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1、第4章 子总线系统 由于汽车本身的复杂性所决定，构成整车网络系统的各个部分，需要传输的数据流量有多有少，存在很大的差异，对数据传输速率的要求也有快有慢，各不相同。为了以最低成本满足汽车内部各个系统对数据传输的个性化要求，除了在汽车上采用CAN总线以及光学总线之外，还引入了子总线系统。 目前，在汽车上应用的子总线系统主要有LIN总线、BSD总线、K总线、K总线协议、防盗总线、蓝牙技术等等。这些子总线系统成本低廉、各具特色，在各自的适用领域内大展身手，进一步提升了整车网络的技术、经济水平，已经成为现代汽车网络不可或缺的重要组成部分。 子总线系统既负责控制、管理自身领域的电子设备，同时，又通过网关与
2、CAN总线、光学总线等进行数据交换和信息交流，从而充分体现出“各展所长、各司其职、互相交流、协同工作”的车载网络系统设计思想。 4.1 LIN总线4.1.1 LIN总线简介1.LIN的应用与特点 LIN是Local Interconnect Network的缩写，意为本地互联网，亦称局域互联网（图4-1）。图4-1 局域互联网LIN的标志 LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间内（如车顶、仪表台、车门等处），所以LIN也被称为“局域子系统”。LIN 总线的主要特性如下：1）采用单主机、多从机的运行机制，无需总线仲裁，系统配置灵活。2）以基于通用异步收发/串行通信接口UART/SC
3、I（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter and Serial Communication Interface）的低成本硬件实现LIN协议。3）带时间同步的多点广播接收，从机节点无需石英或陶瓷谐振器，可以实现自同步。4）可以保证最差状态下的信号传输延迟时间。可选的报文帧长度为2、4和8字节。5）数据校验和的安全性和错误检测，自动检测网络中的故障节点。6）使用低成本的半导体组件（小型贴片，单芯片系统），采用单线传输，系统成本低廉。7）位传输速率可达20kbit/s，完全可以满足某些对传输速率要求不高的场合的控制。 目前，LIN总线在汽车上的应用领
4、域主要有防盗系统、自适应大灯、氙气前照灯、驾驶人侧开关组件、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机、加热器控制等。图4-2 LIN总线的应用领域 图4-3 LIN总线在BMW E83（X3）高版本外后视镜控制系统中的应用1基本控制模块5 Redesign；2右侧外后视镜电子装置；3右侧外后视镜加热装置；4右侧外后视镜垂直调整电机；5右侧外后视镜水平调整电机；6右侧外后视镜折起电机；7右侧后视镜调节角度传感器；8左侧后视镜调节角度传感器；9左侧外后视镜折起电机；10左侧外后视镜水平调整电机；11外后视镜垂直调整电机；12左侧外后视镜加热装置；13左侧外后视镜电子装置；14驾驶员侧开关组；
5、K-Bus车身总线；LIN局域互联网；Kl.30接线端子30；Kl.58g接线端子58g图4-4 LIN总线在AUDI A6L汽车上的应用 LIN总线系统的突出特点是LIN总线是单线式总线，仅靠一根导线传输数据。 LIN总线系统的构成有三个部分：LIN上级控制单元，亦即LIN主控制单元；LIN从属控制单元，亦即LIN从控制单元；单根导线。 图4-5 LIN总线系统的构成 车上各个LIN总线系统之间的数据交换是由控制单元通过CAN数据总线实现的。LIN总线系统采用单主多从运行模式，因此无需设置仲裁机制。LIN总线系统可让一个LIN主控制单元与最多16个LIN从控制单元进行数据交换。2LIN主控制
