1、汽車總線技術(第二版)21世紀高職高專規劃教材汽車系列PART 01第1章汽車單片機基礎PART 02第2章汽車網絡技術基礎PART 03第3章大眾轎車CAN總線系統及總線裝置修 PART 04第4章CAN總線控制系統的維修PART 05第5章車載網絡系統的通信PART 06第6章汽車總線電路的讀識目錄CONTENTSPART 07第7章汽車媒體網絡PART 01第1章汽車單片機基礎單片機系統單片機的軟件系統微機的外部設備單片機的接口與通信常用單片機學習任務1 單片機系統學習任務1 單片機系統1.能夠描述單片機系統的基本組成和最簡化的單片機系統。2.能夠正確描述單片機主要硬件及其作用。【學習目

2、標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務1 單片機系統 大家見過單片機嗎? 其實它就藏在我們日常生活的常用設備中:手機、電子表、器、掌上游戲機、數碼照相機、錄音筆、電視與空調的遙控器以及汽車電腦板等。在PC內部也有單片機,它化身成光驅的激光讀取頭的控制器以及網卡、鍵盤和鼠標的控制芯片等。圖1 1所示是豐田5A-FE發動機電腦主板,它的核心部件就是單片機。1.1.1單片機就在我們身邊學習任務1 單片機系統 如圖1 2所示,所有計算機系統都由CPU、內存、I/O和外部設備組成。1.1.1單片機就在我們身邊學習任務1 單片機系統 以AT89C2051單片機為例,最簡化系統只需

3、要一個+5V電源,可以用干電池或穩壓電源提供;由+5V電源和一個電容組成的復位電路;一個石英晶體和兩個電容組成的振蕩電路。滿足以上3個硬件條件,同時存入相應程序,就可以實現對控制對象發光二極管的控制。1.1.2最簡化的單片機系統學習任務1 單片機系統 汽車用微機和通用微機的硬件系統的基本組成大致相同,都包括運算器、控制器、存儲器、外部設備、接口等。大規模集成電路已將計算機的運算器及控制器集。1.中央處理器2.存儲器3.輸入/輸出接口成在一塊芯片上,該芯片即為單片機。1.1.3微型計算機的硬件系統學習任務1 單片機系統1.中央處理器 (1)指令簡介。用計算機解決任何問題,都要先把問題的解法分解為

4、非常簡單的步驟,讓計算機一步一步地按這些步驟去做。 計算機所能執行的基本操作是由計算機的指令所規定的。計算機全部指令的集合稱為該計算機的指令系統。指令系統準確定義了計算機的處理能力。不同的計算機有不同的指令系統,從而形成各自的特點和差異。 指令規定了計算機的基本操作類型和操作的地址。它們在機器內部是以二進制編碼形式表示的。指令也和數據一樣存放在存儲器中。1.1.3微型計算機的硬件系統學習任務1 單片機系統1.中央處理器 (2)中央處理器的組成。中央處理器(CPU)是整個計算機硬件部分的指揮中心。 CPU根據程序中的一條條指令控制計算機各部分協調地工作,完成對數據進行加工和處理的任務。CPU由兩

5、部分組成:一為控制器,簡寫為CU,控制各部分協調工作;二為算術邏輯運算器,簡寫為ALU,負責算術和邏輯運算,核心為一個運算器。 為了提高計算機的效率,CPU 中一般還包括一組寄存器,它們由指令計數器、指令寄存器、變址寄存器、堆棧指針、若干通用寄存器和反映計算機狀態的狀態指示寄存器等組成。寄存器具有存儲功能,同時由于這些寄存器是由一些高速電子線路構成的,并且處于CPU的內部,所以,其存取速度較存儲器快。1.1.3微型計算機的硬件系統學習任務1 單片機系統2.存儲器 存儲器一般分為兩種:能讀出也能寫入的存儲器稱為隨機存儲器,簡稱RAM;只能讀出的存儲器稱為只讀存儲器,簡稱ROM。 在單片機中,RA

6、M 主要用來暫時存儲計算機輸入/輸出數據(傳感器和執行器數據)和計算過程中產生的中間數據等。根據需要,RAM 的數據可隨時調出或被新的數據代替(改寫)。當電源切斷時,所有存入RAM 的數據均完全消失。 ROM 用來存儲固定數據,即存放各種永久性的程序和永久性、半永久性的數據,單片機中的ROM 一般用來存放程序,如電子控制燃油噴射發動機系統中的一系列控制程序軟件、噴油特性、點火控制特性以及其他特性數據等。這些信息資料一般都是在制造時由廠家一次性存入,使用時無法改變其中的內容,當電源切斷時,存入ROM 的程序不會丟失,通電后又可以立即使用。1.1.3微型計算機的硬件系統學習任務1 單片機系統3.輸

7、入/輸出接口 輸入/輸出接口也稱為I/O,它是單片機與外界溝通的橋梁,連接傳感器、執行器、顯示器等外部設備,同時也可以與其他計算機相連進行數據交換(通信)。1.1.3微型計算機的硬件系統學習任務2 單片機的軟件系統學習任務2 單片機的軟件系統1.掌握將程序寫入單片機的方法。2.認識單片機的軟件系統。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務2 單片機的軟件系統 一般先在PC的應用軟件上編寫程序,經過編譯程序將其翻譯成機器碼的二進制文件后,就可以由PC發送給刻錄器并對單片機進行刻錄。刻入單片機后再把該芯片放到已布好線等待測試的硬件線路板上,接上電源后,看程序執行是否

