11大众汽车总线系统

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1、word11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(A

2、BS)、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

3、效传输。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X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

4、控制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某某性，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

5、互联网络)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

6、识别颜色。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

7、图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

8、电磁干扰波，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（BC

9、M1） 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

10、座椅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、大灯总成

11、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 48

12、-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X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，主要用来满

13、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X围内几家主流汽车制造商组成的联盟MOST组织（Media Oriented Systems Tra

14、nsport (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各

15、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。网关除了担负

16、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

17、乐系统RSE 7-音频功率放大器 8- MOST环形结构与网关接口图11-11 网关担任MOST网络的主机11.3 LIN总线11.3.1 LIN总线结构1-A/C控制器（LIN主机）2-前挡风玻璃加热 3- PTC加热（LIN从机） 4- PTC加热（LIN从机） 5-太阳能天窗马达（LIN从机）6-前部车身控制单元（LIN从机）7-鼓风机（LIN从机）图11-12 典型LIN总线结构LIN全称Local Interconnect Network，表示局域内部网络，也常常被叫做内部子系统，见图22-12。从控制单元的在实车上的布置来看，也常常集中在车辆的某一部分（比如：车顶）。不同的LIN系

18、统之间的数据交换，还是得依靠连接到CAN网络上的某一控制单元来完成。作为单线制的通信载体，LIN线束有其独特的线束颜色，主色为紫色，辅色不确定。线束直径0.35mm，无屏蔽线包裹。一个完整的LIN控制系统内，一台主控制单元最多可以管理16台附属控制单元。1. LIN主控制单元1-网关 2- LIN主控制单元 3- LIN附属控制单元1 4- LIN附属控制单元2 5-诊断接口OBD-II 6-诊断CAN图11-13 LIN主机控制单元在LIN网络上的位置如图11-13所示，LIN系统中，只有LIN主控制单元连接到CAN总线上，以实现数据交换。它的功能包括：1）监控数据传输以及数据传输的速率。L

19、IN主控制单元可以向附属控制单元发出指令。2）LIN控制单元内置程序可以区别出什么信息以及何时将该信息向下扩散至所主管的LIN网络。3）执行其所在LIN网络内其他控制单元与CAN网络的信息转译功能。4）执行其所在LIN网络内其他附属控制单元的诊断功能。2. LIN附属控制单元1-传感器 2- LIN从机 3- LIN主机 4-执行器图11-14 LIN从机如图11-14所示，无论是单个的控制单元，比如鼓风机，还是传感器、执行器，比如倾斜传感器或防盗蜂鸣器，都可以作为LIN从机，被整合进某一个LIN数据系统。传感器元件处理测量到的数值，形成数据后，以数字信号的形式发送至LIN网络。但对于主控制单

20、元而言，只需要一个插头针脚，就可以控制多个传感器或是执行器。在LIN网络内，传感器或是执行器只能接受LIN主控制单元发出的指令，而不能对LIN主控制单元下达指令。11.3.2 LIN总线工作原理1. 数据传输图11-15 LIN主机、从机之间的数据传输1）最大传输速率20Kb/sLIN控制单元将数据传输速率限制在在1-20Kb/s之间，相当于舒适CAN网络传输速率的五分之一，见图11-15。2）信号波形1-波峰或者高电平 2-波谷或者叫低电平图11-16 LIN总线信号波形图如图11-16 所示，波峰表示在LIN数据网络无信息传输或者是高电平信号时，LIN网络上的电压相当于电瓶电压。波谷表示L

21、IN网络上有低电平信号，由控制单元内的转换器控制LIN数据总线接地。不同的控制单元由于转换器的设计不同，高电平的具体电压数值也不同。3）信号电压阈值1-电瓶电压 2-80% 3-20% 4-电瓶负极电压 5-高电平极大值 6-低电平极小值图11-17 信号电压阈值示意图1-电瓶电压 2-60% 3-40% 4-电瓶负极电压 5-高电平极大值 6-低电平极小值图11-18 信号电压接受X围如图11-17、图11-18所示，高电平与低电瓶都有一定的阈值，这样可以保证数据传输的稳定性。考虑到有外界干扰，为了获得有效信号，接收端认可的电压X围要略宽一些。2. 主机指令信号借助指令信号里的识别段，LIN

