儀表和總線技術(shù)

1、東東風(fēng)風(fēng)技技師師學(xué)學(xué)院院汽車總線汽車總線主講：蘭征東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v 過去，汽車通常采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，將電子控制單元過去，汽車通常采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，將電子控制單元及負(fù)載設(shè)備連接起來。隨著電子設(shè)備的不斷增加，勢(shì)必造及負(fù)載設(shè)備連接起來。隨著電子設(shè)備的不斷增加，勢(shì)必造成導(dǎo)線數(shù)量的不斷增多，從而使得在有限的汽車空間內(nèi)布成導(dǎo)線數(shù)量的不斷增多，從而使得在有限的汽車空間內(nèi)布線越來越困難，限制了功能的擴(kuò)展。同時(shí)導(dǎo)線質(zhì)量每增加線越來越困難，限制了功能的擴(kuò)展。同時(shí)導(dǎo)線質(zhì)量每增加50 kg50 kg，油耗會(huì)增加，油耗會(huì)增加0.2 L/100 km0.2 L/100 km。 東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v

2、車用電子控制單元(ECU)數(shù)目越來越多v線束越來越多,故障率增加v控制器之間交換的信息越來越多v安全性、舒適性等汽車功能需求越來越高v采用多路總線技術(shù)的目的就是降低線束的復(fù)雜程度，減少聯(lián)接點(diǎn)的數(shù)量，在一根或兩根電線上傳遞大量的數(shù)據(jù)信息。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高，要求能對(duì)更多的汽車運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升，從開始的幾個(gè)發(fā)展到幾十個(gè)以至于上百個(gè)控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此數(shù)據(jù)總線提供一種特殊的局域網(wǎng)來為汽車的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v 大幅減少線束，減少重量，減少成本，減少

3、尺寸，減少連接器的數(shù)量。v 數(shù)據(jù)共享v 顯著提高整車智能控制水平v 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立使新控制功能的加入變得更容易v 故障診斷和維修能力顯著提升v 器件簡化，成本降低，通過信息共享減少傳感器的數(shù)量東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院ECUECU ECUECU ECU東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院A1A2A3A4B2C1B1提供的信息接收的信息設(shè)備設(shè)備AB1B2B3A1C2A2提供的信息接收的信息C1C2B1B2A2提供的信息接收的信息設(shè)備設(shè)備C設(shè)備設(shè)備 BA1A2B1B2B1B2C2A2C1傳統(tǒng)的方案傳統(tǒng)的方案 n n條信息條信息n n條線。條線。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院 ECU ECUECU ECU ECU東風(fēng)技

4、師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院A1A2A3A4B2C1B1提供的信息接收的信息設(shè)備設(shè)備AB1B2B3A1C2A2提供的信息接收的信息C1C2B1B2A2提供的信息接收的信息設(shè)備設(shè)備C設(shè)備設(shè)備 B多路傳輸方案；多路傳輸方案；所有的信息用一所有的信息用一根總線根總線東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院計(jì)算控制器計(jì)算控制器 A計(jì)算控制器計(jì)算控制器B計(jì)算控制器計(jì)算控制器C計(jì)算控制器計(jì)算控制器D計(jì)算控制器計(jì)算控制器E 總線總線多個(gè)計(jì)算機(jī)間的通訊利用多個(gè)計(jì)算機(jī)間的通訊利用“總線總線”進(jìn)行進(jìn)行。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v多路總線技術(shù)是指利用同一根線傳遞許多數(shù)據(jù)信息以保證電控單元（ECU）相互通訊，這根線稱為“總線”。東風(fēng)技師學(xué)院東

5、風(fēng)技師學(xué)院v19801980年起，汽車內(nèi)開始裝用網(wǎng)絡(luò)。年起，汽車內(nèi)開始裝用網(wǎng)絡(luò)。v1986198919861989年德國年德國boschbosch提出汽車車載局域網(wǎng)（提出汽車車載局域網(wǎng)（LANLAN）基本協(xié)議基本協(xié)議CANCAN（Controller Area NetworkController Area Network），美），美國汽車工程師學(xué)會(huì)國汽車工程師學(xué)會(huì)SAESAE提出提出J1850J1850協(xié)議。協(xié)議。vX-by-wireX-by-wire從從Fly-by-wireFly-by-wire發(fā)展過來。發(fā)展過來。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院 并行方式并行方式: :在這種通訊方式下，每在這種通

