汽车车载网络系统检修第2版PPT课件

2023/5/91汽车车载网络系统检修（第2版）职业院校汽车类“十三五”规划教材工业和信息化高职高专“十三五”规划教材立项项目 人民邮电出版社 主编：李 雷 2023/5/92第1章 车载网络系统基础知识 第2章常用车载网络信息传输系统第3章大众车系车载网络系统检修第4章奥迪车系车载网络系统检修第5章丰田多路传输系统检修2023/5/93第1章 车载网络系统基础知识 2023/5/941.1 认识车载网络系统 p1.1.1车载网络系统的应用背景 n很多汽车采用了多个电控系统，如奔驰600SEL采用了20多个电控模块。n为了提高汽车综合控制的准确性，控制系统迫切需要输入、输出信号/数据共享。当电控模块共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。2023/5/95p1.1.2车载网络系统的作用 n为了简化线路，提高各电控单元之间的通信速度，汽车制造商开发设计了新的总线系统，即车载网络系统，把众多的电控单元连成网络，其信号通过数据总线的形式传输，可以达到信息资源共享的目的。n车载网络系统的出现同时也提高了汽车综合控制的准确性，当电控单元共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。例如，发动机控制单元可以利用来自安全气囊控制单元的碰撞信号来决定电动燃油泵控制电路是否需要被切断。2023/5/96p1.1.3车载网络系统的发展史 n1986年2月Robert Bosch公司在美国汽车工程师协会（SAE）大会上介绍了一种新型的串行总线CAN（Controller Area Network，控制器局域网。n随后，美国汽车工程师协会提出了J1850；日本也提出了各种各样的网络方案。随着汽车技术的发展，欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP（Time Triggered Protocol，基于时间触发的协议），并在X-by-Wire系统上开始应用。汽车上出现了Drive-by-Wire系统、Steering-by-Wire系统、Brake-by-Wire系统，将这些系统统称为X-by-Wire系统。n当对汽车引入智能交通系统（ITS）时，由于要与车外交换数据，所以，在信息系统中将会采用更大容量的网络，例如DDB协议、MOST及IEEE1394等。2023/5/97p1.1.4典型车载网络系统的结构与组成 典型的汽车车载网络系统的结构l-ABS模块 2-动力系统控制模块（PCM）3-电子自动温度控制（EATC）4-集成控制板（ICP）5-虚像组合仪表 6-照明控制模块（LCM）7-驾驶员座椅模块（DSM）8-驾驶员车门模块（DDM）9-移动电话模块 10-汽车动态模块 2023/5/98汽车车载网络系统结构示意图 2023/5/991.2 车载网络系统的要求及应用 p1.2.1 汽车对通信网络的要求 n汽车多个ECU之间的网络布局常见的有分级式和分开式两种。分级式网络布局 2023/5/910 分开式网络布局 2023/5/911n2数据通信p连接到车载网络的各个ECU按需要从总线上接收最新的信息以操纵各个系统。p汽车内ECU之间与办公用微机之间的数据传输特征不尽相同，主要差别在于传输频率。汽车内ECU之间的数据传输频率是变化的，在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个ECU对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。2023/5/912p1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用n车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车用网络大致可以分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统、信息系统。n1动力传动系统p动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组、自动变速器电脑2组。数据总线以500kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7ms20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元、发动机电控单元、自动变速器电控单元。2023/5/913n2车身系统p与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。舒适CAN数据总线连接5个控制单元（包括中央控制单元及4个车门的控制单元），有5个功能：中央门锁、电动窗、照明开关、后视镜加热及自诊断功能。n3安全系统p安全系统是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。n4信息（娱乐、ITS）系统p对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。2023/5/914p1.2.3 车载网络系统常用术语n1数据总线p数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号可以被多个系统（控制单元）共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。如果系统可以发送和接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。n2CANpCAN（Controller Area Network，控制局域网），是国际上应用最广泛的现场总线之一。n3局域网p在一个有限区域内连接的计算机的网络称为局域网。一般这个区域具有特定的职能，通过这个网络实现这个系统内的资源共享和信息通信。