22、主机要求相应的LIN从机处理其发出的信号里面包含的任务。反应信号由LIN主机发出。1-同步间隔区段Synch break 2-同步定界 Synch delimeter 3-同步区段 Synch field4-识别区段 Identifier field图11-19 主机指令信号组成指令由LIN主机往复循环得发出。如图11-19所示可以划分为4段：同步间隔区段、同步定界、同步区段、识别区段4个区段。1）同步间隔区段同步间隔区段是一段至少有13个字节长度的低电平区段。独一无二的13字节长度对于所有的LIN从机来说，就预示着来自LIN主机的信息紧随其后。而其他信息的低电平区段长度至多9个字节。2）同步

23、定界同步定界是一个至少1个字节长度的高电平（电瓶电压）。3）同步区段同步区段有一定的字节顺序0101010101。同步区段可以实现所有的LIN从机的系统时钟与LIN主机的系统时间同步。所有控制单元时钟同步对于进行准确的信息交换相当关键。如果不同步，那么接收讯息的模块就会将字节值插入到不正确的位置。数据传输就会发生错误。4）识别区段识别区段也有8个字节的长度。起始的6个字节包含身份信息以及反应数据区段的数量。反应数据区段的数量在0-8个。末尾两个字节包含了前6个字节传输错误的检验码。如果识别区段传输错误的话，检验码可以用来阻止不正确信息的发出。3. 从机反应信号1-空调操作显示单元 2-前挡加热

24、 3-鼓风机实际转速信号 4-速度-150rpm 5- LIN主机对鼓风机转速的询问图11-20 LIN主机对从机的问询如图11-20所示，LIN从机对主机的询问作出回应时，将会发出带有识别区段的信息。在LIN主机再次发出指令数据中，包含识别区段与应答信息。相应的LIN从机处理这些信息后，执行相应的功能。图11-21 应答区段如图11-21所示，应答区段一般包括1至8个数据块。每个数据块由10个字位组成，包函一个低电平起始位，一个数字字节和一个高电平终止位。起始与终止位用来进行后同步以避免传输错误的产生。4. 信息的排列1-高电平 2-主机信息 3-从机信息（低电平水平不同） 4-无应答的空指

25、令 5-低电平图11-22信息的排列如图11-22所示，LIN主机发出主机讯息时，按照内部预设的程序，循环往复的发出指令与应答信号。一般地，主机需要的讯息会被要求发送几次。影响主机的状态会改变信息发送的次序。为降低LIN主机的元件选项，主机发出的指令是针对一台功能全部配置的车辆的，如果某些功能在该车上没有选配，那么在波形图上显示的指令将不带有应答信息。这对整个系统的运行并无影响。5. LIN总线应用-防盗系统1-中控门锁 2-车辆电气系统 3-系统外操作 4-笔记本 5-车库门自动开启控制单元 6-来自笔记本的数据不被接受 7-中控门锁控制单元图11-23 LIN总线应用-防盗系统如图11-2

26、3所示，只有主机发出的带有正确识别区段的指令才会被LIN总线系统接收。LIN主机特有的监控LIN网络内信息传输的功能将拒绝来自LIN线束以外的操纵信号。LIN从机只有执行而无发出指令的功能。比如说，LIN网络无法打开位于CAN网络上的中控门锁。这种指令不能逆向发送的方式使得LIN从机可以在车辆的外部可以放心使用（如位于车辆前保险杠的车库门自控开启控制单元。11.3.3 诊断LIN网络的诊断功能由LIN主机发出指令，LIN从机可以执行自诊断功能，诊断数据由LIN从机发送到LIN主机上。表11-4 LIN网络的故障诊断故障位置故障描述发生故障的可能原因LIN从机-比如说鼓风机无信号/无法通讯在LI

27、N主机预设的时间内，没有收到LIN从机的信息；线束开路或短路；LIN从机供电故障；错误的LIN主机或从机功能配置；LIN从机内部故障LIN从机-比如说鼓风机不可靠信号校验码错误，传输信息不完整；电磁干扰；LIN电线阻值或电容发生变化（例如线束插头处潮湿、较脏)；软件版本的问题11.4 CAN总线CAN总线是控制模块之间进行信息传输的一种方式，它将形式各异的控制模块整合起来，形成一个系统。最简单的动力总线包括以下组件：1）发动机控制模块ECM2）自动变速箱控制模块TCM3）防抱死制动系统ABS CM最简单的舒适系统包括以下组件：1）中央控制模块2）门控制模块11.4.1 CAN数据总线组成图11