8、如預期。如果不是,那么可能是程序某個部分有錯誤,這時就要重新進入程序主體,判斷哪一部分出了問題,再重新編譯與刻錄,之后再做測試。單片機的開發過程是由多次“修改”構成的,當然其中也包括硬件的修正。1.2.1單片機的應用軟件學習任務2 單片機的軟件系統 對于較復雜的單片機系統,如汽車電控系統,就必須配備操作系統才能工作。由于單片機的操作功能比較簡單,還算不上名副其實的操作系統,因而被稱為監控程序。 微機的系統軟件包括:操作系統、各種語言的編譯程序及應用軟件和工具軟件等。1.2.2單片機的系統軟件學習任務2 單片機的軟件系統 在汽車微機控制系統中,除硬件設備外,還必須配備一定的軟件。軟件包括系統軟件

9、和應用軟件兩類。系統軟件一般包括安卓系統、Windows操作系統等,隨著智能化汽車的發展,人機交互越來越多,系統軟件的應用越來越廣。應用軟件則要根據使用場合及硬件配置情況由汽車制造廠自己編制。 汽車微機控制系統中的應用軟件是為了過程控制或其他控制而編制的用戶程序,對軟件的實時性要求很高,多數情況下采用匯編語言。 在微機控制系統中,控制對象都是不一樣的,不僅控制系統本身的硬件配置不同,而且系統應用軟件也各不相同。但控制系統中的應用軟件必須滿足實時性、針對性、靈活性、通用性和可靠性這幾個方面的基本要求。1.2.3專用微機的軟件系統學習任務3 微機的外部設備學習任務3 微機的外部設備認識微機的主要外

10、部設備和常用汽車電控系統設備。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務3 微機的外部設備 微機控制系統一般由傳感器、控制器(單片機為核心)和執行機構三部分組成。在微機控制系統中,傳感器是把非電信號(溫度、壓力、轉速等)轉化為電信號(一般為電壓和脈沖頻率形式)以供計算機識別的裝置。同樣,在汽車微機控制系統中,控制和檢測對象的參數盡管是多種多樣的,但都要變成電信號,這種電信號可分為模擬信號和數字信號兩種。1.3.1傳感器學習任務3 微機的外部設備 (1)模擬傳感器。微機控制對象的各種被測參數如冷卻液溫度、空氣流量、轉速等都是通過傳感器變成模擬信號,然后經過A/D轉換

11、器轉變成數字信號進入CPU。 (2)數字傳感器。數字傳感器大都產生離散信號。例如,轉速傳感器產生的信號,過數字傳感器的預處理變成CPU要求的標準脈沖后,進入CPU控制的計數器,通過測頻或測周期的算法,就可求出相應的轉速值。1.3.1傳感器學習任務3 微機的外部設備 執行裝置是指單片機驅動的受控對象的部件,如圖1 3中的發光二極管、汽車電噴射的噴油器(電磁閥)、自動空調的風門電動機等,分為由模擬信號控制和數字信號控制的兩種執行裝置。 (1)模擬執行裝置。模擬執行裝置是單片機的輸出裝置,例如,自動空調的內外風轉換電磁閥、節氣門開度控制器等。 (2)數字執行裝置。汽車數字執行裝置有噴油器的電子線圈、

12、電子點火線圈、自動變速器的占空比控制電磁閥等。1.3.2執行裝置學習任務3 微機的外部設備1.3.2執行裝置學習任務3 微機的外部設備 鍵盤是人和計算機對話的主要設備之一。人們通過鍵盤將編好的程序、命令等信息輸入微處理機。 汽車上用的許多微機系統一般無須安裝鍵盤。此類微機是專門用于汽車檢測與自動控制(如點火、噴油、防滑制動控制等)的。它的程序是事先編好并存儲于微機的存儲器內,且是固定不變的,只要通過傳感器等信號啟動相應的程序即可完成自動控制。當汽車的自動控制系統出現故障,需要調用系統的自診斷程序時,可以通過開關或簡單的連接線實現人機對話。 但也有許多汽車微機控制系統裝有微型鍵盤,以便于人機對話

13、,如自動空調控制鍵盤、導航控制鍵盤等。1.3.3鍵盤學習任務3 微機的外部設備1.3.3鍵盤學習任務3 微機的外部設備 顯示器是計算機的輸出裝置。汽車上的顯示器主要有LED (發光二極管)、LCD (液晶顯示器)和CRT (陰極射線顯像管)等。1.3.4顯示器學習任務3 微機的外部設備 因為計算機的直接尋址范圍受地址總線的限制,如16位地址線,最大尋址范圍只有64KB,一般是不夠用的。因此,需要外部存儲器支持。另外,如果程序存放在外部存儲器ROM 中,當廠家需要對控制程序進行修改或更新時,只需要更換ROM 芯片即可。1.3.5外部存儲器學習任務4 單片機的接口與通信學習任務4 單片機的接口與通

14、信1.了解接口的基本概念和通信的基本原理。2.掌握總線和總線標準的概念。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務4 單片機的接口與通信 接口也稱為輸入/輸出(I/O)口,是一種在計算機和外圍設備之間控制數據流動和數據格式的電路。簡單地說,接口就是連接兩個計算機或電子設備單元的部件。 計算機、單片機系統以及外圍設備等相互之間進行的數據和信息交換稱為通信。1.4.1接口與通信的基本概念學習任務4 單片機的接口與通信 如MCS-51單片機具有并行和串行兩種通信方式,它和外部的并行通信是通過4個并行I/O端口實現的;和外部的串行通信是通過芯片P3端口的第二功能引腳RXD