2023/5/915n4现场总线p现场总线（Field Bus）是在工业过程控制和生产自动化领域发展起来的一种网络体系，是在过程现场安装在控制室先进自动化装置中的一种串行数字通信链路。n5多路传输p多路传输用SWS（Smart Wiring System）表示，是指在同一通道或线路上同时传输多条信息。事实上，数据信息是依次传输的，但速度非常快，似乎就是同时传输的。n6模块/节点p模块就是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机（微处理器）。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号，这些电压信号在计算机的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中一些简单的模块被称为节点。2023/5/916n7网络p为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数据总线和模块当作一个系统。从物理意义上讲，汽车上许多模块和数据总线距离很近，因此被称之为LAN（局域网）。n8网关p因为汽车上往往不只使用一种总线和网络，所以必须用一种方法达到信息共享，而不产生协议间的冲突。例如，车门打开时，发动机控制模块也许需要被唤醒。为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必须要用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。n9帧p为了可靠地传输数据，通常将原始数据分割成一定长度的数据单元，这就是数据传输的单元，称为帧。2023/5/9171.3车载网络系统通信协议 p1.3.1 通信协议概述 n通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即指数据在总线上的传输规则。简单地说，两个实体要想成功地通信，它们必须“说同样的语言”，并按既定控制法则来保证相互的配合。n通信协议的种类繁多，可分为如下几类。p 在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息。p 一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，主模块决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息。p 所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费券”挂环的转圈绕着他们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。p 通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据传输设定优先规则。2023/5/918p1.3.2 接口与实体 n接口是为两个系统、设备或部件之间连接服务的数据流穿越的界面。计算机通信接口由设备（或部件）和说明组成，一般包括4个方面内容：物理、电气、逻辑和过程。n在计算机网络内，不同系统中的实体需要通信。一般来说，实体是能够发送或接收信息的东西，而系统是包含一个或多个实体的物理物体。实体包括用户应用程序、文件传送程序包、进程、数据库管理系统、电子邮件设施及终端等。系统包括计算机、终端设备和遥感装置等。2023/5/919p1.3.3 协议要素及其功能 n1协议的3要素n（1）语法p确定通信双方之间“如何讲”，由逻辑说明构成，对信息或报文中各字段进行格式化，说明报头（或标题）字段、命令和应答的结构。n（2）语义p确定通信双方之间“讲什么”，由过程说明构成，对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释，并确定用于协调和差错处理的控制信息。n（3）定时规则p指出事件的顺序以及速度匹配、排序。2023/5/920n2协议的功能p协议的功能是控制并指导两个对话实体的对话过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。具体说来，每个协议都是具有针对性的，用于特定的目的，所以各协议的功能是不一样的；但是还有一些公共的功能是大多数协议都具有的。这些功能包括以下4个方面。n（1）差错检测和纠正n（2）分块和重装 n（3）排序 n（4）流量控制 2023/5/921p1.3.4 协议的类型n协议可根据其不同特性进行分类，可分为直接型/间接型、单体型/结构化型、对称型/不对称型、标准型/非标准型等。n1直接型/间接型p两个实体间的通信，可以是直接的或间接的。例如，两个系统若共享一个点点链路，那么这些系统中的实体就可以直接通信。此时数据和控制信息直接在实体间传递而无任何中间的信息处理装置，所需要的协议属于直接型。n2单体型/结构化型p在两个实体间通信任务比较简单的情况下，采用单一协议来控制通信，这种协议被称为单体型协议。面临复杂的情况时，可采用结构化型协议，即以展示为层次或分层结构的协议集合来代替单体型协议。2023/5/922n3对称型/不对称型p大部分的协议属于对称型，即它们关联于同等的实体之间通信。不对称的协议可以是交换逻辑的要求（例如，一个用户进程和一个服务进程），或者是为了尽可能使实体或系统保持简单。n4标准型/非标准型p一个部门或者一个国家都希望制定标准型协议，促进组建计算机网络和分布处理系统。非标准型协议一般都是发展中的产物，或者为特定通信环境所设计。2023/5/923p1.3.5 常用的通信协议 n1常用通信协议形式 p常用通信协议包括CAN、BASIC CAN、ABWS、VAN、HBCC、PALMENT、DLCS、CCD等类型。n2车载网络协议标准p国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。p按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速（A）、中速（B）、高速（C）3类。