车载网络系统及其故障诊断方法ppt课件.ppt

车载网络系统的检修 1 概述 1 车载网络应用的目地解决由于汽车上大量应用电子装置带来的问题 1 汽车电子电器数量过多 2 系统过大 3 冗余度高成本增加 4 技术效益低下 2 图1传统信息传输 每个信息都需要一个独立的数据线传输 图2网络信息传输 所有信息都通过两根数据线进行交换 3 一 车载网络系统的组成网络节点 模块 通信线路 软件及协议解释 各种控制模块 网关 智能传感器 通信线路 不同子网 拓扑结构 支持各节点工作的软件 通信协议 第一部分车载网络的基础知识 4 一种电子装置 简单 智能传感器 复杂 微处理器 电控单元 微处理器 实现某种自动控制功能 网关 微处理器 实现不同子网之间的数据传输 数据管理 智能传感器 具备上网功能 1 节点 模块 5 电控单元的构成 组合式CAN控制器 独立式CAN控制器CAN控制器嵌入到微控制器中 CAN控制器独立于微机控制器 6 目前 发展趋势是CAN接口 收 发器 微控制器集成到一个芯片上 成本低 微控制器对CAN控制器的读写时间比独立CAN控制器要小 速度快 系统可靠性高 集成式CAN控制器 7 节点之间传递数据的通道 串行传递 单线制 光缆双线制 两条数据总线绞在一起的 2 通信线路 数据总线 8 3 网络 为了实现信息共享 用通信线路把多个节点连在一起 形成一个有规则的网 总线结构环状结构星形结构等 9 10 通信实体双方控制信息交换规则的集合 要实现车内ECU之间的通信 必须制定规则保证通信双方能相互配合 即通信方法 通信时间 通信内容双方同时遵守的一组规定和规则 4 通信协议 11 5 总线速度 1 波特率 每秒传输的码元数 2 比特率 每秒传输的二进制位数 如果一个码元只携带一个比特的信息 则波特率和比特率在数值上相等 12 在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数据 则这两个数据将会在总线上发生 冲突 为了避免冲突产生 就要有一个解决 争用 总线的方法 以使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据而不发生冲突 这正是介质访问控制方式的管理机制 CSMA CD是 载波侦听多路访问 冲突检测 CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect 的缩写 是一种总线常见的访问控制方式 6 总线介质访问控制方式 13 SAE将车载网络划分为A B C三个级别A级速率 1 10kb s 主要应于电动门窗 座椅调节 灯光照明等控制 B级速率 10 100kb 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级速率 最高可达1Mkb s 主要用于悬架控制 先进发动机控制 牵引控制 ABS等系统 二 车载网络的分类 1 SAE 美国机动车工程师学会 14 A类 面向执行器 传感器的低速网络B类 面向模块间数据共享的中速网络C类 面向多路 实时闭环的高速网络D类 面向信息 多媒体系统的网络E类 面向乘员的安全系统 分类依据 功能和速率 二 车载网络的分类 2 15 车载网络传输速度 16 典型的现代汽车车载网络 17 VehicleLAN 车载局域网 18 A类网络的特点 适用于对实时性要求不高的场合 主要应用于电动门窗 座椅调节 灯光照明等控制 位速率一般小于10Kbps bit 比特 为网络数据计量单位 bps 是 bitpersecond 每秒传输数据 的简写 为网络数据流量单位 512Kbps 也就代表 512Kbit 秒 的数据流量 byte 为文件字节单位 1个byte 8个bit 19 现有A类网络协议 20 A类网络协议之LIN协议 提高汽车上分层 多路复用网络的性能 降低汽车电子控制装置开发 生产以及诊断服务的成本 2003年 全世界新生产的汽车平均每辆会有3 10个LIN节点 LIN目前仍处于发展阶段 但已广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受 