1、汽车总线技术(第二版)21世纪高职高专规划教材汽车系列PART 01第1章汽车单片机基础PART 02第2章汽车网络技术基础PART 03第3章大众轿车CAN总线系统及总线装置修 PART 04第4章CAN总线控制系统的维修PART 05第5章车载网络系统的通信PART 06第6章汽车总线电路的读识目录CONTENTSPART 07第7章汽车媒体网络PART 01第1章汽车单片机基础单片机系统单片机的软件系统微机的外部设备单片机的接口与通信常用单片机学习任务1 单片机系统学习任务1 单片机系统1.能够描述单片机系统的基本组成和最简化的单片机系统。2.能够正确描述单片机主要硬件及其作用。【学习目
2、标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务1 单片机系统 大家见过单片机吗?其实它就藏在我们日常生活的常用设备中:手机、电子表、器、掌上游戏机、数码照相机、录音笔、电视与空调的遥控器以及汽车电脑板等。在PC内部也有单片机,它化身成光驱的激光读取头的控制器以及网卡、键盘和鼠标的控制芯片等。图1 1所示是丰田5A-FE发动机电脑主板,它的核心部件就是单片机。学习任务1 单片机系统 如图1 2所示,所有计算机系统都由CPU、内存、I/O和外部设备组成。学习任务1 单片机系统 以AT89C2051单片机为例,最简化系统只需要一个+5V电源,可以用干电池或稳
3、压电源提供;由+5V电源和一个电容组成的复位电路;一个石英晶体和两个电容组成的振荡电路。满足以上3个硬件条件,同时存入相应程序,就可以实现对控制对象发光二极管的控制。学习任务1 单片机系统 汽车用微机和通用微机的硬件系统的基本组成大致相同,都包括运算器、控制器、存储器、外部设备、接口等。大规模集成电路已将计算机的运算器及控制器集。1.中央处理器2.存储器3.输入/输出接口成在一块芯片上,该芯片即为单片机。学习任务1 单片机系统1.中央处理器 (1)指令简介。用计算机解决任何问题,都要先把问题的解法分解为非常简单的步骤,让计算机一步一步地按这些步骤去做。计算机所能执行的基本操作是由计算机的指令所
4、规定的。计算机全部指令的集合称为该计算机的指令系统。指令系统准确定义了计算机的处理能力。不同的计算机有不同的指令系统,从而形成各自的特点和差异。指令规定了计算机的基本操作类型和操作的地址。它们在机器内部是以二进制编码形式表示的。指令也和数据一样存放在存储器中。学习任务1 单片机系统1.中央处理器 (2)中央处理器的组成。中央处理器(CPU)是整个计算机硬件部分的指挥中心。CPU根据程序中的一条条指令控制计算机各部分协调地工作,完成对数据进行加工和处理的任务。CPU由两部分组成:一为控制器,简写为CU,控制各部分协调工作;二为算术逻辑运算器,简写为ALU,负责算术和逻辑运算,核心为一个运算器。为
5、了提高计算机的效率,CPU 中一般还包括一组寄存器,它们由指令计数器、指令寄存器、变址寄存器、堆栈指针、若干通用寄存器和反映计算机状态的状态指示寄存器等组成。寄存器具有存储功能,同时由于这些寄存器是由一些高速电子线路构成的,并且处于CPU的内部,所以,其存取速度较存储器快。学习任务1 单片机系统2.存储器 存储器一般分为两种:能读出也能写入的存储器称为随机存储器,简称RAM;只能读出的存储器称为只读存储器,简称ROM。在单片机中,RAM 主要用来暂时存储计算机输入/输出数据(传感器和执行器数据)和计算过程中产生的中间数据等。根据需要,RAM 的数据可随时调出或被新的数据代替(改写)。当电源切断
6、时,所有存入RAM 的数据均完全消失。ROM 用来存储固定数据,即存放各种永久性的程序和永久性、半永久性的数据,单片机中的ROM 一般用来存放程序,如电子控制燃油喷射发动机系统中的一系列控制程序软件、喷油特性、点火控制特性以及其他特性数据等。这些信息资料一般都是在制造时由厂家一次性存入,使用时无法改变其中的内容,当电源切断时,存入ROM 的程序不会丢失,通电后又可以立即使用。学习任务1 单片机系统3.输入/输出接口 输入/输出接口也称为I/O,它是单片机与外界沟通的桥梁,连接传感器、执行器、显示器等外部设备,同时也可以与其他计算机相连进行数据交换(通信)。学习任务2 单片机的软件系统学习任务2
7、 单片机的软件系统1.掌握将程序写入单片机的方法。2.认识单片机的软件系统。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务2 单片机的软件系统 一般先在PC的应用软件上编写程序,经过编译程序将其翻译成机器码的二进制文件后,就可以由PC发送给刻录器并对单片机进行刻录。刻入单片机后再把该芯片放到已布好线等待测试的硬件线路板上,接上电源后,看程序执行是否如预期。如果不是,那么可能是程序某个部分有错误,这时就要重新进入程序主体,判断哪一部分出了问题,再重新编译与刻录,之后再做测试。单片机的开发过程是由多次“修改”构成的,当然其中也包括硬件的修正。学习任
