【论文】【C组】陕西唐都(乌军河)-途安车载网络控制单元(J519)控制原理分析及故障诊断.doc

陕西唐都-乌军河途安车载网络控制单元（J519）控制原理分析及故障诊断 随着人们对汽车的安全性、舒适性、尾气排放及燃油经济性的要求越来越苛刻，这使得传感器和导线的数量迅速增加，控制单元之间的信息交换越来越密集，如果仍采用常规的布线式, 即点对点的单一通讯方式, 将导致汽车上的电线数目急剧增加, 连接线可达到7001000 条, 使得电线的质量占到整车质量的4%左右。另外, 复杂的电路也降低了车辆的使用可靠性, 无形中也加大了排除故障和维修的难度。为此，必须找到一种设计优良的解决方案来使车内电子系统在不占用太大空间的情况下仍然保持其可操作性，要求电控单元之间能有效、快速地传递信息, 网络通信的发展成为必然, 因此电控单元的CAN 总线网络控制应运而生。这就意味着将各个控制单元之间网络化并可进行数据交流。这又是计算机网络系统在现代汽车上的应用，利用CAN数据总线将各个控制单元连接起来，形成了车载网络系统。车载网络系统通过控制单元对车辆各种信号进行监测，根椐设定的程序对燃油泵继电器、车内灯光等执行元件进行控制。下面我们就以途安车为例，简单介绍 车载网络控制单元控制原理分析及故障诊断。一、途安车载网络控制单元在车载网络系统中的作用：对下列功能进行开关控制电器负载控制电动天窗控制外部灯光控制车载网络控制单元直接对车灯开关信号进行分析。接通转向灯，远光灯和操作远光灯瞬时接通功能的信息将通过转向柱控制单元J527和舒适系统CAN总线发送。车灯开关E1由蓄电池直接供电。因此，它会在每个位置上都向车载网络控制单元发送一条确定的可信度信号。车载网络控制单元根据收到的信号识别点火开关是否接通。当确定的信号可信度因某一故障，比如电线断路等发生了改变，这些信号则认为是不可信号的。车载网络控制单元会起动应急车灯控制。转向灯控制快速点动按下转向灯开关E2一次，将激活转向灯闪烁三个周期。再次按下开关，将增加转向灯继续闪烁三个周期。这种功能被称为高速公路转向。闪光控制 转向指示优先。前风窗刮水器和后窗刮水器 刮水器开关E的换档位置首先直接传送到转向柱装置控制单元J527，再通过舒适CAN总线传输到车载网络控制单元J519。刮水器档位的信息由车载网络控制单元通过LIN数据总线传送到刮水器电机控制单元J400，然后在传输到副驾驶员侧刮水电机控制单元J584。刮水器电机控制单元J400负责调节刮水器过程，并控制副驾驶员侧刮水器控制单元J584。可加热后窗（开关装于空调面板上） 当按下后窗加热开关时，且发电机能够提供足够的电压，将通过车载网络控制单元来控制后窗加热。车内灯光控制 向车内照明灯提供电压在总线端30G由车载网络控制单元控制总线端控制 车载网络控制单元通过X继电器触点控制着总线端75X。 总线端15通过E-BOX的总线端15供电继电器。 总线端50通过E-BOX上总线端50供电继电器控制。亮度调节（仪表照明） 可调亮度的输出端总线端58d向可调仪表照明电压。燃油泵预工作运行 打开驾驶员侧车门时，电动燃油泵由车载网络控制单元提供电压。发动机起动后收到转速信号时，向燃油泵继电器供电。电器负载管理电器负载管理负责使蓄电池有足够电能来起动汽车。关闭舒适系统电器时，车载网络控制单元将根据DF信号，分析发动机转速，蓄电池电压和发电机负载。 二、途安车载网络控制单元的构成及控制原理 途安车载网络控制单元包括微处理器、控制器局域网收发器、控制器局域网控制器、总线接口、稳压电源、输入、输出接口电路、开关信号检测电路，总线通过输入输出接口与收发器相连，收发器与微 处理器相连，组合开关与输入输出接口相连，通过开关信号检测电路与微处理器相连，稳压电源与微处理器相连，给系统提供工作电压。控制器局域网控制器集成在微处理器内。车载网络系统由若干个带接口的电子控制单元组成，车载网络控制单元和车载网络的所有节点保持通信，协调工作，所以控制单元中存有系统原始配置的节点数据库，控制单元和车载网络的其他节点通过“配置数据请求、应答”，以及“网络管理请求、应答”数字通信进行交互，实现对整个车载网络进行配置、诊断、休眠、唤醒等一系列网络管理。三、途安车载网络控制系统的结构及功能CAN 总线系统的类别：CAN 数据总线由控制单元、收发器、数据传输终端和数据传输线组成, 如图所示。 