汽车网络技术凌永成子总线系统PPT课件

1、 配 套 教 材 信 息教材名称：汽车网络技术教材主编：凌永成教材定价：35RMB出版社：清华大学出版社出版时间：2012年3月国际标准书号（ISBN ）： 978-7-302-28149-8 教材所属系列： 普通高等院校汽车工程类规划教材 第1页/共52页第4章 子总线系统4.1 LIN总线总线简介1.LIN的应用与特点 LIN是Local Interconnect Network的缩写，意为局域互联网。图4-1 局域互联网LIN的标志 LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间内（如车顶、仪表台、车门等处），所以LIN也被称为“局域子系统”。第2页/共52页 LIN总线在汽车上的

2、应用领域主要有防盗系统、自适应大灯、氙气前照灯、驾驶员侧开关组件、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机、加热器控制等。图4-2 LIN总线的应用领域第3页/共52页 图4-3 LIN总线在BMW E83（X3）高版本外后视镜控制系统中的应用1基本控制模块5 Redesign；2右侧外后视镜电子装置；3右侧外后视镜加热装置；4右侧外后视镜垂直调整电机；5右侧外后视镜水平调整电机；6右侧外后视镜折起电机；7右侧后视镜调节角度传感器；8左侧后视镜调节角度传感器；9左侧外后视镜折起电机；10左侧外后视镜水平调整电机；11外后视镜垂直调整电机；12左侧外后视镜加热装置；13左侧外后视镜电子装置

3、；14驾驶员侧开关组；K-Bus车身总线；LIN局域互联网；Kl.30接线端子30；Kl.58g接线端子58g第4页/共52页图4-4 在AUDI A6L汽车上，LIN总线用于新鲜空气鼓风机、风挡玻璃辅助加热器以及天窗等的控制第5页/共52页 LIN总线系统的突出特点是LIN总线是单线式总线，仅靠一根导线传输数据。 LIN总线系统的构成有三个部分：LIN上级控制单元，亦即LIN主控制单元；LIN从属控制单元，亦即LIN从控制单元；单根导线。 图4-5 LIN总线系统的构成2.LIN主控制单元1）LIN主控制单元的功能 LIN主控制单元连接在CAN数据总线上，执行以下功能：（1）监控数据传输过程

4、和数据传输速率，发送信息标题。第6页/共52页（2）LIN主控制单元的软件内已经设定了一个周期，该周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次。（3）LIN主控制单元在LIN数据总线系统的LIN控制单元与CAN总线之间起“翻译”作用，它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元。（4）通过LIN主控制单元进行与之相连的LIN从控制单元的自诊断。图4-6 LIN主控制单元实现LIN总线与CAN总线之间的连接第7页/共52页2）LIN总线的信息结构图4-7 LIN总线的信息结构1同步间隔；2同步区域；3标识符；4起始；5停止；6数据区域；7校验区；8信息标题；9信息段 第8页/

5、共52页3.LIN从控制单元 在LIN数据总线系统内，单个的控制单元（如新鲜空气鼓风机）或传感器及执行元件（如水平传感器及防盗警报蜂鸣器）都可看作LIN从控制单元。图4-8 LIN总线信息的单线传输第9页/共52页图4-9 BMW E60电动遮阳卷帘的控制1驾驶员侧开关组；2驾驶员侧车门模块TMFA；3安全和网关模块SGM；4便捷进入及起动系统CAS；5中柱开关控制中心SZM；6遮阳卷帘第10页/共52页图4-10 空调出风口风门伺服电机的控制 LIN从控制单元等待LIN主控制单元的指令，仅根据需要与主控制单元进行通信。 为结束休眠模式，LIN从控制单元可自行发送唤醒信号。LIN从控制单元安装

6、在LIN总线系统设备上（如空调出风口风门伺服电机等）。第11页/共52页总线的数据传输1.传输速率LIN总线的数据传输速率为120Kbit/s，在LIN控制单元的软件内已经设定完毕。图4-11 LIN总线的数据传输速率2.信号电平如果无信息发送到LIN数据总线上或者发送到LIN数据总线上的是一个隐性电平，那么数据总线导线上的电压就是蓄电池电压。图4-12 LIN数据总线上的信号电平第12页/共52页3.传输安全性 LIN总线在收发隐性电平和显性电平时，通过预先设定公差值来保证数据传输的稳定性。为了能在有干扰辐射的情况下仍能收到有效的信号，实际接收的允许电压值要稍高一些。图4-13 隐性电平和显