8、务2 单片机的软件系统 对于较复杂的单片机系统,如汽车电控系统,就必须配备操作系统才能工作。由于单片机的操作功能比较简单,还算不上名副其实的操作系统,因而被称为监控程序。微机的系统软件包括:操作系统、各种语言的编译程序及应用软件和工具软件等。学习任务2 单片机的软件系统 在汽车微机控制系统中,除硬件设备外,还必须配备一定的软件。软件包括系统软件和应用软件两类。系统软件一般包括安卓系统、Windows操作系统等,随着智能化汽车的发展,人机交互越来越多,系统软件的应用越来越广。应用软件则要根据使用场合及硬件配置情况由汽车制造厂自己编制。汽车微机控制系统中的应用软件是为了过程控制或其他控制而编制的用
9、户程序,对软件的实时性要求很高,多数情况下采用汇编语言。在微机控制系统中,控制对象都是不一样的,不仅控制系统本身的硬件配置不同,而且系统应用软件也各不相同。但控制系统中的应用软件必须满足实时性、针对性、灵活性、通用性和可靠性这几个方面的基本要求。学习任务3 微机的外部设备学习任务3 微机的外部设备认识微机的主要外部设备和常用汽车电控系统设备。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务3 微机的外部设备 微机控制系统一般由传感器、控制器(单片机为核心)和执行机构三部分组成。在微机控制系统中,传感器是把非电信号(温度、压力、转速等)转化为电信号
10、(一般为电压和脉冲频率形式)以供计算机识别的装置。同样,在汽车微机控制系统中,控制和检测对象的参数尽管是多种多样的,但都要变成电信号,这种电信号可分为模拟信号和数字信号两种。学习任务3 微机的外部设备 (1)模拟传感器。微机控制对象的各种被测参数如冷却液温度、空气流量、转速等都是通过传感器变成模拟信号,然后经过A/D转换器转变成数字信号进入CPU。(2)数字传感器。数字传感器大都产生离散信号。例如,转速传感器产生的信号,过数字传感器的预处理变成CPU要求的标准脉冲后,进入CPU控制的计数器,通过测频或测周期的算法,就可求出相应的转速值。学习任务3 微机的外部设备 执行装置是指单片机驱动的受控对
11、象的部件,如图1 3中的发光二极管、汽车电喷射的喷油器(电磁阀)、自动空调的风门电动机等,分为由模拟信号控制和数字信号控制的两种执行装置。(1)模拟执行装置。模拟执行装置是单片机的输出装置,例如,自动空调的内外风转换电磁阀、节气门开度控制器等。(2)数字执行装置。汽车数字执行装置有喷油器的电子线圈、电子点火线圈、自动变速器的占空比控制电磁阀等。学习任务3 微机的外部设备学习任务3 微机的外部设备 键盘是人和计算机对话的主要设备之一。人们通过键盘将编好的程序、命令等信息输入微处理机。汽车上用的许多微机系统一般无须安装键盘。此类微机是专门用于汽车检测与自动控制(如点火、喷油、防滑制动控制等)的。它
12、的程序是事先编好并存储于微机的存储器内,且是固定不变的,只要通过传感器等信号启动相应的程序即可完成自动控制。当汽车的自动控制系统出现故障,需要调用系统的自诊断程序时,可以通过开关或简单的连接线实现人机对话。但也有许多汽车微机控制系统装有微型键盘,以便于人机对话,如自动空调控制键盘、导航控制键盘等。学习任务3 微机的外部设备学习任务3 微机的外部设备 显示器是计算机的输出装置。汽车上的显示器主要有LED(发光二极管)、LCD(液晶显示器)和CRT(阴极射线显像管)等。学习任务3 微机的外部设备 因为计算机的直接寻址范围受地址总线的限制,如16位地址线,最大寻址范围只有64KB,一般是不够用的。因
13、此,需要外部存储器支持。另外,如果程序存放在外部存储器ROM 中,当厂家需要对控制程序进行修改或更新时,只需要更换ROM 芯片即可。学习任务4 单片机的接口与通信学习任务4 单片机的接口与通信1.了解接口的基本概念和通信的基本原理。2.掌握总线和总线标准的概念。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务4 单片机的接口与通信 接口也称为输入/输出(I/O)口,是一种在计算机和外围设备之间控制数据流动和数据格式的电路。简单地说,接口就是连接两个计算机或电子设备单元的部件。计算机、单片机系统以及外围设备等相互之间进行的数据和信息交换称为通信。学