2023/5/924小 结n本章简单介绍了车载网络系统，车载网络系统的作用、优点和目前的使用情况；汽车对通信网络的要求，车载网络系统在汽车上的应用和车载网络系统常用术语；车载网络系统通信协议等。n本单元应着重掌握车载网络系统的定义、术语和应用。2023/5/925第2章常用车载网络信息传输系统2023/5/9262.1 CAN数据总线系统 nCAN数据总线具有十分优越的特点，诸如低成本，极高的总线利用率，较远的数据传输距离（可达10km），较高的数据传输速率（可达1Mbit/s），可根据信息的ID决定接收或屏蔽该信息，可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏之后可自动重发，各控制单元在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能，信息不包含原地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息和优先级信息。2023/5/927p2.1.1 CAN数据总线系统的构成nCAN数据总线系统由控制器、收发器、两个数据传输终端和两条数据传输线组成。CAN数据总线组成 2023/5/928n1CAN控制器和CAN收发器p每一个CAN节点上都接有一个控制单元，每一控制单元中均设有一个CAN控制器和一个CAN收发器。产生数据的单元被称为数据的发送器，此单元保持作为数据发送器直到总线产生出现空闲或此单元失去仲裁为止。n2数据传输终端pCAN有数据发送和接收两端，两端都接一个120的电阻器，连接在双绞线的两端，数据传输终端上的电阻器可防止数据在传输线终端被反射并以回声的形式返回，影响数据的正确传送。2023/5/929n3数据传输线p汽车上CAN数据传输线大都是双绞线，分为CAN高位数据线和低位数据线，这种结构使系统能够同时读写总线。缠线在一起的数据传输线 2023/5/930p2.1.2 CAN数据总线的数据传输nCAN数据总线的数据传输像一个电话会议。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，对于这个数据感兴趣的控制单元就会利用数据，而其他控制单元则选择忽略。在该网络中，任一控制单元都既可发送数据，又可接收数据。nCAN数据总线在极短的时间内，在各控制单元间传递数据，该数据由多位构成，位数的多少由数据帧的大小决定。2023/5/931 CAN数据总线的数据传输 2023/5/932p2.1.3 CAN数据总线传输的数据类型 nCAN数据总线所传输的数据有数据帧、远程帧、错误帧和过载帧4种类型。n1数据帧p数据帧的功能是将数据从发送器传到接收器。数据帧的组成 2023/5/933n2远程帧p远程帧的功能是将数据请求从发送器传到接收器。通过发送远程帧，作为某数据接收器的控制单元会对不同的数据传送进行初始化设置。p远程帧由开始域、仲裁域、控制域、安全域、应答域和结束域6个不同的域组成。n3错误帧p错误帧的功能是对所发送的数据进行错误检测、错误标定及错误自检。错误帧由两个不同的域组成，第1个域为不同控制单元提供错误标志的叠加，第2个域是错误界定符。p错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种形式。2023/5/934n4过载帧p接收器在电路尚未准备好或在间歇域期间检测到一个“显性”位时，会发送过载帧，以延迟数据的传送。过载帧包括过载标志和过载界定符两个域。n5帧间空间p数据帧或远程帧与其前面帧的隔离是通过帧间空间实现的，无论其前面的帧为何类型。所不同的是过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括间歇域和总线空闲的域。如果“错误被动”的控制单元已作为前一数据的发送器时，则其帧间空间除了间歇域、总线空闲域外，还包括挂起传送域。间歇域包括3个“隐性”位，间歇期间所有的控制单元均不允许传送数据帧或远程帧，唯一要做的是标志一个过载条件。2023/5/935p2.1.4 车用电控单元数据的发送n除了命令和请求信息外，汽车的一些基本状态信息（如发动机转速、车轮转速、冷却水温度等）是大部分控制单元必须获取的数据，控制单元采用广播式向总线发送。如果在同一时刻所有控制单元都向总线发送数据，将发生总线数据冲突，此时，CAN协议提出用标识符识别数据优先权的总线仲裁。2023/5/936p2.1.5 CAN数据总线系统的协议 n1CAN协议的概述pCAN协议包括OSI（开放系统的互连）参考模型的传输层、数据链路层及物理层的协议。CAN网络结构 2023/5/937n2CAN协议的特点 p 多主通信。p 报文的发出。p 系统的灵活性。p 通信速度。p 可要求远程数据。p 错误检测功能、错误通知功能、错误还原功能。p 故障的界定。p 连接。2023/5/938n3CAN数据总线系统的物理层 p物理层是通信网络的底层，它统一传输介质的特征（导线、光纤或无线载体），有时包括连接装置，并确定电压、电平信号、介质的电子特性（双绞型互补数据对）。CAN数据总线系统物理层表现为两种，高速CAN数据总线系统物理层（适用速率为250kbit/s1Mbit/s）和低速CAN数据总线系统容错物理层（适用速率不超过125kbit/s）。2023/5/939p2.1.6 低速车身控制系统实施高速的CAN协议 n低速（小于125kbit/s）车身控制系统主要指汽车灯光、刮水器、电动窗、后视镜、中央门锁、加热-通风-空调以及其他低速数据的通信系统。nSLIO CAN技术应用于汽车车身控制系统，一般可在40kbit/s位速率下操作，需要增速时也可扩展至125kbit/s。2023/5/9402.2 LIN系统 p2.2.1 LIN的发展 nLIN局域互连网络是由Audi、BMW、Daimler-Chrysler、Motorola、Volcano Communications Technologies（VCT）、Volkswagen和Volvo等公司和部门（LIN联合体）提出的一个汽车底层网络协议，其目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低速网，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。