有望成为A类网络的世界标准 即A类网的主流协议 21 车身控制A类网络总线结构图 22 图 23 B类网络的特点 主要面向独立模块间的数据共享 适用于对实时性要求不高的场合 以减少冗余的电子部件 主要应用于车辆信息中心 故障诊断 仪表显示等方面的控制 位速率一般在10 125Kbps 24 现有B类网络协议 25 ISO11898 3 VAN J1850性能比较 26 B类网络的主流协议 过去十年间 CAN ISO11898 3 SAEJ1850以及VAN VehicleAreaNetwork 在车身网络中得到了广泛的应用 随着汽车网络技术的发展 目前及未来的B类网络主流协议将是 CAN ISO11898 3 中国 27 C类网络协议的特点 主要面向高速 实时闭环控制的多路控制多路传输网 主要用于动力系统等对实时控制及可靠性要求较高的场合 位速率可达1Mbps X By Wire系统传输速率可达10Mbps以上 28 C类网络协议及应用情况 29 ISO11898 2 TTPTM C FlexRay性能比较 30 X by Wire系统 31 C类网络协议的主流协议 目前 C类网络中广泛应用于动力与传动系统控制与通讯的协议标准为 ISO11898 2 未来应用于X By Wire系统的主要协议为 TTPTM C Time TriggeredProtocol FlexRay 32 D类网络协议的特点及分类 该类网络统称智能数据总线 IntelligentDataBus 主要面向信息 多媒体系统等 33 根据SAE分类 IDB C 低速 IDB M 高速 和IDB Wireless 无线通讯 D类网络协议的位速率在250Kbps 400Mbps之间 IDB C SAEJ2366IDB M D2B MOST IDB1394等IDB Wireless Bluetooth 蓝牙 34 D类网络协议的比较 35 E类网络协议及使用情况 E类网络主要面向乘员的安全系统 应用于车辆被动安全性领域 36 E类网络协议的比较 37 不同版本的CAN可以通过网关取得互连 而网关就是具备不同网络协议之间信息转换能力的单片机 网关 车上用了很多的总线和网络 所以必须用一种有特殊功能的计算机达到信息共享和不产生协议间的冲突 实现无差错数据传输 这种计算机就叫做网关 4 不同版本通信协议的互联 38 仪表内的Gateway 自动变速箱控制单元J217 舒适系统中央控制单元J393 Controlunitfor4LVJ537 仪表内的诊断接口J285 空调控制单元E87 Datatelegram Gateway的作用是使所有连接在CAN总线上的控制单元实现数据交换驱动总线舒适总线和显示总线 信息娱乐总线 因为这几种总线的传输速度是不同的 所以不能直接进行数据交换 CAN数据总线网络 网关 39 第二部分典型总线系统分析 一 CAN总线CAN ControlAreaNetwork 总线是德国Bosch公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络 40 ControllerAreaNetwork wasdevelopedbytheRobertBOSCHcompanyin1983asabussystemforcars CAN总线 网络控制单元数据交换 41 CAN总线的特点传输速度快相关控制单元可共用传感器更少的线束 更小的控制单元 节省了空间 CANdatabusnetwork CAN ControllerAreaNetwork 两根数据线缠绕可防止电磁干扰 42 CAN总线 举例AudiA42001 CAN 驱动500kBaudCAN 舒适100kBaudCAN 信息娱乐100kBaud 三条数据总线 43 CAN数据总线网络 连接部件 驱动CANbus 舒适CANbus 显示 信息娱乐 CANbus 发动机控制单元 自动变速器控制单元 ESP控制单元 安全气囊控制单元 氧传感器 美国 转向角度传感器 转向柱电气控制单元 多功能方向盘控制单元 汽车电气控制单元 座椅调节控制单元 停车辅助控制单元 