6、訊方式下，每根線只傳輸一個(gè)二進(jìn)制位。因根線只傳輸一個(gè)二進(jìn)制位。因此如果需要傳輸多個(gè)二進(jìn)制位此如果需要傳輸多個(gè)二進(jìn)制位的話，就需要多根線進(jìn)行的話，就需要多根線進(jìn)行。 串行方式串行方式: :在這種通訊方式下，每個(gè)在這種通訊方式下，每個(gè)bitbit一個(gè)一個(gè)地被傳輸一個(gè)一個(gè)地被傳輸。我們選用的就是這種連接我們選用的就是這種連接方式方式。8bit8bit8bit8bit011011100 1 1 1 0 1 1 0東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v局域網(wǎng)局域網(wǎng) 局域網(wǎng)是在一個(gè)有限區(qū)域內(nèi)連接的計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通信。局域網(wǎng)一般的數(shù)據(jù)傳輸距離在100250m，汽車上的局域網(wǎng)傳輸

7、距離在幾十米范圍，速度1010000Kbit/s東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v是模塊間運(yùn)行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息告訴公是模塊間運(yùn)行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息告訴公路。數(shù)據(jù)總線可以實(shí)現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信路。數(shù)據(jù)總線可以實(shí)現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號(hào)能被多個(gè)系統(tǒng)共享，從而最大限度提高系統(tǒng)整號(hào)能被多個(gè)系統(tǒng)共享，從而最大限度提高系統(tǒng)整體效率。將過去一線一用的專線制改為一線多用體效率。將過去一線一用的專線制改為一線多用制。制。 常見的電腦鍵盤有104個(gè)鍵，可以發(fā)出一百多個(gè)指令，但鍵盤與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)連接線只有7根東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v汽車上使用了很多總線和網(wǎng)絡(luò)，必須用一種有特汽車上使用了很多總線和網(wǎng)絡(luò)

8、，必須用一種有特殊功能的計(jì)算機(jī)達(dá)到信息共享和不產(chǎn)生協(xié)議間的殊功能的計(jì)算機(jī)達(dá)到信息共享和不產(chǎn)生協(xié)議間的沖突，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸，這種計(jì)算機(jī)就叫網(wǎng)沖突，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸，這種計(jì)算機(jī)就叫網(wǎng)關(guān)。關(guān)。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v為了可靠的傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一為了可靠的傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，這個(gè)數(shù)據(jù)單元稱為幀。定長度的數(shù)據(jù)單元，這個(gè)數(shù)據(jù)單元稱為幀。v一幀內(nèi)包括同步信號(hào)，錯(cuò)誤控制，流量控制，控一幀內(nèi)包括同步信號(hào)，錯(cuò)誤控制，流量控制，控制信息，數(shù)據(jù)信息，尋址信息等。制信息，數(shù)據(jù)信息，尋址信息等。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v公路運(yùn)輸需要交通規(guī)則維持正常運(yùn)行。公路運(yùn)輸需要交通

9、規(guī)則維持正常運(yùn)行。v數(shù)據(jù)總線也需要信號(hào)傳遞規(guī)范。數(shù)據(jù)總線也需要信號(hào)傳遞規(guī)范。v分時(shí)規(guī)則：在某一個(gè)時(shí)刻，數(shù)據(jù)總線分時(shí)規(guī)則：在某一個(gè)時(shí)刻，數(shù)據(jù)總線被兩個(gè)部件占用，在兩個(gè)部件之間傳被兩個(gè)部件占用，在兩個(gè)部件之間傳遞信號(hào)。遞信號(hào)。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v收集相關(guān)信息v編碼v傳輸信息v向相關(guān)ECU分配信息v信息解碼（數(shù)模轉(zhuǎn)換）v執(zhí)行相應(yīng)功能東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院網(wǎng)絡(luò)分級(jí)vA級(jí)：命令單元多路連接（車身控制、儀表顯示）級(jí)：命令單元多路連接（車身控制、儀表顯示）vB級(jí)：傳感器、開關(guān)及控制單元多路傳輸（信號(hào)級(jí)：傳感器、開關(guān)及控制單元多路傳輸（信號(hào)設(shè)備、舒適性設(shè)備）設(shè)備、舒適性設(shè)備）vC級(jí)：實(shí)時(shí)控制單元多路傳

10、輸（電控發(fā)動(dòng)機(jī)、自級(jí)：實(shí)時(shí)控制單元多路傳輸（電控發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、制動(dòng)防滑系統(tǒng)）動(dòng)變速器、制動(dòng)防滑系統(tǒng)）vD級(jí)：針對(duì)視覺數(shù)據(jù)連接（多媒體）級(jí)：針對(duì)視覺數(shù)據(jù)連接（多媒體）東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院vKWP2000vSAE J1587/J1708vSAE J1939(CAN)東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v全稱全稱Controller Area Network，控制器局，控制器局域網(wǎng)，是現(xiàn)場(chǎng)總線一種。域網(wǎng)，是現(xiàn)場(chǎng)總線一種。vJ1939是協(xié)議號(hào)是協(xié)議號(hào)東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院實(shí)操vCAN信號(hào)波形測(cè)量信號(hào)波形測(cè)量 在VECU ST3口對(duì)應(yīng)EECU一組黃綠線上連接示波儀的CH1和CH2兩個(gè)示波儀通道，打開點(diǎn)火