2023/5/941n2.2.2 LIN的应用 p引入LIN协议后，几乎所有电控单元和它们的传感器和执行器之间的连接，都已经实现多路传输了。由于建立了一个连接传感器/执行器与电控单元的二级网络，原来CAN网络中的次级组将会取消。采用LIN网络的CAN系统结构 2023/5/942 LIN网络系统的结构 2023/5/943p2.2.3 LIN的结构与协议 nLIN协议在同一总线上的最大节点数量为16，系统中两个电控单元之间的最大距离为40m。n1传输介质p传输介质即LIN信号传输的物质载体或者非物质载体，这个在LIN标准中并没有强制规定。LIN网络一般使用一根单独的铜线作为传输介质。n2节点结构p一个LIN电控单元拥有一个统一的接口（LIN标准），以便与其他LIN电控单元之间进行信息数据处理。这种标准的接口需要满足严格的成本要求，所以它必须在现有微控制器中使用标准单位，基本单位为UART（通用异步接收/发送装置）。2023/5/944n3帧结构p一个LIN帧由字节间分隔开的一系列字节组成。异步中断域标志着LIN帧的开始，它通过LIN网的主节点发出，并且支持所有LIN节点自动适应总线的速度。异步域使得所有总线上的LIN节点异步。LIN帧的结构 2023/5/945n4传输模式 p一个LIN电控单元所使用的传输方式与CAN网电控单元所使用的传输方式是相同的，都包括定时传输模式，事件传输模式和混合模式3种。定时传输模式和事件传输模式相混合为混合传输模式。LIN网传输-DATA数据从主控制器到执行器（单个）2023/5/946LIN网传输-DATA数据从主控制器到执行器（多个）LIN网传输-DATA数据从执行器（多个）到主控制器 2023/5/947n5进入传输介质pLIN电控单元进入传输介质有随机方式和异步方式两种，这表明这种进入可以根据需要和执行本地命令而随时进行。LIN节点不可能根据本地命令进入LIN网络。为了能够达成连接，它们必须事先获得LIN主节点的邀请，而这是需要通过一个中介的。n6服务pLIN电控单元有3项通信服务：发散模式的数据写入（一个制造者向多个使用者发出数据），数据请求（一个使用者向制造者的数据请求）和即时回复（立即回复一个请求）。这些服务允许单一总线/多支线策略（发散和请求/回复）的使用。2023/5/9482.3 VAN系统 nVAN（Vehicle Area Network，车辆局域网），是由标致、雪铁龙、雷诺公司联合开发研制的，它主要应用于车身电器设备的控制。VAN数据总线系统协议是一种只需要中等通信速率的通信协议，适用于车身功能和车辆舒适性功能的管理。VAN数据总线系统协议的OSI模型分层 2023/5/949p2.3.2 VAN的结构 n1典型的VAN结构pVAN数据总线系统协议的研发是出于连接各个复杂通信系统的目的，同时也是为了使简单元件和支线连接成总线，以保证网络传输的节奏。VAN数据总线系统的典型结构 2023/5/950n2拓扑p拓扑也就是VAN数据总线系统协议所允许的各个电脑之间的排列方式。VAN数据总线系统拓扑 2023/5/951n4节点结构p一个VAN数据总线系统电控单元拥有一个标准接口（VAN标准），以便于与其他VAN数据总线系统电控单元之间进行信息数据处理。VAN数据总线系统节点结构 2023/5/952n5帧结构p一个VAN数据总线系统的帧由9个域组成。VAN数据总线系统的帧结构 2023/5/953n6传输模式pVAN数据总线系统拥有3种可行的传输模式，定时传输模式、事件传输模式、混合模式。n7进入传输介质pVAN数据总线系统电控单元进入传输介质依靠随机方式和异步方式，这表明这种进入可以根据需要和执行的本地命令随时进行。n8服务pVAN数据总线系统电控单元拥有4项通信服务：用发散模式写入数据（将数据从一个数据制造者发往多个数据使用者），不在帧内签收回复。用点对点模式写入数据（将数据从一个数据制造者发往一个确切的数据使用者），在帧内采用签收回复。数据请求（一个数据使用者向一个数据制造者发出数据请求）。帧中的回应（在同一帧中对一个请求的回应）或者是滞后回应（如果数据制造者没有在提出请求时马上回应）。2023/5/954n9VAN数据总线系统签收回复pVAN数据总线系统的签收回复是由数据发送者激活和实现的。如果最后一个请求与一个确切的电控单元相连接（“点对点”模式），它将激活签收回复命令。在这种情况下，单一电控单元将会检测帧的格式是否正确，以及回应一个发给它的信息（识别域将进行核实），以产生一个对这个帧的回复；没有涉及此交换的其他电控单元则不应该产生回复。相反的，如果这最后一个请求与几个电控单元或网络中的电控单元整体相连接，它将取消回复命令。2023/5/955p2.3.3 VAN的物理层 n1互补数据对pVAN的物理层由互补数据对组成（通信介质是铜线），其两条线分别叫做DATA和DATA B。在DATA线和DATA B线上同时传送信息，DATA上传送的信息和DATA B上传送的信息正好是相反的互补数据对。VAN互补数据对干扰的消除 2023/5/956n2电压水平pVAN互补数据对的电压水平是统一的。VAN互补数据对的信号形式 2023/5/957n3诊断pVAN的物理层具备容错能力，它有3个比较器，用它们来将DATA和DATA B的电压与参照电压进行比较，以确定是否存在故障。n4休眠/唤醒pVAN的物理层有管理VAN数据总线的休眠/唤醒机制。为实现这种机制，VAN数据总线的线路接口提供3个主要接头，以便完成以下功能：主导由乘车者操作引起的网络唤醒（如车辆解锁）；检测由另一个电脑造成的网络唤醒和允许正常功能运行；车辆从休眠状态解除情况下，再次转入休眠状态。2023/5/9582.4 LAN系统 p2.4.1 LAN的特点 nLAN（In-Vehicle Local Area Network，车载区域网络系统）的产生与CAN相似，主要是为了方便车载各电控单元间进行的各种数据交换，以达到对汽车性能的精确、高速控制和减少配线的目的。