6、单元（1）LIN主控制单元的功能1）监控数据传输过程和数据传输速率，发送报文头。2）LIN主控制单元的软件内已经设定了一个周期，该周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次。3）LIN主控制单元在LIN数据总线系统的LIN控制单元与CAN总线之间起“翻译”作用，它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元（图4-6）。图4-6 LIN主控制单元实现LIN总线与CAN总线之间的连接4）通过LIN主控制单元进行LIN从控制单元的自诊断。（2）LIN总线的信息结构 LIN主控制单元控制总线上的信息传输情况。LIN总线的信息是以报文的形式在网络上传输的，报文传输是由报文帧的格式来
7、形成和控制的。 报文帧由主机任务向从机任务传送同步和标识符信息，并将一个从机任务的信息传送到所有其他从机任务。 主机任务位于主机节点内部，它负责报文的进度表、发送报文头。 从机任务位于所有的（即主机和从机）节点中，其中一个（主机节点或从机节点）发送报文的响应。 LIN总线的报文帧结构如图4-7所示，是由一个主机节点发送的报文头（HEADER）和一个主机或从机节点发送的报文响应（RESPONSE）组成的。图4-7 LIN总线的报文帧结构 报文帧的报文头由同步间隔场（Synch Break Field）、同步场（Synch Field）和标识符场（Identity Field）组成。图4-7 LI
8、N总线的报文帧结构 报文帧的报文响应（Response）由39个字节（Byte）组成，即由2B、4B或8B的数据场（Data Field）和一个校验和场（Check Sum Field）组成。 相邻的数据场由字节间隔分隔开来，报文帧的报文头和报文响应之间则由一个帧内响应空间分隔开来。字节间隔和帧内响应空间的最小长度为0，最大长度则由报文帧的最大长度限制。图4-7 LIN总线的报文帧结构 从上一报文帧发送完毕，到下一报文帧启动发送之间的时间间隔，称为帧间间隔（Inter-frame Space）。亦即LIN总线的两个报文帧之间，由帧间间隔分隔开来。 每条报文的开始处都通过LIN总线主控单元发送一
9、个报文头。该报文头由一个同步相位 （同步间隔和同步场）构成，后面是标识符场。图4-7 LIN总线的报文帧结构 标识符场包括LIN从控制单元地址、报文长度和用于信息安全的两个位等信息。 标识符场用于确定主控单元是否将数据传输给从控制单元，或主控制单元是否在等待从控制单元的报文响应（答复）。数据场包含主控制单元发送给从控制单元的信息。校验和场用于确保数据传输的安全性。3.LIN从控制单元 在LIN数据总线系统内，单个的控制单元（如新鲜空气鼓风机）或传感器及执行元件（如水平传感器及防盗警报蜂鸣器）都可看作LIN从控制单元。图4-8 LIN总线信息的单线传输图4-9 BMW E60电动遮阳卷帘的控制1
10、驾驶人侧开关组；2驾驶人侧车门模块TMFA；3安全和网关模块SGM；4便捷进入及起动系统CAS；5中柱开关控制中心SZM；6遮阳卷帘图4-10 空调出风口风门伺服电机的控制 LIN从控制单元等待LIN主控制单元的指令，仅根据需要与主控制单元进行通信。 为结束休眠模式，LIN从控制单元可自行发送唤醒信号。LIN从控制单元安装在LIN总线系统设备上（如空调出风口风门伺服电动机等）。4.1.2 LIN总线的数据传输1.传输速率 LIN总线的数据传输速率为120kbit/s，在LIN控制单元的软件内已经设定完毕。图4-11 LIN总线的数据传输速率2.信号电平 如果无信息发送到LIN数据总线上或者发送
11、到LIN数据总线上的是一个隐性电平，那么数据总线导线上的电压就是蓄电池电压。图4-12 LIN数据总线上的信号电平3.传输安全性 LIN总线在收发隐性电平和显性电平时，通过预先设定公差值来保证数据传输的稳定性。为了能在有干扰辐射的情况下仍能收到有效的信号，实际接收的允许电压值要稍高一些。图4-13 隐性电平和显性电平的公差值图4-14 实际接收的允许电压值4.信息波形（报文波形） 如图4-15所示，LIN总线信息波形（报文波形）由报文头和报文响应两部分组成。 报文头由主控制单元发送，用于建立同步并监控系统工作状态；而报文响应既可由从控制单元发送，也可由主控制单元发送。图4-15 LIN总线的信