途安CAN总线系统控制单元的连接方式采用铜缆串行方式,作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。其工作采用单片机作为直接控制单元，用于对传感器和执行部件的直接控制。每个单片机都是控制网络上的一个节点，一辆汽车不管有多少块电控单元，不管信息容量有多大，每块电控单元都只需引出两条导线共同接在节点上，这两条导线就称作数据总线（Bus）。CAN数据总线中数据传递就像一个电话会议，一个电话用户就相当于控制单元，它将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”数据，对这组数据感兴趣的用户就会利用数据，不感兴趣的用户可以忽略该数据。1.根据导线类型分类CAN 总线系统可以分为单线、双线和无线三种传输方式。单线传输如LIN 总线, 在CAN 系统中, 一般采用双线传输, 无线传输如蓝牙传输,又叫Bluetooth 总线。2.根据网络传输速度分类 SAE 车辆网络委员会将汽车传输网络分为A、B、C三类。A 类面向传感器/执行器控制的低速网络, 数据传输位速率通常只有110kbit/s, 主要应用于电动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照明等控制。B 类面向独立模块间数据共享的中速网络, 位速率一般为10100kbit/s,主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统。C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网络, 最高位速率达1Mbit/s, 主要用于发动机和自动变速器的动力控制、防滑控制、悬架控制等系统。到目前为止, 满足C 类网络要求的汽车控制局域网只有CAN 协议。上述三类网络均向上涵盖, 即C类网络能同时实现B 类和A 类的功能, B 类支持C 类的功能。但是, 不同位速率或不同协议的网络必须设置网关。由于不同区域CAN 总线的速率和识别代号不同, 因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域, 必须改变它的识别信号和速率, 以能够让另一个系统接受, 这个任务由网关( Gateway) 来完成。另外, 网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生碰撞事故, 安全气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号, 这个信号的优先级在驱动系统中是很高的, 但转到舒适系统后, 网关调低了它的优先级, 因为它在舒适系统中的功能只是打开车门和车灯。3.根据不同性能要求分类CAN 总线系统可以分为5 个不同的区域, 它们分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线5 个局域网。这5 个局域网通过网关连接, 如下图所示。1、驱动系统CAN 总线途安汽车驱动系统CAN 数据总线主要连接3 个控制单元, 它们是发动机控制单元、ABS 控制单元及自动变速器控制单元。驱动系统CAN 总线的速率是所有CAN 总线中最高的, 达到500kbit/s, 采用终端电阻结构, 且高低CAN 总线为环状结构, 即任何一根CAN 总线断路, 则CAN 总线系统停止工作。驱动系统CAN 总线可以同时传递10 组数据,发动机控制单元5 组, ABS 控制单元3 组, 自动变速器控制单元2 组。驱动系统CAN 总线数据传递的优先权顺序为: ABS 控制单元发动机控制单元自动变速器控制单元。在动力传动控制系统中, 数据传递应尽可能快速, 以便及时利用数据。2、适系统CAN 总线舒适系统CAN 总线的速率达到100kbit/s, 没有终端电阻, 且高低CAN 总线分离, 即任何一根CAN 总线断路, CAN 总线系统不受影响。舒适系统CAN 总线的组成如图4 所示。舒适系统CAN 数据总线主要连接8 个控制单元, 包括中央控制单元及4 个车门的控制单元。