收发器 、两个数据传输端及两条数据传输总线，除了数据传输总线外， 其他各元件都置于各控制单元的内部。 1） CAN控制器功能： CAN控制器一面负责接受其寄生的电控单元CPU传来的信息数据，并对 这些数据进行处理后，将其转发给信息收发器。 CAN控制器对由信息收发器截

7、取的来自其他系统CAN控制器的信息数据 进行处理，再将其传给自己所寄生电控单元的CPU。 2) 收发器功能 收发器结构示意图 是一个发送器和接收器的组合； 将CAN控制器输入的串行比特信号 （逻辑电平）转换成5V电压值（线 路电平）并通过数据线发送出去； 接收来自其他系统CAN控制器数据 ，将线路电平还原成逻辑电平并将数 据传送到CAN控制器。 3)数据传输总线 根据两条总线线路电平的不同，分 别被称为CAN高线和CAN低线两种；两线 条上的电位是相反的，如果一条线的电 压是5V，另一条线就是0V，两条线的电 压和总等于常值。 为了防止和避免外界电磁波的干扰 和向外辐射，这两条总线是缠绕在一起

8、 的，通过这种办法使总线向外辐射则保 持无辐射，保证数据传送不受影响或破 坏。 3)数据传输总线功能 数据传输总线负责系统数 据的传输工作，它通过双向 数据传输，实现了信息数据 的大容量、高速度传输。 所有数据通过该总线发送 给各控制单元；由各控制单 元中的信息收发器接收，然 后进行相关的计算处理。 4）数据传输终端 数据传输终端实际是一个抑制反射的负 载电阻器，它能防止数据在线路终端被反射 后，影响数据的传输质量。 负载电阻连接在数据传输总线的CAN高 线和CAN低线之间，对于不带集成终端电阻 的ECU，此电阻值应为60；而对于带有集 成终端电阻的ECU，此电阻值为120。终端 负载电阻都置

9、于总线的末端，负载电阻（RL ）通常集成在ECU的内部，若有一个ECU从总 线上断开时，数据传输总线的终端将丢失。 CAN控制模块 因CAN控制器、收发器和数据传输终端通常被集成在各控制单元的 微处理器芯片中，成为一个单独的模块，所以又称为CAN模块。 CAN-BUS多路信息传输系统的功能单元 汽车电控系统的控制单元、CAN模块和CAN数据总线，再加上诊断K 线就构成了CAN-BUS多路信息传输系统的一个功能单元 （4） CAN-BUSCAN-BUS多路信息传输系统的工作原理多路信息传输系统的工作原理 CAN数据总线传递数据的构成 CAN数据总线在极短的时间里，在各控制单元间传递数据，可将其分

10、为 7个部分 开始域：标志数据开始。带有大约5V电压（由系统决定）的1位，被送入 高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。 状态域：判定数据中的优先权。如果两个控制单元都要同时发送各自的数 据，那么，具有较高优先权的控制单元，优先发送。 检查域：显示在数据域中所包含的信息项目数。在本部分允许任何接收器 检查是否已经接收到所传递过来的所有信息。 数据域：在数据域中，信息被传递到其他控制单元。 安全域：检测传递数据中的错误。 确认域：在此，接收器信号通知发送器，接收器已经正确收到数据。若检 查到错误，接收器立即通知发送器，发送器然后再发送一次数据。 结束域：标志数据报告结束。在此是

11、显示错误并重复发送数据的最后一次 机会。 CAN数据总线的数据传递过程 提供数据：控制单元向CAN 控制器提供需要发送的数据 发送数据：CAN收发器接收 由CAN控制器传来的数据，转 为电信号并发送 接收数据：CAN系统中，所 有控制单元转为接收器 检查数据：控制单元检查判 断所接收的数据是否所需要 的数据 接受数据：如接收的数据重 要，它将被接受并进行处理 。否则忽略 CAN-BUS的应用 目前国内引进的，装备CAN总线网络系统的车型如:通用公司的世纪、君 威；大众公司的帕萨特B5、奥迪A6,宝来(Bora)、波罗(Polo)；菲亚特 (Fiat)公司的派力奥(Palio)、西耶那(Sien