7、性电平的公差值图4-14 实际接收的允许电压值第13页/共52页4.信息波形图4-15 LIN总线信息波形（1）带有从控制单元回应的信息。LIN主控制单元要求LIN从控制单元发送的信息标题内包含这样一些信息，如开关状态或测量值。该回应由LIN从控制单元来发送。 （2）带有主控制单元命令的信息。LIN主控制单元通过信息标题内的标志符来要求LIN从控制单元发送带有回应内容的数据。该回应由LIN主控制单元来发送。第14页/共52页5.信息标题 信息标题由LIN主控制单元按周期发送。如图4-16所示，信息标题分为同步暂停区、同步分界区、同步区和识别区四部分。图4-16 信息标题波形第15页/共52页6

8、.信息内容（回应）图4-17 LIN从控制单元回应主控制单元的查询信息图4-18 LIN从控制单元贯彻、执行主控制单元的指令第16页/共52页 回应由18个数据区构成（图4-19），每个数据区是10个二进制位，其中一位是显性起始位，一个是包含信息的字节，另外一个是隐性停止位。起始位和停止位是用于再同步从而避免传输错误的。 图4-19 回应由18个数据区构成7.信息的顺序 如果车上没有安装可以接收某一信息标题的控制单元，那么在示波器屏幕会出现没有回应的信息标题，但这并不影响系统的功能。图4-20 没有回应的信息标题第17页/共52页8.防盗功能 LIN总线还具有一定的防盗功能。只有当LIN主控制

9、单元发送出带有相应识别码的信息标题后，数据才会传至LIN总线上。由于LIN主控制单元对所有信息进行全面监控，所以无法在车外使用从控制单元通过LIN导线对LIN总线实施控制。图4-21 LIN总线不接受外来指令的控制第18页/共52页总线的自诊断1.利用故障检测仪VAS5051进行故障诊断图4-22 使用故障检测仪VAS5051对LIN总线系统进行故障诊断和检测第19页/共52页2.故障分析1）LIN总线短路图4-23 LIN总线对电源正极短路图4-24 LIN总线对电源负极短路 发生对电源正极或对电源负极短路时，LIN总线都会关闭，无法正常工作。第20页/共52页2）LIN总线断路 LIN总线

10、发生断路故障时，其功能丧失情况视发生断路故障的具体位置而定。 根据LIN总线发生故障时其功能的丧失情况，结合LIN总线控制关系并参阅电路图，就可以判断出发生断路故障的大致位置。图4-25 LIN总线发生断路故障第21页/共52页4.2 K总线协议总线协议简介 K总线协议在BMW车载网络系统中属于子总线系统，其用途非常广泛。 K总线协议采用线形、单线的网络结构，数据传输速率为9.6 Kbit/s。K总线协议基于K总线技术，由发射器、接收器和一根单线导线构成。 K总线协议目前用于下列系统： 图4-26 K总线协议的单线数据传输（1）多重乘员保护系统。（2）电子信息系统控制单元（紧急呼叫）。 （3）

11、座椅占用识别装置。 （4）车门外把手电子装置。 （5）驾驶员侧车门。 （6）防盗报警系统。（7）多功能座椅调整操作面板（图4-27）。第22页/共52页图4-27 多功能座椅调整操作面板总线协议的应用1.K总线协议在多重乘员保护系统中的应用 如图4-28所示，在美规BMW E83（X3）车型的多重乘员保护系统中，K总线协议用于多重乘员保护系统控制单元与组合仪表控制单元、灯光开关控制中心、OC3座椅占用识别装置之间的通信。第23页/共52页图4-28 美规BMW E83 多重乘员保护系统电路图1左侧前上部碰撞传感器；2数字式发动机控制单元DME；3组合仪表与安全气囊警告灯；4基本控制模块5 Re

12、design；5灯光开关控制中心；6电话；7右侧前上部碰撞传感器；8右侧安全气帘；9右前侧面安全气囊；10右前车门碰撞压力传感器；11右侧安全带拉紧装置；12右侧安全带锁扣开关；13-；14右侧B柱卫星式控制单元；15右后侧面安全气囊；16安全蓄电池接线柱；17左后侧面安全气囊；18右侧B柱卫星式控制单元；19左侧安全带锁扣开关；20左侧安全带拉紧装置；21左前车门碰撞压力传感器；22左前侧面安全气囊；23左侧安全气帘；24电动燃油泵；25燃油泵继电器；26驾驶员前部安全气囊；27安全气囊指示灯；28前乘客前部安全气囊；29OC3座椅占用识别装置；30MRS多重乘员保护系统控制单元第24页/共

