《汽车总线技术》-第6 章 网关与诊断总线系统故障检修

6.1网关例如，从一个房间走向另一个房间，需要经过一扇门。同理，从一个网络向另一个网络发送信息，也需要经过一道“关口”，这道关口就是网关。2.网关的作用（1）网关可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD-Ⅱ诊断数据语言，方便诊断。（2）网关可以实现低速网络和高速网络的信息共享。（3）与计算机系统中的网关作用一样，负责接收和发送信息。（4）激活和监控局域网的工作状态。（5）实现汽车网络系统内数据的同步性。（6）对信息标识符做翻译。上一页下一页返回6.1网关网关就是用于连接不同类型总线系统的设备。如图6-1所示，通过网关可以连接具有不同逻辑和物理性能的总线系统。因此尽管各个总线系统的数据传输速率不同，网关仍能保证数据交换的正常进行。也就是说，不同传输速率的数据总线通过网关得以协同工作，如图6-2所示。在图6-2中，传输速率为100kbit/s的K-CAN（车身CAN总线）相当于自行车的速度，传输速率为500kbit/s的PT-CAN（动力传输系统CAN总线）相当于载货汽车的速度，传输速率为10Mbit/s的安全气囊系统总线（byteflight）相当于小轿车的速度，传输速率为22.5Mbit/s的影音娱乐系统总线（MOST）相当于超级跑车的速度。尽管各总线系统的数据传输速率和数据流量都不同，且相差巨大，但在安全和网关模块（SGM）的统筹安排与指挥调度下，却能平稳运行、协同工作。上一页下一页返回6.1网关不同总线系统的输出数据到达网关后，网关要对其作进一步的处理。在网关中过滤各个信息的速度、数据量和紧急程度，并在必要时进行缓冲存储。同时，还要作故障的监控和诊断工作。3.网关的工作原理可以用火车站转换旅客的过程来说明网关的工作原理，如图6-3所示。如图6-4

所示，在沈阳北站，站台A到达一列特快列车（如驱动CAN总线，数据传输速率为500kbit/s），车上有数百名乘客。在站台B上已经有一列普快列车（如舒适/信息CAN总线，数据传输速率为100kbit/s）在等待，有一些乘客就换到这列普快列车上，有一些乘客要换乘特快列车继续旅行。上一页下一页返回6.1网关车站和站台的这种换乘功能，即让旅客换车，以便通过速度不同的交通工具到达各自目的地，与驱动CAN总线和舒适/信息CAN总线两系统网络的网关功能是相同的。网关的主要任务是使两个数据传输速率不同的系统之间能正常进行信息交换。6.1.2网关的安装位置及其电路在BMW车系中，中央网关模块（ZGM）、安全网关模块（SGM）、多音频系统控制器（M-ASK）、便捷进入及启动系统（CAS）、控制显示（CD）、组合仪表、车身网关模块（KGM）等控制单元都具有网关功能。在奥迪和大众车系中，根据车型的不同，网关可能安装在组合仪表内、车上供电控制单元内，或设有独立的网关控制单元。由于通过CAN总线的所有信息都供网关使用，所以网关也用作诊断接口。以前奥迪和大众车系是通过网关的K线来查询诊断信息的，从途安（Touran）汽车开始改为通过诊断CAN总线来完成这个工作。上一页下一页返回6.1网关1.奥迪A8的网关J533奥迪2003款A8乘用车网关J533将驱动CAN总线、舒适CAN总线、组合仪表CAN总线、诊断CAN总线、影音娱乐系统MOST总线以及车距调节（自适应巡航）系统CAN总线连接在一起，将其构成一个完整的汽车网络系统。如图6-5所示，奥迪2003款A8乘用车网关J533安装在前排乘员手套箱后面，其外观如图6-6所示，所连接的总线如图6-7所示，电路如图6-8所示。2.奥迪A3的网关J533奥迪2004款A3乘用车网关J533将驱动CAN、舒适CAN总线、组合仪表CAN总线、诊断CAN总线和信息娱乐系统CAN总线连接在一起，将其构成一个完整的汽车网络系统。与奥迪2003款A8乘用车网关J533不同的是，奥迪2004款A3乘用车的网关J533没有连接影音娱乐系统MOST总线以及车距调节（自适应巡航）系统CAN总线。上一页下一页返回6.1网关如图6-9所示，奥迪2004款A3乘用车网关J533安装在仪表板下的踏板旁、驾驶员右脚的上方，其连接电路如图6-10所示。3.大众速腾网关J533大众速腾汽车的网关J533如图6-11所示，负责将动力系统、舒适系统、信息系统、组合仪表、诊断总线、LIN总线等连接成网络。大众速腾汽车的网关J533安装在仪表板下方，加速踏板的上方，如图6-12