14、习任务4 单片机的接口与通信 如MCS-51单片机具有并行和串行两种通信方式,它和外部的并行通信是通过4个并行I/O端口实现的;和外部的串行通信是通过芯片P3端口的第二功能引脚RXD及TXD实现的,如图1 7所示。学习任务4 单片机的接口与通信 同时传输两位或两位以上的数据称为并行传输。以并行传输方式通信时,多位数据(如8位数据)的各个位同时传送,如图1 8所示。微机内部几乎都采用并行传输方式。由于CPU与外部设备的速度不同,外部设备的数据线不能直接接到总线上,为使CPU与外部设备的动作匹配,两者之间需要有缓冲器和锁存器。缓冲器和锁存器用于暂时保存数据。具有这些功能的接口称为并行接口。学习任务
15、4 单片机的接口与通信 并行通信的优点是通信速度快;缺点是数据有多少位,就需要多少根数据线,显然通信成本较高。MCS-51单片机与片外存储器之间的数据通信就属于并行通信,计算机内部的数据传输基本上采用并行通信。由于并行通信占用数据线多、传输距离短,因此计算机之间以及计算机与外围设备之间进行的通信大都采用串行通信。学习任务4 单片机的接口与通信 一次传输一位数据称为串行传输,如图1 9所示。以串行传输方式通信时使用的接口称为串行接口,它由接收器、发送器和控制器三部分组成。接收器把外部设备送来的串行数据变为并行数据送到数据总线;发送器把数据总线上的并行数据变为串行数据发送到外部设备。控制器是控制上
16、述两种变换过程的电路。串行接口的主要用途是进行串/并、并/串转换。学习任务4 单片机的接口与通信1.总线的功能 总线(BUS)传送的是数据信号,是计算机各模块之间、计算机与外部设备之间、计算机与计算机之间传输信息的公共通道。之所以称为总线,是因为每个模块或计算机在经过批准后都可以使用这个公共通道来传输信息。学习任务4 单片机的接口与通信2.总线信号传输与导线模拟信号传输的区别 如果导线传送的是模拟信号,那么该信号一般是连续的电信号,如图1 10所示为模拟信号的传输,上面的导线频率信号代表曲轴转速的快慢,下面的导线电压信号代表发动机爆燃的强弱,一般一根导线只传递一种模拟信号。学习任务4 单片机的
17、接口与通信学习任务4 单片机的接口与通信3.总线的应用 计算机系统中需要进行大批量、高速率的数据传输。数据传输在计算机系统的集成电路芯片的内部、集成电路芯片之间、计算机内部各部件之间、计算机与计算机之间、计算机与其他仪器或设备之间进行。所有这些数据传输必须依赖总线来进行。总线是这些数据传输的必经之路。学习任务4 单片机的接口与通信4.接口电路与总线技术 在计算机系统中,接口电路是计算机之间、CPU 与各种外部设备之间进行大批量信息交换的中间电路,数据信号发送时需要“打包”,而接收时需要“解包”,这些工作也都是由接口来完成的。为了充分发挥总线的功能,接口电路的设计、生产、使用必须符合一定的总线标
18、准。总线技术是接口电路设计、生产、使用的最重要的技术之一,通用总线必须标准化。总线的标准化有利于简化接口电路的设计和生产,有利于增加接口电路产品的通用性(兼容性)。学习任务4 单片机的接口与通信5.单片机之间的通信 在相同型号的两台单片机之间进行通信(数据交换),只需要把单片机的I/O接口直接相连,通过一定的程序就可以实现,如图1 12所示,就像两个使用同一语种的人直接对话。学习任务4 单片机的接口与通信学习任务5 常用单片机学习任务5 常用单片机了解MCS-51单片机的内部结构,以及MCS-51和P87C591的功能。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实
19、验演示相结合。学习任务5 常用单片机 1.MCS-51单片机简介 1980年Intel公司推出了8位高档MCS-51系列单片机,这是一代至今还被人们广泛应用的性能优异的单片机。MCS-51系列单片机的应用非常广泛,本节将详细介绍。学习任务5 常用单片机2.MCS-51单片机的基本组成学习任务5 常用单片机3.MCS-51单片机的引脚功能P0.0P0.7:P0口8位双向I/O接口线;P1.0P1.7:P1口8位双向I/O接口线;P2.0P2.7:P2口8位双向I/O接口线;P3.0P3.7:P3口8位双向I/O接口线。ALE:地址锁存控制信号。PSEN:外部程序存储器读取信号。EA:访问程序存储