15、及TXD實現的,如圖1 7所示。1.4.1接口與通信的基本概念學習任務4 單片機的接口與通信 同時傳輸兩位或兩位以上的數據稱為并行傳輸。以并行傳輸方式通信時,多位數據(如8位數據)的各個位同時傳送,如圖1 8所示。微機內部幾乎都采用并行傳輸方式。由于CPU與外部設備的速度不同,外部設備的數據線不能直接接到總線上,為使CPU與外部設備的動作匹配,兩者之間需要有緩沖器和鎖存器。緩沖器和鎖存器用于暫時保存數據。具有這些功能的接口稱為并行接口。1.4.2并行接口學習任務4 單片機的接口與通信 并行通信的優點是通信速度快;缺點是數據有多少位,就需要多少根數據線,顯然通信成本較高。MCS-51單片機與片外

16、存儲器之間的數據通信就屬于并行通信,計算機內部的數據傳輸基本上采用并行通信。 由于并行通信占用數據線多、傳輸距離短,因此計算機之間以及計算機與外圍設備之間進行的通信大都采用串行通信。1.4.2并行接口學習任務4 單片機的接口與通信 一次傳輸一位數據稱為串行傳輸,如圖1 9所示。以串行傳輸方式通信時使用的接口稱為串行接口,它由接收器、發送器和控制器三部分組成。接收器把外部設備送來的串行數據變為并行數據送到數據總線;發送器把數據總線上的并行數據變為串行數據發送到外部設備。控制器是控制上述兩種變換過程的電路。串行接口的主要用途是進行串/并、并/串轉換。1.4.3串行接口學習任務4 單片機的接口與通信

17、1.總線的功能 總線(BUS)傳送的是數據信號,是計算機各模塊之間、計算機與外部設備之間、計算機與計算機之間傳輸信息的公共通道。之所以稱為總線,是因為每個模塊或計算機在經過批準后都可以使用這個公共通道來傳輸信息。1.4.4總線與總線標準學習任務4 單片機的接口與通信2.總線信號傳輸與導線模擬信號傳輸的區別 如果導線傳送的是模擬信號,那么該信號一般是連續的電信號,如圖1 10所示為模擬信號的傳輸,上面的導線頻率信號代表曲軸轉速的快慢,下面的導線電壓信號代表發動機爆燃的強弱,一般一根導線只傳遞一種模擬信號。1.4.4總線與總線標準學習任務4 單片機的接口與通信1.4.4總線與總線標準學習任務4 單

18、片機的接口與通信3.總線的應用 計算機系統中需要進行大批量、高速率的數據傳輸。數據傳輸在計算機系統的集成電路芯片的內部、集成電路芯片之間、計算機內部各部件之間、計算機與計算機之間、計算機與其他儀器或設備之間進行。所有這些數據傳輸必須依賴總線來進行。總線是這些數據傳輸的必經之路。1.4.4總線與總線標準學習任務4 單片機的接口與通信4.接口電路與總線技術 在計算機系統中,接口電路是計算機之間、CPU 與各種外部設備之間進行大批量信息交換的中間電路,數據信號發送時需要“打包”,而接收時需要“解包”,這些工作也都是由接口來完成的。 為了充分發揮總線的功能,接口電路的設計、生產、使用必須符合一定的總線

19、標準。總線技術是接口電路設計、生產、使用的最重要的技術之一,通用總線必須標準化。總線的標準化有利于簡化接口電路的設計和生產,有利于增加接口電路產品的通用性(兼容性)。1.4.4總線與總線標準學習任務4 單片機的接口與通信5.單片機之間的通信 在相同型號的兩臺單片機之間進行通信(數據交換),只需要把單片機的I/O接口直接相連,通過一定的程序就可以實現,如圖1 12所示,就像兩個使用同一語種的人直接對話。1.4.4總線與總線標準學習任務4 單片機的接口與通信1.4.4總線與總線標準學習任務5 常用單片機學習任務5 常用單片機了解MCS-51單片機的內部結構,以及MCS-51和P87C591的功能。

20、【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務5 常用單片機 1.MCS-51單片機簡介 1980年Intel公司推出了8位高檔MCS-51系列單片機,這是一代至今還被人們廣泛應用的性能優異的單片機。MCS-51系列單片機的應用非常廣泛,本節將詳細介紹。1.5.1MCS-51單片機學習任務5 常用單片機2.MCS-51單片機的基本組成1.5.1MCS-51單片機學習任務5 常用單片機3.MCS-51單片機的引腳功能P0.0P0.7:P0口8位雙向I/O接口線;P1.0P1.7:P1口8位雙向I/O接口線;P2.0P2.7:P2口8位雙向I/O接口線;P3.0P3.7:

21、P3口8位雙向I/O接口線。ALE:地址鎖存控制信號。PSEN:外部程序存儲器讀取信號。EA:訪問程序存儲控制信號。RST:復位信號。XTAL1和XTAL2:外接晶體引線端。VSS:地線。VCC:+5V電源。1.5.1MCS-51單片機學習任務5 常用單片機1.簡介 P87C591是一個單片8位高性能單片機,其具有片內CAN控制器,是80C51單片機家族中非常優秀的一員。它采用了強大的80C51指令集,并成功地包含了PHILIPS公司SJA1000CAN控制器的強大功能。 P87C591單片機以其先進的CMOS工藝制造和設計,廣泛應用于汽車和通用的工業中。除了80C51的標準特性之外,該器件還

22、為這些應用提供許多專用的硬件功能,主要是便于和CAN總線進行連接。1.5.2P87C591單片機學習任務5 常用單片機2.特性(1)16KB的內部程序存儲器。(2)512KB片內數據RAM。(3)3個16位定時/計數器T0、T1 (標準80C51)和T2 (捕獲和比較)。(4)1個片內看門狗定時器T3。(5)帶6路模擬輸入的10位模/數轉換器(ADC),可選擇的快速8位ADC。(6)2個8位分辨率的脈寬調制輸出(PWM)。(7)32個可編程的總線I/O接口。(8)保密位,32KB加密陣列。(9)4個中斷優先級,15個中斷源。(10)有兩個16位的DPTR寄存器可以提供對外部數據存儲器的尋址方法

23、。(11)可禁止ALE以實現降低EMI。(12)低電平復位信號。(13)增強型PeliCAN內核。(14)溫度范圍-4085。(15)提供44引腳的LCC封裝。1.5.2P87C591單片機學習任務5 常用單片機1.5.2P87C591單片機PART 02第2章汽車網絡技術基礎汽車微機控制基礎總線技術基礎汽車全車網絡概述學習任務1 汽車微機控制基礎學習任務1 汽車微機控制基礎1.能夠簡單敘述汽車電子控制單元的基本構成和各部分的基本作用。2.能夠正確描述汽車電子控制單元的連接類型及主要特點。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務1 汽車微機控制基礎 微機控制系統

24、(簡稱電控系統)是指采用微機作為控制裝置的自動控制系統。任何一種微機控制系統,其主要組成都可分為信號輸入裝置、電子控制單元(ECU)和執行元件三大部分。2.1.1微機控制系統的組成學習任務1 汽車微機控制基礎 電控系統有兩種基本類型:開環控制系統和閉環控制系統。 開環控制系統的控制方式是ECU只根據各傳感器信號對執行元件進行控制,而不查控制的結果是否達到預期目標。 閉環控制系統對其控制結果進行檢測,并將檢測結果(即反饋信號)輸入ECU, ECU則根據反饋信號對其控制過程進行修正,使控制結果更接近控制目標。發動機在高速行駛時的空燃比控制就是閉環控制系統,通過氧傳感器對控制結果進行檢測,如果空燃比

25、超過理論空燃比,氧傳感器就輸出高電平,ECU 控制噴油嘴減少噴油量,反之則增加噴油量,這樣發動機一直工作在理論空燃比附近。由此可見,閉環控制系統的控制精度比開環控制系統高。2.1.2電控系統的類型學習任務1 汽車微機控制基礎 汽車微機控制系統是由多個ECU構成的復雜系統。每個ECU的功能各不相同,它們相互配合才能完成整個任務。2.1.3汽車微機控制系統學習任務1 汽車微機控制基礎 隨著電子技術的迅速發展,汽車電子化程度越來越高。從發動機控制到傳動系控制,從行駛、制動、轉向系控制到安全保證系統及儀表報警系統,從電源管理到為提高舒適性而做的各種努力,汽車電子系統形成了一個復雜的大系統。這些系統除了

26、要確保各自的電源、傳感器和執行器正常運行外,還需要互相通信, 若仍沿用常規的點點間的布線法進行布線,那么不但整個汽車的布線將會如一團亂麻,而且會極大影響控制系統的穩定性。 解決的方法有兩種,一種是盡量減少各系統之間的通信,各微機控制系統相對獨立,1995年以前開發的轎車大都采用這種布局,如圖2 3所示。 另一種是既要協調各個控制系統的關系,又要使通信網絡和布線簡單,基于計算機網絡和現場控制技術基礎的汽車總線技術應運而生,如圖2 4所示。2.1.3汽車微機控制系統學習任務1 汽車微機控制基礎2.1.3汽車微機控制系統學習任務2 總線技術基礎學習任務2 總線技術基礎掌握計算機控制系統的分類,以及現

27、場總線的組成和原理。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務2 總線技術基礎 計算機控制系統有：直接數字控制系統(DirectDigitalControlSystem,DDCS)、分布式控制系統(DistributedControlSystem,DCS)基于現場總線(FieldBUS)的分布式控制系統2.2.1計算機控制系統的分類學習任務2 總線技術基礎2.2.1計算機控制系統的分類學習任務2 總線技術基礎 在現場總線控制系統中,一般按照傳感器和控制器的就近區域來分配控制電腦,一個區域也就是一個現場,有一個控制電腦,通過總線把各個控制電腦連接起來,因此稱為現場總

28、線。如大眾汽車方向盤附近就是一個現場,設置了一個控制電腦J527,將方向盤附近的所有傳感器、開關和執行器均連接到J527,由J527接收和發送信息并完成相應的控制。2.2.2現場總線學習任務2 總線技術基礎1.現場總線的組成2.2.3現場總線的組成和工作原理學習任務2 總線技術基礎2.2.3現場總線的組成和工作原理學習任務2 總線技術基礎2.現場總線的工作原理(1)節點的構成原則。 同一現場原則:傳感器、執行器與控制器的安裝位置距離很近,這樣可以最大程度地節省傳感器和執行器與控制器相連的模擬信號連接線。如奔馳W220的左前轉向燈和左大燈在一個節點(左前SAM 控制單元)上,而右前轉向燈和右大燈