挂车识别控制单元 空调控制单元 驻车加热控制单元 轮胎压力监控控制单元 舒适系统中央控制单元 语音输入控制单元 卡片阅读器 远程通讯 电话控制单元 车载电话控制单元 收音机 导航系统控制单元 导航 电视等 导航系统接口 44 二 LIN总线 局部连接网络LIN LocalInterconnectNetwork 是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 典型的LIN总线主要应用在汽车的车门 座椅 空调 照明灯等 LIN可以使那些机械元件 如智能传感器 制动器或光敏器件得到较广泛的使用 这些元件可以很容易地连接到汽车网络中 并且维护和服务十分方便 用LIN实现的系统中 通常用数字信号量替换模拟信号量 这样将使总线性能优化 45 局部连接网络 LIN CAN 驱动 LIN 新鲜空气鼓风机 轮胎气压监控 ILM 司机侧 轮胎气压监控天线 空调 轮胎气压监控天线 脚坑辅助加热 转向柱开关模块 多功能方向盘 PTC 加热 LIN 空调 LIN 轮胎压力控制 high Variante 雨刮控制 安全气囊 座椅占用识别 USA ILM 后 LIN 安全气囊 防盗装置喇叭 内部监控 LIN 防盗报警装置 CAN 舒适 46 主控制器控制总线和协议控制 哪些信息在哪个时间通过总线被发送把LIN BUS和CAN BUS连接起来承担完整的故障处理及诊断 从控制器最多16个从控制器接收或传送与主控制器的查询或指定有关的数据 LIN Bus里的通讯只能借助主控制器 LIN Bus数据总线 主从控制器原理 47 LIN和CAN的比较 在车上网络中 LIN处于低端 与CAN以及其他B级或C级网络比较 它的传输速度低 结构简单 价格低廉 在汽车上 与这些网络是互补的关系 由于汽车产品包括部件和整机 对价格和复杂性非常敏感 在汽车网络系统低端使用LIN会显现其必要性和优越性 LIN和CAN协议主要特性的对比见表 48 LIN和CAN的比较 LIN和CAN控制器特性对比见表 49 二 MOST总线 MOST总线是由汽车工业协会在1999年制定的一种高速媒体总线 主要应用在车载 orjt 多媒体设备上 它为用户提供了一种低成本的标准媒体接口 MOST总线是一种以光纤作为物理载体的环形总线 它能够传输最高达25Mbit S的数据流 具备MOST总线接口的设备可以方便的挂接到总线上或从总线上去除 由于它是以光纤为载体的总线系统 所以它大大的提高了车载设备的信号传输质量 并且大大减轻了车内线束的质量负担 多种基于光纤传导的媒体总线系统 例如D2B总线 MOST总线 IDB1394总线等 这其中 最有可能成为汽车媒体总线标准的当属MOST总线 50 媒体系统数据交换总线 MOST K Box Radio Sprachdialog system 带DVD的导航 MOST 网关 电话 紧急呼叫 数字音响广播 DAB 通讯盒 收音机 语音操作系统 电视调谐器 CD 转换器 带CD的导航 主单元 特征传输率21 2MB光纤传输实现声音和图象数据的传输环形结构点火开关关断后要求 环路断路影响所有功能 在环断路诊断和衰减仪的帮助下进行故障查找 数字音响处理 要按照实际的环路描述 51 MOST总线上设备的连接方式 52 MOST总线有以下特点 1 高速网络 MOST总线最高时能够传输高达25Mbit S的同步 非同步信号 这个速度能够满足大多数媒体设备的要求 2 抗干扰 MOST总线采用光纤作为物理介质 这就大大的降低了传输时受到的其他电气设备电磁干扰从而大大提高了信号的信噪比 3 更轻的质量 MOST总线的物理结构决定了挂在MOST总线上的设备间通信不需要再增加其他连接方式 所有的设备都通过光纤连接 大大的减轻了传输介质的质量 53 4 更大的灵活性 MOST总线的逻辑特性决定了总线上只有一个主节点 其他节点可以根据情况灵活的挂接或去除 所有的从节点在享用总线的地位上是平等的 并且MOST总线具有故障检测的协议 当总线上的主节点出现错误无法工作时 根据预先的设置 会有一个从节点自动承担主节点的工作 保证网络的运行稳定 5 能够适应多种数据 