nLAN主要取决于3个因素：传输介质、拓扑结构和介质访问控制协议（MAC），其中传输介质和拓扑结构是主要的技术选择，它们在很大程度上决定了可以传输的数据类型、通信速度、效率以及网络提供的应用种类。2023/5/959n1LAN的传输介质p最常见的LAN的类型是采用同轴电缆的总线型/树形网络，当然也可以选择采用双绞线、同轴电缆甚至光纤的环形网。LAN的传输速率为1Mbit/s20Mbit/s，足以满足大部分的应用要求，并且允许相当多的设备共享网络。n2LAN的拓扑结构pLAN常用的拓扑结构有3种：星形、环形、总线型/树形。2023/5/960星形网络拓扑结构 总线型网络拓扑结构 2023/5/961环形网络拓扑结构 2023/5/962n3介质访问控制协议pLAN的标准由美国电气和电子工程师协会（IEEE）于1980年2月成立的专门研究局域网技术并制定相应标准的一个委员会（IEEE802委员会）制定，其标准称为1EEE802标准。p局域网的目的是使某一区域内大量的数据处理、通信设备相互连接，局域网的拓扑结构并未采用物理上完全连接的方式，而是通过共享传输介质（环形、总线型/树形）或转换开关（星形）实现的。对于共享传输介质的方案，需要一套分布逻辑以控制各连网设备对传输介质的访问，这就是介质访问控制（Medium Access Control，MAC）。当传输介质和拓扑结构选定后，局域网的性能就主要取决于MAC。2023/5/963p2.4.2 LAN的应用 p如丰田公司在汽车上配置了由5个ECU组成的LAN系统，在LAN系统中采用了通信和驱动器/接收器IC，并用一根带屏蔽的双绞线电缆作为通信总线，通信总线在车内布成环形，将5个ECU当作节点与其相连接。汽车网络图 2023/5/9642.5 MOST数据总线系统 p2.5.1 MOST的发展 nMOST是媒体信息传送的网络标准，通过采用MOST，不仅可以减轻连接各部件的线束的质量、降低噪声，而且可以减轻系统开发技术人员的负担，最终在用户处实现各种设备的集中控制。2023/5/965p2.5.2 MOST的结构 n1MOST节点结构pMOST网络可以连接基于不同内部结构和内部实现技术的节点。MOST节点结构模型 2023/5/966n2MOST设备p连接到MOST上的任何应用层部分都是MOST设备。MOST设备的逻辑结构 2023/5/967p2.5.3 MOST在汽车上的应用n汽车行业已经把MOST技术作为将来汽车上多媒体系统的一个标准。MOST网络在汽车多媒体系统的应用 2023/5/968Audi A8使用的MOST网络系统 2023/5/969p2.5.4 光纤n1光纤的功能p光纤的功能是将在某一控制单元发射器内产生的光波传送到另一控制单元的接收器。p 光波是直线传播的，且不可弯曲，但光波在光纤内必须以弯曲的形式传播。p 发射器与接收器之间的距离可以达到数米远。p 机械应力作用（如振动、安装等）不应损坏光纤。p 在车内温度剧烈变化时应能保证光纤的功能。2023/5/970光纤的功能 2023/5/971n2光纤的结构 光纤的结构 2023/5/972n3光纤端面p为了能使传输过程中的损失尽量小，光纤的端面应光滑、垂直、洁净。光纤的端面 2023/5/973n4光纤的插头p为了能将光纤连接到控制单元上，需要使用一种专用插头。光纤的插头 2023/5/974n5光纤的防弯折装置 光纤的防弯折装置 2023/5/9752.6 车载蓝牙系统 p2.6.1 蓝牙技术的发展 n蓝牙技术是1998年5月5家世界著名的大公司爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔联合宣布的一项技术，其实质内容是建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能。2023/5/976p2.6.2 蓝牙技术在汽车上的应用 n1蓝牙技术在汽车上的应用p 当汽车进入服务站时，它的蓝牙站和服务站主计算机建立连接，它和汽车计算机通过蜂窝电话系统交换信息。p 服务站主计算机提醒服务人员分配任务，同时他的PC和汽车建立连接，并下载一些需要的信息。p 服务人员在其PC上获得必要的工作指示，当给汽车服务时，他可通过PC控制和调节一些功能，如灯、窗户、空气、发动机参数等，也可为任何电子控制单元下载最新版本的软件。2023/5/977n2汽车中的蓝牙网p在汽车里，每个门、前座和操纵轮都有灵活的电缆，而这些灵活的电缆常常会出现问题。这里可以在小范围内采用无线电缆延伸器。汽车中的网络拓扑 2023/5/978n3蓝牙技术的前景p在汽车工业中把蓝牙技术用做CAN网络的网关，将使汽车具有更高的无线接口能力，从而具有更广阔的市场前景。蓝牙技术的应用 2023/5/979p2.6.3 车载蓝牙系统的结构与原理 n1结构p车载蓝牙系统的短距离无线电收发器（发射器和接收器）直接安装在所选用的移动装置内或集成在适配器（如PC卡、USB等）内。蓝牙模块和1元硬币比较 2023/5/980n2数据传输p蓝牙系统内的数据传输采用无线电波的方式，其频率为2.40GHz2.48GHz。车载蓝牙系统的数据传输速率可达1Mbit/s，可同时传送3个语音通道的信号。n3数据安全性p在蓝牙技术的开发过程中，生产厂家非常重视对传送数据的保护，如数据的处理和防窃听。数据是用128位长的电码来编制代码的，接收器的真实性也由一个128位电码来校验，这时各装置用一个密码来彼此识别。2023/5/981n4蓝牙装置间的适配p如果两个蓝牙装置相遇，它们之间会自动建立起联系。这种联系在建立前，须输入PIN来进行两装置间的适配（只能进行一次），在此过程中会产生无线微元（Piconet），从而能够使装置协调工作。n5蓝牙系统的诊断p蓝牙系统在诊断时用的是主控单元的地址码。例如，在Audi A8 03年型的车上，电话/Telematik控制单元J526就是蓝牙主控装置，其中电话地址码为77，紧急呼叫模块地址码为75。电话听筒和J526之间的蓝牙总线连接是通过检查蓝牙天线来进行监控的。如果天线接线断路，故障存储器内会记录故障为蓝牙天线无信号/无法通信。