20、控制信号。RST:复位信号。XTAL1和XTAL2:外接晶体引线端。VSS:地线。VCC:+5V电源。学习任务5 常用单片机1.简介 P87C591是一个单片8位高性能单片机,其具有片内CAN控制器,是80C51单片机家族中非常优秀的一员。它采用了强大的80C51指令集,并成功地包含了PHILIPS公司SJA1000CAN控制器的强大功能。P87C591单片机以其先进的CMOS工艺制造和设计,广泛应用于汽车和通用的工业中。除了80C51的标准特性之外,该器件还为这些应用提供许多专用的硬件功能,主要是便于和CAN总线进行连接。学习任务5 常用单片机2.特性(1)16KB的内部程序存储器。(2)5
21、12KB片内数据RAM。(3)3个16位定时/计数器T0、T1(标准80C51)和T2(捕获和比较)。(4)1个片内看门狗定时器T3。(5)带6路模拟输入的10位模/数转换器(ADC),可选择的快速8位ADC。(6)2个8位分辨率的脉宽调制输出(PWM)。(7)32个可编程的总线I/O接口。(8)保密位,32KB加密阵列。(9)4个中断优先级,15个中断源。(10)有两个16位的DPTR寄存器可以提供对外部数据存储器的寻址方法。(11)可禁止ALE以实现降低EMI。(12)低电平复位信号。(13)增强型PeliCAN内核。(14)温度范围-4085。(15)提供44引脚的LCC封装。学习任务5
22、 常用单片机PART 02第2章汽车网络技术基础汽车微机控制基础总线技术基础汽车全车网络概述学习任务1 汽车微机控制基础学习任务1 汽车微机控制基础1.能够简单叙述汽车电子控制单元的基本构成和各部分的基本作用。2.能够正确描述汽车电子控制单元的连接类型及主要特点。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务1 汽车微机控制基础 微机控制系统(简称电控系统)是指采用微机作为控制装置的自动控制系统。任何一种微机控制系统,其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元(ECU)和执行元件三大部分。学习任务1 汽车微机控制基础 电控系统有两种基本类型:
23、开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统的控制方式是ECU只根据各传感器信号对执行元件进行控制,而不查控制的结果是否达到预期目标。闭环控制系统对其控制结果进行检测,并将检测结果(即反馈信号)输入ECU,ECU则根据反馈信号对其控制过程进行修正,使控制结果更接近控制目标。发动机在高速行驶时的空燃比控制就是闭环控制系统,通过氧传感器对控制结果进行检测,如果空燃比超过理论空燃比,氧传感器就输出高电平,ECU 控制喷油嘴减少喷油量,反之则增加喷油量,这样发动机一直工作在理论空燃比附近。由此可见,闭环控制系统的控制精度比开环控制系统高。学习任务1 汽车微机控制基础 汽车微机控制系统是由多个ECU构成的复
24、杂系统。每个ECU的功能各不相同,它们相互配合才能完成整个任务。学习任务1 汽车微机控制基础 随着电子技术的迅速发展,汽车电子化程度越来越高。从发动机控制到传动系控制,从行驶、制动、转向系控制到安全保证系统及仪表报警系统,从电源管理到为提高舒适性而做的各种努力,汽车电子系统形成了一个复杂的大系统。这些系统除了要确保各自的电源、传感器和执行器正常运行外,还需要互相通信,若仍沿用常规的点点间的布线法进行布线,那么不但整个汽车的布线将会如一团乱麻,而且会极大影响控制系统的稳定性。解决的方法有两种,一种是尽量减少各系统之间的通信,各微机控制系统相对独立,1995年以前开发的轿车大都采用这种布局,如图2
25、 3所示。另一种是既要协调各个控制系统的关系,又要使通信网络和布线简单,基于计算机网络和现场控制技术基础的汽车总线技术应运而生,如图2 4所示。学习任务1 汽车微机控制基础学习任务2 总线技术基础学习任务2 总线技术基础掌握计算机控制系统的分类,以及现场总线的组成和原理。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务2 总线技术基础 计算机控制系统有：直接数字控制系统(DirectDigitalControlSystem,DDCS)、分布式控制系统(DistributedControlSystem,DCS)基于现场总线(FieldBUS)的分布
26、式控制系统学习任务2 总线技术基础学习任务2 总线技术基础 在现场总线控制系统中,一般按照传感器和控制器的就近区域来分配控制电脑,一个区域也就是一个现场,有一个控制电脑,通过总线把各个控制电脑连接起来,因此称为现场总线。如大众汽车方向盘附近就是一个现场,设置了一个控制电脑J527,将方向盘附近的所有传感器、开关和执行器均连接到J527,由J527接收和发送信息并完成相应的控制。学习任务2 总线技术基础1.现场总线的组成学习任务2 总线技术基础学习任务2 总线技术基础2.现场总线的工作原理(1)节点的构成原则。同一现场原则:传感器、执行器与控制器的安装位置距离很近,这样可以最大程度地节省传感器和