11、鎖后觀察信號(hào)波形。vCAN電壓測(cè)量電壓測(cè)量 CAN-H線（黃色）對(duì)地電壓 CAN-L線（綠色）對(duì)地電壓 CAN-H和CAN-L之間電壓差東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院 總線進(jìn)行幀的傳輸總線進(jìn)行幀的傳輸。它由兩根截面為它由兩根截面為0.60.6平平方毫米的絕緣銅線組成方毫米的絕緣銅線組成。 它們傳輸反相位的電它們傳輸反相位的電信號(hào)信號(hào)。 這兩根線將鉸接在一這兩根線將鉸接在一起。起。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院CAN總線的硬件構(gòu)成CAN總線由控制器、收發(fā)單元、兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端和雙絞線構(gòu)成?？刂破鳎航邮芸刂茊卧形⑻幚砥鞯臄?shù)據(jù)；處理數(shù)據(jù)并傳送給收發(fā)單元；接受收發(fā)單元從CAN線上接受的數(shù)

12、據(jù)并處理。收發(fā)單元：接受由控制器發(fā)送的信號(hào)并發(fā)送至CAN；接受CAN網(wǎng)路信號(hào)并發(fā)送給處理器。傳輸終端：根據(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)的要求，傳輸終端只能存在于CAN網(wǎng)絡(luò)的終端。阻止CAN信號(hào)的反射波。并消耗CAN線能量。雙絞線：用于傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院低速和高速低速和高速-CAN的信號(hào)波形的信號(hào)波形2 s10 s在顯性狀態(tài)下 CAN-高-電線上升到幾乎 3,6V ，CAN-低-線下降到大約1,4V。隱性狀態(tài)下 CAN-高-電線位于大約 0V，CAN-低-電線大約到5V.3,6V1,4V3,5V1,5V2,5V 0V 0V 5V在顯性狀態(tài)下CAN-高-電線上升到幾乎 3,5V， CAN

13、-低-電線幾乎到 1,5V.隱性狀態(tài)下兩條線大約在 2,5V (休息波形)低-速- CAN高-速 CAN東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院控制單元上的信號(hào)處理控制單元上的信號(hào)處理2 s 0V 2V3,5V1,5V2,5V 0VCAN-高高+-+-CAN-低低微控差別放大(接收者)總線運(yùn)行器(發(fā)送者)控制單元控制單元中差放大器計(jì)算CAN-高和CAN-低的信號(hào)差。接下來，信號(hào)差要被進(jìn)一步處理。UCAN高高UCAN低低U差差U差差 = UCAN高高 - UCAN低低東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院信號(hào)差使得系統(tǒng)易受干擾信號(hào)差使得系統(tǒng)易受干擾2 s3,5V1,5V2,5V 0V2 s 0V 2V2 s3,5V1,5V2

14、,5V 0V盡管信號(hào)2相對(duì)于信號(hào)1來講帶有干擾,可兩種情況下信號(hào)差看起來是一致的。因?yàn)閮蓚€(gè)CAN-電線受到干擾的程度一樣,該干擾在差值形成的時(shí)候就被忽略了。信號(hào) 1信號(hào) 2信號(hào)差 U差UCAN高高UCAN低低UCAN高高UCAN低低U差差 = UCAN高高 - UCAN低低東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院實(shí)操vCAN故障模擬故障模擬 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中CANL或CANH斷開，觀察現(xiàn)象和波形 發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后CANL或CANH斷開，觀察現(xiàn)象和波形東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院CAN協(xié)議東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院 信封信封表示一個(gè)數(shù)據(jù)幀開始的符號(hào)，明確劃分?jǐn)?shù)據(jù)幀的開始東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院信封信封地址：湖北省十堰市地