28、-24 CAN总线组成如图11-24所示，CAN数据总线包含一个控制器，一个收发器，两个终端电阻以及两根数据导线。除了数据导线外，其他组件均位于控制模块内部。1.CAN控制器CAN控制器将控制模块内部的数据信息进行处理，将处理过得信息传递到CAN收发器。同样，也承担着将从CAN收发器接收到的信息进行处理后，传递到控制模块内部的任务。2. CAN收发器CAN收发器，顾名思义，由接收器与发射器组成。它将CAN控制器提供的的数据信息转变成电信号，并发送至CAN数据总线中去。同样，也承担着将从数据总线上接收到的信息传递至CAN控制器的任务。3. 终端电阻终端电阻是一个固定阻值的电阻元件，可以阻止信息在

29、总线终端被反射会数据总线上，形成“回音”，破坏数据的传输。数据导线是数据传输的载体，并且可以双向传输。根据工作电压的不同，分为CAN高线（CAN High）与CAN低线（CAN Low）。在数据总线上传输的信息并没有指定的接受者。信息一旦发送至数据总线上，总线上所有的控制模块都将能够收到该信息，并且会对该信息进行评估是否有用。11.4.2 CAN总线工作原理1.数据传输过程数据在CAN总线上的传输包括发送、接收、检查、接受等过程。图11-25 CAN总线上数据传输过程如图11-25 所示，控制模块2发送数据信息至数据总线上，其他3个控制模块均会收到该信息，控制模块1与控制模块4对该数据信息检查

30、后发现该数据是重要的，于是接受该信息，控制模块3对该信息检查后发现该信息对于它来说是无用的，于是忽略该信息。2.数据内容CAN数据总线几乎一刻不停地，按照固定的通讯协议（Data Protocol），在控制模块之间进行数据的传输。车载CAN总线数据协议指的是，在不同的车载控制模块之间，事先约定好使用同一种程序语言进行数据交换与传输活动。通俗的讲，即控制模块之间全部使用“普通话”进行日常对话。主要用来保证与限定车载控制模块之间“对话方式”、“对话内容”、“对话时间”，能够按照固定的程序模式进行，让不同的控制模块之间在同一种语言环境下，能够“听得懂”对方的语言。如图11-26所示，按照数据协议的要

31、求，CAN总线上传输的数据最小单位为一个数据区域（data field），由起始域、状态域、检查域、数据域、安全域、确认域、终止域共7部分组成。由于前后顺序固定不变，也可以称做为一个协议单位。图11-26 数据区域组成1）起始域标记着数据区域起始端，仅有一个字节的长度，由控制模块发射器向CAN High 线上发送一个5V左右高电平字节，和向CAN Low线发送一个OV左右低电平字节组成。2）状态域决定了该数据区段的传输优先权的高低。在CAN总线上，不同的控制模块，其发送数据信息的优先顺序也不同。如果两个控制模块同时发送数据信息，那么优先权高的控制模块可以优先发送数据至CAN总线。比如说，如果发

32、动机控制模块发送水温信号的同时，ABS控制模块发送车轮转速信号，由于车轮转速信号需要更快速的传播出去，那么将会被优先发送。3）检查域包含数据域所发送数据的信息数量或者说是信息条数。如果把数据域比作是一个集装箱，那么检查域就相当于是一个“装货清单”。CAN总线上的所有控制模块接收到该信息后，仔细阅读“装货清单”，以确定数据域所承载的信息总量。4）数据域包含了多条数据信息5）安全域用来检查传输过程发生的错误。6）确认域接收器向信息发射器发出的“货物已收”信息。如果接受过程中发生了错误，那么接收器就会立即向信息发射器反馈该情况。发射器将再次发生该数据区段。7）终止域标志着数据区段的终端。3. 数据区

33、段是如何产生的在组成结构上，数据区段可以分为以上7个域，但在通讯协议语言层次上，数据区段又由一系列的字节（bits）组成，且每一个字节的数值或状态只有“0”或“1”。举个最简单的例子：在灯泡闭环电路中，灯泡开关只有两种状态，打开和关闭。如图11-27、图11-28所示，开关闭合，灯泡点亮，这个时候开关的状态值就为“1”，开关打开，灯泡熄灭，这个时候开关的状态值就为“0”。数据总线的工作原理与此非常相似，控制模块的收发器同样也可以产生两种不同的字节状态值。图11-27 开关闭合，状态值为“1”图11-28 开关打开，状态值为“0”表11-1字节含义字节状态值为“1”字节状态值为“0”收发器打开，