2023/5/982小 结 n本章介绍了常用车载网络系统的结构和工作原理，包括CAN数据总线系统、LIN数据总线系统、VAN数据总线系统、LAN数据总线系统、MOST数据总线系统、车载蓝牙系统等，其中，要求重点掌握CAN数据总线系统的结构和工作原理。2023/5/983第3章大众车系车载网络系统检修2023/5/9843.1 认识大众车系CAN数据总线系统 p3.1.1 大众车系采用CAN数据总线的过程 p1997年，PASSAT的舒适系统上采用了传输速率为62.5kbit/s的CAN-BUS；p1998年，PASSAT和Golf的驱动系统上增加了传输速率为500kbit/s的CAN数据总线；p2000年，大众公司在PASSAT和Golf上都采用了带有网关的第2代CAN数据总线；p2001年，大众公司提高了CAN数据总线的设计标准，将舒适系统CAN数据总线的传输速率提高到100kbit/s，驱动系统的传输速率提高到500kbit/s；p2002年，大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第3代CAN数据总线；p2003年，大众集团在新PQ35平台上使用5重结构的CAN数据总线系统，并且出现了单线的LIN数据总线。2023/5/985p3.1.2 大众车系CAN网络的类型 n大众汽车的CAN总线系统设定为驱动系统、舒适系统、信息系统、仪表系统、诊断系统这5个局域网。CAN系统的5个子系统 2023/5/986p3.1.3 驱动系统CAN总线 p驱动系统CAN总线由15号线激活，采用双线式数据总线，其传输速率为500kbit/s，所以也称为高速CAN总线。控制单元通过CAN驱动数据总线的CAN-H线和CAN-L线来进行数据交换。驱动系统CAN总线的组成图 2023/5/987n1驱动系统CAN总线的数据传递p为了提高数据传递的可靠性，CAN数据总线系统的两条导线（双绞线）分别用于不同数据的传送，这两条线分别称为CAN-H线和CAN-L线。驱动系统CAN总线的信号波形 2023/5/988n2驱动系统CAN总线的信号处理p控制单元是通过收发器连接到驱动系统CAN总线上的，收发器内有一个接收器（差动信号放大器），用于处理来自CAN-H线和CAN-L线的信号，除此以外还负责将转换后的信号传至控制单元的CAN接收区。双线信号中获得信号电平波形图 2023/5/989差动信号放大器内的信号处理 2023/5/990n3驱动系统CAN总线的信号抗干扰功能pCAN-H信号和CAN-L信号经过差动信号放大器处理后，可最大限度地消除了干扰的影响。差动信号放大器内的抗干扰过滤 2023/5/991n4驱动系统CAN总线的负载电阻p最初的数据总线的两个末端有两个终端电阻，而大众车系使用的是分配式电阻，即发动机控制单元内的“中央末端电阻”和其他控制单元内的高欧姆电阻。驱动系统CAN总线负载电阻 2023/5/992n5驱动系统CAN总线的信号变化p驱动系统CAN总线的信号变化由VAS5051的数字存储式示波器（DSO）显示。其中，DSO设置纵坐标为0.5V/Div，横坐标为0.02ms/Div。驱动系统CAN总线的信号变化 2023/5/993p3.1.4 舒适系统CAN总线 p舒适系统CAN总线由30号线激活，采用双线式数据总线，CAN驱动数据总线的CAN-H线和CAN-L线来进行数据交换，其传输速率为100kbit/s，所以也称为低速CAN总线。舒适系统CAN总线的组成图 2023/5/994n1舒适系统CAN总线的数据传递p为了使低速舒适系统CAN总线抗干扰性强且电流消耗低，大众车系使用了单独的驱动器（功率放大器）。舒适系统CAN总线的CAN-H线和CAN-L线不是通过电阻相连的，而是彼此独立作为电压源来工作。舒适系统CAN总线的信号波形 2023/5/995n2舒适系统CAN总线的数据传递p舒适系统CAN总线工作原理与驱动系统CAN总线基本一样。舒适系统CAN总线的信号处理 2023/5/996n3舒适系统CAN总线的信号变化p舒适系统CAN总线的信号变化由VAS5051的数字存储式示波器（DSO）接收。其中，DSO设置纵坐标为2V/Div，横坐标为0.1ms/Div。舒适系统CAN总线的信号变化 2023/5/997n4舒适系统CAN总线的单线工作模式p如果因断路、短路或与蓄电池电压相连而导致两条CAN导线中的一条不工作了，那么就会切换到单线工作模式。舒适系统CAN总线工作在单线模式下的信号变化 2023/5/998p3.1.5 网关 p网关工作情况就像一个车辆换乘站。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。网关工作示意图 2023/5/999p3.1.6 诊断总线 p诊断总线用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能。诊断总线通过网关连接各控制器 2023/5/9100p3.1.7 LIN数据总线 p汽车中的LIN（局域互连网络）数据总线是指所有的控制单元都在一个系统总成内，如发动机系统、自动变速器系统、空调系统等。LIN数据总线是CAN数据总线的子网，它只有一根数据线，线截面为0.35mm2，且没有屏蔽措施。空调LIN系统图 2023/5/9101p3.1.8 电源管理 p驱动系统CAN总线通过15号端子（点火开关）接通或关闭，在发动机运转时才需要电流。舒适系统CAN总线由30号线供电，即一直处于准备被驱动状态。p为了避免电瓶过快放电，有必要进行电源管理。当控制单元之间没有信息交换时，舒适系统总线进入睡眠模式（电流节约模式）。在睡眠模式下舒适系统总线只取用很小的电流（几个毫安），需要时可通过如中央闭锁、无线远程操作等自动启动。2023/5/9102p3.1.9 内部故障管理 n控制单元内部有错误计数器，一次发送失败计数加8，一次接收错误计数加1。当累计超过127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255时，控制器自动与总线脱离。但是，控制器发送信息时，若没有收到答复信号，控制器将重复发送，而接收错误将不计数。