舒适系统CAN 数据总线的数据传递主要有6方面的功能, 即: 中央门锁、电动车窗、照明开关、自动空调、后视镜加热及记忆座椅功能。控制单元的各条传输线以星状汇聚到一点, 这样做的好处是, 如果一个控制单元发生故障,其它控制单元仍可发送各自的数据。由于舒适系统CAN 总线系统中的数据可以用较低的速率传递, 所以发送器性能比驱动系统发送器性能低。3、信息系统CAN 总线信息系统主要包括音响系统、车载电话系统等。信息系统CAN 总线的传输速率为100kbit/s。4、诊断系统CAN 总线诊断系统,CAN 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, 称之为虚拟K 线。诊断系统CAN 总线通过网关转接到相应的CAN 总线上, 诊断系统CAN 总线的传输速率为500kbit/s。5、仪表系统CAN 总线汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口, 具体包括: 转速表、温度表、燃油表、里程表、防盗灯、高温灯、燃油低位报警灯、机油压力灯、安全带灯、手制动灯等。仪表系统CAN 总线的传输速率为100kbit/s。四、途安车载网络控制系统的故障诊断1.故障机理分析 当途安车的车载网络控制系统出现故障时, 应先检查汽车多路信息系统是否正常, 因为如果多路信息传输系统有故障, 则整个汽车信息传输系统中的部分信息无法传输。对于汽车多路信息传输系统故障的检测与维修, 应根据多路信息传输系统的具体结构和控制回路进行具体分析。一般来说, 引起汽车多路信息传输系统故障的原因有三种。1) 汽车电源引起的故障汽车数据总线系统的核心部分是含有通讯IC 芯片的电控单元, 电控单元的正常工作电压在10.5 15.0V 的范围内。如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值, 就会造成一些对工作电压要求高的控单元出现短暂的停止工作, 从而使整个数据总线系统出现短暂的无法通讯。2) 多路信息传输系统链路故障当汽车数据总线系统的链路( 或通讯线路) 出现故障时, 如: 通讯线路短路、断路, 以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真, 都会引起多个电控单元无法工作, 或引起电控系统错误动作。判断是否为链路故障时, 一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪, 观察通讯数据信号是否与标准通讯数据信号相符。3) 节点故障节点是指汽车数据总线系统中的电控单元, 因此节点故障就是数据总线中的电控单元自身有故障, 它包括软件故障和硬件故障。软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突,从而使汽车数据总线系统通讯出现混乱或无法工作, 这种故障一般成批出现, 且无法维修。硬件故障一般是通讯芯片或集成电路故障, 造成总线系统无法正常工作。五、故障诊断案例 案例一： 故障现象： 05款途安车，采用BLZ 2.0L 型发动机和09G型手/自动一体变速器, 累计行驶里程4.65 万km。按喇叭按钮，喇叭不响；按多功能方向盘右侧“十”、“”音量按钮及三角形调台键时，音响音量不变化，无法切换电台频道。 故障诊断与排除：先更换喇叭，故障依旧。用万用表测量喇叭的电源端子，没电。而且该车没有常规的喇叭熔断丝。连接VAS5051诊断仪，进人地址16（转向柱电子装置），进入02进行故障查询，故障代码为01426，其含义是“转向盘中心控制装置E221无信号通信”。试验转向盘上其他触摸按键，也没有反应，说明转向盘控制装置E221无电信号输出，与转向柱电子装置控制单元J527失去了通信联系。 该车转向盘控制装置E221与转向柱电子装置控制单元J521是一个linbus（局部区域网）单根数据总线系统，子控制单元是多功能转向盘中心控制装置E221，其集成电路子系统可对驾驶人员在转向盘操作单元上的按钮的操作信息进行分析，即转向盘上的各开关控制指令信号，是经过转向盘中心控制装置E221来进行编码，然后通过E221lin收发器，按lin通信协议，经过lin数据总线传输到J527的接收器的。