34、接通供电电压，动力总线：2.5V左右，舒适总线5V左右。收发器关闭，接通搭铁端。对数据总线供电电压，动力总线： 2.5V左右，舒适总线5V左右。对数据总线供电电压，动力总线与舒适总线均为0V。一连串字节所蕴含的含义，可以以下图2个字节的不同组合可以表示的含义来举例说明。组合第1字节第2字节波形图电动车窗状态信息发动机水温信息10V0V移动中1025V0V静止状态2030V5V正常X围内3045V5V移动上止点40图11-29 不同字节值组合含义如图11-29所示，每一种字节值组合都可以表示一种特定的信息。如上表所示，组合1中，第1字节与第2字节值均为0V，那么就表示电动车窗正在移动，或者是冷却

35、液温度为10。字节数量越多，那么可以表达的信息数量就越多。虽然字节值只能为0V和5V两种字节值，但3个字节就可以有8中组合类型，可以表示8种数据信息，依此类推，字节数量越多，所表达的数据信息数量越多。4. 数据仲裁在同一时间，如果有多个控制模块需要同时对外发送数据，那么系统就必须决定哪一控制模块可以优先的发送数据。优先权高的数据区段将会被优先发送。出于安全角度考虑，由ABS/EDL 控制模块发送出的信息，通常会取得比较高的优先权，而被优先发送。那么数据优先权是如何被确定以及被识别的呢?前一章节已经提到过，数据区段的第二部分状态域决定了该数据区段的优先权。状态域包含了一段11字节的编码，该编码的

36、不同字节值组合，就表示不同的优先权。表11-2数据仲裁优先权数据区段状态域1制动系统001 1010 00002发动机010 1000 00003变速箱100 0100 0000如果三个控制模块同一时间向CAN总线发送信息，那么它们会逐个字节的比较彼此的状态域字节值。如果某一控制模块发送的是权重较低的信息，而且通过接收器以及侦测到它将接收一权重较高的信息，那么它会立即取消发送权重较低的信息，转而接收权重高的信息。图11-30 优先权的确定如图11-29所示，三个控制模块第1字节值均为0，较其他控制模块，均拥有较高优先权；第2字节数值，ABS/EDL CM与发动机CM均为0，发送数据的优先权高于

37、变速箱CM，；第3字节值，ABS/EDL CM 为0，发动机CM为1，ABS/EDL CM较发动机CM，所发送的数据又拥有较高的优先权。总而言之，数据信息与安全性联系越高的，重要性越高的，拥有的优先权越高。5.信息交换为了易于说明信息交换过程，下面以发动机转速信息为例并以一条CAN导线来讲述信息交换的基本原理。发动机转速为1800r/min时可表示成二进制数00010101。如图11-29所示，在发送过程中，二进制值先被转换成连续的比特流，该比特流通过TX线（发送线）到达收发器（放大器），收发器将比特流转换成相应的电压值，然后按时间顺序依次被传送到CAN总线的导线上。在接收过程中，这些电压值经

38、收发器又转换成比特流，再经RX线（接收线）传至控制单元，控制单元将这些二进制连续值转换成信息。二进制数00010101这个值又被转换成发动机转速信息1800r/min。图11-31 信息交换原理图每个控制单元均可接收发送出的信息。通常把上述信息交换的原理称为广播，类似与一个广播电台发送某一节目一样，每个连接的用户均可接收。这种广播形式使系统中所有控制单元都处于相同的信息状态，如图11-32所示。图11-32 广播原理图6. 双绞线结构如图11-33所示，为了防止外界电磁波干扰和向外福射，CAN总线采用两条线缠绕在一起的双绞线；两条线上的电位是相反的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是0V，两

39、条线的电压总和等于常值。因此，CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰，同时CAN总线向外辐射也保持中性，即无辐射。图11-33 数据传输线双绞线结构11.5 MOST总线-光纤数据总线1- DVD显示屏 2- DAB数字广播 3- 4-导航 5-音响功率放大器 6-网络 7- TV接收器 8-中央显示器与控制器图11-34 MOST总线的应用如图11-34所示，除了大家比较熟悉的CAN 网络系统，采用光纤作为通讯介质的光纤数据网络系统MOST是首次使用。MOST的名称起源于“Media Oriented Systems Transport（MOST）Cooperation”。这是一个由各大汽车