29、在一個節點(右前SAM控制單元)上。大眾轎車的轉向柱模塊(節點)上包括轉向柱附近的所有開關、傳感器和執行器。 實時控制原則:控制器接收的傳感器信號和對執行單元的控制信號必須滿足該控制系統實時控制的要求,如果實時控制時間很短而網絡信息傳輸速度不能滿足要求,傳感器和執行器就必須與控制器放在一個節點內。如發動機控制在5000r/min時,控制實時周期約33s,如果用125kbit/sCAN總線傳輸信息,傳輸每個傳感器信息所需時間約為幾十微秒以上,顯然網絡傳輸速度不能滿足要求,因此目前發動機控制系統的傳感器和執行器一般都與發動機控制單元在同一個節點上。2.2.3現場總線的組成和工作原理學習任務2 總線

30、技術基礎2.現場總線的工作原理(2)節點(控制模塊)和單片機控制系統的區別。 節點和控制系統最大的區別是,一個節點的各傳感器和執行器可以分屬于不同的控制系統,即傳感器信號對于本節點控制的執行器不一定是有用的信號,節點只負責把傳感器的信息發送到網上。而該執行器所需的傳感器信號也不一定在該執行器的節點上,可以在其他節點上,控制單元可以從總線上獲得該控制系統所需的傳感器信息,然后決策并對執行器進行控制。2.2.3現場總線的組成和工作原理學習任務2 總線技術基礎3.CAN總線節點之間的關系 現場總線是一個網絡系統,與Internet是一樣的,CAN總線節點之間滿足共享和對等原則。每一個節點如同網絡上的

31、一臺計算機,可以向網絡發送信息,同時也可以接收網絡信息。節點可以根據這些信息決定操作策略,向執行器發送指令。各節點之間的關系是平等的,節點的信息(包括所有傳感器信息和控制信息)都是共享的。2.2.3現場總線的組成和工作原理學習任務2 總線技術基礎(1)經濟性。(2)可靠性。(3)可控性。(4)綜合性。(5)互換性和互操作性。(6)開放性。2.2.4現場總線的優點學習任務3 汽車全車網絡概述學習任務3 汽車全車網絡概述掌握常用的汽車網絡的標準、汽車網絡的分類和應用。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務3 汽車全車網絡概述 眾多國際知名汽車公司早在20世紀80年

32、代就積極致力于汽車網絡技術的研究及應用。迄今為止,已有多種網絡標準,如SAE的J1850、德國大眾的ABUS、博世的CAN、美國商用機器的AutoCAN、ISO的VAN、馬自達的PALMNET等。2.3.1網絡標準學習任務3 汽車全車網絡概述 A類:面向傳感器/執行器控制的低速網絡,數據傳輸速率通常只有(110)kbit/s,主要應用于電動門窗、座椅調節、燈光照明等控制。 B類:面向獨立模塊間數據共享的中速網絡,傳輸速率一般為(10100)kbit/s,主要應用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統,以減少冗余的傳感器和其他電子部件。 C類:面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網,

33、最高傳輸速率可達1Mbit/s,主要用于懸架控制、牽引控制、先進發動機控制、ABS等系統,以簡化分布式控制和進一步減少車身線束。到目前為止,滿足C類網要求的汽車控制局域網只有CAN協議。2.3.2汽車控制局域網分類學習任務3 汽車全車網絡概述 如圖2 8所示的汽車防盜報警系統是典型的A類網絡系統應用實例。2.3.3汽車局域網的典型應用學習任務3 汽車全車網絡概述 由控制局域網CAN組成的典型B類網絡系統如圖2 9所示。車輛信息中心和儀表組單元無須單獨連接液位、溫度、車燈、車門及安全帶等信號傳感器,就能從總線上獲取上述信息,大大地減少了傳感器和其他電子部件數量,有效地節約了安裝空間和系統成本。2

34、.3.3汽車局域網的典型應用學習任務3 汽車全車網絡概述 本書給出的組合網絡系統如圖2 10所示,圖中沒有摒棄A類網,而是通過車身計算機連接到CAN總線組成的B類網中,使得該A類網系統成為CAN總線的一個節點,這樣無須在各傳感器/執行器部件安裝CAN控制器件,就能使信號在CAN總線上傳輸,有效地利用了A類網低成本的優點。2.3.3汽車局域網的典型應用學習任務3 汽車全車網絡概述 如圖2 11所示的C類網絡系統方案中,CAN總線有效地將發動機控制系統、驅動防滑系統及自動巡航系統等連接成為一個綜合控制系統,整車性能得到大幅度提高。2.3.3汽車局域網的典型應用學習任務3 汽車全車網絡概述 CAN網

35、絡分為CANC與CANB兩條相對獨立的總線網絡,用網關連在一起,構成控制網絡。節點N73、N80、A1均可兼作網關。2.3.3汽車局域網的典型應用學習任務3 汽車全車網絡概述(1)D2BOptical光纖。(2)COMMAND網絡。(3)CellPortLabs移動電話網絡。(4)開放式標準化系統。(5)TokenBUS。(6)Lonwork。(7)USB。2.3.4特殊用途的汽車網絡標準PART 03第3章大眾轎車CAN總線系統及總線裝置大眾轎車CAN 總線系統與網關驅動CAN總線系統及總線設備舒適CAN總線系統及總線設備學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關學習任務1大眾轎車CAN 總線