12、息波形（报文波形） 主控制单元发送到LIN总线上的报文响应，其内容多为主控制单元发布的查询、指令信息；从控制单元发送到LIN总线上的报文响应，其内容多为针对主控制单元查询、指令信息的汇报和反馈，诸如开关的状态、电动机的转速等。图4-15 LIN总线的信息波形（报文波形）5.报文头 报文头由LIN主控制单元按周期发送。如图4-16所示，报文头由同步间隔场、同步分界场、同步场和标识符场四部分组成。 1）同步间隔场。同步间隔场的长度为至少为13bit（二进制的），它以显性电平发送。这13bit的长度是必须的，只有这样才能准确地通知所有的LIN从控制单元有关信息的起始点的情况。其它的信息是以最长为9b
13、it的（二进制的）显性电平来一个接一个地传输的。图4-16 报文头的波形图4-16 报文头的波形 2）同步分界场。同步分界场（Synch Delimiter）至少为1bit（二进制的）长，且为隐性电平。 3）同步场。同步场（Synch Field）由0101010101这个二进制位序构成，所有的LIN从控制单元通过这个二进制位序来与LIN主控制单元进行同步（匹配）。 所有控制单元同步对于保证正确的数据交换是非常必要的。如果失去了同步性，那么接受到的信息中的某一数位值就会发生错误，该错误会导致数据传输错误。图4-16 报文头的波形 4）标识符场。标识符场（Identify Field）的长度为8
14、bit（二进制的），头6bit是报文响应信息识别码和数据场的个数（报文响应数据场的个数在08之间）。后两位是校验位，用于检查数据传输是否有错误。当出现识别码传输错误时，校验位可防止与错误的信息适配。6.报文响应（回应） 如图4-17所示，对于带有主控制单元的查询信息，LIN从控制单元会根据识别码给这个查询指令提供报文响应（回应）信息。图4-17 LIN从控制单元回应主控制单元的查询信息 对于主控制单元带有动作指令的信息，LIN从控制单元会做出回应，亦即报文响应（图4-18）。根据识别码的情况，相应的LIN从控制单元会使用这些数据去执行各种功能，贯彻、执行主控制单元的指令。图4-18 LIN从控
15、制单元贯彻、执行主控制单元的指令 LIN从控制单元的报文响应由18个数据场构成（图4-19），每个数据场是10个二进制位，其中一位是显性起始位，一个是包含信息的字节，另外一个是隐性停止位。起始位和停止位用于再同步从而避免传输错误。图4-19 LIN从控制单元的报文响应由18个数据场构成7.信息（报文）的顺序 LIN主控制单元的软件内已经设定了一个顺序，LIN主控制单元就是按既定顺序将报文头发送至LIN总线上的。常用的信息（报文）会多次传输。 为了减少LIN主控制单元部件的种类，主控制单元将给全车可能装备的所有从控制单元的报文头都发送到LIN总线上。 如果车上没有安装可以接收某一报文头的控制单元
16、（如高端车型的低配置版本），那么在示波器屏幕会出现没有响应（回应）的报文头（图4-20），但这并不影响系统的正常工作。图4-20 没有响应（回应）的报文头8.防盗功能 LIN总线还具有一定的防盗功能。只有当LIN主控制单元发送出带有相应识别码的报文头后，数据才会传至LIN总线上。由于LIN主控制单元对所有信息进行全面监控，所以无法在车外使用从控制单元通过LIN导线对LIN总线实施控制。图4-21 LIN总线不接受外来指令的控制4.1.3 LIN总线的自诊断1.利用故障检测仪VAS5051进行故障诊断图4-22 使用故障检测仪VAS5051对LIN总线系统进行故障诊断和检测2.故障分析（1）LIN总线短路图4-23 LIN总线对电源正极短路图4-24 LIN总线对电源负极短路 发生对电源正极或对电源负极短路时，LIN总线都会关闭，无法正常工作。（2）LIN总线断路 LIN总线发生断路故障时，其功能丧失情况视发生断路故障的具体位置而定。 根据LIN总线发生故障时其功能的丧失情况，结合LIN总线控制关系并参阅电路图，就可以判断出发生断路故障的大致位置。图4-25 LIN总线发生断路故障4.2