40、制造商、零配件供应商及软件公司共同成立的协会，旨在推动建立一个高数据传输速率的网络标准。图11-35 MOST总线标识如图11-35所示，从字母意义就可以看出MOST是一个用于多媒体数据传输的系统。这意味着，相对于CAN数据总线而言，MOST系统上传输的信息是地址定向型的。这项技术主要用于传输信息娱乐系统的数据。信息娱乐系统（Infotainment system）提供广域意义上的现代信息与娱乐内容。如图11-36所示：1-导航 2-（GSM制式） 3-视频MPEG 4-视频MPEG以外 5-音频内容1 6-音频内容2 7-音频内容3 8-未使用图11-36 MOST总线在多媒体传输上的使用比

41、例如图11-38所示，采用光纤数据传输，是因为CAN数据总线系统在传输响应性与一次性传输的数据量上，都不能完成相对而言比较复杂的信息娱乐系统的需要。视频或音频的传输速率要求是兆级的（Mbit/s）。带立体声的数字电视内容对数据传输速率的要求是至少6Mbits/s。1-音频 2-TV调谐器 3-CAN 4-视频图11-37 普通CAN总线用于娱乐内容传输如图11-37所示，在以往，这些信息（如视频、音频内容）只能以模拟信号的形式进行传输。CAN总线最大传输速率是1Mbit/s。这仅说明，使用CAN数据总线进行控制信号传输是有可能的1-功率放大器 2-TV调谐器 3-操作单元 4-显示屏图11-3

42、8 MOST用于娱乐内容传输MOST光纤总线使得相关组件间进行数字形式的数据交换成为可能。除了可以减少电线的使用和减轻重量外，光波传输有更高的数据传输速率。和无线电波相比，光波的波长更短。另外，它们都不会产生或易受电磁波得干扰。这些特性使得更高的数据传输速率与对外界干扰免疫成为可能。MOST总线最大传输速率21.2Mbit/s。11.5.1 MOST总线上控制单元组成1. 控制单元的设计1-光纤纤维2-光纤插头3-内置电源4-电气插头5-诊断6-内置组件7-微处理器8- MOST收发器9-光电二极管10- LED 11-接收和发送器图11-39控制单元的设计MOST总线上控制单元的设计如图11

43、-39所示：1）光纤纤维-光纤插头通过光纤插头，光信号可以进入控制单元内，或者将光信号转发至下一控制单元。2）电气插头该插头用于提供电源，环路故障诊断，信号输入与输出。3）内部电源供应通过电气插头进入控制单元内的供电电压，由内部电压分配系统进行分配。这样做的好处，在于可以独立的切断各个组件的供电电路。4）发射器与接收器-光纤纤维发射器1-紫外线 2-400nm 3-650nm 4-红外线图11-40 光谱收发器由一个光电二极管和一个光线发射二极管组成。被光电二极管是将进入模块的光信号转换成电压信号后，再转发到收发器。光线发射二极管的功能是将MOST收发器的电压信号再次转换成光信号。如图11-4

44、0所示，光线二极管发射的光线是波长650nm的红色可见光。数据以光波调制的形式进行传输。紧接着，调制光波将通过光线纤维传送到下一个控制单元。5）MOST收发器 Transceiver 如图11-41所示，MOST收发器由两部分组成：发送器transmitter和接收器receiver。1-接收器 2-通讯控制单元 3-发射器 4-收发转换器 5-通讯控制单元 6-发射器 7-接收器图11-41 MOST收、发过程2. 光纤纤维光纤纤维连接一个控制单元的发射器与下一个单元的接收器。光纤纤维的开发碰到的难题：光线只能以直线传播。但是在光纤纤维中，她们可以转弯。上一个发射器到下一个接收器之间的距离可

45、能有好几米之远。光纤纤维很脆弱，很容易被外力折断。光纤纤维不能收车内温度变化的影响。光纤纤维用于传输光信号必须达到的要求：在传输光纤时，必须保证较小的能量衰减；在光纤拐弯处，光线也能正常传输；光纤纤维必须具有一定的弹性；光纤纤维必须在-40-85X围内，可靠运行。1）光纤纤维的设计1-彩色外层 2-黑色层 3-内核 4-反射层 5-外径1.0mm 6-外径0.98mm 7-外径1.5mm 8-外径2.3mm图11-42 光纤纤维的设计如图11-42所示，光纤纤维内外有几层。最中间的是内核层，有机玻璃材质，是实际光纤导体，由于全反射的原因，在其间光线传播时几乎没有能力损失。全反射层紧紧包裹内核层