27、执行器与控制器相连的模拟信号连接线。如奔驰W220的左前转向灯和左大灯在一个节点(左前SAM 控制单元)上,而右前转向灯和右大灯在一个节点(右前SAM控制单元)上。大众轿车的转向柱模块(节点)上包括转向柱附近的所有开关、传感器和执行器。实时控制原则:控制器接收的传感器信号和对执行单元的控制信号必须满足该控制系统实时控制的要求,如果实时控制时间很短而网络信息传输速度不能满足要求,传感器和执行器就必须与控制器放在一个节点内。如发动机控制在5000r/min时,控制实时周期约33s,如果用125kbit/sCAN总线传输信息,传输每个传感器信息所需时间约为几十微秒以上,显然网络传输速度不能满足要求,
28、因此目前发动机控制系统的传感器和执行器一般都与发动机控制单元在同一个节点上。学习任务2 总线技术基础2.现场总线的工作原理(2)节点(控制模块)和单片机控制系统的区别。节点和控制系统最大的区别是,一个节点的各传感器和执行器可以分属于不同的控制系统,即传感器信号对于本节点控制的执行器不一定是有用的信号,节点只负责把传感器的信息发送到网上。而该执行器所需的传感器信号也不一定在该执行器的节点上,可以在其他节点上,控制单元可以从总线上获得该控制系统所需的传感器信息,然后决策并对执行器进行控制。学习任务2 总线技术基础3.CAN总线节点之间的关系 现场总线是一个网络系统,与Internet是一样的,CA
29、N总线节点之间满足共享和对等原则。每一个节点如同网络上的一台计算机,可以向网络发送信息,同时也可以接收网络信息。节点可以根据这些信息决定操作策略,向执行器发送指令。各节点之间的关系是平等的,节点的信息(包括所有传感器信息和控制信息)都是共享的。学习任务2 总线技术基础(1)经济性。(2)可靠性。(3)可控性。(4)综合性。(5)互换性和互操作性。(6)开放性。学习任务3 汽车全车网络概述学习任务3 汽车全车网络概述掌握常用的汽车网络的标准、汽车网络的分类和应用。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务3 汽车全车网络概述 众多国际知名汽车
30、公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用。迄今为止,已有多种网络标准,如SAE的J1850、德国大众的ABUS、博世的CAN、美国商用机器的AutoCAN、ISO的VAN、马自达的PALMNET等。学习任务3 汽车全车网络概述 A类:面向传感器/执行器控制的低速网络,数据传输速率通常只有(110)kbit/s,主要应用于电动门窗、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,传输速率一般为(10100)kbit/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,以减少冗余的传感器和其他电子部件。C类:面向高速、实时闭环控制的多路传输网,
31、最高传输速率可达1Mbit/s,主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统,以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到目前为止,满足C类网要求的汽车控制局域网只有CAN协议。学习任务3 汽车全车网络概述 如图2 8所示的汽车防盗报警系统是典型的A类网络系统应用实例。学习任务3 汽车全车网络概述 由控制局域网CAN组成的典型B类网络系统如图2 9所示。车辆信息中心和仪表组单元无须单独连接液位、温度、车灯、车门及安全带等信号传感器,就能从总线上获取上述信息,大大地减少了传感器和其他电子部件数量,有效地节约了安装空间和系统成本。学习任务3 汽车全车网络概述 本书给出的组合网络系统如图2
32、10所示,图中没有摒弃A类网,而是通过车身计算机连接到CAN总线组成的B类网中,使得该A类网系统成为CAN总线的一个节点,这样无须在各传感器/执行器部件安装CAN控制器件,就能使信号在CAN总线上传输,有效地利用了A类网低成本的优点。学习任务3 汽车全车网络概述 如图2 11所示的C类网络系统方案中,CAN总线有效地将发动机控制系统、驱动防滑系统及自动巡航系统等连接成为一个综合控制系统,整车性能得到大幅度提高。学习任务3 汽车全车网络概述 CAN网络分为CANC与CANB两条相对独立的总线网络,用网关连在一起,构成控制网络。节点N73、N80、A1均可兼作网关。学习任务3 汽车全车网络概述(1