所示。网关J533的针脚功能说明如图6-13所示。需要说明的是，所有控制单元必须先在网关上注册，经网关认证通过之后，才能够进行正常的通信。上一页返回6.2诊断总线6.2.1K诊断总线2000年以前，奥迪、大众车系使用K诊断总线（简称K线）传输故障信息。K诊断总线用于汽车故障诊断仪与相应控制单元之间的信息交换，负责网关与故障诊断接口之间的通信，如图6-14所示。故障信息存储在控制单元的存储器中，将故障检测仪连接到故障诊断接口上，也就实现了故障检测仪与K诊断总线的连接。借此，就可以读出相应的故障信息，并进行故障诊断，如图6-15所示。6.2.2大众车系的诊断CAN总线1.诊断CAN总线随着汽车技术的不断进步，汽车上的控制单元越来越多，诊断系统需要传输的数据量也越来越大，K诊断总线已经无法满足信息传输流量和传输速率的要求。下一页返回6.2诊断总线2000年后，奥迪车系、大众车系开始采用汽车诊断、测量和信息系统VAS5051或汽车诊断和服务信息系统VAS5052来进行自诊断，并通过诊断CAN总线完成诊断控制单元和车上其他控制单元之间的数据交换。早期使用的诊断导线（K线或L线）就不再使用了（与废气排放监控相关的控制单元除外），由诊断CAN总线取而代之。诊断CAN总线采用未屏蔽的双绞线，如图6-16所示，其截面积为0.35mm2。CAN-L导线是橙/褐色。CAN-H导线是橙/紫色。数据传输速率为500kbit/s，双向同时传输数据。如图6-17和图6-18所示的汽车网络系统中，各个控制单元的诊断数据经各自的数据总线传输到网关J519或J533，再由网关利用诊断CAN总线传输到故障诊断接口。通过诊断CAN总线和网关的快速数据传输，诊断控制单元就可在连接到车上后快速显示出车上所装元件及其故障状态。上一页下一页返回6.2诊断总线随着诊断CAN总线的推广应用，大众汽车集团已经逐步淘汰控制单元内部的故障存储器（K线储存器）。因为诊断CAN总线承担着原来K线的任务，为了缅怀K线因此也将诊断CAN总线称为“虚拟K线”。2.新型诊断接口诊断CAN总线取代K诊断总线（K线或L线）之后，对车上的故障诊断接口也作了改进。新型诊断接口的针脚布置如图6-19所示，各个针脚的用途见表6-1。由表6-1可知，新型诊断接口仍然保留了K线和L线的针脚，以确保系统向下兼容功能。采用诊断CAN总线和新型诊断接口之后，除了需要对汽车故障诊断仪（如VAS5051）进行软件升级之外，还需要使用新的诊断连接导线（用于连接新型诊断接口和汽车故障诊断仪）。这种与诊断CAN总线匹配的新的诊断连接导线（图6-20）有两种规格，其代号分别为VAS5051/5A（长3m）和VAS5051/6A（长5m）。上一页下一页返回6.2诊断总线如图6-21所示为汽车故障诊断仪VAS5051与故障诊断接口的连接示意图，从中既可以看出诊断连接导线的作用（用于连接新型诊断接口和汽车故障诊断仪），又可以看出故障信息的传输过程。6.2.3宝马车系的诊断CAN总线1.D-CAN总线宝马汽车集团将BMW车系的诊断CAN总线称为D-CAN总线。D-CAN总线采用线型、双线结构，最大数据传输速率为500kbit/s。连接好BMW诊断系统后，网关（接线盒控制单元）将BMW诊断系统的请求传输给内部总线，之后，应答以相反的方向同时进行。上一页下一页返回6.2诊断总线美国的相关法规要求，从2008年起，所有在美国市场上销售的汽车必须安装D-CAN总线，过渡阶段从2006年9月开始。为了适应这一要求，BMW车系的D-CAN总线早已开始取代以前的故障诊断接口及基于KWP2000（KeywordProtocol2000）的协议。首先采用D-CAN总线的是E70（BMWX5）和R56（MiniCooper），此后生产的BMW汽车都已经开始采用D-CAN总线。2.D-CAN故障诊断接口采用D-CAN总线之后，BMW车系的故障诊断接口（故障诊断插座）也作了相应的改进，淘汰了原来的故障诊断接口，如图6-22所示。新的与D-CAN总线匹配的故障诊断接口，如图6-23所示。如图6-24所示，D-CAN故障诊断接口（故障诊断插座）安装在驾驶员侧仪表板下方，驾驶员左脚脚踏板的上方。D-CAN故障诊断接口（故障诊断插座）与诊断仪的连接如图6-25所示。上一页下一页返回6.2诊断总线采用D-CAN总线之后，对汽车网络系统进行故障诊断时，需要使用光学编程系统OPS或光学检测和编程系统OPPS及相应的OBD连接导线，如图6-26和图6-27所示。就检测和编程功能而言，光学检测和编程系统OPPS比光学编程系统OPS多了一个byteflight接口，可利用该接口测试控制单元，而OPS则取消了该接口。上一页返回图6-1通过网关可以连接具有不同逻辑和物理性能的总线系统返回图6-2不同传输速率的数据总线通过网关协同工作返回图6-3网关的作用与火车站相似返回图6-4旅客换乘火车与网关的数据交换过程对比返回图6-5奥迪2003款A8乘用车网关J533安装在前排乘员手套箱后面返回图6-6奥迪2003款A8乘用车网关J533实物图返回图6-7奥迪2003款A8乘用车网关J533所连接的总线返回图6-8奥迪2003款A8乘用车网关J533的电路图返回图6-9奥迪2004款A3乘用车网关J533的安装位置返回图6-10奥迪2004款A3乘用车网关J533的连接电路图返回图6-11大众速腾汽车的网关J533返回图6-12大众速腾汽车网关J533的安装位置返回图6-13速腾网关J533的针脚功能说明返回图6-14K诊断总线负责网关与诊断数据接口之间的通信返回图6-15故障检测仪与K诊断总线的连接返回图6-16诊断CAN总线采用未屏蔽的双绞线

如返回图6-17诊断数据经网关（J519）利用诊断CAN总线传输到故障诊断接口返回图6-18诊断数据经网关（J533）利用诊断CAN总线传输到故障诊断接口返回图6-19新型诊断接口的针脚布置返回表6-1新型诊断接口的针脚用途返回图6-20与诊断CAN总线匹配的新的诊断连接导线返回