46、，材质是全透明的含氟聚合物。再外围的黑色层（尼龙），用来隔断外界的入射光。最外面的彩色外层是光纤辨别色，同时也可以防止机械损伤和热辐射。2）光纤中的光线传播如图11-43所示，在光纤的直行处，一小部分的光线是以直线的形式在内核层传播，大部分的光线是在内核层的表面发生全反射，以Z型的全反射形式，在内核层传播。图11-43 光纤直行处全反射如图11-44所示，在拐腕直径大于25mm的弯折处，光线依然可以以全反射的形式，通过光纤的弯折处。图11-44 光纤转弯处的全反射图11-45 光纤能力损耗当一束光纤以较大的角度（大于或等于临界角）从光密介质进入光疏介质时，在光密介质的表面，光线不会被折射进光疏

47、介质，而是被全部反射进光密介质，这种现象就叫做全反射。在光纤纤维中，内核层属于光密介质，而反射层属于光疏介质。当光纤以较大角度射向内核层的边缘时，就会发生全反射。如果光纤的入射角逐渐变小，部分光纤就会折射进入反射层。如图11-45所示，如果光纤纤维发生过度弯曲，那么这种情况就会发生。光纤纤维的最大弯曲直径为25mm。3）光纤接头1-光纤接触表面 2-信号传输方向 3-插头外壳 4-插头连接 5-卡销 6-套管 7-光纤纤维图11-46 光纤插头如图11-46所示，光纤纤维与控制单元使用一个特殊的插头进行连接。插头上的箭头提示光线传输方向。光线通过内核层末端进入控制单元的接受/发送端子。套管是用

48、来保证光纤纤维的进入角度不会发生偏差。4）光纤末端图11-47 光纤末端切面如图11-47所示，为降低光纤损耗，光纤末端必须：平滑、切面垂直、干净，所以光纤的切割必须使用专用工具。5）光纤中的衰减1-插头1=0.5dB 2-光纤=0.6dB 3-插头2=0.3dB 总和-衰减率=1.4dB图11-48光纤中能力的衰减如图11-48所示，光线在传播过程中的能量损失，叫做能量衰减，单位是分贝（dB）。分贝值不是一个绝对测量值，而是两个测量值得比值。这也是为什么分贝值从来就不是一个物理量。分贝值也经常被用来表示声音或音量的大小。其计算公式是：衰减值（A）=10产生的能量/接受的能量例如：1020W/

49、10W=3dB这就表示光纤发生一半的衰减，大约为3dB。衰减率越大，信号的传输效率越差。如果光线是在几个组件之间进行传播，那么衰减率就是几个组件的衰减率之和。这与串联电阻的阻值是各电阻的阻值之和一样。在MOST网络上，每一个控制单元都将接受到的光信号转发出去，那么只有相邻两个控制单元之间的衰减率才是有意义的。6）光纤网络上发生能量衰减的原因1-光纤过度弯折 2-外皮层发生破坏 3-内核层末端不平整 4-内核层末端较脏 5-连接末端发生错位 6-末端未垂直连接 7-末端与接触面有间隙 8-套管未安装到位图11-49 光纤中能量衰减的原因7）处理光纤纤维及其组件注意事项：（1）不得对光纤进行热处理

50、，及焊接、压焊等操作。（2）不得使用物理或化学方法，进行胶粘处理（3）不得将两根光纤打结，或将一个光纤和一个普通铜线打结。（4）避免外皮层破损、断裂。不得在光纤上放置物体。（5）内核层末端不得有液体、灰尘等其他物质污染。（6）在车辆上铺线时，注意光纤的长度不宜过长，避免产生打圈和打结。3. MOST的环形结构1- CD播放器 2- 3- TV调谐 4-收音机调谐 5-音量控制 6-功率放大器 7-导航 8-网关 9-地图阅读器 10-数据总线诊断借口 11-信息显示与操作单元 12-显示器 13-操作单元图11-50 MOST信息娱乐系统组成如图11-50所示，MOST网络系统最明显的特征就是

51、它的环形结构。数据在这个环形内，从一个控制单元到下一个控制单元，进行单向传播，直至回到最初发射信号的控制单元，完成一个循环。MOST总线网络的诊断，通过网关和诊断网络共同完成。11.5.2 MOST总线工作原理MOST主控制单元除了对系统进行诊断管理，同时，还负责整个系统的运行管理。诊断功能通过与信息显示与操作单元J523连接的网关（diagnosis interface，gateway）来进行。而前部信息显示与操作单元J523用来执行系统管理功能。MOST系统管理功能包括：1）系统状态控制2）MOST总线信息传输3）传输容量管理1. MOST总线系统状态控制图11-51 休眠模式1）休眠模式