33、)D2BOptical光纤。(2)COMMAND网络。(3)CellPortLabs移动电话网络。(4)开放式标准化系统。(5)TokenBUS。(6)Lonwork。(7)USB。PART 03第3章大众轿车CAN总线系统及总线装置大众轿车CAN 总线系统与网关驱动CAN总线系统及总线设备舒适CAN总线系统及总线设备学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关1.掌握大众CAN网络系统的组成。2.了解驱动系统CAN总线、舒适系统CAN总线、网关和诊断总线的结构和功能。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学
34、习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关 驱动系统CAN总线组成如图3 3所示。驱动系统CAN总线速率是所有CAN总线中最高的,达到500kbit/s,采用终端电阻结构,其中心电阻为66(发动机电阻);并且高低CAN线为环状结构,即任一根CAN 线断路,则CAN 系统无法工作。驱动系统CAN总线的信号波形如图3 4所示。驱动系统CAN总线从双线信号中获得信号电平,波形如图3 5所示。学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿
35、车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关 舒适系统CAN总线组成如图3 6所示。舒适系统CAN总线由30号线激活(遥控器直接激活),速率达到100kbit/s,没有终端电阻,且高低CAN线分离,即任一根CAN线断路,CAN系统不受影响。舒适系统CAN总线元件位置如图3 7所示。学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关1.网关的作用 由
36、于不同区域CAN总线的速率和识别代号不同,驱动系统CAN总线的传输速率为500kbit/s,舒适系统CAN 传输速率为100kbit/s,信息系统CAN 总线传输速率为100kbit/s,因此一个信号要从一个总线进入另一个总线区域,必须改变识别信号和速率,使其能够让另一个系统接收,这个任务由网关(Gateway)来完成。如图3 12所示,网关工作情况就像一个车辆换乘站。另外,网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故,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非常高,但传到舒适系统后,网关调低了它的优先级,因为它在舒适系统的功能只是打开门和灯。学习任务1大众轿车
37、CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关2.网关的类型 大众CAN总线系统的网关有集成网关和独立网关两种形式。(1)集成网关,集成在组合仪表或汽车电气控制单元内部的网关。(2)独立网关,由独立的控制单元构成的网关。大众速腾采用的网关为独立网关J533。学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关3.大众速腾网关J533的作用 大众速腾网关J533同时连接5个子网络,主要作用如下:(1)诊断网关作用。在不改变数据的情况下,将驱动总线、舒适总线、信息娱乐总线以及仪表总线的诊断信息传递到自诊断接口。(2)数据网关作用,使连接在不同的数据总线上
38、的控制单元之间交换数据。(3)所有控制单元在网关上必须注册,才能够进行正常的通信。网关安装清单如图3 14所示。(4)睡眠和唤醒模式的监控。当舒适和信息娱乐总线处于空闲状态时,控制单元发送睡眠命令,当网关监控到所有总线都有睡眠的要求时,进入睡眠模式。学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关 诊断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线或者L 线的功能(废气处理控制器除外)。当车辆使用诊断系统CAN 总线结构后,VAS5051等诊断仪器必须使用相对应的新型诊断线(VAS5051/5A或VAS5051/6A),否则无法读出相应的诊