36、系統與網關1.掌握大眾CAN網絡系統的組成。2.了解驅動系統CAN總線、舒適系統CAN總線、網關和診斷總線的結構和功能。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.1大眾CAN網絡系統的組成學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.1大眾CAN網絡系統的組成學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.1大眾CAN網絡系統的組成學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關 驅動系統CAN總線組成如圖3 3所示。驅動系統CAN總線速率是所有CAN總線中最高的,達到500kbit/s,采用終端電阻結構,其中心電阻為66 (發動

37、機電阻);并且高低CAN線為環狀結構,即任一根CAN 線斷路,則CAN 系統無法工作。驅動系統CAN總線的信號波形如圖3 4所示。驅動系統CAN總線從雙線信號中獲得信號電平,波形如圖3 5所示。3.1.2驅動系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.2驅動系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.2驅動系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.2驅動系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關 舒適系統CAN總線組成如圖3 6所示。舒適系統CAN總線由30號線激活(遙控器直接激活),速率達到100kbit/s,沒有終端電阻,

38、且高低CAN線分離,即任一根CAN線斷路,CAN系統不受影響。舒適系統CAN總線元件位置如圖3 7所示。3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.3舒適系統CAN總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關1.網關的作用 由于

39、不同區域CAN總線的速率和識別代號不同,驅動系統CAN總線的傳輸速率為500kbit/s,舒適系統CAN 傳輸速率為100kbit/s,信息系統CAN 總線傳輸速率為100kbit/s,因此一個信號要從一個總線進入另一個總線區域,必須改變識別信號和速率,使其能夠讓另一個系統接收,這個任務由網關(Gateway)來完成。如圖3 12所示,網關工作情況就像一個車輛換乘站。另外,網關還具有改變信息優先級的功能。如車輛發生相撞事故,氣囊控制單元會發出負加速度傳感器的信號,這個信號的優先級在驅動系統非常高,但傳到舒適系統后,網關調低了它的優先級,因為它在舒適系統的功能只是打開門和燈。3.1.4網關學習任

40、務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.4網關學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.4網關學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關2.網關的類型 大眾CAN總線系統的網關有集成網關和獨立網關兩種形式。(1)集成網關,集成在組合儀表或汽車電氣控制單元內部的網關。(2)獨立網關,由獨立的控制單元構成的網關。大眾速騰采用的網關為獨立網關J533。3.1.4網關學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.大眾速騰網關J533的作用 大眾速騰網關J533同時連接5個子網絡,主要作用如下:(1)診斷網關作用。在不改變數據的情況下,將驅動總線、舒適總線、信息娛樂總線以及儀表總線的診斷信息傳遞到自

41、診斷接口。(2)數據網關作用,使連接在不同的數據總線上的控制單元之間交換數據。(3)所有控制單元在網關上必須注冊,才能夠進行正常的通信。網關安裝清單如圖3 14所示。(4)睡眠和喚醒模式的監控。當舒適和信息娛樂總線處于空閑狀態時,控制單元發送睡眠命令,當網關監控到所有總線都有睡眠的要求時,進入睡眠模式。3.1.4網關學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.4網關學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關 診斷總線用于診斷儀器和相應控制單元之間的信息交換,它被用來代替原來的K線或者L 線的功能(廢氣處理控制器除外)。當車輛使用診斷系統CAN 總線結構后,VAS5051等診斷儀器必須使用相對

42、應的新型診斷線(VAS5051/5A或VAS5051/6A),否則無法讀出相應的診斷信息。診斷總線目前只能在VAS5051和VAS5052下工作,而不能適用于原來的診斷工具(如1552等),如圖3 15所示。3.1.5診斷總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.5診斷總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.5診斷總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.5診斷總線學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關 LIN即LocalInterconnectNetwork,其含義是局域互聯網絡。 汽車中的局域互聯網絡是指所有的控制單元都在一個系統總成內,如發動機系統、自動

43、變速器系統、空調系統。如圖3 19所示為空調LIN系統。3.1.6局域互聯網學習任務1大眾轎車CAN 總線系統與網關3.1.6局域互聯網學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備1.掌握驅動CAN總線各總線模塊的組成。2.掌握驅動CAN總線各總線模塊的工作原理。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.1大眾速騰驅動CAN組成學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.大眾速騰驅動CAN總線與其他網絡的連接關系(1)驅動CAN網絡通過網關J533與舒適CAN、儀表CAN、信息娛樂

44、CAN和診斷CAN網絡相連以進行信息交換。(2)控制器J220和J217直接與K線連接,作輔助故障診斷。(3)J234和J527分別與自己的子網LIN總線網連接。(4)J527同時與驅動CAN和舒適CAN連接,同時向兩個總線發送和接收信息,提高了傳感器的傳送速度,減少了網關J533的信息交換量。3.2.1大眾速騰驅動CAN組成學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.轉向柱開關模塊的組成特點 在大眾速騰轉向柱開關模塊上,眾多開關和傳感器與控制器J527就近相連,J527收到信號后轉換為數字信息,發送到動力CAN和舒適CAN網

45、絡上,并通過網關與其他網絡相連,所有開關信號均可供全車控制單元共享,最大限度地節省了線束。對于對實時性要求比較高的開關信號,如巡航開關信號和點火開關信號,為了提高傳輸速度,控制器J527也輸出部分模擬信號,直接送給其他模塊的控制單元。3.2.2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.轉向柱開關模塊的工作原理3.2.2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.