52、如图11-51所示，休眠状态下，MOST网络上无数据交换。网络上的控制单元切换到待机状态，直到被系统主机发出的光波脉冲信号激活。环形系统上的工作电流降低到最低值。休眠模式进入条件：a. 所有的控制单元准备好进入休眠模式b. 无其他总线系统通过网关发出的请求c. 诊断功能未被激活在更高级别水平上，MOST也会进入休眠模式：a. 起动电瓶亏电，电瓶管理模块通过网关完成b. 通过诊断电脑激活运输模式2）待机模式图11-52 待机模式如图11-52所示，待机模式下，使用者无法进行操作，看起来就好像系统以及关闭。这个时候MOST系统在进行后台运行，只是所有的输出媒介（显示器，收音机，功率放大器）被关闭或

53、静音。待机模式在系统起动时或在以下条件下被激活：a. 其他网络系统通过网关来激活，比如解锁，打开驾驶室车门，打开点火开关等动作。b. MOST系统上的控制单元的激活动作（比如有进入）3）正常工作模式图11-53 正常工作模式如图11-53所示，MOST系统上的控制单元均处于激活状态，进行数据的交换。使用者能使用所有的功能。进入正常工作模式的先决条件：1）MOST总线系统处于待机模式2）其他数据总线通过网关激活（比如点按触摸屏）3）用户操作（比如操作多媒体操作单元E380）2. MOST总线信息传输1）数据框架系统主机以44.1KHz的时钟频率在环形系统上，将数据框架从一个控制单元传递到下一个控

54、制单元。2）时钟频率Clock frequency由于固定的时间间隔，时钟频率使得数据传输的同步成为可能。同步数据用来传递音频或视频，这些要求以相同的时间间隔进行传输的内容。固定的44.1KHz的时钟频率与数字音频模块（CD、DVD player，DAB radio）相对应，正因为此这些模块才得以被整合进MOST总线系统。3）数据框架的结构如图11-54所示，一个数据框架的长度是64bytes，可以细分为以下区段：1-数据区段（480 bits） 2-状态区段（7 bits） 3-奇偶区段（1 bits） 4-第二确认byte(8 bits) 5-第一确认byte（8 bits） 6-定界符（

55、4 bits） 7-前同步码（4 bits）图11-54 MOST数据框架结构前同步码也叫报文报头，标志着数据框架的其实位置。每一个数据框架都拥有一个前同步码。定界符将前同步码于后续的数据区段间隔开来。两段确认字节用来传递以下信息：发送器与接收器地址码（识别码）与发送至接收器的控制命令（例如：功率放大器设置上/下）。确认字节由控制单元进行封装，形成一整段的确认数据框架。每16个数据框架形成一个数据模块。在确认数据框架内包含有控制与诊断数据，从一个发送器，发送至下一个接收器。传输类型是地址导向型传输。状态区段包含了接收器有用的传播信息。匹配区段用来最终检查数据框架是否完整。这部分的内容可以保证传

56、输过程是否重复。4）数据区段如图11-55所示，每一个数据区段最大容量60bytes，有两种截然不同的数据类型：音频和视频格式的同步数据；图片、用于计算目的的信息以及讯息格式的异步数据。1-异步数据0-36 bytes 2-同步数据24-60 bytes图11-55 数据区段数据区段的结构比较有弹性。异步数据的容量大概在24-60 bytes之间，且有优先传播权。3. 系统启动（唤醒）1-遥控钥匙 2-防盗控制单元 3-网关 4-发射器LID灯点亮调制光信号 5-系统主机 6-接收光信号-系统唤醒图11-56 MOST总线唤醒MOST如果处于休眠模式，那么系统首先是进入待机模式，以备进入唤醒过

57、程。如图11-56所示，如果除了主机外的其他控制单元要唤醒MOST总线，那么它会发出调制光信号-从机光信号到环形结构上的下一个控制单元。在休眠模式下的控制单元的接收器光电二极管仍然保持活动状态，那么下一个在休眠状态下的控制单元接收到这个从机光信号，并依次传递下去，直到传递到系统主机。一旦得到主机的确认，待机模式开始启动。如图11-57所示，紧接着，系统主机发出另一个特别的调制光波-主机光波-到下一个控制单元，并依次传递下去。直到主机收到自身发出去的主机光波，意味着整个MOST网络是完整的。于是开始数据框架的传播。1-收发器确认环路无故障 2-系统主机 3- LED发出主机光波图11-57 唤醒