13、52页2.座椅占用识别装置（OC3 座垫）图4-29 新型OC3座垫（左）与传统的座椅占用识别装置（右）的比较图4-30 OC3座垫电路原理图1压敏电阻元件；2输出信号；3电子分析装置；4输入信号第25页/共52页图4-31 成年人（左）和儿童座椅（右）的椅面压力分布图 OC3 座垫电子分析装置通过分析来自各个压敏电阻元件的信号，可以绘出椅面占用图，并确定出局部重心。通过座椅受压面的范围、压力分布图（图4-31）以及重心的位置，就可以准确地判断出坐在座椅上的是成年人还是一岁以下儿童（连同儿童座椅）。第26页/共52页 OC3 座垫的电子分析装置通过K总线协议向多重乘员保护系统控制单元发送数据信

14、息。如果座椅被识别为未占用，或者安装了一岁以下儿童使用的儿童座椅，则前乘客侧安全气囊停用。 多重乘员保护系统控制单元激活安全气囊警告灯，安全气囊警告灯亮表示前乘客侧安全气囊停用，即便遇到撞车情况，前乘客侧安全气囊也不会膨出。图4-32 位于车顶控制台的安全气囊警告灯1左侧免提话筒；2活动天窗按钮；3安全气囊警告灯；4紧急呼叫按钮；5右侧免提话筒第27页/共52页3.K总线协议在全景玻璃天窗系统中的应用 在BMW E83 （X3）全景玻璃天窗系统中，K总线协议用于全景玻璃天窗控制单元MDS、灯光开关控制中心LSZ以及基本控制模块GM5RD之间的通信（图4-33）。图4-33 BMWE83全景玻璃

15、天窗系统1全景玻璃天窗操作按钮；2全景玻璃天窗控制单元MDS；3灯光开关控制中心LSZ；4基本控制模块GM5RD；5车门触点；6遥控器FZV；7驾驶员侧车门锁；8全景玻璃天窗（滑动）电机；9全景玻璃天窗（升降）电机第28页/共52页4.3 BSD总线总线简介 BSD是Bit-serial data interface的简称，即位串行数据接口。在BMW车系中，BSD总线属于子总线系统，采用线形结构，数据以单线形式传输，传输速率为9.6 Kbit/s。 在早期生产的BMW车系中，BSD用于电源管理系统，在智能蓄电池传感器IBS与发动机控制单元之间传输数据，实现通信。图4-34 BSD总线的电源管理

16、1发动机；2发电机；3智能蓄电池传感器IBS；4蓄电池；5接线盒；6用电器（如后窗玻璃加热装置，加热式车外后视镜）；7发动机控制单元（电源管理系统）第29页/共52页总线的应用1.电源管理系统中的BSD总线 在电源管理系统中，智能蓄电池传感器IBS（Intelligent Battery Sensor）与发动机控制单元之间通过BSD总线传输数据，实现通信。图4-35 电源管理系统中的BSD总线1）智能蓄电池传感器IBS图4-36 智能蓄电池传感器IBS1蓄电池接线柱；2分流器；3间隔垫圈；4螺栓；5蓄电池负极接地（搭铁）线第30页/共52页智能蓄电池传感器（IBS）的功能主要包括：（1）持续检

17、测车辆各种行驶状态下蓄电池的电流、电压和电解液温度。 （2）检测蓄电池运行参数，作为计算蓄电池的充电状态（Sate of Charge，略作SoC）和蓄电池的健康状态（State of Health，略作SoH）的基础。（3）计算蓄电池起动电流特性曲线，以确定蓄电池的SoH，并平衡蓄电池充电/放电电流。（4）向上级控制单元（发动机控制单元）传输数据，通报蓄电池的SoC值和SoH值。（5）车辆休眠电流监控。（6）故障自诊断，全自动更新控制软件和自诊断参数。（7）休眠模式下的自醒功能。第31页/共52页2）电源管理图4-38 电源管理子程序的基本原理1蓄电池电压数据；2蓄电池电流数据；3蓄电池电解

18、液温度数据；4数字式发动机电子控制系统DME；5供电管理子程序；6EPROM 及特性线（蓄电池电压、电流、温度）；7发动机怠速转速调节；8发电机额定充电电压；9关闭停车用电器；10减小最大负荷；IN输入；OUT输出第32页/共52页电源管理子程序负责完成以下控制任务：（1）动态调节发电机充电电压。（2）提高发动机怠速转速以提高发电机输出功率。（3）电源系统功率不足时通过降低用电设备的功率来减小电源系统的负荷。降低功率，如周期性接通、关闭后窗加热装置（扬汤止沸）。如果通过降低功率的手段仍不能缓解供电紧张问题，则在极端情况下可以关闭个别用电器（釜底抽薪）。根据当前电源系统可提供的电量，电源管理系统