46、2轉向柱開關模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.3發動機模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.發動機模塊的組成特點 由于發動機控制的高實時性,要求在一個實時周期幾十微秒內完成二十多個傳感器信號的采集、各種復雜決策以及對十幾個執行器的控制,現有的CAN總線發送和接收一條信息至少需要幾十微秒(傳輸速率1Mbit/s),顯然不能完成控制要求,因此無法采用CAN總線方式進行傳感器和執行器的數據傳輸。發動機控制系統的組成原則是同一控制系統原則,發動機控制系統的傳感器和執行器均放在同一模塊中直接相連,傳感器與執行器與發動機控制單元之間采用模擬信號傳輸數據。對實時性要求不高的傳

47、感器信息,以及和其他控制單元通信的信息也從控制CAN實現共享。 發動機模塊在組成和控制策略上與傳統的微機控制系統基本相同,不同點是發動機模塊的傳感器信息和控制信息可以實現CAN網絡上的所有節點共享。3.2.3發動機模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.發動機模塊的工作原理(1)CAN網絡信息共享。 J220控制單元接收所有發動機模塊的22個傳感器信號,并將信號轉化為CAN信息發送到CAN總線上,供所有CAN總線上的節點共享,發動機的工作狀況和控制信息也可以實現CAN網絡共享。3.2.3發動機模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.發動機模塊的工作原理(2)發動機控制原理。

48、 Simos3.3發動機的主要控制功能是對發動機的扭矩控制,如圖3 29所示,通過對發動機控制系統的噴油嘴、點火線圈、電控節氣門和渦輪增壓裝置(渦輪增壓發動機)等執行裝置的綜合控制,實現對發動機扭矩的智能控制。3.2.3發動機模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.3發動機模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.發動機模塊的工作原理(3)K線故障診斷原理。 由于發動機模塊的重要性,需要將其與K線直接連接,當CAN總線出現故障,不能利用診斷CAN總線進行故障診斷時,可利用K線對發動機模塊進行故障診斷。對于沒有CAN診斷設備的修理廠,可以利用1551傳統故障診斷儀對發動機進

49、行故障診斷。3.2.3發動機模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備1.自動變速器模塊的組成3.2.4自動變速器模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.自動變速器模塊的組成特點 自動變速器上的傳感器與執行器及自動變速器控制單元J217就近相連,構成自動變速器總線模塊。 自動變速器控制系統的大部分傳感器和執行器均在同一模塊(自動變速器模塊)中,部分傳感器和開關信息通過CAN網絡發送給J217,如圖3 31所示。3.2.4自動變速器模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.4自動變速器模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.自動變速器模塊的工作原理(1)CAN

50、網絡信息共享。 J217控制單元接收自動變速器模塊的7個傳感器信號,將信號轉化為CAN信息發送到CAN總線上,供CAN總線所有節點共享。變速器工作信息也由CAN實現網絡共享。 F125自動變速器電控多功能開關信號直接被發送到中央電器控制單元J519,提高傳送時間。 自動變速器控制單元J217在CAN總線上獲得制動信息(經J519發送)、巡航開關信息(經J527發送)、P擋位置開關F319信息(組合開關F125中的一個開關經J527發送)、節氣門位置等發動機模塊的傳感器信息(經發動機控制單元J220發送)。CAN 網絡中,所有自動變速器控制所需的傳感器信息和控制信息均通過CAN總線供自動變速器控

51、制單元J217共享。3.2.4自動變速器模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.自動變速器模塊的工作原理(2)自動變速器控制原理。 自動變速器控制單元J217接收變速器模塊內7個傳感器信號并從CAN總線上獲得其他傳感器信息,根據這些信號和信息完成換擋、鎖定變矩器以及壓力控制等動作,自動變速器主要控制功能如下:J217控制4個換擋電磁閥N90、N283、N282、N92實現16擋的變換;J217控制N93在擋位變換過程中,對離合器和制動器進行壓力控制;J217控制N88打開可選高擋46,改善5擋升6擋質量;J217控制N89調節鎖止離合器壓力;J217控制N88/N89同時打開B2供油

52、及鎖止離合器。詳細的自動變速器控制策略可以參考相關書籍和資料。3.2.4自動變速器模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.自動變速器模塊的工作原理(3)K線故障診斷原理。 由于自動變速器模塊的重要性,需要將其與K線直接連接,當CAN總線出現故障,不能利用診斷CAN總線進行故障診斷時,利用K線對自動變速器模塊進行故障診斷。對于沒有CAN診斷設備的修理廠,可以利用1551傳統故障診斷儀對自動變速器進行故障診斷。3.2.4自動變速器模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備1.ABS控制模塊的組成3.2.5ABS模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.ABS控制模塊的組成特點