12、a)以及马自达公司的马自达 6等都普遍采用两条CAN网络: 一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500Kbps，驱动系统主要连接对 象是发动机控制器、ABSASRESP控制器、安全气囊控制器、自动变 速箱控制器、组台仪表等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶 直接相关的（安全性）系统。 一条用于车身系统的低速CAN，速率是100Kbps。车身系统CAN主要连接 对象是4门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。 目前，驱动系统CAN和 车身系统是2条独立的总线 系统，为实现在各CAN之间 的资源共享，设计“网关 ”使二者相连，并将各个 数据总线的信息反馈到仪 表板上。驾车者只要看看

13、 仪表板，就可以知道各个 电控装置是否正常工作了 ，从而实现信息的共享。 典型大众CAN-BUS控制器局域网 大众动力传输系统（驱动系统）CAN-BUS 大众驱动系统CAN的主要连接 对象为：发动机控制器、ABS ASRESP控制器、气囊控制器、 自动变速箱控制器、组台仪表等 。 由于他们所控制的对象是与汽 车的行驶安全直接有关的系统， 相互之间存在着较多的信息交流 ，且都是连续的、高速的、实时 性高、流量有限的信息。 驱动系统CAN总线由电源15号 线激活，速率是所有CAN总线中最 高的，达到500kbps。 大众舒适系统CAN-BUS 大众车身舒适系统CAN的主要 连接对象为：中央控制器J

14、393 ，4个门控制器，在某些情况下 ，还包括记忆模块和其它组件 。 车身舒适系统的控制对象主 要是4个门的集控锁和车窗，行 李箱锁，后视镜、车内顶灯， 甚至自动座椅、自动空调等。 大众舒适系统CAN连接图 大众车身舒适系统CAN总线 由30号线激活，速率可达 100kbps（97款Passat上首次使 用时舒适系统速率为62.5kbps 。 舒适系统CAN总线由30号线 供电 。 2、 LIN内联局域网 （1）LIN-BUS的含义 LIN是Local Interconnect Network的缩写，即内联局域网，又称 本地互连网络。 由Audi、BMW等七家汽车制造商及Motorola集成电

15、路制造商联合 提出的LIN协议是一种廉价的局部互连的串行通信网络协议。LIN是用 于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行总线，将开关、显示器 、传感器及执行器等简单控制设备连接起来的廉价、单线、串行通信 网络协议。LIN总线是一种辅助的总线网络，使用LIN总线可大大节省 成本。在低速车身控制条件下，与CAN线相比较，LIN总线控制方案成 本较低是最大的优势。 （2）LIN-BUS的主要特点 1、12V单线介质传输，成本低。可直接使用汽车电源电压进行单线传输，结 构更简单，可节省大量导线。 2、单主机/多从机，无总线仲裁。 3、不需要改变任何其他从机节点的软件或硬件就可以在网络中方便地直 接添

16、加节点。 4、可以基于普通单片机的通用串口等硬件资源以软件方式实现，成本低 廉。 5、通信量小、配置灵活。通讯速率最大可达20kbps。 6、LIN的协议是开放的，任何组织及个人无需支付费用即可获取。 LIN-BUS的结构 LIN总线节点结构 为将汽车上各类原始信号转换为可 在LIN总线上进行传输的数字量信号， 同时为提高系统的可靠性，在LIN总线 上设置了节点。 节点的功能是：接收传感器输出的 模拟信号、数字信号或开关信号，经 ECU进行处理，转换为可在LIN总线上通 讯的数据报文格式，经ECU内的LIN控制 器发到LIN总线上，同时将从LIN总线上 接收到的数据信息转换成能够驱动执行 器或照明灯的模拟信号或数字信号。 LIN-BUS的应用 典型的LIN总线应用在汽 车中的联合装配单元（主要 用来连接分布式车身控制电 子系统），如车门模块、车 顶模块、座椅模块、空调模 块、综合仪表盘模块、车灯 模块、湿度传感器、交流发 电机及雨刷传感器等。 奥迪A8 LIN网络结构 Audi A8 的LIN空调控制系统 （3）MOST光纤