19、采用脉宽调制（PWM）方式控制基于PTC原理的电加热器的工作，PWM信号频率为160 Hz。（4）根据由BSD总线传来的信息，在蓄电池达到起动能力极限时进行抛负载控制，借助微型供电模块（图4-39）断开停车预热装置或电话等停车用电器。第33页/共52页 图4-39 微型供电模块原理图1蓄电池（负极接线柱上安装有智能蓄电池传感器IBS）；2数字式发动机电子控制单元DME；3汽车前部电流分配器；4微型供电模块；5汽车后部电流分配器；BSD位串行数据接口；K-CAN车身CAN总线；Kl.15总线端Kl.15；Kl.15WUP总线端Kl.15唤醒第34页/共52页（5）通过电源管理子程序控制蓄电池充电

20、平衡。（6）计算蓄电池的健康状态SoH。（7）向IBS传输数据。在DME/DDE进入休眠模式之前，下列数据通过BSD传输至IBS：蓄电池的充电状态SoC。蓄电池的健康状态SoH。车外环境温度。蓄电池可供使用的电量。总线端Kl.15唤醒（许可）。总线端Kl.15唤醒（闭锁）。DME/DDE关闭。（8）休眠电流诊断。第35页/共52页2.拓展的BSD总线功能图4-40 拓展的BSD总线功能 在近期生产的BMW车型中，BSD的通信功能得到了进一步的拓展，除了连接智能蓄电池传感器IBS与发动机控制单元之外，BSD还将机油状态传感器、发动机电动冷却液泵与发动机控制单元连接起来。第36页/共52页1）电动

21、冷却液泵图4-41 电动冷却液泵1冷却液泵；2驱动冷却液泵的电动机；3电子模块（EWPU）第37页/共52页2）机油状态传感器 机油油位、机油品质、机油温度等参数由机油状态传感器检测，经传感器内集成的电子分析装置分析之后转变成电信号，通过位串行数据接口 BSD传输给发动机电子控制单元DME，DME再将这些信息通过PT-CAN、SGM和K-CAN发送至组合仪表和中央信息显示器（CID）。机油油位以电子信息的形式在CID上显示出来。图4-42 机油油位以电子信息的形式在CID上显示第38页/共52页图4-43 机油状态传感器（OEZS）结构示意图1壳体；2外部金属管；3内部金属管；4机油（发动机润

22、滑油）；5机油油位传感器；6机油状态传感器；7传感器电子装置；8油底壳；9温度传感器第39页/共52页4.4 蓝牙技术蓝牙技术简介1.蓝牙技术的无线连接功能 蓝牙技术是一种支持短距离通信（一般10m以内）的无线电技术。能在移动电话、掌上电脑（PDA）、无线耳机、笔记本电脑、无线鼠标、计算机相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。 利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网（Internet）之间的通信，从而使数据传输变得更加迅速和高效，为无线通信拓宽了道路。 蓝牙技术采用分散式网络结构以及快速跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2

23、.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。蓝牙技术使用IEEE802.15协议，采用时分双工传输方案实现全双工传输，其数据传输速率可达1Mbit/s。第40页/共52页蓝牙设备蓝牙无线鼠标 第41页/共52页蓝牙设备掌上电脑（PDA）第42页/共52页蓝牙设备掌上电脑（PDA）蓝牙设备蓝牙无线耳机 第43页/共52页 如图4-47所示，蓝牙技术的收发器使用的是2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频带，其带宽在2.4022.480GHz之间。图4-47 蓝牙技术的工作带宽及信道划分 在该带宽内，设立79个频带为1MHz的信道，以每秒切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩展技术来实现无线电波的收发，且能同时支持同步通讯和异步通讯。第44页/共52页2.蓝牙名称的起源 蓝牙这个名称来自于第10世纪的一位丹麦国王Harald Blatand。因为Harald Blatand国王喜欢吃蓝梅，天长日久，其牙龈呈现蓝色，故得“蓝牙”这一绰号。图4-48 蓝牙标志（logo）的设计 蓝牙标志 蓝牙标志 第45页/共52页蓝牙技术的工作原理1.蓝牙技术的数据传输 短距离无线电收发器（发射器和接收器）直接安装在所选用的移动装置内或集成在适配器（如PC卡、USB等）内。 图4-51 BluetoothTM模块在每个蓝牙微网上，有一个装置执行主控功能：（1）主控装置首先与其他蓝牙设