2023/5/9103p3.1.10 CAN网络典型故障判断 n1CAN-L线断路故障 CAN-L线断路故障 2023/5/9104n2CAN-H线断路故障 CAN-H线断路故障 2023/5/9105n3CAN-L线与蓄电池正极短路故障 CAN-L线与蓄电池正极短路故障 2023/5/9106n4CAN-L线搭铁短路故障 CAN-L线搭铁短路故障 2023/5/9107n5CAN-L线与CAN-H线短路故障 CAN-L线与CAN-H线短路故障 2023/5/9108n6CAN-L线与CAN-H线反接故障 CAN-L线与CAN-H线反接故障 2023/5/91093.2大众迈腾轿车的车载网络系统p迈腾轿车总线网络系统包括动力总线、舒适总线、信息娱乐总线、诊断总线、仪表总线等。迈腾轿车总线网络系统拓扑图2023/5/9110迈腾轿车总线网络系统拓扑图部件编号E221-转向盘操作单元 E15-进入及起动许可开关 G85-转向角传感器 G273-车内监控传感器G384-车辆侧倾传感器 G397-晴雨与光线识别传感器 G419-ESP传感器单元 H12-报警喇叭J104-ABS控制单元 J136-座位调节和带记忆功能的转向柱调节的控制单元J217-自动变速器控制单元 J234-安全气囊控制单元 J255-Climatronic全自动空调控制单元J285组合仪表中的控制单元 J345-拖车识别装置控制单元 J364-辅助加热装置的控制单元J386-驾驶人侧车门控制单元 J387-前排乘员侧车门控制单元 J388-左后车门控制单元J389-右后车门控制单元 J393-舒适系统中央控制单元 J400-刮水器电动机控制单元J412-移动电话电子操作装置控制单元 J428-车距调节装置控制单元 J446-驻车辅助控制单元J492-全轮驱动的控制单元 J500-转向辅助控制单元 J503-收音机和导航系统显示单元控制单元J519-车载电网控制单元 J521-带记忆功能的前排乘员座椅调节控制单元J525-数字式音响套件控制单元 J527-转向柱电子装置控制单元 J533-数据总线诊断接口J540-电动驻车制动器控制单元 J583-NOx传感器的控制单元 J587-变速杆传感装置控制单元J604-空气辅助加热装置的控制单元 J605-汽车行李箱盖控制单元 J623-发动机控制单元J667-左侧前照灯功率模块 J668-右侧前照灯功率模块 J738-电话操作单元控制单元J745-转弯灯和前照灯照明距离调节控制单元 J764-ELV控制单元 J788-驱动CAN总线断路继电器 T16-诊断接口2023/5/9111p3.2.1迈腾轿车总线系统网络n1动力CAN总线系统p迈腾轿车动力CAN总线系统网络控制包括：发动机控制、四轮驱动控制、自动变速器控制、ABS控制、安全气囊控制、助力转向控制、变速杆传感器控制、前照灯控制、转向柱控制。p动力CAN总线数据传输速度是500kb/s。传输通过高电平CAN数据线和低电平CAN数据线进行。为了保证数据安全传输，CAN导线相互扭转连接。动力CAN数据总线不能单线工作，在其中一根CAN导线发生故障时则无法进行传输数据。2023/5/9112迈腾轿车驱动CAN总线系统控制单元在车上的位置 2023/5/9113迈腾轿车动力迈腾轿车动力CANCAN总线系统拓扑图总线系统拓扑图 J623-发动机控制单元 J533-网关 J492 四轮驱动控制单元J217-自动变速器控制单元 J104-ABS控制单元J234-控制单元 J500-助力转向控制单元J1587-变速杆传感器控制单元 J745-前照灯控制单元G85转向角度传感器 J527转向柱控制单元n2舒适CAN总线系统网络n舒适CAN总线系统数据传输速度是100kb/s，通过双绞线进行传输。舒适CAN数据总线可以单线工作。2023/5/9114舒适系统控制单元在车上的位置2023/5/9115迈腾轿车舒适迈腾轿车舒适CANCAN总线系统网络总线系统网络 J533-网关 J345-拖车控制单元 J521-前排乘员座椅记忆控制单元J446-停车辅助控制单元 J605-行李箱盖控制单元 J527-转向柱控制单元J519-车载电源控制单元 J255-空调控制单元 J136-驾驶人座椅记忆控制单元J604-驻车加热控制单元 J393-舒适系统控制单元 J386J389-车门控制单元2023/5/9116n3信息娱乐CAN总线系统p迈腾轿车信息娱乐CAN总线系统的控制单元包括收音机（导航控制单元）、电话准备系统控制单元、数字音响控制单元、驻车加热控制单元和电话控制单元。p信息娱乐CAN总线系统数据传输速度是100kb/s，通过双绞线CAN-H数据线和CAN-L数据线进行传输。信息娱乐CAN数据总线可以单线工作。2023/5/9117迈腾轿车信息娱乐迈腾轿车信息娱乐CANCAN总线控制单元在车上的位置总线控制单元在车上的位置迈腾轿车信息娱乐迈腾轿车信息娱乐CANCAN总线系统拓扑图总线系统拓扑图J533-网关J503-收音机（导航控制单元）J412-电话准备系统控制单元J525-数字音响控制单元J364-驻车加热控制单元J738-电话控制单元2023/5/9118n4LIN数据总线系统pLIN数据总线是一个局部网络系统，该系统通过数据传输率为120kb/s的单线连接传输数据。传输率被存储在主控制单元的软件中。数据交换在一个主控制单元和最多16个从控制单元之间进行。pLlN总线采用单线主、从控制器控制。主控单元为舒适系统中央控制单元J393，车内监控传感器G273、车辆侧倾传感器J384、报警喇叭H12通过主控单元向总线系统发送传感器信号，同时也通过主控单元接收控制信号。G397晴雨与光线识别传感器、J400刮水器电动机控制单元通过车载电网控制单元J519供电。2023/5/9119LlNLlN总线系统控制单元总线系统控制单元G273-车内监控传感器 G384-车辆侧倾传感器G397晴雨与光线识别传感器 H12-报警喇叭 J393-舒适系统中央控制单元J400-刮水器电动机控制单元 J519-车载电网控制单元 J533-数据总线诊断接口2023/5/9120n5CAN数据总线电动驻车制动器p电动驻车制动器CAN数据总线的数据传输速度为500kb/s，通过双绞线CAN-H数据线和CAN-L数据线进行传输。