39、断信息。诊断总线目前只能在VAS5051和VAS5052下工作,而不能适用于原来的诊断工具(如1552等),如图3 15所示。学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关 LIN即LocalInterconnectNetwork,其含义是局域互联网络。汽车中的局域互联网络是指所有的控制单元都在一个系统总成内,如发动机系统、自动变速器系统、空调系统。如图3 19所示为空调LIN系统。学习任务1大众轿车CAN 总线系统与网关学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动C
40、AN 总线系统及总线设备1.掌握驱动CAN总线各总线模块的组成。2.掌握驱动CAN总线各总线模块的工作原理。【学习目标】【学习目标】【学习方法】【学习方法】启发式教学,多媒体教学和实验演示相结合。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备2.大众速腾驱动CAN总线与其他网络的连接关系(1)驱动CAN网络通过网关J533与舒适CAN、仪表CAN、信息娱乐CAN和诊断CAN网络相连以进行信息交换。(2)控制器J220和J217直接与K线连接,作辅助故障诊断。(3)J234和J527分别与自己的子网LIN总线网连接。(4)J527同时与驱动CAN和舒适CAN
41、连接,同时向两个总线发送和接收信息,提高了传感器的传送速度,减少了网关J533的信息交换量。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备2.转向柱开关模块的组成特点 在大众速腾转向柱开关模块上,众多开关和传感器与控制器J527就近相连,J527收到信号后转换为数字信息,发送到动力CAN和舒适CAN网络上,并通过网关与其他网络相连,所有开关信号均可供全车控制单元共享,最大限度地节省了线束。对于对实时性要求比较高的开关信号,如巡航开关信号和点火开关信号,为了提高传输速度,控制器J527也输出部分模拟信号,直接送给其他模块的控制单元。学习任务2 驱动CAN 总
42、线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.转向柱开关模块的工作原理学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备2.发动机模块的组成特点 由于发动机控制的高实时性,要求在一个实时周期几十微秒内完成二十多个传感器信号的采集、各种复杂决策以及对十几个执行器的控制,现有的CAN总线发送和接收一条信息至少需要几十微秒(传输速率1Mbit/s),显然不能完成控制要求,因此无法采用CAN总线方式进行传感器和执行器的数据传输。
43、发动机控制系统的组成原则是同一控制系统原则,发动机控制系统的传感器和执行器均放在同一模块中直接相连,传感器与执行器与发动机控制单元之间采用模拟信号传输数据。对实时性要求不高的传感器信息,以及和其他控制单元通信的信息也从控制CAN实现共享。发动机模块在组成和控制策略上与传统的微机控制系统基本相同,不同点是发动机模块的传感器信息和控制信息可以实现CAN网络上的所有节点共享。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.发动机模块的工作原理(1)CAN网络信息共享。J220控制单元接收所有发动机模块的22个传感器信号,并将信号转化为CAN信息发送到CAN总线上,供所有CAN总线上的节点共享,发动机的
44、工作状况和控制信息也可以实现CAN网络共享。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.发动机模块的工作原理(2)发动机控制原理。Simos3.3发动机的主要控制功能是对发动机的扭矩控制,如图3 29所示,通过对发动机控制系统的喷油嘴、点火线圈、电控节气门和涡轮增压装置(涡轮增压发动机)等执行装置的综合控制,实现对发动机扭矩的智能控制。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.发动机模块的工作原理(3)K线故障诊断原理。由于发动机模块的重要性,需要将其与K线直接连接,当CAN总线出现故障,不能利用诊断CAN总线进行故障诊断时,可利用K线对发动机模