15、址：湖北省十堰市*數(shù)據(jù)幀識(shí)別區(qū)域，標(biāo)明數(shù)據(jù)接收方或這些數(shù)據(jù)的性質(zhì)東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院顯示數(shù)據(jù)幀的性質(zhì)，如果數(shù)據(jù)幀是問題，可以顯示答復(fù)和參數(shù)的發(fā)送東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院數(shù)據(jù)內(nèi)容東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院從數(shù)據(jù)幀的開端檢查無誤東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院我們現(xiàn)在用的我們現(xiàn)在用的CAN2.0B 規(guī)范遵循規(guī)范遵循SAE1939 標(biāo)準(zhǔn)，采用了標(biāo)準(zhǔn)，采用了29 位位ID 的擴(kuò)展幀格式。的擴(kuò)展幀格式。29 位位ID 中指出了信號(hào)的優(yōu)先級(jí)、協(xié)議數(shù)據(jù)單元及其格式，以及信號(hào)源。中指出了信號(hào)的優(yōu)先級(jí)、協(xié)議數(shù)據(jù)單元及其格式，以及信號(hào)源。每一個(gè)每一個(gè)ID規(guī)定有一個(gè)重復(fù)發(fā)送時(shí)間（規(guī)定有一個(gè)重復(fù)發(fā)送時(shí)間（repetitio

16、n rate），如：轉(zhuǎn)速信號(hào)），如：轉(zhuǎn)速信號(hào)ID是是CF00400，發(fā)送周期為，發(fā)送周期為20ms；油位、油壓信號(hào)；油位、油壓信號(hào)ID是是18feef00，發(fā)送周期為，發(fā)送周期為500ms。假若整車電控單元（。假若整車電控單元（EECU、VECU）沒有按照規(guī)定的發(fā)送周期發(fā)送數(shù)）沒有按照規(guī)定的發(fā)送周期發(fā)送數(shù)據(jù)，液晶屏?xí)@示通信故障。據(jù)，液晶屏?xí)@示通信故障。同樣，當(dāng)同樣，當(dāng)VECU、EECU 檢測(cè)到車身和發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件存在故障或參數(shù)超出正檢測(cè)到車身和發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件存在故障或參數(shù)超出正常值，就會(huì)向儀表發(fā)送故障代碼，儀表翻譯后，在液晶屏上顯示故障形態(tài)，故障常值，就會(huì)向儀表發(fā)送故障代碼，儀表翻譯后

17、，在液晶屏上顯示故障形態(tài)，故障發(fā)生次數(shù)。同時(shí)，儀表單片機(jī)發(fā)出指令，使相應(yīng)報(bào)警燈亮。駕駛員就知道了車子發(fā)生次數(shù)。同時(shí)，儀表單片機(jī)發(fā)出指令，使相應(yīng)報(bào)警燈亮。駕駛員就知道了車子有問題了。有問題了。對(duì)于每個(gè)要指示的量，在對(duì)于每個(gè)要指示的量，在ID 確定后，其具體值由數(shù)據(jù)長度碼（確定后，其具體值由數(shù)據(jù)長度碼（DLC）中不同的字）中不同的字節(jié)確定。節(jié)確定。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v 波特率250kbits/sv 也稱“drive train”總線，用于ABS，EBS,AT&AMT，EECU，VECU，儀表，行駛記錄儀，緩速器，ECAS之間通訊v 保護(hù)模式：VECU和EECU之間通訊一旦出現(xiàn)故障，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

18、就被限定在1100rpm,如果停機(jī)后故障沒有排除就不可能再次啟動(dòng)?xùn)|風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v 類似J1587總線,為避免電磁干擾, CAN總線也用兩根電線傳輸差分信號(hào),分別稱為CAN-L和CAN-H.在CAN總線兩端各有一個(gè)120的終端電阻以吸收信號(hào)反彈的能量,終端電阻可以內(nèi)置或外置于ECU.v 電線規(guī)格:v 東風(fēng)商用車的CAN線采用雙絞線(30絞/米)，線號(hào)分別為0012（黃色）和0013（綠色）v 總線電平:v CAN-L:2.5或1.5Vv CAN-H:2.5或3.5V.東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院電阻RL110120130歐最小功耗400毫瓦自感系數(shù) 1微亨 東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院v EE

19、CU和VECU之間的CAN總線通訊失敗是最嚴(yán)重的故障,一旦出現(xiàn),發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將被限定在900rpm,并且不能再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī).v 引起汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障的原因有三種： 一是汽車電源系統(tǒng)引起的故障（電源故障）；一是汽車電源系統(tǒng)引起的故障（電源故障）； 二是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路故障（線路故障）；二是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路故障（線路故障）； 三是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障三是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障(ECU故障）。故障）。 v CAN-H對(duì)地短路v CAN-H和CAN-L對(duì)電源短路v CAN-H和CAN-L之間短路v 部分故障：CAN總線上的一個(gè)分支開路（一或兩根線）v 容許故障（可能會(huì)出現(xiàn)干擾）：CAN-L對(duì)地短路。v 檢查：每根線的連續(xù)性;檢查每根線對(duì)地的絕緣v CAN-H和CAN-L之間的電阻應(yīng)為60。東風(fēng)技師學(xué)院東風(fēng)技師學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性的檢查可以通過