58、信号的传播1-系统主机 2-数据框架图11-58 网络完整性检查如图11-58所示，系统主机将预设的各模块在环形结构上的相对位置信息发送至所有的控制单元。诊断主机将现有实际的控制单元顺序与预设的模块顺序相比较，如果没有吻合，那么诊断主机就会存储相应的故障码。一旦完成，唤醒过程就结束，总线上可以进行数据传输了。4. 音频与视频的传输-同步数据1-多媒体操作单元 2-功能选择 3-系统主机-前部信息显示与操作 4-发送至CD机的数据 5-发送至数字音响的数据 6- CD机 7-从CD发出的确认数据 8-数字音响 9-数字音响发出的确认数据图11-59 音频的传输过程1）音频的传输过程如图11-59

59、所示，CD音乐播放的操作模式就是一个同步数据传输的基础过程。系统主机在每一个数据组上插入一个16frames的确认数据框架，来进行传输。首先，使用者通过操作多媒体操作界面与信息显示屏元，来选择CD上的曲目。紧接着，多媒体操作单元，通过数据总线，将曲目信号发送至系统主机-前部信息显示与操作单元。发送器地址：系统主机-前部信息显示与操作单元，位于环形结构的位置1。数据接收器地址：CD机，环形结构上的预设位置控制指令：曲目10分配传输频道：CD机收到主机发出的数据，识别出要传输数据。于是生成一段数据列，外加一段确认数据。数据发射方地址：CD机，环形结构上的预设位置系统主机接收器地址：系统主机-前部信

60、息显示与操作单元，位于环形结构的位置1控制指令：数据传输/曲目1、2、3或4（立体声）2）同步传输的数据管理1-声音输出通道 2-CD机通道 3-DVD播放器通道 4-数据区段（不限长度） 5- DVD播放器 6- CD机 7-导航控制单元图11-60 同步数据的传输如图11-60所示，前部信息显示与操作单元接收到CD机的确认数据后，给数字音响控制单元发出指令，对外播放出音乐。发射器地址：系统主机-前部信息显示与操作单元，位于环形结构的位置1接收器地址：数字音响控制单元，环形结构上的预设位置控制指令：读出通道1、2、3或4的数据，并通过扬声器对外播放。现阶段音响的设置，例如音量大小、平衡、高音

61、、中音、低音等。取消静音。CD碟片上的音乐内容一直限制在数据区段上，直到数据区段在环形结构上循环一周，再次回到CD机。在CD机上，数据内容替换后，新一轮的数据循环又开始了。这样一来，MOST总线上的所有输出型控制单元都能收到同步数据。系统主机通过传输相应的确认数据来决定哪些控制单元使用发出去的同步数据。3）传输通道（Transmission Channels）音频与视频的传输要求每一个数据区段都要有好几个字节，数据字节的类型与信号数据类型相同。每段字节就叫做一个通道。表11-3 传输通道数量信号类型通道数量/字节数量单声道2立体声4环绕立体声12这种通道模式允许不同数据来源的数据，同一时刻进行

62、同步传输。5. 异步数据传输1-显示屏 2-由显示屏发出的确认数据 3-带开关的控制单元 4-无线网络电子 5-数据框架-来自控制单元 6- CD/DVD地图信息 7-导航控制单元 8-数据框架-来自导航控制单元图11-61 异步数据传输过程如图11-61所示，以异步数据传输方式进行传输的数据类型有：1）导航地图2）导航路径计算3）无线网络网址4）电子异步数据内容以不规则的时间间隔进行传输。由于此原因，每一个异步数据传输模块都存储异步数据在一个开关内，直到接收到网络上某个模块接收器的地址信息后，才开始发送。每个数据区段大概4bytes的长度，异步数据一直保存在固定的数据模块内，在环形结构上循环后，回到数据内容的发送模块。发送模块重新更新数据模块内的异步数据，再次发送到网络上，循环往复。一般来说异步数据每个信息单元（比如字节）之间有控制信号（如起始，终止信号),发送和接收端分别用近似的时钟工作。同步数据一般会有一个时钟信