53、 ABS總成的傳感器、控制單元(節點)、執行器構成ABS總線模塊,ABS控制系統的其他傳感器和開關等信息均通過CAN總線獲得。3.2.5ABS模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.ABS控制模塊的工作原理3.2.5ABS模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備(2)ABS控制原理。 ABS控制單元J104接收變速器模塊內各個傳感器信號并從CAN總線上獲得其他信息,根據這些信號和信息進行制動壓力控制和回油泵控制,ABS主要控制策略如下:利用輪速傳感器,ABS控制單元可以對0km/h以上車速進行探測,采用模糊控制法進行最佳滑移率控制(控制ABS液壓單元N55),實現制動時的方向性

54、和方向穩定性以及盡量縮短制動距離。 ABS控制單元利用傳感器組合(橫向加速度傳感器G200、橫擺率傳感器G202),如果有四輪驅動的話,還根據縱向加速度傳感器G251信息,確定路面情況,調整控制策略。 ABS控制單元利用方向盤轉角傳感器獲得所有方向的角度運算及輸出(在轉向柱開關模塊J527中進行),確定制動時的方向性和方向穩定性,從而修正制動策略。方向盤轉角傳感器不僅計算轉角值,還計算轉向速度,用以給電子助力轉向系統提供信息。 ABS控制單元通過制動油壓傳感器提供的信號控制ABS回油泵工作。3.2.5ABS模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備1.助力轉向模塊的組成3.2.6助力轉向模

55、塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.助力轉向模塊的組成特點 助力轉向模塊的傳感器、節點(J500)和執行器均在同一現場(電控助力轉向總成)。助力轉向系統的其他傳感器和開關等信息均通過CAN總線發送給J500。3.2.6助力轉向模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.助力轉向模塊的工作原理3.2.6助力轉向模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備(2)助力轉向電機控制過程。3.2.6助力轉向模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備1.安全氣囊模塊的組成3.2.7安全氣囊模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.安全氣囊模塊的組成特點 由于安全氣囊控制的高

56、實時性,要求接到傳感器信號后迅速做出決策,顯然不能采用CAN總線方式進行主要傳感器和執行器的數據傳輸。因此安全氣囊控制模塊組成的原則是同一控制系統原則,安全氣囊控制系統的主要傳感器和執行器均放在同一模塊中,直接相連,相互之間采用模擬信號傳輸數據。3.2.7安全氣囊模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.2.7安全氣囊模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.安全氣囊模塊的工作原理(1)CAN網絡信息共享。 J104控制單元接收本模塊12個傳感器的信號,轉化為CAN 信息發送到CAN 總線上,供CAN總線所有節點共享。 J104控制單元接收組合儀表控制單元J285總線信息,可控

57、制安全帶警告燈及安全氣囊故障指示燈的點亮或熄滅。 車輛發生碰撞時,安全氣囊控制單元J500通過CAN總線發送碰撞信息,撞車時車門鎖自動開啟。 安全氣囊控制單元J500也可以在CAN總線上獲得車速傳感器信息(經自動變速器控制單元J217發送)及其他對安全氣囊控制有用的傳感器信息。3.2.7安全氣囊模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.安全氣囊模塊的工作原理(2)安全氣囊控制原理。 安全氣囊控制單元J500接收本模塊12個傳感器的信號及子網LIN總線信息,并通過驅動CAN總線獲得車速傳感器等對安全氣囊控制有用的傳感器信息和控制信息,進行決策,并對本模塊13個執行器進行控制。3.2.7安

58、全氣囊模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備1.大燈照程調節模塊的組成3.2.8大燈照程調節模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備2.大燈照程調節模塊的組成特點 大燈照程調節模塊所有總線設備均集中在一個現場。大燈照程調節時,大燈控制的其他信息均通過CAN網絡傳到J431。3.2.8大燈照程調節模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.大燈照程調節模塊的工作原理3.2.8大燈照程調節模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.大燈照程調節模塊的工作原理(1)CAN網絡信息共享。 如圖3 40所示,J431控制單元接收本模塊G76后軸水平傳感器和G78前軸水平傳感器的

59、信號,轉化為CAN信息發送到CAN總線上,供CAN總線所有節點共享。 大燈照程控制單元J431在CAN總線上獲得E1大燈開關信息(經J519發送)和E4變光開關信息(經J527發送),根據信息處理燈光變化。 CAN總線中,其他對照程調節控制有用的傳感器信息和控制信息,均可經動力CAN總線供照程調節控制單元J431共享。 J431通過CAN 總線發送信息給J285組合儀表控制單元,通過組合儀表控制單元J285控制照程調節指示燈。3.2.8大燈照程調節模塊學習任務2 驅動CAN 總線系統及總線設備3.大燈照程調節模塊的工作原理(2)大燈照程控制原理。 車身水平傳感器有兩個,一個位于車身底盤的左前方

60、,另一個位于底盤的左后方,均為線性電阻式。當車身高度變化時,傳感器電阻變化,電壓也隨之變化。此信號送給氙氣大燈行程控制電腦J431,然后由大燈控制電腦控制左右大燈的調節電機動作,完成大燈的自動調整。3.2.8大燈照程調節模塊學習任務3 舒適CAN 總線系統及總線設備學習任務3 舒適CAN 總線系統及總線設備1.掌握舒適CAN網絡各總線模塊的組成。2.掌握舒適CAN網絡各總線模塊的工作原理。【學習目標】【學習方法】啟發式教學,多媒體教學和實驗演示相結合。學習任務3 舒適CAN 總線系統及總線設備3.3.1大眾速騰舒適CAN組成學習任務3 舒適CAN 總線系統及總線設備2.大眾速騰舒適CAN總線與