CAN数据总线驱动不可单线工作，在其中一根CAN导线发生故障时无法进行数据传输。电动驻车制动器电动驻车制动器CANCAN数据总线控制单元的拓扑结构图数据总线控制单元的拓扑结构图J104-ABS控制单元 J533-数据总线诊断接口 J540-电动驻车制动器控制单元2023/5/9121n6CAN数据总线高级前灯照明系统（Advanced Front lighting System）p转向灯CAN数据总线的数据传输速度为500kb/s，通过双绞线CAN-H数据线和CAN-L数据线进行传输。转向灯CAN数据总线不可单线工作。转向灯转向灯CANCAN数据总线中的控制单元拓扑结构图数据总线中的控制单元拓扑结构图 J533-数据总线诊断接口 J667-左侧前照灯功率模块J668-右侧前照灯功率模块 J745-转向灯和前照灯照明距离调节控制单元2023/5/9122n7传感器CAN数据总线p传感器CAN数据总线的数据传输类似于转向灯CAN数据总线的数据传输，并且在发动机控制单元和NOx传感器控制单元之间传输数据。传感器传感器CANCAN数据总线拓扑结构图数据总线拓扑结构图J533-数据总线诊断接口 J583-NOx传感器控制单元 J623-发动机控制单元2023/5/9123n8串行数据总线p串行数据总线通过一个9800kb/s的单线连接在ELV控制单元和舒适系统中央控制单元之间传输数据。串行数据总线拓扑结构图串行数据总线拓扑结构图J533数据总线诊断接口 J393舒适系统中央控制单元 J764ELV控制单元 2023/5/9124p3.2.2迈腾轿车总线系统控制单元n1网关网关p在总线网络上有大量的数据需要被传递，为使几条数据总线系统之间相互交换数据，数据总线接口作为网关，将这些数据总线连接起来进行数据交换。迈腾轿车的网关迈腾轿车的网关2023/5/9125n（1）运输模式p在商品车运输到经销商处之前，为了防止蓄电池过多放电，应当使车辆的电能消耗降到最小。p经销商在将车销售给用户前，必须用VAS5051的自诊断功能关闭运输功能。运输模式在行驶里程低于150km时，可以用网关来进行切换，当高于此值时，系统自动关闭运输模式。n（2）睡眠和唤醒模式p当舒适和娱乐总线处于空闲状态时，网关监控到所有的总线都有睡眠要求时，控制单元发出睡眠命令，进入睡眠模式。此时总线电压CANL为12V，CANH为0V。p如果动力总线仍处于信息传递过程中，舒适和娱乐总线是不允许进入睡眠状态的，当舒适总线处于信息传递过程中，娱乐和信息总线也不能进入睡眠模式。当某一个信息激活相应的总线后，控制单元会激活其他总线系统。2023/5/9126n2车载电源控制单元车载电源控制单元p车载电源控制单元（J519）的功能是用电负载（电能）管理。迈腾轿车的车载电源控制单元迈腾轿车的车载电源控制单元2023/5/9127n（1）灯光控制p外部灯光控制包括前照灯、牌照灯、制动灯、尾灯控制，故障将通过白炽灯相应的指示灯或在组合仪表中以文本的方式显示出来。n（2）刮水器控制p将CAN数据总线信号从车载电网控制单元传输到刮水器电动控制单元。p在挂入倒车档时，后窗刮水器被激活（适用于部分车型）。n（3）负荷管理p负荷管理的目的是为了确保蓄电池有足够的电能使发动机顺利起动和正常运转。控制单元根据蓄电池电压、发动机转速、发电机的DFM信号进行评估，在保证安全行驶的前提下，电压低于11.8V时，适当地关闭舒适功能的用电设备。2023/5/9128n（4）自动行车灯控制自动行车灯控制自动行车灯控制E1-车灯开关 E415-进入及起动许可开关 G397-晴雨与光线识别传感器J519-车载电网控制单元J123-左近光灯灯泡 J124-右近光灯灯泡J125-左远光灯灯 J126-右远光灯灯泡2023/5/9129高速公路功能控制高速公路功能控制雨水功能控制雨水功能控制2023/5/9130n3组合仪表的控制单元组合仪表的控制单元p组合仪表控制单元通过数据总线诊断接口（J533）和组合仪表CAN数据总线得到显示单元和不同控制单元指示灯的信息。组合仪表控制单元的信息传输组合仪表控制单元的信息传输F1-机油压力开关 F9-手动驻车制动控制开关 F34-制动液液位警告信号触点G17-车外温度传感器 G32-冷却液不足显示传感器 G33-车窗玻璃清洗液液位传感器G34-制动摩擦片磨损传感器 G266-机油油位和机油温度传感器 J538-燃油泵控制单元2023/5/9131p3.2.3迈腾轿防盗系统n1中央数据库中央数据库FAZlTp 德国沃尔夫斯堡大众汽车的中央数据库FAZlT（FAZlT表示“车辆信息查询和中央识别工具”）存有所有控制单元的防盗数据，该数据是集成在防盗系统中的。只有在线连接到FAZIT数据库，才能进行控制单元的匹配。n2数据交换数据交换p通过诊断测试仪的在线查询可以将数据安全、快速、可靠地传输到汽车中。防盗系统组件不能通过PIN查询进行调试，所有的参与组件必须在线调试。所有包括补订的汽车钥匙在出厂时便进行了特定汽车的预先编码，并且只可以为该汽车进行调试。2023/5/9132数据交换过程数据交换过程J393-舒适系统中央控制单元 J533-数据总线诊断接口 VAS5051-大众故障诊断仪2023/5/9133n3防盗系统组件防盗系统组件的信息传递过程防盗系统组件的信息传递过程E415-进入及起动许可开关 J393-舒适系统中央控制单元 J527-转向柱电子装置控制单元 J623-发动机控制单元 J764-电子转向柱锁止装置控制单元2023/5/9134n4更换控制单元p更换参与防盗系统功能的控制单元，必须通过与FAZIT数据库在线连接进行，控制单元的更换匹配过程示意控制单元的更换匹配过程示意J393-舒适系统中央控制单元 J533-数据总线诊断接口J623-发动机控制单元 J764-电子转向柱锁止装置控制单元2023/5/91353.3 实训 n实训内容：p大众迈腾轿车车载网络系统的故障诊断与维修n实训要求：p1能够确认故障现象p2能够使用维修资料，正确选用工具p3能够按照正确的步骤和方法完成车载网络系统故障诊断与维修p4应在规定的时间内独立完成p5在诊断与维修过程中应注意职场健康与安全 2023/5/9136小 结n本章