在MOST总线上 传输音 视频流同步数据 也可传输基于其他数据传输协议的非同步数据 总线上每一桢MOST数据可以根据设定 承载同步数据 非同步数据以及针对设备的控制数据 这一个特点决定了可以将导航设备等非流媒体设备与车载DVD这类流媒体挂接在一条总线上 并且互相工作不会发生冲突 MOST总线有以下特点 54 6 丰富的外部设备供应 由于MOST总线目前已经广泛使用在汽车工业中 目前已有包括BMW Audi VW DaimlerChrysler等知名汽车制造商加入了MOST阵营 另外在IC设备上OASIS以及AnalogDevices等多家IC设计制造公司都已经开始生产了MOST设备 随着MOST总线标准化进程的加快 将有更多的厂商加入这一阵营 MOST总线有以下特点 55 MOST总线的现状 多种基于光纤传导的媒体总线系统 例如D2B总线 MOST总线 IDB1394总线等 最有可能成为汽车媒体总线标准的当属MOST总线 目前世界上已有多款高档轿车应用了MOST总线技术 在国内也有汽车厂商开始采用这种技术 例如一汽 大众量产的AudiA6车上已经采用了MOST总线技术 宝马 奔驰的高档车 目前国内MOST总线的相关设备研发和技术的研究基本上都处在刚刚起步阶段 国内也没有具有自主知识产权的MOST总线设备或开发平台 这些设备基本上依赖进口 其核心技术掌握在国外 56 第三部分总线系统的故障诊断 一 CANBUS多路信息传输系统故障 1 汽车电源系统故障引起的多路信息传输系统故障 汽车多路信息传输系统的核心部分是含有IC通信芯片的ECM 它的正常工作电压一般在10 5 14 5v范围内 如果提供的电压低于该值就会造成一些对工作电压要求高的电控模块出现停止工作 从而使整个多路信息传输系统无法通信 57 节点是多路信息传输中的电控模块 节点故障就是电控模块故障 它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突 硬件故障一般是由于通信芯片或集成电路故障造成多路信息传输系统无法工作 2 节点故障 58 多路信息传输系统的链路 通信线路 出现故障时 如通信线路短路 断路以及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真 都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作 判定是否为链路故障时 一般采用示波仪或汽车专用光纤诊断仪来观察通信数据信号是否与标准通信数据信号相符 3 链路故障 59 在检查数据总线系统前 须保证所有与数据总线相连的控制单元无功能故障 功能故障指不会直接影响数据总线系统 但会影响某一系统的功能流程的故障 例如 传感器损坏 其结果就是传感器信号不能通过数据总线传递 这种功能故障对数据总线系统有间接影响 这会影响需要该传感器信号的控制单元的通信 如存在功能故障 先排除该故障 记下该故障并消除所有控制单元的故障码 排除所有功能故障后 如果控制单元间数据传递仍不正常 检查数据总线系统 检查数据总线系统故障时 须区分两种可能的情况 二 CAN双线式总线系统的检测方法 60 检测时 关闭点火开关 断开两个控制单元 图示 检查数据总线是否断路或对正极 地短路 如果数据总线无故障 更换较易拆下 或较便宜 的 个控制单元试一下 如果数据总线系统仍不能正常工作 更换另一个控制单元 1 两个控制单元组成的双线式数据系统的检测 61 检测时 先读出控制单元内的故障码 如图所示 如果控制单元1与控制单元2和控制单元3之间无通信 关闭点火开关 断开与总线相连的控制单元 检查数据总线是否断路 如果总线无故障 更换控制单元1 如果所有控制单元均不能发送和接收信号 故障存储器存储 硬件故障 则关闭点火开关 断开与数据总线相连的控制单元 检测数据总线是否对正极 地短路 2 三个或更多控制单元组成的双线式数据总线系统的检测 62 如果数据总线上查不出引起硬件损坏的原因 检查是否某一控制单元引起该故障 断开所有通过CAN数据总线传递数据的控制单元 关闭点火开关 接上其中一个控制单元 