45、块进行故障诊断。对于没有CAN诊断设备的修理厂,可以利用1551传统故障诊断仪对发动机进行故障诊断。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备1.自动变速器模块的组成学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备2.自动变速器模块的组成特点 自动变速器上的传感器与执行器及自动变速器控制单元J217就近相连,构成自动变速器总线模块。自动变速器控制系统的大部分传感器和执行器均在同一模块(自动变速器模块)中,部分传感器和开关信息通过CAN网络发送给J217,如图3 31所示。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.自动变速器模块的工作原理(1)CAN网络信
46、息共享。J217控制单元接收自动变速器模块的7个传感器信号,将信号转化为CAN信息发送到CAN总线上,供CAN总线所有节点共享。变速器工作信息也由CAN实现网络共享。F125自动变速器电控多功能开关信号直接被发送到中央电器控制单元J519,提高传送时间。自动变速器控制单元J217在CAN总线上获得制动信息(经J519发送)、巡航开关信息(经J527发送)、P挡位置开关F319信息(组合开关F125中的一个开关经J527发送)、节气门位置等发动机模块的传感器信息(经发动机控制单元J220发送)。CAN 网络中,所有自动变速器控制所需的传感器信息和控制信息均通过CAN总线供自动变速器控制单元J21
47、7共享。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.自动变速器模块的工作原理(2)自动变速器控制原理。自动变速器控制单元J217接收变速器模块内7个传感器信号并从CAN总线上获得其他传感器信息,根据这些信号和信息完成换挡、锁定变矩器以及压力控制等动作,自动变速器主要控制功能如下:J217控制4个换挡电磁阀N90、N283、N282、N92实现16挡的变换;J217控制N93在挡位变换过程中,对离合器和制动器进行压力控制;J217控制N88打开可选高挡46,改善5挡升6挡质量;J217控制N89调节锁止离合器压力;J217控制N88/N89同时打开B2供油及锁止离合器。详细的自动变速器控制策略
48、可以参考相关书籍和资料。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.自动变速器模块的工作原理(3)K线故障诊断原理。由于自动变速器模块的重要性,需要将其与K线直接连接,当CAN总线出现故障,不能利用诊断CAN总线进行故障诊断时,利用K线对自动变速器模块进行故障诊断。对于没有CAN诊断设备的修理厂,可以利用1551传统故障诊断仪对自动变速器进行故障诊断。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备1.ABS控制模块的组成学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备2.ABS控制模块的组成特点 ABS总成的传感器、控制单元(节点)、执行器构成ABS总线模块,ABS控制系统的其他传感器和开关等信息均通
49、过CAN总线获得。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备3.ABS控制模块的工作原理学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备(2)ABS控制原理。ABS控制单元J104接收变速器模块内各个传感器信号并从CAN总线上获得其他信息,根据这些信号和信息进行制动压力控制和回油泵控制,ABS主要控制策略如下:利用轮速传感器,ABS控制单元可以对0km/h以上车速进行探测,采用模糊控制法进行最佳滑移率控制(控制ABS液压单元N55),实现制动时的方向性和方向稳定性以及尽量缩短制动距离。ABS控制单元利用传感器组合(横向加速度传感器G200、横摆率传感器G202),如果有四轮驱动的话,还根据纵向加速度
50、传感器G251信息,确定路面情况,调整控制策略。ABS控制单元利用方向盘转角传感器获得所有方向的角度运算及输出(在转向柱开关模块J527中进行),确定制动时的方向性和方向稳定性,从而修正制动策略。方向盘转角传感器不仅计算转角值,还计算转向速度,用以给电子助力转向系统提供信息。ABS控制单元通过制动油压传感器提供的信号控制ABS回油泵工作。学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备1.助力转向模块的组成学习任务2 驱动CAN 总线系统及总线设备2.助力转向模块的组成特点 助力转向模块的传感器、节点(J500)和执行器均在同一现场(电控助力转向总成)。助力转向系统的其他传感器和开关等信息均通过CA