实质J527是一个CANlin的网络开关，信号由3521进行解码后，把二进制数值转换成个串行比特流，通过tx发送线路把比特流发到发射器，同时把比特流转换成相应的电压信号，然后电压信号被一个接一个地通过CAN数据总线传送到车载网络控制单元J519上的rx接收线路，把电压值重新转换成二进制数值，由J519将数值变换成信息，按开关指令来触发中央电器板上的449号喇叭继电器把回路接通，控制喇叭鸣响。其他的转换电台频道数据等信号都通过CAN数据总线直接传送到网关J533，再通过网络开关按传输协议输出，由CAN数据总线传送到信息中心上的音响系统，用来增强或减弱音响系统的音量或控制转换电台频道。 拆下转向盘气囊，在转向盘中心下部看到了E221芯片，线路完整，连接器连接完好，没有人工拆装或烧蚀痕迹，怀疑E221芯片有故障。更换E221芯片后装复试车，按喇叭鸣响，转向盘上其他的功能按钮工作也正常。2) 换档后无法加速, EPC 灯点亮首先连接故障诊断仪, 读取故障码为“16955”, 其含义为“制动灯开关故障”。关闭发动机, 对制动灯开关进行检查, 当点火开关打开时, 制动灯常亮( 这是不正常的) , 而关闭点火开关后, 制动灯就能正常工作。接下来,对制动灯开关电路进行检查。在点火开关打开时, 拔下制动灯开关线束( 将输入信号切断) , 但制动灯还是常亮。再次检查车载网络系统和发动机控制单元, 均无故障码。查阅该车电路图( 见图5) , 从工作原理上分析故障的可能原因。图5中的F 和F47( 制动灯开关) 是一个组合开关, F47 是制动踏板信号开关, 是常闭开关, 即未踩下制动踏板时, 只要点火开关打开, 就有一个12V 的电压信号通过T80/51 号脚输入发动机控制单元J220。当踩下制动踏板时, F47 断开, 电压信号消失,J220 以此判断汽车在进行制动, 从而对发动机输出转矩进行调节, 以利于制动控制。组合开关左侧的F 是一个常开开关, 踩下制动踏板后, 开关导通, 此时有电压信号通过T80/23 号脚输入发动机控制单元J220。发动机控制单元和车载网络控制单元也参与了制动灯的控制。在点火开关打开时, 发动机控制单元认为已踩制动踏板, 然后通过CAN 网络将信号传输给控制单元, 点亮制动灯。根据上述工作原理, 首先检查发动机控制单元对制动灯的控制。拔下发动机控制单元线束, 打开点火开关, 制动灯工作正常。检查制动灯开关线束, 发现T80/51 号脚在没踩制动踏板时无电压, T80/23 号脚在踩制动踏板时电压正常。由图5 可知, 制动灯开关由保险丝SB7 供电。经检查, 发现保险丝SB7 已烧断。更换该保险丝, 故障排除。 案例二：一辆06款18T手动豪华途安车行驶39657公里，驾驶员反映右前雾灯有时亮有时不亮，曾有修理工把左前雾灯灯泡换到右前面，右前雾灯好了左前雾灯却犯了同样的毛病。 故障诊断：接车后首先对左前雾灯灯泡进行了检查。直接接到蓄电池亮度正常，把该灯泡装回到左前雾灯灯座上再打开前雾灯开关，灯泡不亮在灯座上也测量不到电压。途安雾灯系统电路并不复杂。 根据线路图知道当前雾灯开关接上后，它给了U519(车载网络控制单元)一个请求工作信号J519根据这个请求，对两个前雾灯分别输出二路工作电流。按图查到T5aa1插座测不到电压再向上查到J519上的插头D2也无电压。 此时右前雾灯是亮的在J519的A4插头上能测到电压。据此推测，前雾灯开关请求工作的信号已被J519接收右前雾灯被点亮就是J519进入工作状态的一个标志而左前雾灯却不能接收到J519的输出电流，那么J519内部这一段工作可被视作怀疑的对象。为了对这一推测寻找依据或旁证，在J519的D2这一插头上引入30号常火线，并在左前雾灯灯座上接上一个小灯泡小灯泡是亮的为防止此线上有虚接的地方，再接上一个大灯远光，也是亮的。当我们满怀信心把原来那只拆下来的左前雾灯灯泡接上去的时候，却不见它亮。用万用表测量它的通断时却得到了一个53(冷态)的阻值，而这个阻值却远远高于55w雾灯O6(冷态)阻值。 当然用它直接接在蓄电池上也是不会亮的，实际接到蓄电池后确实也不亮。当把所有线路恢复原样，在打开前雾灯开关的情况下，用一个新的前雾灯灯泡(在蓄电池上试验时是亮的)换下那个有问题的灯泡时右前雾灯是亮的，左前雾灯还是不亮再测它的电压还是没有。这时候突然想起要