连接VAGl551或VAGl552 打开点火开关 清除刚接上的控制单元的故障码 用功能06来结束输出 关闭并再打开点火开关 打开点火开关10s后用VAGl552读出刚接上的控制单元故障存储器内的内容 如显示 硬件损坏 则更换刚接上的控制单元 如未显示 硬件损坏 接上下一个控制单元 重复上述过程 63 1 CAN驱动总线 三 CAN总线系统的检测波形分析 DSO两通道检验CAN驱动总线的电压 64 两通道工作情况下DSO的连线 65 DSO的设置说明 66 1 Kanal 通道 A测量CAN High2 Kanal 通道 B测量CAN Low3 KanalA和KanalB的零线坐标置于等高 黄色的零标记被绿色的零标记所遮盖 在同一零坐标线下对电压值进行分析更为简便 4 KanalB的电压 单位的设定 在0 5V 单位值的设定下 DSO的显示被较好地利用 这便于电压值的读取 5 KanalA的电压 单位的设定 在0 5V 单位值的设定下 DSO的显示被较好地利用 这便于电压值的读取 6 触发点的设定 它位于被测定信号的范围内 在CAN high信号为2 5至3 5V之间 在CAN Low信号为1 5至2 5V之间 7 时间单位值应尽可能选择得小一些 最小的时间单位值为0 02ms 单位 DSO没有更小的时间单位 为此要显示单一比特 2 s在CAN Antrieb 是不可能的 8 显示为一条信息 DSO的设置说明 67 这两种总线的数据传递电压和速率相同 而且可以单线工作 DSO可以对CAN 舒适和信息总线进行测量 例如 利用测试盒连接中央舒适电器控制单元 2 CAN舒适和信息总线 68 DSO的设置说明 69 1 通道A和通道B的零坐标线等高 通道A的零标记被通道B所掩盖 在读取数值时 可以将零线相互分开 见下页 2 通道A显示CAN High3 通道A电压 单位的设定 该电压单位值应被选取 如此DSO的显示可被较好地利用 这便于电压值的读取 4 通道B显示CAN Low 5 通道B电压单位值的设定应与通道A相符 这便于电压电位的比较分析 6 时间单位值应尽可能选取得小 由于CAN Komfort和CAN Infotainment的比特周期较长 10 s 所以在DSO内可以显示一个比特 DSO的设置说明 70 DSO的设置说明 71 1 通道B的CAN Low显示2 通道A的CAN High显示3 通道B的零线4 CAN Low的显性电压向下没有达到零线坐标5 CAN Low的隐形电压 在总线部工作的状态下 5V的隐形电压电位切换到0V 6 通道A的零线坐标和CAN High的隐性电压电位 7 CAN High的显性电压电位8 一个比特的显示 10 s比特时间 DSO的设置说明 72 1 CAN驱动总线DSO故障图分析 四 CAN总线系统的故障诊断案例 记录可用DSO测量的故障类型CAN High与CAN Low短路CAN High对正极短路CAN High对地短路CAN Low对地短路CAN Low对正极短路CAN High断路CAN Low断路 73 74 典型故障1Can Low与Can high短路 74 典型故障1Can Low与Can high短路波形 CAN High与CAN Low短路 电压电位置于隐性电压值 大约2 5V 通过插拔CAN Antrieb总线上的控制单元可以判断 是由于控制单元引起的短路还是由于CAN high和CAN Low线路连接引起的短路 当为线路短路引起的短路 需要将CAN线组 CAN High和CAN Low 从线节点处依次拔取 同时注意DSO的图形 当故障线组被取下后 DSO的图形恢复正常 75 典型故障2CAN high对正极短路波形 CAN high对正极短路 CAN high线的电压电位被置于12V CAN Low线的隐性电压被置于大约12V 这是由于在控制单元的收发器内的CAN high和CAN Low的内部错接引起的 该故障的判断方法与故障1相同 76 典型故障3CAN high对地短路波形 CAN high对地短路 CAN High的电压位于0V CAN Low的电压也位于0V 可是在CAN Low线上还能够看到一小